Lytische Enzyme wie Cellulase, Lysozom, Labiase, Achropeptidase und eine Reihe anderer spielen eine wichtige Rolle bei der Protein- und DNA-Extraktion. Während verschiedene lytische Enzyme für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden können, ist Cellulase in der Regel das Enzym der Wahl, wenn es darum geht, pflanzliche Zellwände abzubauen. Was macht die Cellulase zu einem besonders nützlichen Enzym für die Lyse von Pflanzenzellen? Hier sind einige Dinge, die Sie wissen sollten.

Zellulasen verstehen: Getting Down to the Basics

Cellulase ist ein Enzym, das von Pilzen, Bakterien und/oder Protozoen produziert wird und dazu beiträgt, Cellulose und andere verwandte Polysaccharide (z. B. Hemicellulose, Lichenin und Beta-D-Glucane aus Getreide) durch Hydrolyse der 1,4-Beta-D-Glykosidbindungen in Monosaccharide oder Einfachzucker (z. B. Beta-Glucose), kürzere Polysaccharide und/oder Oligosaccharide zu zerlegen.

Dieses lytische Enzym ist von wirtschaftlicher Bedeutung, da es den größten Teil der Pflanzenbestandteile für die Weiterverarbeitung verfügbar macht – ein fast unmögliches Unterfangen, da Cellulosemoleküle stark aneinander binden und ziemlich schwer aufzuspalten sind. In Anbetracht der Tatsache, dass Zellulose die am häufigsten vorkommende erneuerbare biologische Ressource und eine der billigsten Energiequellen auf unserem Planeten ist, kann die Nutzung ihres vollen Potenzials nicht nur für die Wirtschaft, sondern auch für unsere Umwelt und die Energiesicherheit von großer Bedeutung sein.

Typen von Cellulasen

Basierend auf der Art der Reaktion, die sie katalysieren, können Cellulasen als Endocellulasen, Exocellulasen (Cellobiohydrolasen) und Beta-Glucosidasen kategorisiert werden.

• Endocellulase (CMCase) – erzeugen neue Kettenenden durch zufällige Spaltung interner Bindungen an amorphen Stellen. Bei der Einwirkung auf die Celluloseketten erzeugen Endocellulasen Glucose, Cellodextrine und/oder unlösliche Cellulosefragmente. Cellobiose oder längere Cellodextrine werden jedoch gebildet, wenn die Endocellulase „prozessierend“ wirkt.
• Exocellulase – erzeugt Tetrasaccharide und/oder Disaccharide durch Abspaltung von zwei bis vier Einheiten von den reduzierenden oder nicht reduzierenden Enden der freiliegenden Ketten, die durch die Einwirkung von Endocellulasen erzeugt wurden.
• Beta-Glucosidase – hydrolysiert die resultierenden Exocellulase-Produkte in einzelne Monosaccharide.

Wie werden Cellulasen verwendet?

Cellulasen werden in vielen verschiedenen Anwendungen in einem breiten Spektrum von Industrien eingesetzt. Einige der populärsten Anwendungen sind die folgenden:

• Gewerbliche Lebensmittelverarbeitung – Cellulasen spielen eine wichtige Rolle in der Wein- und Brauindustrie sowie bei der Extraktion von Olivenöl und Carotinoiden.
• Landwirtschaft – Cellulasen werden zur Bekämpfung von Pflanzenpathogenen und -krankheiten, zur Verbesserung der Keimung, des Pflanzenwachstums und der Blüte sowie zur Verbesserung der Bodenqualität usw. eingesetzt.
• Futtermittelproduktion – Die Produktion von energiereichem Tierfutter wird durch den Einsatz von Cellulasen ermöglicht.
• Textilindustrie – Cellulase trägt zur Verbesserung der Stoffqualität und zur Wiederherstellung der Farbe und des Glanzes von Textilien bei.
• Wäschereiindustrie – Durch den Einsatz von Cellulasen wird eine verbesserte Reinigungswirkung und eine verbesserte Stofffarbe erzielt. Außerdem werden die Fasern des Stoffes geschützt.
• Zellstoff- und Papierindustrie – Cellulasen werden verwendet, um die Papierqualität zu verbessern und gleichzeitig den Energie- und Chlorbedarf zu senken. Sie werden auch verwendet, um eine verbesserte Deinking-Leistung zu erzielen.
• Biokraftstoffproduktion – Cellulasen wandeln lignozellulosehaltige Materialien wie Zuckerrohrbagasse, Maiskolben, Reisstroh, Sägemehl und Waldreste effektiv in Ethanol um.

Aufbrechen der Zellwände mit Cellulase

Während herkömmliche Methoden der Zelllyse physikalische Methoden verwenden, um die Zellen aufzubrechen und mit Gewalt zu öffnen, bevorzugen die Forscher jetzt die Verwendung von Enzymen aus einer Reihe von Gründen, zu denen die folgenden gehören:

• Wenn sie nicht richtig durchgeführt werden, können einige physikalische oder mechanische Methoden zur Denaturierung und Aggregation der Proben führen.
• Vor allem bei Homogenisierungs- und Zerkleinerungsmethoden kann die Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse aufgrund der ungenauen Terminologie bei der Definition der Handhabung der Probe eine Herausforderung darstellen.
• Physikalische und mechanische Methoden erfordern einen höheren Aufwand und können den Einsatz teurer Geräte (z. B. französische Presse, Sonicator usw.) erforderlich machen.

Im Gegensatz dazu liefert die Verwendung lytischer Enzyme wie Cellulase reproduzierbare Ergebnisse, ist ideal für verschiedene Anwendungen und eignet sich besser für moderne Laborverfahren.

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