Gli enzimi litici come la cellulasi, il lisozoma, labiasi, achropeptidasi e un certo numero di altri, giocano un ruolo significativo nell’estrazione delle proteine e del DNA. Mentre diversi enzimi litici possono essere utilizzati per diverse applicazioni, la cellulasi è di solito l’enzima di scelta quando si tratta di rompere le pareti cellulari delle piante. Cosa c’è nella cellulasi che la rende particolarmente utile per la lisi delle cellule vegetali? Ecco alcune cose che dovresti sapere.

Comprendere le cellulasi: Getting Down to the Basics

La cellulasi è un enzima prodotto da funghi, batteri e/o protozoi che aiuta a decomporre la cellulosa e altri polisaccaridi correlati (ad esempio emicellulosa, lichenina e beta-D-glucani dei cereali) in monosaccaridi o zuccheri semplici (ad esempio beta-glucosio), polisaccaridi più brevi e/o oligosaccaridi idrolizzando i legami 1,4-beta-D-glicosidici.

Questo enzima litico è economicamente significativo in quanto rende la maggior parte dei componenti vegetali disponibili per ulteriori lavorazioni, un’impresa quasi impossibile in quanto le molecole di cellulosa si legano fortemente tra loro e sono piuttosto difficili da scindere. Considerando il fatto che la cellulosa è la nostra risorsa biologica rinnovabile più abbondante ed è una delle fonti di energia più economiche che abbiamo sul pianeta, lo sfruttamento del suo pieno potenziale può avere un impatto significativo, non solo nell’economia ma anche nel nostro ambiente e nella sicurezza energetica.

Tipi di cellulasi

In base al tipo di reazione che catalizzano, le cellulasi possono essere classificate come endocellulasi, esocellulasi (cellobioidrolasi) e beta-glucosidasi.

• Endocellulasi (CMCase) – generano nuove estremità della catena mediante scissione casuale dei legami interni in siti amorfi. Agendo sulle catene di cellulosa, le endocellulasi producono glucosio, cellodestrine e/o frammenti di cellulosa insolubile. Tuttavia, il cellobiosio o le cellodestrine più lunghe sono prodotte se l’endocellulasi ha agito “processualmente”.
• Esocellulasi – produce tetrasaccaridi e/o disaccaridi scindendo da due a quattro unità dalle estremità riducenti o non riducenti delle catene esposte che sono state prodotte dall’azione delle endocellulasi.
• Beta-glucosidasi – idrolizza i prodotti esocellulasi risultanti in singoli monosaccaridi.

Come vengono usate le cellulasi?

Le cellulasi vengono usate in molte applicazioni diverse in una vasta gamma di industrie. Alcune delle sue applicazioni più popolari includono le seguenti:

• Trasformazione alimentare commerciale – Le cellulasi giocano un ruolo significativo nell’industria vinicola e della birra, e nell’estrazione dell’olio d’oliva e dei carotenoidi.
• Agricoltura – Le cellulasi sono usate per il controllo dei patogeni e delle malattie delle piante, per migliorare la germinazione dei semi, la crescita e la fioritura delle piante, la qualità del suolo, ecc.
• Produzione di mangimi – La produzione di mangimi ricchi di energia è resa possibile dall’uso delle cellulasi.
• Industria tessile – La cellulasi aiuta a migliorare la qualità dei tessuti e a ripristinare il colore e la luminosità dei materiali tessili.
• Industria della lavanderia – L’uso delle cellulasi permette di migliorare l’azione di pulizia e il colore dei tessuti. Protegge anche le fibre dei tessuti.
• Industria della cellulosa e della carta – Le cellulasi sono usate per migliorare la qualità della carta riducendo l’energia e il fabbisogno di cloro. Viene anche usata per ottenere migliori prestazioni di deinchiostrazione.
• Produzione di biocarburanti – Le cellulasi convertono efficacemente i materiali lignocellulosici come la bagassa di canna da zucchero, la pannocchia, la paglia di riso, la segatura e i residui forestali in etanolo.

Rottura delle pareti cellulari con la cellulasi

Mentre i metodi tradizionali di lisi cellulare usano metodi fisici per rompere e forzare l’apertura delle cellule, i ricercatori ora preferiscono usare gli enzimi per una serie di ragioni, che includono le seguenti:

• Se non eseguiti correttamente, alcuni metodi fisici o meccanici possono portare a denaturazione e aggregazione del campione.
• I risultati riproducibili possono essere una sfida, specialmente quando si usano metodi di omogeneizzazione e macinazione, a causa della terminologia imprecisa usata nel definire la manipolazione del campione.
• I metodi fisici e meccanici richiedono uno sforzo maggiore e possono richiedere l’uso di attrezzature costose (ad esempio, pressa francese, sonicatore, ecc).

Al contrario, l’uso di enzimi litici come la cellulasi produce risultati riproducibili, è ideale per diverse applicazioni ed è più adatto ai moderni processi di laboratorio.

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