Į celiuliazes yra fermentų, pagamintų augalų ir įvairių mikroorganizmų "Celiuliolitinių" katalizinio aktyvumo grupė, kuri apima celiuliozės degradaciją, labiausiai paplitęs polisacharidas gamtoje.
Šie baltymai priklauso glikozidinių hidrolazių arba glikozilhidrolazių fermentų šeimai, nes jie geba hidrolizuoti ryšius tarp gliukozės vienetų ne tik celiuliozėje, bet ir kai kuriuose grūduose esančiuose β-D-gliukane.
Grafinis Cellulase molekulinės struktūros vaizdas (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)
Dėl jo buvimo gyvūnų karalystėje buvo ginčijamasi, o žolėdžių gyvūnų virškinimas celiulioze priskiriamas simbiotinei žarnyno mikroflorai. Tačiau palyginti neseniai atlikti tyrimai parodė, kad šį fermentą gamina ir bestuburiai gyvūnai, tokie kaip vabzdžiai, moliuskai ir kai kurie nematodai.
Celiuliozė yra svarbi visų augalų organizmų ląstelių sienos dalis, ją taip pat gamina kai kurios dumblių, grybelių ir bakterijų rūšys. Tai didelės molekulinės masės linijinis homopolisaharidas, sudarytas iš D-gliukopiranozės, sujungtos β-1,4 ryšiais.
Šis polisacharidas yra mechaniškai ir chemiškai atsparus, nes jis sudarytas iš lygiagrečių grandinių, išlygintų išilginėse ašyse, stabilizuotomis vandenilio ryšiais.
Kadangi augalai, pagrindiniai celiuliozės gamintojai, yra maisto grandinės pagrindas, šių fermentų buvimas yra būtinas norint naudoti šiuos audinius, taigi ir norint išgyventi didelę dalį sausumos faunos (įskaitant mikroorganizmai).
charakteristikos
Daugelio mikroorganizmų ekspresuojamos celilazės atlieka savo katalitines funkcijas tarpląstelinėje matricoje ir paprastai gaminamos dideliais kiekiais, kurios pramoniniu būdu naudojamos daugeliui tikslų.
Bakterijos gamina nedidelius kiekius sudėtingų susijusių ląstelių, o grybai gamina didelius kiekius šių fermentų, kurie ne visada asocijuojasi vienas su kitu, tačiau veikia sinergijoje.
Atsižvelgiant į tiriamą organizmą, ypač jei tai yra prokariotai ir eukariotai, šių rūšių fermentų „sekrecijos“ keliai yra labai skirtingi.
klasifikacija
Cellulazės arba celiulolitiniai fermentai gamtoje randami kaip daugelio fermentų sistemos, tai yra, formuojantys kompleksus, kuriuos sudaro daugiau nei vienas baltymas. Paprastai jie skirstomi į tris svarbias grupes:
- Endogliukanazės arba endo-1,4-β-D-gliukano gliukanohidrolazės : kurios pjauna atsitiktines „amorfines“ vietas vidiniuose celiuliozės grandinių regionuose
- Eksogliukanazės, cellobiohidrolazės arba 1,4-β-D-gliukano cellobiohidrolazės : kurios hidrolizuoja redukuojančius ir nesumažinančius celiuliozės grandinių galus, atpalaiduodamos gliukozės ar cellobiozės liekanas (gliukozės grupes, sujungtas)
- β-gliukozidazės arba β-D-gliukozido gliukohidrolazė : galinti hidrolizuoti nesumažinančius celiuliozės galus ir išlaisvinti gliukozės likučius
Daugelio fermentų ląstelių fermentų kompleksai, kuriuos gamina kai kurie organizmai, yra žinomi kaip celiuliozės, kurių atskirus komponentus sunku identifikuoti ir išskirti, tačiau tikriausiai jie atitinka trijų aprašytų grupių fermentus.
Kiekvienoje celilazių grupėje yra šeimų, kurios yra sugrupuotos, nes pasižymi tam tikromis ypatybėmis. Šios šeimos gali sudaryti „klanus“, kurių narių seka skiriasi, tačiau jie turi tarpusavyje tam tikrų struktūrinių ir funkcinių savybių.
Struktūra
Celilazės fermentai yra „moduliniai“ baltymai, kuriuos sudaro struktūriškai ir funkciškai atskiri domenai: katalitinis domenas ir angliavandenius surišantis domenas.
Kaip ir dauguma glikozilo hidrolazių, celilazių katalitiniame domene yra aminorūgšties liekana, kuri veikia kaip katalizinis nukleofilas, neigiamai įkraunamas esant optimaliam fermento pH, ir kita liekana, veikianti kaip protonų donoras.
Ši likučių pora, priklausomai nuo organizmo, kuris ekspresuoja fermentą, gali būti du aspartatai, du glutamatai arba vienas iš jų.
Daugelio grybelių ir bakterijų ląstelėse yra labai glikozilinti baltymai, tačiau nepriklausomi tyrimai rodo, kad šie angliavandenių likučiai nedarė pagrindinio vaidmens šių fermentų fermentiniame aktyvume.
Kai celiulazės susijungia ir sudaro kompleksus, pasiekdamos didesnį fermentinį aktyvumą skirtingoms to paties substrato formoms, jos gali turėti iki penkių skirtingų fermentų subvienetų.
funkcijos
Šie svarbūs fermentai, kuriuos gamina ypač celiulolitinės bakterijos ir grybeliai, atlieka įvairias funkcijas tiek biologiniu, tiek pramoniniu požiūriu:
Biologinis
Celiuliozės vaidina pagrindinį vaidmenį sudėtingame biologinio skaidymo tinkle celiuliozėje ir lignoceliuliozėje, kurie yra gausiausi polisacharidai biosferoje.
Daugelio žolėdžių gyvūnų virškinimo trakte susietų mikroorganizmų gaminamos celiulazės yra viena iš svarbiausių gamtoje esančių fermentų šeimų, nes visaėdžiai ir griežti mėsėdžiai maitinasi šių gyvūnų pasisavinamoje biomasėje.
Pavyzdžiui, žmogus vartoja augalinės kilmės maistą, o visa juose esanti celiuliozė yra laikoma „žalia ląsteliena“. Vėliau jis pašalinamas su išmatomis, nes virškinimui jis neturi fermentų.
Atrajotojai, tokie kaip karvės, gali padidinti savo svorį ir raumenis, nes naudoja celiuliozėje esančią anglį, esančią gliukozės pavidalu, nes jų žarnyno mikroflora yra atsakinga už augalų skaidymąsi dėl ląstelienos aktyvumo .
Augaluose šie fermentai yra atsakingi už ląstelių sienos irimąsi, reaguodami į skirtingus dirgiklius, atsirandančius skirtinguose vystymosi etapuose, tokius kaip vaisių abscisai ir nokinimas, lapų ir ankščių abscesas, be kita ko.
Pramoninis
Pramoniniu lygmeniu šie fermentai gaminami dideliu mastu ir naudojami daugelyje žemės ūkio procesų, susijusių su augalinėmis medžiagomis ir jų perdirbimu.
Tarp šių procesų yra biokuro, kuriam celilazės patenkina daugiau kaip 8% pramoninių fermentų poreikio, gamyba. Taip yra todėl, kad šie fermentai yra nepaprastai svarbūs gaminant etanolį iš įvairių šaltinių augalų atliekų.
Jie taip pat naudojami tekstilės pramonėje įvairiais tikslais: gyvūnų pašarų gamyboje, koncentruoto pašaro kokybės ir „virškinamumo“ gerinime arba perdirbant sultis ir miltus.
Šie baltymai, savo ruožtu, yra naudojami aliejų, prieskonių, polisacharidų, tokių kaip agaras, gamybai, taip pat baltymams iš sėklų ir kitų augalų audinių gaminti.
Nuorodos
- Bayer, EA, Chanzyt, H., Lamed, R., & Shoham, Y. (1998). Celiuliozė, celiuliozės ir celiuliozės. Dabartinė nuomonė struktūrinėje biologijoje, 8, 548–557.
- Dey, P., & Harborne, J. (1977). Augalų biochemija. San Diegas, Kalifornija: akademinė spauda.
- Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., & Staiger, MP (2012). Kritinė visų celiuliozės kompozitų apžvalga. Medžiagų mokslo žurnalas, 47 (3), 1171–1186.
- Knowles, J., & Teeri, T. (1987). Cellulazių šeimos ir jų genai. TIBTECH, 5, 255–261.
- Nelsonas, D. L. ir Coxas, MM (2009). Lehningerio biochemijos principai. „Omega“ leidimai (5-asis leidimas).
- Nutt, A., Sild, V., Pettersson, G., & Johansson, G. (1998). Pažangos kreivės. Celilazių funkcinės klasifikacijos vidurkis. Eur, J. Biochem. , 258, 200–206.
- Reilly, PJ (2007). Amilazės ir celulazės struktūra ir funkcijos. Į S.-T. Yang (Red.), Iš atsinaujinančių išteklių gaunamų pridėtinės vertės produktų biologinis apdorojimas (p. 119–130). „Elsevier BV“
- Sadhu, S., & Maiti, TK (2013). Bakterijų gaminama Cellulase: apžvalga. Britanijos mikrobiologijos tyrimų žurnalas, 3 (3), 235–258.
- Watanabe, H., ir Tokuda, G. (2001). Gyvūnų celilazės. Ląstelių ir molekuliniai gyvybės mokslai, 58, 1167–1178.