Литературный обзор

Разложение целлюлозы в аэробных условиях приводит к последующему метаболизированию глюкозы в системе катаболических процессов с поступлением водорода (электронов) в дыхательную цепь и переносу их на O2.

Бактериям, использующим целлюлозу, принадлежит огромная роль в природе, так как именно им мы обязаны разложением клетчатки, составляющей основную массу всех синтезируемых природных соединений.

Целлюлаза

ЦЕЛЛЮЛАЗЫ (целлюлолитич. ферменты), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз 1,4-гликозидных связей в молекуле целлюлозы с образованием набора олигосахаридов различной степени полимеризации вплоть до мономера - глюкозы.

Различают два основных типа целлюлаз: эндоглюканазы (1,4-глюкан-4-глюканогидролазы, эндо-1,4-глюканазы) и целлобиогидролазы (1,4--D-глюкан-4-целлобиогидролазы, экзоцеллобиогидролазы), отличающиеся по характеру действия на молекулы целлюлозы и, как правило, действующие совместно.

Целлюлазы первого типа гидролизуют связи в молекуле целлюлозы и некоторых ее растворимых производных (карбоксиметил-, гидроксиэтилцеллюлоза и др.) неупорядоченным способом, образуя набор поли- и олигомерных фрагментов различной длины. Катализируют также реакцию трансгликозилирования (присоединение части расщепляемой молекулы поли- или олигосахарида к концевому невосстанавливающему ангидроглюкозному остатку др. поли- или олигомерной молекулы субстрата). Целлюлазы второго типа гидролизуют молекулы целлюлозы, образуя почти исключительно целлобиозу, которую они отщепляют с невосстанавливающего конца полисахарида (n - число звеньев цепи):

Другое отличие целлюлаз второго типа от эндоглюканаз - незначительное снижение ими вязкости расворов карбоксиметил- или гидроксиэтилцеллюлозы (при равной степени гидролиза полимера).

Характерное свойство двух типов целлюлаз - наличие синергизма (взаимного усиления) при их совместном действии на высокоупорядоченные формы целлюлозы (хлопковое волокно, микрокристаллическая целлюлоза).

Целлюлазы обнаружены у бактерий, актиномицетов, грибов, растений. Наличие целлюлаз у животных однозначно не доказано, однако многие насекомые, птицы, жвачные, грызуны содержат в пищеварительных органах микрофлору, образующую целлюлазы. Способность жвачных животных переваривать клетчатку обусловлена присутствием в их желудке (главным образом в рубце) симбиотичиских анаэробных микроорганизмов, выделяющих целлюлазы. Содержится в проросшем зерне, во многих бактериях, грибах (особенно активен в домовых грибах, развивающихся на древесине); имеется у некоторых животных, питающихся древесиной (корабельный червь, древоточцы).

Наиболее эффективные продуценты целлюлаз - грибы. Ферментные системы грибов содержат, как правило, множественные формы обеих форм целлюлаз, отличающиеся молекулярной массой, изоэлектрической точкой и содержанием ковалентно связанных углеводных остатков. Часть целлюлаз - истинные изоферменты, кодируемые самостоятоятельно генами, другие формы образуются при посттрансляционной модификации основных типов целлюлаз.

Наиболее изученным продуцентом целлюлаз, имеющим важное прикладное значение, является почвенный грибок Trichoderma viride (reesei). Он секретирует по меньшей мере 2 изофермента целлобиогидролазы с молекулярной массой 65 и 55 тыс., рН 3,9-4,2 и 5,9-6,5, а также 2 изофермента эндоглюканазы с рН 4,7 и 5,4. Определена первичная структура всех этих ферментов. Оптимальное каталитическое действие целлюлаз большинства грибов проявляется при рН 4-5.

Среди анаэробных бактерий наиболее известный продуцент целлюлаз - Clostridium thennocellum. Структура целлюлаз этих бактерий существенно отличается от целлюлаз грибов. Этот микроорганизм секретирует крупные надмолекулярные образования, в составе которых обнаруживается не менее 14 различных белков, в том числе молекулы целлюлазы, - целлюлосомы (общая мол. м. более 2 млн.). Сходные образования обнаруживаются и у некоторых др. анаэробных бактерий, в том числе находящихся в желудке жвачных животных.