木质纤维素作为自然界最丰富的可再生资源,其有效利用对生产生物基产品、缓解能源危机意义非凡。木质纤维素的高效酶催化水解是实现其生物转化过程的重要步骤,而筛选构建可分别针对特定木质纤维素底物的高效纤维素酶系至为关键。环境基因组学的出现极大地扩展了新酶挖掘的来源范围、大大加快了新酶的发现速度,对木质纤维素利用的意义不言而喻。但通过利用环境基因组策略筛选获得的相关纤维素水解酶还没有被成功用于提高现有纤维素酶系催化效率的报道,这一方面往往与其难以实现高水平的异源表达有关;另一方面也与其功能性质包括催化底物特异性在内的方面缺少深入系统研究有关。因此,本论文从这两个问题出发,初步对密码子使用偏好性这一造成环境基因组来源糖苷水解酶异源表达难的潜在因素及牛瘤胃液基因组文库来源的内切酶Umcel5c2的催化底物特异性进行了研究。　　 实验室先期已经筛选到了五个糖苷水解酶基因,它们分别是:从大象排泄物基因组文库中筛选到的umcel5el和umcel5e2,牛瘤胃液基因组文库中筛选到的umcel5cl和umcel5c2以及土壤基因组文库筛选到得umcel5sl。其中,分属于糖苷水解酶第五家族的Umcel5c2和第九家族的Umcel5e1成功地在大肠杆菌中实现了异源表达。在未能获得异源表达的三个基因中,本论文随机选择umcel5e2进行了密码子使用偏好性分析。结果发现宿主与umcel5e2之间存在着密码子使用偏好性差异。论文依据大肠杆菌B系的密码子使用偏好性对umcel5e2进行了优化,人工合成了更适于宿主表达的基因umcel5e2op。但优化后的基因仍然没有得到预期表达,说明密码子偏好性差异不一定是环境基因组来源基因难以异源表达的关键因素。　　 对已经在大肠杆菌中得到表达的Umcel5cl进行了纯化,获得了纯化的重组蛋白。对纯化后的Umcel5c2蛋白的酶学性质测定结果显示,与羧甲基纤维素(CMC)相比,Umcel5c2对木葡聚糖表现出更强的催化活性,且其酶促反应动力学特征符合米式酶的特点。　　 进一步运用Swiss-model软件对Umcel5c2进行了同源模建,并结合序列比对分析了Umcel5c2与最优模板固氮芽胞杆菌来源的木葡聚糖酶pPXG5底物催化特异性存在差异的原因。在此基础上构建了Umcel5c2酶蛋白结构表面的三个loop环缺失突变株,并分别测定了它们的反应动力学参数。结果分析表明,Umcel5c2表面结构loop环对酶的底物催化特异性影响比较大,且各个loop环的影响程度大小也有差异:loop T170-A179对酶的催化活性影响最大,缺失后酶活力几乎丧失;loop E229-F234对Umcel5c2木葡聚糖和羧甲基纤维素的催化水解都非常重要,推测这两个loop环可能直接参与催化水解过程或通过影响催化活性中心构象而影响糖苷键的水解断裂。loopG78-E85虽然在分解木葡聚糖的过程中发挥了一定的作用,但其对CMC的总体降解效率影响不大。