乌龟再度打败了兔子—纤维素分解的关键因子

乌龟再度打败了兔子！—纤维素分解的关键因子
纤维素是植物细胞壁的主要成分，是地球上现存最多的生物资源，因此世界各地许多研究者，正在研发将纤维素变换或制造成较易利用的酒精或有机酸。但纤维素具强键结的分子链，聚集成结晶构造，导致纤维素分解酵素-纤维素酶的分解效率低。

图解：分解速度如乌龟般的纤维素酶，由于吸附性较强且能不断进行分解反应，反而比如兔子般反应快速的纤维素酶更适合去分解结晶性纤维素。
霉菌等丝状真菌微生物，在自然界中以树木或杂草为营养源，担任分解者的角色。这些微生物能制造具有管状构造的纤维素酶，它的特殊构造对分解结晶性纤维素相当重要。霉菌纤维素酶的管状构造较其它丝状真菌的纤维素酶为长，因此，两者之纤维素酶的性质相异。但纤维素酶分解纤维素的反应，因为不溶性的结晶性纤维素与水溶性的产物形成固体与液体二相共存的不均匀系，实际反应作用分子与不反应分子同时混合在反应系统内，所以过去所使用的分解活性测定法，难以评估酵素分子的性质。
因此日本东京大学农学生命研究所与金沢大学的共同团队，使用高速原子力显微镜观测各个酵素在分子层次上的运动模式。并研究霉菌Trichodarma reesei 所制造的纤维素酶TrCel7A、以及另一种真菌Phanerochaete chrysosporium所制造的两种纤维素酶 PcCel7C与 PcCel7D，藉由比较这3种酵素的分解反应速率和连续分解反应的次数，以解析影响结晶性纤维素分解的重要因子。
他们发现在结晶性纤维素越是反应快速的酵素，能够进行连续分解反应的次数越少，该两种性质具有妥协的关系。并发现在结晶性纤维素上连续分解反应次数高的酵素，相较于反应快速的酵素，更为有效地分解结晶性纤维素。他们认为结晶性纤维素，因纤维素酶能进行分解的纤维素结构末端数量少，若能开始进行反应，便尽量产生更多的分解反应。
该研究结果以童话故事作譬喻，相对于有如兔子般反应快速的纤维素酶，吸附性较强、不断进行分解反应，有如乌龟般的纤维素酶，较适合去分解结晶性纤维素。此成果有助未来设计特定酵素，透过有效率地转换纤维素，达到有效利用植物体资源的目标。
解释：
纤维素：为植物细胞壁的主要结构-多醣，是地球上最丰富的生物聚合物，其结构单位是β-1,4-linked D-glucose，结构稳定，不易水解，须藉由纤维素酶分解。
不均匀系:一般是指包括2个以上的相所组成之反应系。结晶性纤维素是不溶性固体，但受纤维素酶水解后的生成物-纤维双醣为水溶性，纤维素受纤维素酶分解而形成固体与液体2相共存于一个反应系，称为不均匀系。
高速原子力显微镜：high-speed atomic force microscopy，比旧有原子力显微镜，更高速且细微进行观察样本表面的凹凸状态，能直接观测酵素1个分子的运动。

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