纖維素酶分子的大小因來源不同而不盡相同,三大類酶分子量一般在23Kda~146Kda之間。多數(shù)真菌和少數(shù)細(xì)菌的纖維素酶都受糖基化,糖基與蛋白之間以共價(jià)鍵結(jié)合,或呈可解離的絡(luò)合狀態(tài)。糖基化作用在一定程度上保護(hù)酶免受蛋白酶的水解,而纖維素酶正是由于糖基化,使其所含碳水化合物的比率在不同酶之間發(fā)生差異,導(dǎo)致酶的多形式和分子量的差別。通過比較分析,人們發(fā)現(xiàn)許多不同纖維素酶間表現(xiàn)出一定的同源性,且纖維素酶分子普遍具有類似的結(jié)構(gòu)。由球狀的催化結(jié)構(gòu)域(CD)、連接橋和纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域(CBD)三部分組成。
1、連接橋,可能是保持CD和CBD之間的距離,也可能有助于不同酶分子間形成較為穩(wěn)定的聚集體;
2、纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域,它對(duì)酶的催化活力是非必需的,但它執(zhí)行調(diào)節(jié)酶對(duì)可溶性和非可溶性底物專一性活力的作用,其結(jié)合纖維素的作用機(jī)理目前尚不十分清楚;
3、催化結(jié)構(gòu)域,它體現(xiàn)酶的催化活性及對(duì)特定水溶性底物的特異性。盡管不同來源纖維素酶的分子量大小差別很大,但它們催化區(qū)的大小卻基本一致。
研究表明,EG和CBH能引起纖維素的分散和脫纖化。纖維素酶通過打亂纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu),使其變形,深入纖維素分子界面之間,從而使纖維素孔壁、腔壁和微型隙壁的壓力增大,水分子的介入又使纖維素分子之間的氫鍵被破壞,產(chǎn)生部分可溶性的微結(jié)晶,利于進(jìn)一步被降解。
(1)對(duì)纖維素分子的吸附作用:纖維素酶對(duì)纖維素的降解,一般首先吸附到纖維素上,但并不是吸附的越好催化效果約好。纖維素酶的吸附不僅與酶本身性質(zhì)有關(guān),也與底物的特性密切相關(guān)。其吸附能力大小與酶的含糖量和疏水性均有關(guān)聯(lián)。此外,纖維素酶的吸附機(jī)理并未弄清,仍需做進(jìn)一步研究。
(2)單一纖維素酶的作用機(jī)制:纖維素酶的斷鍵機(jī)理遵循雙置換機(jī)制。即作用部分的兩個(gè)色氨酸參與基質(zhì)結(jié)合,而處在將被裂解的鍵及相鄰一個(gè)非離子化的甘氨酸和一個(gè)離子化的谷氨酸殘基參與催化作用。這些殘基被非極性化的側(cè)鏈圍繞,以促進(jìn)質(zhì)子轉(zhuǎn)移,打斷N一乙酰粘質(zhì)酸一N一乙酰氨基葡萄糖酸。谷氨酸位于細(xì)菌和真菌CBH、EG和葡萄糖苷酶的催化位點(diǎn)已被人們證實(shí),也有的纖維素酶中天門冬氨酸、組氨酸和精氨酸位于催化位點(diǎn)參與催化反應(yīng)。(3)纖維素酶的協(xié)同降解機(jī)制三大類纖維素酶的作用存在協(xié)同作用。通常情況下,外切酶作用于不溶性纖維表面,使形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的纖維素長(zhǎng)分子鏈開裂,長(zhǎng)鏈分子末端部分發(fā)生游離,從而使纖維素易于水化;內(nèi)切酶則作用于經(jīng)外切酶活化的纖維素的13—1、4糖苷鍵,產(chǎn)生纖維二糖、三糖等短鏈低聚糖,13一葡聚糖苷酶再將纖維二糖、三糖等分解成葡萄糖。必須指出,該協(xié)同降解機(jī)制中各酶的作用不是的,而且功能也不是簡(jiǎn)單固定的。