Lytisillä entsyymeillä, kuten sellulaasilla, lysotsomilla, labiaasilla, akropeptidaasilla ja monilla muilla, on merkittävä rooli proteiinien ja DNA:n uuttamisessa. Vaikka eri lytisiä entsyymejä voidaan käyttää eri sovelluksiin, sellulaasi on yleensä valittu entsyymi, kun kyseessä on kasvien soluseinien hajottaminen. Mikä sellulaasissa tekee siitä erityisen hyödyllisen kasvisolujen lyysauksessa? Seuraavassa on muutamia asioita, jotka sinun tulisi tietää.

Understanding Cellulases: Getting Down to the Basics

Sellulaasi on sienien, bakteerien ja/tai alkueläinten tuottama entsyymi, joka auttaa hajottamaan selluloosaa ja muita siihen liittyviä polysakkarideja (esim. hemiselluloosaa, jäkälää ja viljan beeta-D-glukaaneja) monosakkarideiksi tai yksinkertaisiksi sokereiksi (esim. beetaglukoosiksi), lyhyemmiksi polysakkarideiksi ja/tai oligosakkarideiksi hydrolysoimalla 1,4-beeta-D-glykosidisidoksia.

Tämä lyyttinen entsyymi on taloudellisesti merkittävä, koska se tekee suurimman osan kasvin komponenteista saataville jatkojalostusta varten, mikä on lähes mahdotonta, koska selluloosamolekyylit sitoutuvat voimakkaasti toisiinsa ja niitä on melko vaikea hajottaa. Kun otetaan huomioon, että selluloosa on runsain uusiutuva biologinen resurssimme ja yksi halvimmista energialähteistä, joita planeetallamme on, sen kaikkien mahdollisuuksien hyödyntämisellä voi olla merkittävä vaikutus paitsi talouteen myös ympäristöön ja energiavarmuuteen.

Sellulaasityypit

Sellulaasit voidaan luokitella katalysoimansa reaktiotyypin perusteella endosellulaaseihin, eksosellulaaseihin (sellobiohydrolaaseihin) ja beta-glukosidaaseihin.

• Endosellulaasit (CMCaasit)
  • Endosellulaasit (CMCaasit)
    • – synnyttävät uusia ketjujen päitä pilkkomalla sisäisiä sidoksia sattumanvaraisesti epäterävänä amorfisissa kohteissa. Vaikuttaessaan selluloosaketjuihin endosellulaasit tuottavat glukoosia, sellodekstriinejä ja/tai liukenemattomia selluloosafragmentteja. Sellobioosia tai pidempiä sellodekstriinejä syntyy kuitenkin, jos endosellulaasi toimii ”prosessoidusti”.
    • Eksosellulaasi – tuottaa tetrasakkarideja ja/tai disakkarideja pilkkomalla kahdesta neljään yksikköä endosellulaasien vaikutuksesta syntyneiden altistuvien ketjujen pelkistävistä tai ei-pelkistävistä päistä.
    • Beetaglukosidaasi – hydrolysoi syntyneet eksosellulaasituotteet yksittäisiksi monosakkarideiksi.

    Miten sellulaaseja käytetään?

    Sellulaaseja käytetään monissa erilaisissa sovelluksissa monilla eri teollisuudenaloilla. Joitakin sen suosituimpia käyttökohteita ovat seuraavat:

    • Kaupallinen elintarvikkeiden jalostus – Sellulaaseilla on merkittävä rooli viininvalmistuksessa ja panimoteollisuudessa sekä oliiviöljyn ja karotenoidien uuttamisessa.
    • Viljely – Sellulaaseja käytetään kasvien taudinaiheuttajien ja tautien torjuntaan, siementen itävyyden parantamiseen, kasvien kasvuun ja kukkimiseen, maaperän laadun parantamiseen jne.
    • Rehutuotanto – Runsaasti energiaa sisältävien rehujen tuotanto mahdollistetaan sellulaasien käytöllä.
    • Tekstiiliteollisuus – Sellulaasi auttaa parantamaan kankaiden laatua ja palauttamaan tekstiilimateriaalien värin ja kirkkauden.
    • Pyykkiteollisuus – Sellulaasien käytöllä saavutetaan parempi puhdistusteho ja kankaiden värin paraneminen. Se myös suojaa kankaan kuituja.
    • Massa- ja paperiteollisuus – Sellulaaseja käytetään parantamaan paperin laatua ja vähentämään samalla energian ja kloorin tarvetta. Sitä käytetään myös parempaan deinkkaustehoon.
    • Biopolttoaineiden tuotanto – Sellulaasit muuttavat tehokkaasti lignoselluloosamateriaaleja, kuten sokeriruo’on bagassia, maissintähkää, riisin olkea, sahanpölyä ja metsätähteitä, etanoliksi.

    Soluseinien murtaminen sellulaasin avulla

    Vaikka perinteisissä solujen lyysimenetelmissä käytetään fysikaalisia menetelmiä solujen hajottamiseksi ja avaamiseksi väkisin, tutkijat suosivat nykyään entsyymien käyttöä useista syistä, joihin kuuluvat muun muassa seuraavat:

    • Jotkin fysikaaliset tai mekaaniset menetelmät voivat johtaa näytteen denaturoitumiseen ja aggregaatioon, jos niitä ei ole suoritettu oikein.
    • Vahvistettavien tulosten saaminen voi olla haastavaa, erityisesti homogenointi- ja jauhatusmenetelmiä käytettäessä, johtuen epätarkasta terminologiasta, jota käytetään näytteen käsittelyn määrittelyssä.
    • Fysikaaliset ja mekaaniset menetelmät vaativat enemmän vaivannäköä, ja ne voivat edellyttää kalliiden laitteiden käyttöä (esim. ranskanpuristin, kaikuluotain jne.).

    Lyyttisten entsyymien, kuten sellulaasin, käyttö sen sijaan tuottaa toistettavia tuloksia, sopii erinomaisesti erilaisiin sovelluksiin ja soveltuu paremmin nykyaikaisiin laboratorioprosesseihin.

    Tässä on lisää blogiartikkeleita, jotka saattavat kiinnostaa:

    • Kasviproteiinien uuttaminen ja proteiinien saostustekniikat
    • Kasvi- vs. eläinperäiset solut: Soluseinän murtaminen lytisillä entsyymeillä