stringtranslate.com

Целлюлозо 1,4-β-целлобиозидаза (невосстанавливающий конец)

Целлюлозо-1,4-β-целлобиозидаза ( EC 3.2.1.91, экзоцеллобиогидролаза, β-1,4-глюканцеллобиогидролаза, β-1,4-глюканцеллобиозилгидролаза, 1,4-β-глюканцеллобиозидаза, экзоглюканаза, авицелаза, CBH 1, C1-целлюлаза, целлобиогидролаза I, целлобиогидролаза, экзо-β-1,4-глюканцеллобиогидролаза, 1,4-β- D -глюканцеллобиогидролаза, целлобиозидаза) — фермент , представляющий интерес своей способностью преобразовывать целлюлозу в полезные химические вещества, в частности, целлюлозный этанол .

Основным технологическим препятствием для широкого использования целлюлозы в качестве топлива по-прежнему является отсутствие недорогих технологий преобразования целлюлозы. [1] Одним из решений является использование организмов, способных выполнять это преобразование. [1] Разработка таких организмов, таких как Saccharomyces cerevisiae , которые способны секретировать высокие уровни целлобиогидролаз, уже ведется. [1] Целлобиогидролазы — это экзоглюканазы, полученные из грибов.

Систематическое название — 4-β- D -глюканцеллобиогидролаза (невосстанавливающий конец). [2] [3] [4] [5]

Функция

Этот фермент катализирует гидролиз (1→4)-β- D - глюкозидных связей в целлюлозе и целлотетраозе , высвобождая целлобиозу из невосстанавливающих концов цепей.

Например, CBH1 из дрожжей состоит из участка связывания углеводов, линкерной области и каталитического домена. [6] После связывания целлюлозной цепи она протягивается через туннелеобразный активный участок, где целлюлоза расщепляется на двухсахарные сегменты, называемые целлобиозой. [6] [7] Структуру фермента можно увидеть на первом рисунке. Второй рисунок показывает активность фермента и показывает как связывание целлюлозы с ферментом, так и продукт этого этапа, целлобиозу. Однако исследования показывают, что активность CBH1 очень сильно ингибируется продуктом, целлобиозой. Определение фермента, который не так сильно ингибируется продуктом, или поиск способа удаления целлобиозы из среды фермента — это лишь еще несколько примеров многочисленных проблем, с которыми сталкивается использование этих ферментов для создания биотоплива. [8]

Структура CBH1, полученная с помощью pymol
CBH1 увеличил изображение активного центра, где целлюлоза расщепляется до целлобиозы, полученной с использованием пимола.

После вышеуказанного шага процесс создания этанола выглядит следующим образом: [9] 3. Отделение сахаров от другого растительного материала. 4. Микробная ферментация раствора сахара для создания спирта. 5. Дистилляция для очистки продуктов и получения примерно 9% чистого спирта. 6. Дальнейшая очистка для доведения чистоты этанола примерно до 99,5%.

В этой области также были сделаны некоторые заметные улучшения. Например, был разработан штамм дрожжей, способный производить свой собственный фермент, переваривающий целлюлозу, что позволило бы одновременно проводить этапы деградации целлюлозы и ферментации. [10] Это важное достижение в том смысле, что оно делает крупномасштабные промышленные применения более осуществимыми.

Ссылки

  1. ^ abc Ильмен М, ден Хаан Р, Бревнова Е, Макбрайд Дж, Висволл Е, Фрелих А, Койвула А, Вотилайнен СП, Сиика-Ахо М, ла Гранж, округ Колумбия, Торнгрен Н, Альгрен С, Меллон М, Делео К, Раджгархия В , ван Зил В.Х., Пенттиля М. (сентябрь 2011 г.). «Высокий уровень секреции целлобиогидролаз Saccharomyces cerevisiae» (PDF) . Биотехнология для биотоплива . 4:30 . дои : 10.1186/1754-6834-4-30 . ПМЦ  3224389 . ПМИД  21910902.
  2. ^ Бергем LE, Петтерссон LG (август 1973). «Механизм ферментативной деградации целлюлозы. Очистка целлюлолитического фермента из Trichoderma viride, действующего на высокоупорядоченную целлюлозу». European Journal of Biochemistry . 37 (1): 21–30. doi : 10.1111/j.1432-1033.1973.tb02952.x . PMID  4738092.
  3. ^ Eriksson KE, Pettersson B (февраль 1975). «Внеклеточная ферментная система, используемая грибком Sporotrichum pulverulentum (Chrysosporium lignorum) для расщепления целлюлозы. 3. Очистка и физико-химическая характеристика экзо-1,4-β-глюканазы». European Journal of Biochemistry . 51 (1): 213–8. doi : 10.1111/j.1432-1033.1975.tb03921.x . PMID  235428.
  4. ^ Холливелл Г., Гриффин М., Винсент Р. (апрель 1972 г.). «Роль компонента C 1 в целлюлолитических системах». Биохимический журнал . 127 (2): 43P. doi :10.1042/bj1270043Pa. PMC 1178673. PMID  5076675 . 
  5. ^ Зверлов ВВ, Великодворская ГВ, Шварц WH, Бронненмейер К, Келлерманн Й, Штауденбауэр ВЛ (июнь 1998). "Мультидоменная структура и целлюлосомная локализация целлобиогидролазы Clostridium thermocellum". Журнал бактериологии . 180 (12): 3091–9. doi : 10.1128/JB.180.12.3091-3099.1998. PMC 107808. PMID  9620957. 
  6. ^ ab "Целлюлазные ферменты для преобразования биомассы в биотопливо и химикаты". Портал энергетических инноваций . Получено 1 марта 2012 г.
  7. ^ «Ферменты для исследований альтернативной энергетики». Sigma Aldrich .
  8. ^ Du F, Wolger E, Wallace L, Liu A, Kaper T, Kelemen B (май 2010 г.). «Определение ингибирования продукта CBH1, CBH2 и EG1 с использованием нового анализа активности целлюлазы». Прикладная биохимия и биотехнология . 161 (1–8): 313–7. doi :10.1007/s12010-009-8796-4. PMID  19830597. S2CID  36288505.
  9. ^ Zhu JY, Pan XJ, Wang GS, Gleisner R (апрель 2009 г.). «Предварительная обработка сульфитом (SPORL) для надежного ферментативного осахаривания ели и красной сосны». Bioresource Technology . 100 (8): 2411–8. doi :10.1016/j.biortech.2008.10.057. PMID  19119005.
  10. ^ Галазка, Джонатан М.; Тянь, Чаогуан; Бисон, Уильям Т.; Мартинес, Бруно; Гласс, Н. Луиза; Кейт, Джейми HD (2010). «Транспорт целлодекстрина в дрожжах для улучшения производства биотоплива». Science . 330 (6000): 84–86. Bibcode :2010Sci...330...84G. doi :10.1126/science.1192838. PMID  20829451. S2CID  20444539.

Внешние ссылки