Selülazlar , selülozun bozunmasına, tabiat içinde en bol polisakkarit içeren "selülolitik" katalitik aktivite bitkiler tarafından üretilen enzimlerin ve çeşitli mikroorganizmalar tarafından grubudur.
Bu proteinler, glikoz birimleri arasındaki bağları sadece selülozda değil aynı zamanda tahıllarda bulunan bazı-D-glukanlarda da hidrolize edebildikleri için, glikosidik hidrolazlar veya glikosil hidrolaz enzimleri ailesine aittir.
Bir Selülazın moleküler yapısının grafik gösterimi (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve MSD personeli, Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Hayvan krallığındaki varlığı tartışılmış ve selülozun otçul hayvanlar tarafından sindirilmesi simbiyotik bir bağırsak mikroflorasına atfedilmiştir. Bununla birlikte, nispeten yeni çalışmalar, bu enzimin aynı zamanda böcekler, yumuşakçalar ve bazı nematodlar gibi omurgasızlar tarafından da üretildiğini göstermiştir.
Selüloz, tüm bitki organizmalarının hücre duvarının önemli bir parçasıdır ve ayrıca bazı alg, mantar ve bakteri türleri tarafından üretilir. Β-1,4 bağları ile bağlanmış D-glikopiranozdan oluşan yüksek moleküler ağırlıklı doğrusal bir homopolisakkarittir.
Bu polisakkarit, hidrojen bağları ile stabilize edilmiş uzunlamasına eksenlerde hizalanmış paralel zincirlerden oluştuğu için mekanik ve kimyasal olarak dirençlidir.
Ana selüloz üreticileri olan bitkiler besin zincirinin temeli olduğu için, bu enzimlerin varlığı bu dokuların kullanımı ve dolayısıyla karasal faunanın büyük bir kısmının geçerliliği için elzemdir. mikroorganizmalar).
karakteristikleri
Mikroorganizmaların çoğu tarafından ifade edilen selülazlar, katalitik işlevlerini hücre dışı matriste uygularlar ve genel olarak bunlar, endüstriyel olarak birçok amaç için kullanılan büyük miktarlarda üretilir.
Bakteriler az miktarda kompleks ilişkili selülaz üretirken, mantarlar bu enzimleri büyük miktarlarda üretirler, bu enzimler her zaman birbirleriyle ilişkilendirilmezler, ancak sinerji içinde hareket ederler.
Üzerinde çalışılan organizmaya bağlı olarak, özellikle prokaryotlar ve ökaryotlar ise, bu tür enzimler için "salgılama" yolları çok farklıdır.
sınıflandırma
Selülazlar veya selülolitik enzimler, doğada çoklu enzim sistemleri olarak, yani birden fazla proteinden oluşan kompleksler oluşturarak bulunurlar. Sınıflandırmaları genellikle onları üç önemli gruba ayırır:
- Endoglukanazlar veya endo-1,4-β-D-glukan glukanohidrolazlar : selüloz zincirlerinin iç bölgelerinde rastgele "amorf" bölgelerde kesen
- Ekzoglukanazlar, sellobiyohidrolazlar veya 1,4-β-D-glukan selobiyohidrolazlar : selüloz zincirlerinin indirgeyici ve indirgeyici olmayan uçlarını hidrolize ederek glikoz veya sellobiyoz kalıntılarını (birbirine bağlı glikoz grupları) serbest bırakan
- β-glukosidazlar veya β-D-glukozid glukohidrolaz : selülozun indirgeyici olmayan uçlarını hidrolize edebilir ve glikoz kalıntılarını serbest bırakabilir
Bazı organizmaların ürettiği selülaz enzimlerinin çoklu enzim kompleksleri, tek tek bileşenlerinin tanımlanması ve izole edilmesi zor olan, ancak muhtemelen açıklanan üç grubun enzimlerine karşılık gelen selülozomlar olarak bilinir.
Her selülaz grubu içinde, bazı özel karakteristikleri paylaştıkları için birlikte gruplanan aileler vardır. Bu aileler, üyeleri dizilişlerinde farklılıklar gösteren, ancak birbirleriyle bazı yapısal ve işlevsel özellikleri paylaşan "klanlar" oluşturabilirler.
yapı
Selülaz enzimleri, yapısal ve işlevsel olarak ayrı alanlardan oluşan "modüler" proteinlerdir: bir katalitik alan ve bir karbonhidrat bağlama alanı.
Çoğu glikosil hidrolaz gibi, selülazlar da katalitik alanda enzim için optimum pH'ta negatif yüklü bir katalitik nükleofil olarak işlev gören bir amino asit kalıntısına ve bir proton donörü olarak işlev gören başka bir kalıntıya sahiptir.
Bu kalıntı çifti, enzimi ifade eden organizmaya bağlı olarak iki aspartat, iki glutamat veya her biri olabilir.
Pek çok mantar ve bakteride selülazlar yüksek oranda glikosile edilmiş proteinlerdir, ancak bağımsız çalışmalar bu karbonhidrat kalıntılarının bu enzimlerin enzimatik aktivitesinde önemli bir rol oynamadığını göstermektedir.
Selülazlar kompleksler oluşturmak için birleştiklerinde, aynı substratın farklı formları üzerinde daha büyük enzimatik aktivite elde ettiklerinde, bunlar beş farklı enzim alt birimine sahip olabilir.
Özellikleri
Özellikle selülolitik bakteri ve mantarlar tarafından üretilen bu önemli enzimler hem biyolojik hem de endüstriyel açıdan çeşitli işlevlere sahiptir:
Biyolojik
Selülazlar, biyosferde en bol bulunan polisakkaritler olan selüloz ve linyoselülozun karmaşık biyolojik bozunma ağında temel bir rol oynar.
Omnivorlar ve katı etoburlar bu hayvanlar tarafından asimile edilen biyokütle ile beslendiğinden, birçok otçul hayvanın gastrointestinal sistemiyle ilişkili mikroorganizmalar tarafından üretilen selülazlar, doğadaki en önemli enzim ailelerinden birini temsil eder.
Örneğin insan, bitki kökenli yiyecekleri tüketir ve bunlarda bulunan tüm selüloz "ham lif" olarak kabul edilir. Daha sonra sindirimi için enzimlere sahip olmadığı için dışkı ile atılır.
İnekler gibi geviş getiren hayvanlar, selülozda glikoz formunda bulunan karbonun kullanılması sayesinde ağırlıklarını ve kas boyutlarını artırabilirler çünkü bağırsak mikrofloraları selülaz aktivitesi yoluyla bitkilerin bozulmasından sorumludur. .
Bitkilerde bu enzimler, diğerlerinin yanı sıra meyvelerin kesilmesi ve olgunlaşması, yaprakların ve kabukların kesilmesi gibi farklı gelişim aşamalarında meydana gelen farklı uyaranlara yanıt olarak hücre duvarının bozulmasından sorumludur.
Sanayi
Endüstriyel düzeyde, bu enzimler büyük ölçekte üretilir ve bitki materyalleri ve bunların işlenmesiyle ilgili birçok tarımsal işlemde kullanılır.
Bu prosesler arasında, selülazların endüstriyel enzim talebinin% 8'inden fazlasını karşıladığı biyoyakıt üretimi yer alır. Bunun nedeni, bu enzimlerin farklı kaynaklardan bitki atıklarından etanol üretimi için son derece önemli olmasıdır.
Tekstil endüstrisinde çok amaçlı olarak da kullanılırlar: hayvan yemi üretimi, konsantre yem kalitesinin ve "sindirilebilirliğinin" iyileştirilmesi veya meyve sularının ve unların işlenmesi sırasında.
Bu proteinler, sırayla, agar gibi ticari kullanım için yağlar, baharatlar, polisakkaritlerin üretiminde ve ayrıca tohumlardan ve diğer bitki dokularından protein elde etmek için kullanılır.
Referanslar
- Bayer, EA, Chanzyt, H., Lamed, R. ve Shoham, Y. (1998). Selüloz, selülazlar ve selülozomlar. Yapısal Biyolojide Güncel Görüş, 8, 548–557.
- Dey, P. ve Harborne, J. (1977). Bitki Biyokimyası. San Diego, California: Academic Press.
- Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S. ve Staiger, MP (2012). Tam selülozlu kompozitlerin eleştirel bir incelemesi. Malzeme Bilimi Dergisi, 47 (3), 1171-1186.
- Knowles, J. ve Teeri, T. (1987). Selülaz aileleri ve genleri. TIBTECH, 5, 255–261.
- Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega Editions (5. baskı).
- Nutt, A., Sild, V., Pettersson, G., & Johansson, G. (1998). İlerleme eğrileri. Selülazların fonksiyonel sınıflandırması için bir ortalama. Eur J. Biochem. , 258, 200–206.
- Reilly, PJ (2007). Amilaz ve Selülaz Yapısı ve İşlevi. S.-T. Yang (Ed.), Yenilenebilir Kaynaklardan Katma Değerli Ürünler için Biyolojik İşlem (s. 119-130). Elsevier BV
- Sadhu, S. ve Maiti, TK (2013). Bakteriler Tarafından Selülaz Üretimi: Bir Gözden Geçirme. İngiliz Mikrobiyoloji Araştırma Dergisi, 3 (3), 235–258.
- Watanabe, H. ve Tokuda, G. (2001). Hayvan Selülazları. Hücresel ve Moleküler Yaşam Bilimleri, 58, 1167-1178.