The selulase adalah kelompok enzim yang dihasilkan oleh tanaman dan oleh berbagai mikroorganisme "selulolitik" aktivitas katalitik yang melibatkan degradasi selulosa, polisakarida paling melimpah di alam.
Protein ini termasuk dalam keluarga hidrolase glikosidik atau enzim hidrolase glikosil, karena mereka mampu menghidrolisis ikatan antara unit glukosa tidak hanya dalam selulosa, tetapi juga dalam beberapa β-D-glukan yang ada dalam sereal.
Representasi grafis dari struktur molekul Selulase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute melalui Wikimedia Commons)
Kehadirannya di kerajaan hewan telah diperdebatkan dan pencernaan selulosa oleh hewan herbivora dikaitkan dengan mikroflora usus simbiosis. Namun, penelitian yang relatif baru menunjukkan bahwa enzim ini juga diproduksi oleh invertebrata seperti serangga, moluska, dan beberapa nematoda.
Selulosa adalah bagian penting dari dinding sel semua organisme tumbuhan dan juga diproduksi oleh beberapa spesies alga, jamur dan bakteri. Ini adalah homopolysaccharide linier dengan berat molekul tinggi yang terdiri dari D-glukopiranosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4.
Polisakarida ini tahan secara mekanis dan kimiawi, karena terdiri dari rantai paralel yang disejajarkan dalam sumbu longitudinal yang distabilkan oleh ikatan hidrogen.
Karena tumbuhan, penghasil selulosa utama, merupakan dasar rantai makanan, keberadaan enzim ini penting untuk penggunaan jaringan ini dan, oleh karena itu, untuk kelangsungan hidup sebagian besar fauna darat (termasuk mikroorganisme).
karakteristik
Selulase yang diekspresikan oleh sebagian besar mikroorganisme menggunakan fungsi katalitiknya dalam matriks ekstraseluler dan, secara umum, ini diproduksi dalam jumlah besar, yang secara industri digunakan untuk berbagai keperluan.
Bakteri menghasilkan sejumlah kecil selulase terkait kompleks, sedangkan jamur menghasilkan sejumlah besar enzim ini, yang tidak selalu berasosiasi satu sama lain, tetapi bertindak secara sinergi.
Tergantung pada organisme yang dipelajari, terutama jika itu adalah prokariota dan eukariota, jalur "sekretori" untuk jenis enzim ini sangat berbeda.
Klasifikasi
Selulase atau enzim selulolitik ditemukan di alam sebagai sistem multi-enzim, yaitu membentuk kompleks yang tersusun dari lebih dari satu protein. Klasifikasi mereka biasanya membaginya menjadi tiga kelompok penting:
- Endoglikanase atau glukanohidrolase endo-1,4-β-D-glukan : yang memotong secara acak situs "amorf" di daerah internal rantai selulosa
- Eksoglikanase, selobiohidrolase atau 1,4-β-D-glukan selobiohidrolase : yang menghidrolisis ujung rantai selulosa pereduksi dan non-pereduksi, melepaskan glukosa atau residu selobiosa (gugus glukosa saling terkait)
- β-glukosidase atau β-D-glukosida glukohidrolase : mampu menghidrolisis ujung selulosa yang tidak mereduksi dan melepaskan residu glukosa
Kompleks multienzim dari enzim selulase yang dihasilkan oleh beberapa organisme dikenal sebagai selulosom, komponen individu yang sulit untuk diidentifikasi dan diisolasi, tetapi mungkin sesuai dengan enzim dari tiga kelompok yang dijelaskan.
Di dalam setiap kelompok selulase terdapat famili, yang dikelompokkan bersama karena memiliki beberapa karakteristik khusus. Keluarga-keluarga ini dapat membentuk "klan" yang anggotanya memiliki perbedaan dalam urutan mereka, tetapi berbagi beberapa karakteristik struktural dan fungsional satu sama lain.
Struktur
Enzim selulase adalah protein "modular" yang terdiri dari domain terpisah secara struktural dan fungsional: domain katalitik dan domain pengikat karbohidrat.
Seperti kebanyakan hidrolase glikosil, selulase memiliki, dalam domain katalitik, residu asam amino yang berfungsi sebagai nukleofil katalitik yang bermuatan negatif pada pH optimum untuk enzim dan residu lain yang bertindak sebagai donor proton.
Sepasang residu ini, tergantung pada organisme yang mengekspresikan enzim, dapat berupa dua aspartat, dua glutamat atau masing-masing satu.
Dalam banyak jamur dan bakteri, selulase adalah protein yang sangat terglikosilasi, namun, penelitian independen menunjukkan bahwa residu karbohidrat ini tidak memainkan peran utama dalam aktivitas enzimatik enzim ini.
Ketika selulase berasosiasi untuk membentuk kompleks, mencapai aktivitas enzimatik yang lebih besar pada berbagai bentuk substrat yang sama, ini dapat memiliki hingga lima subunit enzimatik yang berbeda.
fitur
Enzim penting ini, yang diproduksi terutama oleh bakteri dan jamur selulolitik, memiliki berbagai fungsi, baik dari sudut pandang biologis maupun industri:
Biologis
Selulase memainkan peran mendasar dalam jaringan biodegradasi rumit selulosa dan lignoselulosa, yang merupakan polisakarida paling melimpah di biosfer.
Selulase yang dihasilkan oleh mikroorganisme yang terkait dengan saluran pencernaan banyak hewan herbivora mewakili salah satu keluarga enzim terpenting di alam, karena omnivora dan karnivora yang ketat memakan biomassa yang diasimilasi oleh hewan-hewan ini.
Manusia, misalnya, mengonsumsi makanan yang berasal dari tumbuhan dan semua selulosa yang ada di dalamnya dianggap sebagai "serat kasar". Kemudian dieliminasi bersama tinja, karena tidak memiliki enzim untuk pencernaannya.
Hewan pemamah biak, seperti sapi, mampu meningkatkan berat dan ukuran ototnya berkat penggunaan karbon yang terkandung dalam bentuk glukosa dalam selulosa, karena mikroflora ususnya bertanggung jawab atas degradasi tumbuhan melalui aktivitas selulase. .
Pada tumbuhan, enzim ini bertanggung jawab atas degradasi dinding sel sebagai respons terhadap rangsangan berbeda yang terjadi dalam berbagai tahap perkembangan, seperti absisi dan pematangan buah, absisi daun dan polong, antara lain.
Industri
Di tingkat industri, enzim ini diproduksi dalam skala besar dan digunakan dalam banyak proses pertanian yang berkaitan dengan bahan tanaman dan pemrosesannya.
Di antara proses ini adalah produksi biofuel, di mana selulase memenuhi lebih dari 8% permintaan enzim industri. Ini karena enzim ini sangat penting untuk produksi etanol dari limbah tanaman dari berbagai sumber.
Mereka juga digunakan dalam industri tekstil untuk berbagai keperluan: produksi pakan ternak, peningkatan kualitas dan "kecernaan" pakan terkonsentrasi atau selama pemrosesan jus dan tepung.
Protein ini digunakan, pada gilirannya, dalam produksi minyak, rempah-rempah, polisakarida untuk penggunaan komersial seperti agar dan juga untuk memperoleh protein dari biji dan jaringan tanaman lainnya.
Referensi
- Bayer, EA, Chanzyt, H., Lamed, R., & Shoham, Y. (1998). Selulosa, selulase dan selulosom. Opini Terkini dalam Biologi Struktural, 8, 548–557.
- Dey, P., & Harborne, J. (1977). Biokimia Tanaman. San Diego, California: Academic Press.
- Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., & Staiger, MP (2012). Tinjauan kritis terhadap komposit semua selulosa. Jurnal Ilmu Material, 47 (3), 1171-1186.
- Knowles, J., & Teeri, T. (1987). Keluarga selulase dan gennya. TIBTECH, 5, 255–261.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
- Nutt, A., Sild, V., Pettersson, G., & Johansson, G. (1998). Kurva kemajuan. Sebuah mean untuk klasifikasi fungsional selulase. Eur. J. Biochem. , 258, 200–206.
- Reilly, PJ (2007). Struktur dan Fungsi Amilase dan Selulase. Di S.-T. Yang (Ed.), Bioprocessing untuk Produk Nilai Tambah dari Sumber Daya Terbarukan (pp. 119-130). Elsevier BV
- Sadhu, S., & Maiti, TK (2013). Produksi Selulase oleh Bakteri: Tinjauan. Jurnal Penelitian Mikrobiologi Inggris, 3 (3), 235-258.
- Watanabe, H., & Tokuda, G. (2001). Selulosa Hewan. Ilmu Kehidupan Seluler dan Molekuler, 58, 1167-1178.