Caratteristiche, struttura, funzioni di cellulasa

IL Cellule Sono un gruppo di enzimi prodotti dalle piante e da vari microrganismi "cellulolitici", la cui attività catalitica consiste nella degradazione della cellulosa, il polisaccaride più abbondante in natura.

Queste proteine ​​appartengono alla famiglia degli enzimi glicosidici o glicosil idrolasi idrolasili, poiché sono in grado di idrolizzare i legami tra le unità di glucosio non solo di cellulosa, ma anche di alcuni β-D-glucani presenti nei cereali.

Rappresentazione grafica della struttura molecolare di una cellulasi (fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute [Public Domain] tramite Wikimedia Commons)

La sua presenza nel regno animale è stata sostenuta e la digestione della cellulosa da parte degli animali erbivori è attribuita a una microflora intestinale simbiota. Tuttavia, studi relativamente recenti hanno dimostrato che questo enzima è prodotto anche da invertebrati come insetti, molluschi e alcuni nematodi.

La cellulosa è una parte essenziale della parete cellulare di tutti gli organismi vegetali ed è anche prodotta da alcune specie di alghe, funghi e batteri. È un omopolisaccaride lineare.

Questo polisaccaride è meccanicamente e chimicamente resistente, poiché è composto da catene parallele allineate in assi longitudinali stabilizzati da ponti idrogeno.

Poiché le piante, i principali produttori di cellulosa, sono la base della catena alimentare, l'esistenza di questi enzimi è essenziale per l'uso di tali tessuti e, quindi, per la sussistenza di gran parte della fauna della terra (compresi i microrganismi).

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Caratteristiche

Le cellule espresse dalla maggior parte dei microrganismi esercitano le loro funzioni catalitiche nella matrice extracellulare e, in generale, queste sono prodotte in grandi quantità, che è usata industrialmente per molti scopi.

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I batteri producono piccole quantità di cellule associate in complesso.

A seconda dell'organismo che viene studiato, soprattutto se sono procarioti ed eucarioti, le strade "secretorie" per questo tipo di enzimi sono molto diverse.

Classificazione

Le cellule o gli enzimi cellulolitici si trovano in natura come sistemi multienzimatici, cioè formando complessi composti da più di una proteina. La loro classificazione di solito li divide in tre gruppi importanti:

- Endoglucanasi O endo-1,4-β-D-glucano glucanoidroli: Si sono tagliati in siti casuali "amorfi" nelle regioni interne delle catene di cellulosa

- Exoglucanasi, Celobiohidrolesi O 1.4-β-D-glucano celebioidroli: quali idrolizzati riducono le estremità e catene di cellulosa non riducenti, rilasciando glucosio o residui cellulari (gruppi di glucosio insieme)

- β-glucosidasi O β-D-glicoside glicidrolasi: Capace di idrolizzare le estremità non riducenti dei residui di glucosio e rilasciare i residui di glucosio

I complessi multienzimatici delle cellule cellule che alcuni organismi producono sono noti come cellulosomi, i cui singoli componenti sono difficili da identificare e isolare, ma probabilmente corrispondono agli enzimi dei tre gruppi descritti.

All'interno di ogni gruppo di celle ci sono famiglie, che sono raggruppate perché condividono alcune caratteristiche speciali. Queste famiglie possono formare "clan" i cui membri hanno differenze nelle loro sequenze, ma condividono alcune caratteristiche strutturali e funzionali l'una dall'altra.

Struttura

Gli enzimi cellulari sono proteine ​​"modulari" che sono composte da domini strutturali e funzionalmente discreti: un dominio catalitico e un'altra unione di carboidrati.

Come la maggior parte dell'idrolasi glicosil, le cellule hanno, nel dominio catalitico, un residuo di aminoacidi che funziona come un nucleofilo catalitico che è carica negativamente al pH ottimale per l'enzima e un altro residuo che funge da donatore di protoni.

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Questa coppia di rifiuti, a seconda dell'organismo che esprime l'enzima, può essere due aspartati, due glutamati o uno in ciascuno in ciascuno.

In molti funghi e batteri, le cellule sono proteine ​​altamente glicosilate, tuttavia, studi indipendenti suggeriscono che questi rifiuti di carboidrati non svolgono un ruolo trascendentale nell'attività enzimatica di questi enzimi.

Quando le cellule sono associate a formare complessi.

Funzioni

Questi importanti enzimi, prodotti soprattutto da batteri e funghi cellulolitici, hanno varie funzioni, sia dal punto di vista biologico che industriale:

Biologico

Le cellule hanno un ruolo fondamentale nell'intricata rete di biodegradazione di cellulosa e lignocellulosa, che sono i polisaccaridi più abbondanti sulla biosfera.

Le cellule prodotte dai microrganismi associati al tratto gastrointestinale di molti animali erbivori rappresentano una delle famiglie enzimatiche più importanti in natura, poiché carnivoro onnivoro e rigoroso.

L'uomo, ad esempio, consuma cibi di origine vegetale e tutta la cellulosa presente in questi è considerato "fibra grezza". Successivamente viene eliminato con le feci, perché non ha enzimi per la digestione.

I ruminanti, come le mucche, sono in grado di aumentare il loro peso e le dimensioni dei muscoli grazie all'uso del carbonio contenuto sotto forma di glucosio nella cellulosa, poiché la loro microflora intestinale è responsabile della degradazione delle verdure attraverso l'attività celulasi.

Nelle piante, questi enzimi sono responsabili della degradazione della parete cellulare in risposta a diversi stimoli che si verificano in diverse fasi di sviluppo come l'ascissione e la maturazione dei frutti, l'ascissione delle foglie e i pod.

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Industriali

A livello industriale, questi enzimi sono prodotti su larga scala e sfruttati in molti processi agricoli correlati ai materiali vegetali e alla loro lavorazione.

Tra questi processi c'è la produzione di biocarburanti, per i quali le cellule soddisfano oltre l'8% della domanda enzimatica industriale. Questo perché questi enzimi sono della massima importanza per la produzione di etanolo da rifiuti vegetali da diverse fonti.

Sono anche utilizzati nel settore tessile con molteplici scopi: produzione di alimenti per animali, miglioramento della qualità e "digeribilità" degli alimenti concentrati o durante i succhi e la lavorazione della farina.

Queste proteine ​​vengono utilizzate, a loro volta, nella produzione di oli, spezie, polisaccaridi di uso commerciale come agar e anche per ottenere proteine ​​da semi e altri tessuti vegetali.

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