Celulazele

Celulazele

Celulazele reprezinta o clasa de enzime sintetizate de fungi, bacterii si protozoare care realizeaza hidroliza celulozei. Exista si celulaze care sunt produse de alte organisme vii, precum plantele si animalele. Se cunosc mai multe tipuri de celulaze, acestea difera intre ele din punct de vedere al structurii si al mecanismelor de reactie. Numarul EC (the Enzyme Comision number) reprezinta o clasificare numerica a acestei enzime din punct de vedere al reactiei pe care o catalizeaza si in acest caz el este E.C. 3.2.1.

Celuloza este degradata de catre enzime numite celulaze. Aceste enzime sunt produse de cateva tipuri de microorganisme, cele mai intalnite fiind bacteriile si fungii. Desi un numar mare de microorganisme sunt capabile de a degrada celuloza, doar cateva produc o cantitate semnificativa de celule enzimatice capabile de a hidroliza complet celuloza cristalina in vitro. Fungii sunt principalele microorganisme producatoare de celulaze, insa au fost raportate si cateva cazuri de bacterii si actinomicete cu activitate celulazica.

Celuloza este un compus organic cu formula (C₆H₁₀O₅)_n, o polizaharida formata din cateva sute pana la cateva mii de lanturi liniare b(1-4) unitati D-glucoza. Celuloza este componentul structural al peretelui celular al plantelor, a multor forme de alge si de oomicete.

Reactia catalizata e hidroliza legaturii 1,4 b-D-glicozidice in celuloza, lichenina si b- D- glucanii din cereale.

Celulazele bazate pe conversia celulozei aflata in biomasa vegetala au demonstrat potentailul de scadere a costurilor de producere a etanolului.

Tipuri de celulaze:

- endocelulazele - rup legaturile interne pentru a distruge structura cristalina a celulozei si a expune lanturile polizaharidice individuale ale acesteia;

-exocelulazele cliveaza 2-4 unitati de la capatul lantului expus produs de catre endocelulaze, rezultand tetrazaharide sau dizaharide precum celobioza. Exista 2 tipuri procesive importante de exocelulaze, sau celobiohidrolaze (CBH) - un tip actionand la capatul reducator, iar celalalt tip de la capatul nereducator al celulozei.

- celulazele oxidative care depolimereaza celuloza prin reactii radicalice, de exemplu celobiozodehidrogenaza (acceptor).

- celulozofosforilazele depolimerizeaza celuloza folosind fosfati in loc de apa.

Majoritatea enzimelor fungale au doua domenii structurale cu un singur domeniu catalitic, si un domeniu de legare a celulozei, conectate printr-o legatura fexibila. Aceasta structura reprezinta o adaptare pentru a lucra pe un substrat insolubil si permite enzimei sa difuzeze bidimensional pe o suprafata precum o omida. Totusi exista si celulaze, majoritatea endoglucanaze care nu prezinta domeniul de legare al celulozei. Aceste enzime pot avea functie de umflare.

Organizarea schematica a unei celulaze (a unei glicosil hidrolaze tipice) Modulul de legare a carbohidratilor (CBM) specifica tinta enzimei asupra substratului, initiaza si mentine contactul prelungit cu polizaharidele insolubile. Situsul catalitic poate o fi glicosil hidrolaza (GH), o polizaharid liaza (PL), o glicoziltransferaza sau o esteraza. Legatura flexibila permite situsului catalitic o oarecare mobilitate, si astfel poate adjusta variatiile conformationale in substrat in timp ce CMB mentine contactul cu substratul. Enzimele, reprezentand un sistem tipic celulazic, depolimerizeaza un singur lant celulozic. Celobiohidrolazele ce actioneaza in exterior si endoglucanazele degradeaza sinergic celuloza polimerica la celobioza si celodextrine. Celodextrinele (oligomeri solubili) pot fi mai departe procesati la glucoza si celobioza prin celodextrinaze. In functie de organism celobioza poate fi clivata extracelular de b-glucozidaze (celobiaze) si introdusa ca si glucoza sau introdusa direct si clivata in citoplasma. Importul, in general, se realizeaza prin sistemul fosfotransferazelor formandu-se in citoplasma G6P si celobioza fosforilata.

Mecanismul de reactie

Reactiile catalizate de celulaza sunt: ruperea interactiunilor noncovalente prezente in structura cristalina a celulozei (endoceluloza); hdroliza fibrelor individuale de celuloza pana la zaharide mai mici (exocelulaza); hidroliza dizaharidelor si a tetrazaharidelor la glucoza (beta glucozidaza). Celulasele pot fi impartite in 2 clase, endoglucanaze (EG) si celobiohidrolaze (CBH). Celobiohidrolazele hidrolizeaza lantul de celuloza de la un capat unde endoglucanazele hidrolizeaza intamplator pe lantul de celuloza. T. reesei produce 2 celobiohidrolaze si cel putin 5 endogluonaze. Celobiohidrolazele si endoglucanazele coopereaza in hidroliza celulozei, actionand sinergic. Aceasta nu e ceva surprinzator, din moment ce produsul endogluconazei este un substrat ptr celobiohidrolaza. Unele aspecte ale sinergismului dintre cele 2 inca nu sunt intelese. Celuloza e un produs insolubil. Si totusi, intai enzima trebuie sa se adsoarba la substrat inainte de a porni hidroliza.

In cele mai cunoscute cazuri de activitate celulazica, complexul enzimatic degradeaza celuloza la beta-glucoza. Acest tip de celulaze e produs predominant de catre bacterii simbionte in stomacul rumegatoarelor. Deoparte de rumegatoare, multe animale, printre care si omul, nu produc celulaze in organismul lor, si astfel sunt incapabile de a utiliza energia continuta in materialele vegetale. Enzimele care realizeaza hidroliza hemicelulozei sunt numite hemicelulaze si de obicei sunt clasificate in celulaze. Enzimele care cliveaza lignina sunt uneori clasificate ca si celulaze, dar de obicei aceasta clasificare e eronata.

Utilizari:

Cellulase is used for commercial food processing in coffee. It performs hydrolysis of cellulose during drying of beans. Furthermore, cellulases are widely used in textile industry and in laundry detergents. They have also been used in the pulp and paper industry for various purposes, and they are even used for pharmaceutical applications. Cellulase is used in the fermentation of biomass into biofuels, although this process is relatively experimental at present. Cellulase is used as a treatment for Phytobezoars, a form of cellulose bezoar found in the human stomach.