MBTH: Celulaze 1

(Hemi)celulaze se v industriji lahko uporabljajo

• V papirniški industriji, kot nadomestek kemikalij za beljenje pulpe

• V kozmetični industriji, za odstranjevanje dlak

• V živilski industriji, za boljšo prebavljivost in izkoristek krme

• V tekstilni industriji, za beljenje jeansa in odstranjevanje odvečnih vlaken

V bioenergetiki imajo (hemi)celulaze pomembno vlogo:

• Ker omogočajo proizvodnjo 20-40 miljard L bioetanola/leto.

• Ker bi lahko omogočila proizvodnjo biogoriv iz celuloznih odpadkov.

• So mikroorganizmi, ki jih proizvajajo zelo učinkoviti v pretvorbi (hemi)celuloze v organska topila.

• So osnova za proizvodnjo bioetanola 2. generacije.

Zakaj je celuloza tako težko razgradljiv substrat?

• Zaradi nepolarnosti molekul in podenot.

• Zaradi stabilnosti B-1-4 glikozidnih vezi znotraj polimernih verig.

• Zaradi tesnega povezovanja glukanskih verig s šibkimi interakcijami (H-vezi), kar onemogoča dostop do notranjih vezi vodi in drugim molekulam.

• Zaradi netopnosti glukanskih verig.

Kristalinične regije celuloznih vlaken so:

• Neurejene regije, kjer se encimi lahko dokopljejo do posameznih verig in začnejo z razgradnjo.

• Najbolj urejene regije, ki so povezane z maksimalnim številom H-vezi in so encimom nedostopne.

• Amorfne regije

• Regije, kjer se običajno začne razgradnja celuloze.

Kaj je cilj razvoja biokatalizatorjev za uporabo v biorafinerijah?

• Optimizacija koraka fermentacije razgradnih produktov celuloze.

• Omogočiti proces pretvorbe celuloznih substratov brez predobdelave s kemijskimi (fizikalnimi) sredstvi.

• V enem sistemu združiti pretvorbo celuloznih odpadkov in njihovo fermentacijo v produkte z dodano vrednostjo.

Celulosomi so:

• Encimski sistemi aerobnih organizmov, ki omogočajo proizvodnjo velikih količin prostih encimov.

• Znotrajcelični encimski kompleksi anaerobnih gliv.

• Proteinski kompleksi, sestavljeni iz strukturnih proteinov (skafoldinov) in encimov

• Zunajcelični encimski kompleksi, ki nekaterim anaerobnim MO omogočajo učinkovitejšo razgradnjo (hemi)celuloznih substratov.

Za (hemi)celulaze je značilno:

• Da so zunajcelični encimi

• Da imajo najpogosteje le eno (katalitično) domeno

• Da imajo pogosto več domen (katalitične in vezavne)

• Da razgrajujejo vodotopne substrate

Kaj je funkcija domen (modulov) CBM:

• Cepitev celuloznih verig

• rahljanje celuloznih verig

• pritrjanje encimov na celulosomske skafoldine

• pritrjanje encimov na netopne substrate

Razgradnja celuloze poteka:

• Z oksidativno razgradnjo glikanov

• S hidrolitično razgradnjo glikanov

• Najpočasneje v začetni fazi (amorfogeneza).

• S sinergističnim delovanjem različnih endo- in ekso- encimov.

Za razgradnjo hemiceluloze je značilno, da:

• poteka hitreje kot razgradnja celuloze, ker so kovalentne vezi encimom dostopnejše

• da pri razgradnji ni potrebno sodelovanje različnih encimov

• da poteka počasneje kot razgradnja celuloze, saj je potrebnih več različnih encimov

• da je za popolno razgradnjo potrebno sodelovanje različnih hidrolaz, liaz in esteraz