Celulaza

Celulaza je enzim koji katalizira razgradnju celuloze na jednostavnije ugljikohidrate.^[1]^[2] To je biloje bilo koji od nekoliko enzima koje uglavnom proizvode gljive, bakterije, i protozoe kao katalizatore celulolize, tj. razlaganja celuloze i nekih srodnih polisaharida. Ustvri, Hidrolizira 1,4-β-D -glukozidne veze u celulozi, hemicelulozi, liheninu i β-D-glukana iz žitarica.

Prikaz β-1,4-endoglukanaze, katalitičke domene *Streptomyces lividans* - primjer iz porodice 12 glikozidnih hidrolaza.

Celulaza razgrađuje celulozne molekule u monosaharide ("jednostavni šećeri"), kao što su β-glukoza ili kraće polisaharide i oligosaharide. Ime se također koristi i za bilo koju prirodnu mješavinu ili kompleks raznih takvih enzima, koji djeluju sinergistički, serijski ili u razgradnji celuloznih materijala. Zato to može biti jedan od slijedećih enzima:

endo-1,4-β-D-glukanaza,
β-1,4-glukanaza,
β-1,4-endoglukanska hidrolaza,
celulaza A,
celulozin AP,
endoglukanaza D,
alkalna celulaza,
celulaza A 3,
celudekstrinaza,
9.5 celulaza,
avicelaza,
pancelaza SS,
1,4-(1,3, 1,4)-β-D-glukan 4-glukanohidrolaza,
(enzimi sa sistematskim imenom 4-β-D-glukan 4-glukanohidrolaza).^[3]^[4]^[5]

Ovaj enzim katalizira hemijsku reakciju:

endohidroliza (1->4)-β-D-glukozidine veze u celulozi, liheninu i β-D-glukana.

Hidrolizira i 1,4-veze β-D-glukanâ koji također sadrže 1,3-veze.

Struktura

Većina gljivičnih celulaza imaju strukturu dva-domena, s jednom katalitskom i jednom celuloza-obavezujućom domenom, koje su povezane fleksibilnim linkerom. Ova struktura je prilagođen za rad na nerastvorljivoj podlozi, što omogućuje enzimu dvodimenzionzijsku difuziju na površini. Međutim, postoje i celulaze (uglavnom endoglukanaze) kojima nedostaje linker celuloznne domene.^[6]^[7]^[8]^[9]

Celulazni kompleksi

U mnogim bakterijama, in vivo celulaze su složene enzimske strukture organizirane u supramolekulske komplekse, u celulosome. Sadrže oko pet različitih enzimskih podjedinica i ustvari su endocelulaze, egzocelulaze, celobiaze, oksidacijske celulaze i celulozne fosforilaze, od kojih samo endocelulaze i celobiaze sudjeluju u stvarnoj hidrolizi β(1 → 4) veza . Celulazni kompleks Trichoderma reesei, primjerice, sadrži komponentu označenu kao C1 (57.000 daltona), koja razdvaja lance kristalne celuloze, kao endoglukanaza (oko 52.000 daltona), kao i egzoglukanaza (oko 61.000 daltona) i β-glukozidaze (76.000 daltona).

U genomu bakterija identificirane su brojne "potpisne" sekvence, poznate kao dokerini i kohezini, koje proizvode celulosome. U zavisnosti od njihove sekvence aminokiselina i tercijarne strukture, celulaze su podijeljeni u klanove i porodice.

Mehanizam celulolize

Tri tipa katalitskih reakcija celulaze:
1. Lom nekovalentnih interakcija u amorfnoj strukturi celuloze (endocelulaza)
2. Hidroliza lanca završava razlaganjem polimera u manje molekule šećera (egzocelulaza) 3. Hidroliza disaharida i tetrasaharida u glukozu (beta-glukozidaza)

Detalji mehanizma aktivnosti beta-glukosidazne aktivnosti celulaze

Upotreba

Celulaza se koristi za komercijalnu preradu hrane u kafu. Hidrolizira celulozu toom sušenja zrna. Osim toga, celulaze se naširoko koriste i u tekstilnoj industriji i proizvodnji deterdženata za pranje rublja. Oni su također, u razne svrhe, koriste u industriji celuloze i papira, a čak i u farmaciji. Celulaza se upotrebljava u fermentaciji biomase u biogoriva, iako je ovaj proces je relativno eksperimentalno u ovom trenutku. Cellulase se koristi kao tretman za phytobezoars, oblik celuloze Bezoar nalazi u ljudskom želucu.

Mjerenje celulaze

Kao i prvobitni supstrat, celuloze, je netopive u vodi polimera, tradicionalno smanjuje šećer testova pomoću ovog supstrat ne može biti zaposlen za mjerenje celulaza aktivnosti. Analitička naučnici su razvili niz alternativnih metoda.

Viskometrija

Viskozimetar se može koristiti za mjerenje smanjenja viskoznosti otopine koja sadrži tvari topive u vodi, kao što je derivat celuloze: karboksimetil celuloza, nakon inkubacije s celulaznim uzorkom. Pad viskoznosti je direktno proporcionalan aktivnosti celulaze. Iako su takvi testovi vrlo osjetljivi i specifični za endocelulaze (egzocelulaze prave malo ili nimalo promjena viskoznosti), ograničeni su činjenicom da je teško definirati aktivnost u konvencionalnim enzimskim jedinicama (mikromol hidrolizirane podloge ili proizvod nja u minuti).

Celooligosaharidne podloge

DP-oligosaharidi (DP2-6) su dovoljno rastvorljivi u vodi da se ponašaju kao održive podloge za celulazne enzime. Međutim, kako su ove podloge su i sami 'reducirajući šećeri, nisu pogodne za upotrebu u tradicijskim testovima redukcije šećera jer stvaraju visoku 'praznu' vrijednost. Međutim, njihova celulazom posredovana hidroliza se može pratiti metodima HPLC ili IC, ta sticanje vrijednih informacija o zahtjevima podloge određenog celulaznog enzima.

Reducirane celooligosaharidne podloge

U proizvodnji dgovarajućih šećernih alkohola, celo-oligosaharidi mogu biti hemijski reducirani aktivnošću natrij borohidrid a. Ovi spojevi, u testovima ne reagiraju pri redukciji šećera, ali to činr proizvodi njihove hidrolize. To čini reducirajuće borohidride celo-oligosaharida vrijednim podlogama za test od celulaze, koristeći tradicijske restove reducirajućih šećera, kao što je Nelson-Symogyi metod.

Bojene polisaharidne podloge

Ove podloge mogu se mogu podijeliti na dvije klase.

Nerastvorljive hromogene podloge: nerastopive celulazne podloge, kao što je AZCL-HE-celuloza, kada se stave u rastvor, upijaju vodu za stvaranje želatinoznih čestica, . Ova podloga je postepeno depolimerizovanim i solubilised djelovanjem celulaza. Reakcija se prekida dodavanjem alkalnih otopina, koje zaustavljaju enzimsku aktivnost pa se sadržaj reakcije filtrira ili centrifugira. Boja u filtratu ili supernatant se mjeri i može se odnositi na aktivnosti enzima.
Rastvorljive hromogene podloge: Uzorak celulaze se inkubira s u vodi topivom podlogom, kao što su azo-CM-celuloze, a reakcija se prekida i fragmenti visoke molekularne težine djelomično hidroliziraju taložeći se iz rastvora, organskim rastvaračima, kao što su etanol ili methoksietanol. Suspenzija je temeljito izmiješa i centrifugira, a boja u supernatant no otopini (zbog malih, u vodi obojenih fragmenata) se mjeri. Aktivnost enzima može se odrediti pomoću standardne krivulje.

Kombinacija enzimskih reagenasa

Za specifično mjerenje prisustva endocelulazne aktivnosti pomoćne β-glukozidaze mogu se upotrebljavati kolourimetrijski i fluorimetrijski supstrati celulaze

Nedavno su razvijeni novi reagensi koji omogućavaju specifično mjerenje end -celulaza. Ove metode uključuju funkcionalno korištenje oligosaharidnog supstrata u prisustvu pomoćnih enzima. U primjeru je prikazano da je celulazni enzim ju stanju prepoznati trisaharidni fragment celuloze i razložiti ove jedinice. Pomoćni enzimi koji su prisutni u reagens smjesi (β-glukozidaze), zati hidroliziraju fragment koji sadrži hromofore ili fluorofore. Ovaj test se prekida dodavanjem osnovne otopine koja zaustavlja enzimske reakcije i deprotonira oslobođenu fenolne spojeve za proizvodnju vrsta fenolata. Uzorak celulazne aktivnost je direktno proporcionalna količini oslobođenih fenolata, koji se mogu mjeriti pomoću spektrofotometra. Acetal funkcionalizacija nereucirajućeg kraja trisaharidne podloge sprječava akciju pomoćnih β-glukozidaza na roditeljskoj podlozi.

Također pogledajte

Reference

^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
^ Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.
^ Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.
^ Graeme K. Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
^ Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013): Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.
^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Lindhorst T. K. (2007): Essentials of carbohydrate chemistry and biochemistry. Wiley-VCH, ISBN 3527315284.
^ Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
^ Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

Vanjski linkovi

[1] Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.

[2] Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.

[3] Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.

[4] Graeme K. Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.

[5] Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013): Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

[6] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[7] Lindhorst T. K. (2007): Essentials of carbohydrate chemistry and biochemistry. Wiley-VCH, ISBN 3527315284.

[8] Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.

[9] Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]