셀룰라아제는 셀룰로오스의 분해, 자연에서 가장 풍부한 다당류를 포함한다 "섬유소"촉매 활성 식물에 의해 생산 된 효소의 다양한 미생물에 의해 그룹입니다.
이 단백질은 셀룰로오스뿐만 아니라 곡물에 존재하는 일부 β-D- 글루칸에서도 포도당 단위 사이의 결합을 가수 분해 할 수 있기 때문에 글리코 시드 가수 분해 효소 또는 글리코 실 가수 분해 효소 계열에 속합니다.
셀룰라아제의 분자 구조를 그래픽으로 표현 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 European Bioinformatics Institute의 Jawahar Swaminathan 및 MSD 직원)
동물계에서 그 존재가 주장되고 있으며 초식 동물에 의한 셀룰로오스의 소화는 공생 장내 미생물에 기인합니다. 그러나 비교적 최근의 연구에 따르면이 효소는 곤충, 연체 동물 및 일부 선충과 같은 무척추 동물에서도 생성됩니다.
셀룰로오스는 모든 식물 유기체의 세포벽의 필수 부분이며 일부 종의 조류, 곰팡이 및 박테리아에서도 생성됩니다. β-1,4 결합으로 연결된 D- 글루 코피 라노스로 구성된 고 분자량 선형 호모 다당류입니다.
이 다당류는 수소 결합에 의해 안정화 된 세로 축으로 정렬 된 평행 사슬로 구성되어 있기 때문에 기계적 및 화학적 내성이 있습니다.
주요 셀룰로오스 생산자 인 식물이 먹이 사슬의 기반이기 때문에 이러한 효소의 존재는 이러한 조직의 사용에 필수적이며 따라서 육상 동물 군의 상당 부분 ( 미생물).
형질
대부분의 미생물에 의해 발현되는 셀룰라아제는 세포 외 기질에서 촉매 기능을 발휘하며 일반적으로 대량 생산되어 산업적으로 다목적으로 사용됩니다.
박테리아는 소량의 복합 관련 셀룰라아제를 생성하는 반면, 곰팡이는 이러한 효소를 대량으로 생성하는데, 이는 항상 서로 결합하지는 않지만 시너지 작용을합니다.
연구 된 유기체에 따라, 특히 원핵 생물과 진핵 생물 인 경우 이러한 유형의 효소에 대한 "분비"경로는 매우 다릅니다.
분류
셀룰로오스 또는 셀룰로오스 분해 효소는 자연에서 다중 효소 시스템으로 발견됩니다. 즉, 하나 이상의 단백질로 구성된 복합체를 형성합니다. 그들의 분류는 일반적으로 세 가지 중요한 그룹으로 나뉩니다.
- Endoglucanases 또는 엔도 -1,4-을-β-D 글루칸 glucanohydrolases을 : 셀룰로오스 체인의 내부 지역에서 무작위로 "비정질"사이트에서 그 컷
- 엑소 글루 카나 제, 셀로 바이오 하이드 롤라 제 또는 1,4-β-D- 글루칸 셀로 바이오 하이드 롤라 제 : 셀룰로오스 사슬의 환원 및 비 환원 말단을 가수 분해하여 포도당 또는 셀로 비오스 잔기 (함께 연결된 포도당 그룹)를 방출합니다.
- β - 글루코시다 제 또는 β-D 글루코 glucohydrolase : 글루코오스 잔기 셀룰로오스 비 환원 말단을 가수 분해 및 방출 할
일부 유기체가 생산하는 셀룰라아제 효소의 다중 효소 복합체는 셀룰로 솜으로 알려져 있으며, 개별 성분은 식별 및 분리가 어렵지만 설명 된 세 그룹의 효소에 해당합니다.
각 셀룰라 제 그룹에는 몇 가지 특별한 특성을 공유하기 때문에 함께 그룹화 된 가족이 있습니다. 이러한 가족은 구성원의 순서가 다르지만 일부 구조적 및 기능적 특성을 공유하는 "클랜"을 형성 할 수 있습니다.
구조
셀룰라아제 효소는 구조적 및 기능적으로 분리 된 도메인, 즉 촉매 도메인과 탄수화물 결합 도메인으로 구성된 "모듈 형"단백질입니다.
대부분의 글리코 실 가수 분해 효소와 마찬가지로 셀룰라아제는 촉매 도메인에서 효소에 대한 최적 pH에서 음전하를 띠는 촉매 친핵체 역할을하는 아미노산 잔기와 양성자 공여자 역할을하는 또 다른 잔기를 보유합니다.
이 잔기 쌍은 효소를 발현하는 유기체에 따라 두 개의 아스 파르 테이트, 두 개의 글루타메이트 또는 각각 하나 일 수 있습니다.
많은 곰팡이와 박테리아에서 셀룰라아제는 고도로 글리코 실화 된 단백질이지만 독립적 인 연구에 따르면 이러한 탄수화물 잔기는 이러한 효소의 효소 활성에 중요한 역할을하지 않는다고합니다.
셀룰라아제가 결합하여 복합체를 형성 할 때, 동일한 기질의 다른 형태에서 더 큰 효소 활성을 달성하면, 이들은 최대 5 개의 다른 효소 서브 유닛을 가질 수 있습니다.
풍모
특히 셀룰로오스 분해 박테리아와 곰팡이에 의해 생성되는 이러한 중요한 효소는 생물학적 및 산업적 관점에서 다양한 기능을 가지고 있습니다.
생물학적
셀룰로오스는 생물권에서 가장 풍부한 다당류 인 셀룰로오스와 리그 노 셀룰로오스의 복잡한 생분해 네트워크에서 근본적인 역할을합니다.
많은 초식 동물의 위장관과 관련된 미생물에 의해 생성 된 셀룰라 제는 잡식성 및 엄격한 육식 동물이 이러한 동물에 의해 동화 된 바이오 매스를 먹기 때문에 자연에서 가장 중요한 효소 계열 중 하나를 나타냅니다.
예를 들어, 인간은 식물성 식품을 섭취하고 여기에 존재하는 모든 셀룰로오스는 "조 섬유"로 간주됩니다. 나중에 소화 효소가 없기 때문에 대변과 함께 제거됩니다.
소와 같은 반추 동물은 장내 미생물이 셀룰라아제 활성을 통해 식물의 분해를 담당하기 때문에 셀룰로오스에 포도당 형태로 포함 된 탄소를 사용하여 체중과 근육 크기를 늘릴 수 있습니다. .
식물에서 이러한 효소는 과일의 이탈 및 숙성, 잎과 꼬투리의 이탈과 같은 다양한 발달 단계에서 발생하는 다양한 자극에 반응하여 세포벽의 분해를 담당합니다.
산업
산업 수준에서 이러한 효소는 대규모로 생산되며 식물 재료 및 가공과 관련된 많은 농업 공정에 사용됩니다.
이러한 공정 중에는 셀룰라아제가 산업 효소 수요의 8 % 이상을 충족하는 바이오 연료 생산이 있습니다. 이는 이러한 효소가 다양한 출처의 식물 폐기물에서 에탄올을 생산하는 데 매우 중요하기 때문입니다.
그들은 또한 섬유 산업에서 동물 사료 생산, 농축 사료의 품질 및 "소화성"향상 또는 주스 및 밀가루 가공 과정에서 다양한 목적으로 사용됩니다.
이러한 단백질은 오일, 향신료, 한천과 같은 상업적 사용을위한 다당류의 생산에 사용되며 또한 종자 및 기타 식물 조직에서 단백질을 얻기 위해 사용됩니다.
참고 문헌
- Bayer, EA, Chanzyt, H., Lamed, R., & Shoham, Y. (1998). 셀룰로오스, 셀룰로오스 및 셀룰로오스. 구조 생물학의 현재 의견, 8, 548–557.
- Dey, P., & Harborne, J. (1977). 식물 생화학. 캘리포니아 주 샌디에이고 : Academic Press.
- Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., & Staiger, MP (2012). 모든 셀룰로스 복합재에 대한 비판적 검토. 재료 과학 저널, 47 (3), 1171-1186.
- Knowles, J., & Teeri, T. (1987). 셀룰라아제 가족과 그 유전자. TIBTECH, 5, 255–261.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger 생화학 원리. 오메가 에디션 (5 판).
- Nutt, A., Sild, V., Pettersson, G., & Johansson, G. (1998). 진행 곡선. 셀룰라 제의 기능적 분류를위한 평균. Eur. J. Biochem. , 258, 200–206.
- Reilly, PJ (2007). 아밀라아제 및 셀룰라아제 구조 및 기능. S.-T. Yang (Ed.), 재생 가능 자원에서 부가가치 제품을위한 바이오 프로세싱 (pp. 119–130). 엘스 비어 BV
- Sadhu, S., & Maiti, TK (2013). 박테리아에 의한 셀룰라아제 생산 : 검토. 영국 미생물학 연구 저널, 3 (3), 235–258.
- Watanabe, H., & Tokuda, G. (2001). 동물 셀룰라아제. 세포 및 분자 생명 과학, 58, 1167-1178.