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极端嗜热菌微生物Caldicellulosiruptor kronotskyensis 2002可以将纤维素转化为氢和其他化学物质,并且能够直接利用含木聚糖的天然生物质。该菌中有多种多功能结构域木聚糖酶,并且具有催化结构域和非催化结构域多样性。其分属于GH10和GH11两个糖苷水解酶家族,许多还含有多种碳水化合物结合结构域CBM。木聚糖酶是降解木质生物质的关键酶,一般含有非催化结构模块CBM的木聚糖酶更容易与难降解多聚糖结合。了解多功能结构域木聚糖酶的结构组成及其功能,有助于工业酶的改造。为了探索C. kronotskyensis不同家族木聚糖酶水解木聚糖的机理,及CBM对木聚糖酶行使功能所起的作用,本研究首次从C. kronotskyensis中克隆了来自两种GH家族的β-1,4-内切木聚糖酶,并分别将它们及其截断体进行了异源重组表达和酶学性质分析。1.基因Calkro0081编码一个新型的GH11木聚糖酶（Xyn11A）,其包含1个催化域（GH-CD）和1个碳水化合物结合模块（CBM6）。本论文中对Xyn11A及其两个对应截断突变体Xyn11A-CD （Xyn11A的催化结构域）和Xyn11A-CBM （Xyn11A的碳水化合物结合结构域）进行了克隆、表达和生化性质分析。重组酶Xyn11A的最适反应温度为75℃,并在40-95℃具有较高的活性。Xyn11A在70℃下热处理6h内能保持稳定,在75℃下热孵育6h后酶活仍剩余50%以上。Xyn11A的最适pH为6.0,70℃下在pH 5.5～7.5的缓冲液中保存15h后仍能维持100%酶活。至于Xyn11A-CD,其最适pH和最适温度分别为6.0和65℃,60℃热处理6h后只剩余30%酶活。最适反应条件下,以榉木木聚糖（BWX）为底物,Xyn11A、Xyn11A-CD和Xyn11A-CBM的特异性酶活分别为1752.0、986.8和0 IU/mg。以BWX作为底物,经Xyn11A或Xyn11A-CD水解后最终产物主要是木糖和木二糖。CBM6在维持Xyn11A的热稳定性和高酶活力中扮演着重要的角色,因而高热稳定性和高温反应下的高酶活力使Xyn11A酶拥有工业应用潜力。2.Xyn10A和Xyn10B分别为假定的胞外木聚糖酶和胞内木聚糖酶。Xyn10A和Xyn10B催化结构域的相似度为41%,前者包含1个串联的N-端CBM22s（CBM22-CBM22）。Xyn 1 OA对BWX和燕麦木聚糖（OSX）的水解能力要高于Xyn10B。就底物偏好性而言,Xyn10B更倾向于水解更小分子量的木寡糖。截断突变实验表明CBM对Xyn10A的活性、底物结合能力和热稳定性具有重要影响,而CBM的串联数量与酶分子的底物结合能力以及热稳定性无直接相关关系。与以往CBM是酶与底物至关重要的结合区域结论相反,Xyn10B、Xyn10A以及它们的截断突变体对不溶性底物OSX也表现出相似的底物亲和力。同时上述酶对微晶纤维素和天然底物也表现出轻微的吸附性。定点突变分析表明Xyn10A和Xyn10B具有相似的关键氨基酸残基：Xyn10A的Glu493、Glu601和Trp658,以及Xyn10B的Glu139、Glu247和Trp305均为这两种酶的关键活性位点。Xyn10A和Xyn10B能够作用于机械预处理的玉米芯、玉米秸秆和水稻秸秆,水解产物主要为低聚木糖和木糖。用Xyn10A或Xyn10B预处理天然生物质能使其更易于降解,同时与商业纤维素酶Cellic CTec2协同处理,大大提高了天然生物质的降解率。Xyn10A与商业纤维素酶协同作用于天然玉米芯,葡萄糖产量提高约24.7%,木糖产量提高约62.6%。Xyn10B与商业纤维素酶协同作用于天然玉米芯,葡萄糖产量提高约32.8%,木糖产量提高约58.0%。这些都表明Xyn10A和Xyn10B在改善生物质转化率和降低生物炼制过程中生物质的预处理强度等方面具有广泛的应用前景。