Cellulases הם קבוצה של אנזימים המיוצרים על ידי צמחים ובעלי ידי מיקרואורגניזמים שונים "cellulolytic" הפעילות הקטליטית שכרוך השפלה של תאית, פוליסכריד הנפוץ ביותר בטבע.
חלבונים אלה שייכים למשפחת ההידרולאזים הגליקוזידיים או האנזימים של הגלוקוזיל הידרולאזים, מכיוון שהם מסוגלים להידרזל את הקשרים בין יחידות הגלוקוזה לא רק בתאית, אלא גם בכמה גלוקי β-D שנמצאים בדגנים.
ייצוג גרפי של המבנה המולקולרי של תאית (מקור: Jawahar Swaminathan וצוות MSD במכון האירופי לביואינפורמטיקה דרך ויקימדיה Commons)
נטען כי נוכחותה בממלכת החיות, ועיכול התאית על ידי בעלי חיים עשבוניים מיוחס למיקרופלורת מעיים סימביוטית. עם זאת, מחקרים עדכניים יחסית הראו כי אנזים זה מיוצר גם על ידי חסרי חוליות כמו חרקים, רכיכות וכמה נמטודות.
תאית היא חלק חיוני מדופן התא של כל האורגניזמים הצמחיים והיא מיוצרת גם על ידי מינים מסוימים של אצות, פטריות וחיידקים. זהו הומופוליסכריד ליניארי במשקל מולקולרי גבוה המורכב מ- D-גלוקופירנוזה המקושרים באמצעות קשרים β-1,4.
פוליסכריד זה עמיד מכנית וכימית, מכיוון שהוא מורכב משרשראות מקבילות אשר מיושרות בצירים אורכיים המייצבים באמצעות קשרי מימן.
מכיוון שצמחים, יצרני התאית העיקרית, הם בסיס שרשרת המזון, קיומם של אנזימים אלה חיוני לשימוש ברקמות אלו, ולכן לקיומו של חלק גדול מהחי החי-יבשתי (כולל מיקרואורגניזמים).
מאפיינים
התאית שמבטאת מרבית המיקרואורגניזמים מפעילה את תפקידיהם הקטליטיים במטריקס החוץ תאי ובאופן כללי, אלו מיוצרים בכמויות גדולות המשמשות באופן תעשייתי למטרות רבות.
חיידקים מייצרים כמויות קטנות של תאיות מורכבות הקשורות, ואילו פטריות מייצרות כמויות גדולות של אנזימים אלה, שלא תמיד קשורים זה לזה, אך פועלים בסינרגיה.
תלוי באורגניזם הנחקר, במיוחד אם מדובר בפרוקריוטים ואוקריוטים, מסלולי "ההפרשה" לסוגים של אנזימים אלו שונים מאוד.
מִיוּן
תאיות או אנזימים תאיים נמצאים בטבע כמערכות מרובות אנזים, כלומר יוצרים קומפלקסים המורכבים ביותר מחלבון אחד. סיווגם בדרך כלל מחלק אותם לשלוש קבוצות חשובות:
- אנדוגלוקנאזות או אנדו-1,4-ß-D-גלוקן גלוקנוהידרולאזים : שחותכים באתרים "אמורפיים" אקראיים באזורים פנימיים של שרשרות התאיות.
- אקסוגלוקנזים, צלוביובי - הידרולאזים או 1,4- ß -D-גלוקן צלוביובי- הידרולאזים: הממצים הידרוליזה של הקצוות המפחיתים והלא-מפחיתים של שרשראות התאית, ומשחררים שאריות גלוקוז או צלוביוז (קבוצות גלוקוזות המקושרות זו לזו)
- β-גלוקוזידאזים או β-D-גלוקוזיד גלוקו-הידרולאז : מסוגלים לבצע הידרוליזה של הקצוות הלא-מפחיתים של תאית ושחרור שאריות גלוקוז
קומפלקסים הרב-אנזימים של אנזימי תאית שמייצרים כמה אורגניזמים ידועים כצלולוזומים, אשר מרכיביהם האישיים קשים לזיהוי ובידוד, אך ככל הנראה תואמים אנזימים משלוש הקבוצות שתוארו.
בתוך כל קבוצת תאיות קיימות משפחות, המקובצות יחדיו מכיוון שהן חולקות כמה מאפיינים מיוחדים. משפחות אלו יכולות ליצור "חמולות" שבין חבריהן יש הבדלים ברצפים שלהן, אך חולקות כמה מאפיינים מבניים ותפקודיים זה עם זה.
מִבְנֶה
אנזימי תאית הם חלבונים "מודולריים" המורכבים מתחומים נפרדים מבניים ותפקודיים: תחום קטליטי ותחום מחייב פחמימות.
בדומה לרוב הגליקוזיל הידרולאזים, התאית מחזיקה, בתחום הקטליטי, משקע של חומצות אמינו שמתפקד כנוקלאופיל קטליטי טעון שלילי ב pH האופטימאלי לאנזים ושאריות נוספת שמשמשת כתורם פרוטון.
זוג שאריות זה, תלוי באורגניזם המבטא את האנזים, יכול להיות שני אספרטטים, שני גלוטמטים או אחד מכל אחד מהם.
אצל פטריות וחיידקים רבים, התאיות הן חלבונים בעלי גליקוזילציה גבוהה, עם זאת, מחקרים עצמאיים מראים כי שאריות פחמימות אלה אינן ממלאות תפקיד מרכזי בפעילות האנזימטית של אנזימים אלה.
כאשר התאית מתחברת ליצירת קומפלקסים, השגת פעילות אנזימטית גדולה יותר על הצורות השונות של אותו מצע, אלה יכולים להיות עד חמש יחידות אנזימים שונות.
מאפיינים
לאנזימים חשובים אלה, המיוצרים במיוחד על ידי חיידקים ופטריות תאיות, תפקידים שונים, מבחינה ביולוגית ותעשייתית כאחד:
בִּיוֹלוֹגִי
תאית ממלאת תפקיד מהותי ברשת ההידרדרות הביולוגית הסבוכה של תאית ולינצוצלולוזה, שהם הפוליסכרידים השכיחים ביותר בביוספרה.
התאיות המיוצרות על ידי המיקרואורגניזמים הקשורים במערכת העיכול של בעלי חיים רבים של עשבוני עשב מייצגות את אחת ממשפחות האנזים החשובות בטבע, מכיוון שאומני טבע וטורפים קפדניים ניזונים מהביומסה שהוטמעה על ידי בעלי חיים אלה.
האדם, למשל, צורך מזון ממקור צמחי וכל התאית הקיימת בהם נחשבת "סיבים גולמיים". מאוחר יותר הוא מחוסל עם הצואה, מכיוון שאין לו אנזימים לעיכול שלו.
רומנים, כמו פרות, מסוגלים להגדיל את משקלם ואת גודל השריר בזכות השימוש בפחמן הכלול בצורת גלוקוז בתאית, מכיוון שהמיקרופלורת שלהם במעי אחראית להשפלת הצמחים באמצעות פעילות התאית. .
בצמחים, אנזימים אלו אחראיים להשפלת דופן התא בתגובה לגירויים שונים המתרחשים בשלבי התפתחות שונים, כגון כריתה והתבגרות של פירות, כריתת עלים ועלים, בין היתר.
תַעֲשִׂיָתִי
ברמה התעשייתית, אנזימים אלו מיוצרים בקנה מידה גדול ומשתמשים בתהליכים חקלאיים רבים הקשורים לחומרים צמחיים ולעיבודם.
בין התהליכים הללו הוא ייצור דלקים ביולוגיים, שעבורם התאית מספקת יותר מ- 8% מהביקוש לאנזים התעשייתי. הסיבה לכך היא כי אנזימים אלה חשובים ביותר לייצור אתנול מפסולת צמחית ממקורות שונים.
הם משמשים גם בתעשיית הטקסטיל למטרות מרובות: ייצור מזון לבעלי חיים, שיפור איכות ו"עיכול "של הזנה מרוכזת או במהלך עיבוד מיצים וקמחים.
חלבונים אלה משמשים, בתורם, בייצור שמנים, תבלינים, פוליסכרידים לשימוש מסחרי כמו אגר וגם להשגת חלבונים מזרעים ורקמות צמחיות אחרות.
הפניות
- באייר, EA, Chanzyt, H., Lamed, R., and Shoham, Y. (1998). תאית, תאית ותאית. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מבנית, 8, 548–557.
- Dey, P., & Harborne, J. (1977). ביוכימיה צמחית. סן דייגו, קליפורניה: העיתונות האקדמית.
- הובר, ט., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., & Staiger, MP (2012). סקירה ביקורתית של מרוכבים מכל התאית. כתב העת למדעי החומרים, 47 (3), 1171-1186.
- Knowles, J., & Teeri, T. (1987). משפחות תאיות וגנים שלהם. TIBTECH, 5, 255–261.
- נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
- נוט, א ', סילד, ו', פטרסון, ג 'וג'והנסון, ג' (1998). עקומות התקדמות. אמצעי לסיווג תפקודי של תאיות. יורו ג'י ביוכימ. , 258, 200–206.
- ריילי, PJ (2007). מבנה ותפקוד עמילאז ותא. ב- S.-T. יאנג (עורך), עיבוד ביו למוצרים בעלי ערך מוסף ממשאבים מתחדשים (עמ '119-130). Elsevier BV
- Sadhu, S., and Maiti, TK (2013). ייצור תאית על ידי חיידקים: סקירה. כתב העת לחקר המיקרוביולוגיה הבריטי, 3 (3), 235–258.
- ווטאנבה, ח. וטוקודה, ג '(2001). תאיות בעלי חיים. מדעי החיים הסלולריים והמולקולריים, 58, 1167-1178.