生物質(zhì)抗降解屏障

前言

　　植物從水生環(huán)境登陸到陸生環(huán)境后，為了保護(hù)自身結(jié)構(gòu)大分子免受微生物及動物的侵害，進(jìn)化出了極為卓越的保護(hù)機(jī)制，即由不同結(jié)構(gòu)層次與不同化學(xué)組成形成的多重保護(hù)機(jī)制。從組織解構(gòu)角度來看，各種保護(hù)組織從外向內(nèi)，首先是外皮層，其次是由木質(zhì)素包裹著的厚壁細(xì)胞組織，再次是化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)胞壁，最后則是不溶性纖維素本身。我們掌握了對植物細(xì)胞壁進(jìn)行熱化學(xué)處理、機(jī)械處理及酶處理的多種方法，但這些方法還主要依靠經(jīng)驗(yàn)。從世界范圍內(nèi)來看，相關(guān)研究工作仍未進(jìn)入分子層次，這對從事相關(guān)研究的科研工作者來說仍是一個(gè)很大的問題。相關(guān)研究工作只有進(jìn)入分子層次，掌握相關(guān)知識，我們才能最終真正完成對生物圈中生物質(zhì)的綜合全利用。　　早在1980年，讀美國科羅拉多州立大學(xué)生物化學(xué)博士學(xué)位時(shí)，我的研究重點(diǎn)就是生物質(zhì)抗降解屏障方面的相關(guān)問題，這是我職業(yè)的起點(diǎn)。那時(shí)我以闡明和改進(jìn)生物質(zhì)天然降解的酶作為研究工作的起點(diǎn)，而現(xiàn)在我正領(lǐng)導(dǎo)著50個(gè)科研工作者組成的多學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)，致力于將生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化技術(shù)運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。我非常感謝?！　。↙ondon）將這本書出版，使她有機(jī)會展示在全世界的讀者面前。我同樣感謝那些來自世界各地的撰寫了相關(guān)章節(jié)的科研工作者以及幫助審閱各個(gè)章節(jié)的來自世界各地（包括中國在內(nèi)）的科學(xué)家們。到目前為止，這本書是我編著的第六本書，但這本書是我最喜歡的，因?yàn)槲抑浪龑υS多國家的科研工作者有所幫助?！　”緯南嚓P(guān)章節(jié)描述了現(xiàn)代生物煉制的新技術(shù)與新方法，利用這些技術(shù)與方法可以克服全球（尤其是中國）所面臨的生物煉制過程中科學(xué)上或者工程上遇到的障礙。我們還編撰相關(guān)章節(jié)聚焦特定主題，這些主題涉及精煉廠最高水平的設(shè)計(jì)、生物質(zhì)生命周期分析以及植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、化學(xué)處理、酶水解處理與產(chǎn)物發(fā)酵工藝等細(xì)節(jié)方面的內(nèi)容，這些內(nèi)容基本上能反映當(dāng)前的最新進(jìn)展。我們希望，通過本書認(rèn)真地整合特定主題，同時(shí)綜述相關(guān)背景知識，能與未來數(shù)十年生物質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)領(lǐng)域研究工作的開展合上節(jié)拍。

內(nèi)容概要

利用現(xiàn)代生物技術(shù)，大規(guī)模開發(fā)和利用可再生性的非糧木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)資源，將其降解轉(zhuǎn)化為液體燃料和大宗化學(xué)品，既可減緩石油等不可再生資源的消耗，有效緩解能源資源緊缺，又能在保護(hù)生態(tài)環(huán)境和減緩溫室效應(yīng)的同時(shí)，開拓新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。     本書是由美國再生能源國家實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家M．E．Himme博士主編，針對纖維素類生物質(zhì)是如何抗生物降解的科學(xué)問題，從生物煉制過程中遇到的需“解鈴”的困難出發(fā)，指出要解決這一科學(xué)問題，須深入研究綠色植物在進(jìn)化過程中是如何“系鈴”的。本書系統(tǒng)介紹植物生物質(zhì)的化學(xué)組成、超微結(jié)構(gòu)、合成酶系及其調(diào)控機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了提高纖維素酶催化效率的相關(guān)基礎(chǔ)研究應(yīng)從以下方面展開： 　　植物中的纖維素超分子結(jié)構(gòu) 　　纖維素酶在天然生境中的多樣性 　　纖維素酶活性位點(diǎn)的構(gòu)架 　　纖維素酶的持續(xù)性降解 　　纖維素的去晶體過程等     本書可供從事生物能源研究、開發(fā)的研究人員、企業(yè)技術(shù)人員參考閱讀。

書籍目錄

第1章　深入研究生物質(zhì)抗降解屏障與生物轉(zhuǎn)化的困難是當(dāng)前的挑戰(zhàn) 　1.1　現(xiàn)代木質(zhì)纖維素的生物煉制 　1.2　生物質(zhì)抗降解屏障 　1.3　植物在抵御微生物侵襲與酶解過程中的演化/演變 　1.4　生物質(zhì)降解的相關(guān)酶類工作效率達(dá)到最大了嗎 　1.5　化學(xué)預(yù)處理仍是暴露細(xì)胞壁纖維素的有效方法 　1.6　細(xì)胞壁糖類的發(fā)酵：系統(tǒng)/合成生物學(xué)時(shí)代 　參考文獻(xiàn) 第2章　生物煉制 　2.1　引言 　2.2　第Ⅲ代生物煉制——木質(zhì)纖維素的生物煉制 　2.3　熱化學(xué)生物煉制 　2.4　高級生物煉制 　參考文獻(xiàn) 第3章　能源作物——玉米的細(xì)胞壁解剖結(jié)構(gòu)及超微結(jié)構(gòu) 　3.1　引言 　3.2　細(xì)胞壁解剖結(jié)構(gòu) 　3.3　細(xì)胞壁的合成及分子結(jié)構(gòu) 　3.4　用于表征細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的新技術(shù) 　3.5　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第4章　植物細(xì)胞壁的化學(xué)和分子結(jié)構(gòu) 　4.1　引言 　4.2　細(xì)胞壁聚合物化學(xué) 　4.3　細(xì)胞壁聚合物的分子締合 　4.4　植物細(xì)胞壁的分子架構(gòu) 　4.5　不同細(xì)胞壁的酶解過程 　參考文獻(xiàn) 第5章　細(xì)胞壁多糖的合成 　5.1　引言 　5.2　纖維素 　5.3　半纖維素 　5.4　果膠物質(zhì) 　5.5　細(xì)胞壁合成的細(xì)胞生物學(xué)及其區(qū)域化　5.6　核苷酸糖　5.7　展望 　參考文獻(xiàn) 第6章　植物細(xì)胞壁纖維素結(jié)構(gòu)第7章　木質(zhì)素:一個(gè)21世紀(jì)的挑戰(zhàn) 第8章　研究纖維素水解的計(jì)算方法 第9章　木糖及木糖低聚物在酸預(yù)處理中的降解機(jī)制2 第10章　酶對植物細(xì)胞壁半纖維素的解聚作用2 第11章　好氧微生物的纖維素酶系統(tǒng) 第12章　瘤胃和大腸中厭氧微生物的纖維素酶系統(tǒng)2 第13章　纖維小體：細(xì)菌克服生物質(zhì)抗降解性的策略27 第14章　預(yù)處理提高原料降解效率 第15章　認(rèn)識生物質(zhì)降解群落 第16章　新一代生物質(zhì)轉(zhuǎn)化：統(tǒng)合生物工藝 索引

章節(jié)摘錄

　　5.6.21今后的問題與方向　　目前，人們還非常不清楚的是：核苷酸糖合成過程是如何實(shí)現(xiàn)時(shí)空調(diào)控的；該調(diào)控（機(jī)制）如何與聚糖和糖基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)聯(lián)，以完成多樣性聚糖高分子的合成；胞壁合成的限制性因素是NDP一糖的供應(yīng)（如同淀粉合成），還是糖基轉(zhuǎn)移酶？　　我們將本節(jié)分成三個(gè)部分：糖的去向，同工酶的作用，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與蛋白復(fù)合體。　　5.6.22.糖的去向　　盡管相當(dāng)一部分胞內(nèi)糖用于合成胞壁多糖，但仍有部分糖的衍生物是用來合成糖蛋白、糖脂及糖配基的，另外還有相當(dāng)一部分糖要以多聚糖形式儲存（如淀粉），或以小分子聚糖（如棉子糖、果聚糖）或是二糖（如蔗糖）形式儲存。對糖的去向我們將指出兩點(diǎn)：①細(xì)胞的生長潛力；②胞壁組分中是否具有能夠彌補(bǔ)其它多糖缺失或含量降低的能力?！　⌒律稚M織的細(xì)胞增殖生長形成相應(yīng)的組織細(xì)胞（如葉細(xì)胞），現(xiàn)在還不清楚何種因素決定了細(xì)胞的生長潛力，何種因素決定了細(xì)胞的最終大小。按邏輯說，因?yàn)榘诙嗑畚镞€未合成，細(xì)胞壁的前體物有限，因而細(xì)胞生長潛力也應(yīng)受限。

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