De cellulaser De är en grupp enzymer som produceras av växter och av olika ”cellulolytiska” mikroorganismer, vars katalytiska aktivitet består i nedbrytningen av cellulosa, den vanligaste polysackariden i naturen..
Dessa proteiner tillhör familjen glykosidiska hydrolaser eller glykosylhydrolaser-enzymer, eftersom de kan hydrolysera bindningarna mellan glukosenheter inte bara i cellulosa utan även i vissa β-D-glukaner som finns i spannmål..
Dess närvaro i djurriket har argumenterats och matsmältningen av cellulosa av växtätande djur tillskrivs en symbiotisk tarmmikroflora. Emellertid har relativt nya studier visat att detta enzym också produceras av ryggradslösa djur såsom insekter, blötdjur och vissa nematoder..
Cellulosa är en väsentlig del av cellväggen i alla växtorganismer och produceras också av vissa arter av alger, svampar och bakterier. Det är en linjär homopolysackarid med hög molekylvikt bestående av D-glukopyranos kopplad av β-1,4-bindningar.
Denna polysackarid är mekaniskt och kemiskt resistent, eftersom den består av parallella kedjor som är inriktade i längsgående axlar stabiliserade av vätebindningar..
Eftersom växter, de viktigaste cellulosaproducenterna, är basen i livsmedelskedjan, är förekomsten av dessa enzymer avgörande för användningen av dessa vävnader och därför för en stor del av den markbundna faunan (inklusive mikroorganismerna)..
Artikelindex
Cellulaser som uttrycks av de flesta mikroorganismer utövar sina katalytiska funktioner i den extracellulära matrisen och i allmänhet produceras dessa i stora mängder, vilket används industriellt för många ändamål.
Bakterier producerar små mängder av komplexassocierade cellulaser, medan svampar producerar stora mängder av dessa enzymer, som inte alltid associeras med varandra, men verkar i synergi.
Beroende på vilken organism som studeras, särskilt om det är prokaryoter och eukaryoter, är de "sekretoriska" vägarna för denna typ av enzymer mycket olika..
Cellulaser eller cellulolytiska enzymer finns i naturen som multienzymsystem, det vill säga bilda komplex som består av mer än ett protein. Deras klassificering delar dem vanligtvis i tre viktiga grupper:
- Endoglukanaser eller endo-1,4-P-D-glukan-glukanohydrolaser: som skär på slumpmässiga "amorfa" ställen i inre områden av cellulosakedjor
- Exoglukanaser, cellobiohydrolaser eller 1,4-β-D-glukan-cellobiohydrolaser: som hydrolyserar de reducerande och icke-reducerande ändarna av cellulosakedjor, frisätter glukos eller cellobiosrester (glukosgrupper kopplade ihop)
- β-glukosidas eller β-D-glukosid glukohydrolas: kan hydrolysera de icke-reducerande ändarna av cellulosa och frigöra glukosrester
Multienzymkomplexen av cellulasenzymer som vissa organismer producerar är kända som cellulosomer, vars individuella komponenter är svåra att identifiera och isolera, men motsvarar troligen enzymer i de tre beskrivna grupperna..
Inom varje grupp av cellulaser finns familjer som är grupperade eftersom de delar några speciella egenskaper. Dessa familjer kan bilda "klaner" vars medlemmar har skillnader i sekvenser, men delar vissa strukturella och funktionella egenskaper med varandra..
Cellulasenzymer är "modulära" proteiner som består av strukturellt och funktionellt diskreta domäner: en katalytisk domän och en kolhydratbindande domän..
Liksom de flesta glykosylhydrolaser har cellulaser i den katalytiska domänen en aminosyrarest som fungerar som en katalytisk nukleofil som är negativt laddad vid det optimala pH-värdet för enzymet och en annan rest som fungerar som en protondonator..
Detta par rester kan, beroende på organismen som uttrycker enzymet, vara två aspartater, två glutamater eller en av vardera..
I många svampar och bakterier är cellulaser mycket glykosylerade proteiner, men oberoende studier tyder på att dessa kolhydratrester inte spelar en transcendental roll i den enzymatiska aktiviteten hos dessa enzymer.
När cellulaser associeras för att bilda komplex och uppnår större enzymatisk aktivitet på de olika formerna av samma substrat, kan dessa ha upp till fem olika enzymunderenheter.
Dessa viktiga enzymer, producerade särskilt av cellulolytiska bakterier och svampar, har olika funktioner, både ur biologisk och industriell synvinkel:
Cellulaser spelar en grundläggande roll i det invecklade biologiska nedbrytningsnätverket av cellulosa och lignocellulosa, som är de vanligaste polysackariderna i biosfären..
Cellulaser producerade av mikroorganismer associerade med mag-tarmkanalen hos många växtätande djur utgör en av de viktigaste enzymfamiljerna i naturen, eftersom stränga allätare och köttätare matar sig på den biomassa som assimileras av dessa djur..
Människan konsumerar till exempel livsmedel av vegetabiliskt ursprung och all cellulosa som finns i dessa betraktas som "råfiber". Senare elimineras den med avföringen, eftersom den inte har enzymer för matsmältningen.
Idisslare, såsom kor, kan öka sin vikt och muskelstorlek tack vare användningen av kolet i form av glukos i cellulosa, eftersom deras tarmmikroflora är ansvarig för nedbrytningen av växter genom cellulasaktivitet.
I växter är dessa enzymer ansvariga för nedbrytningen av cellväggen som svar på olika stimuli som uppträder vid olika utvecklingsstadier, såsom abscission och mogning av frukt, abscission av blad och skida, bland andra..
På industriell nivå produceras dessa enzymer i stor skala och används i många jordbruksprocesser som är relaterade till växtmaterial och deras bearbetning..
Bland dessa processer är produktion av biobränslen, för vilka cellulaser tillgodoser mer än 8% av det industriella enzymbehovet. Detta beror på att dessa enzymer är av yttersta vikt för produktionen av etanol från växtavfall från olika källor..
De används också i textilindustrin för flera ändamål: produktion av djurfoder, förbättring av kvaliteten och "smältbarheten" hos koncentratfoder eller under bearbetning av juice och mjöl..
Dessa proteiner används i sin tur i produktionen av oljor, kryddor, polysackarider för kommersiellt bruk såsom agar och även för att erhålla proteiner från frön och andra växtvävnader..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.