Cellulases पौधों द्वारा उत्पादित एंजाइमों की और "cellulolytic" उत्प्रेरक गतिविधि विभिन्न सूक्ष्मजीवों द्वारा एक समूह है जो सेलुलोज की गिरावट है, प्रकृति में सबसे प्रचुर मात्रा में polysaccharide शामिल हैं।
ये प्रोटीन ग्लाइकोसिडिक हाइड्रॉलिसिस या ग्लाइकोसिइल हाइड्रॉलिस एंजाइमों के परिवार से संबंधित हैं, क्योंकि वे न केवल सेल्युलोज में ग्लूकोज इकाइयों के बीच के बॉन्ड को हाइड्रोलाइजिंग करने में सक्षम हैं, बल्कि अनाज में मौजूद कुछ β-D-Glucans में भी हैं।
सेल्यूलस की आणविक संरचना का ग्राफिक प्रतिनिधित्व (स्रोत: जवाहर स्वामीनाथन और विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से यूरोपीय जैव सूचना विज्ञान संस्थान में एमएसडी स्टाफ)
जानवरों के साम्राज्य में इसकी उपस्थिति का तर्क दिया गया है और शाकाहारी जानवरों द्वारा सेल्यूलोज के पाचन को एक सहजीवी आंतों के माइक्रोफ्लोरा के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। हालांकि, अपेक्षाकृत हाल के अध्ययनों से पता चला है कि यह एंजाइम अकशेरूकीय, जैसे कीड़े, मोलस्क और कुछ नेमाटोड द्वारा भी निर्मित होता है।
सेलूलोज़ सभी पौधों के जीवों की कोशिका भित्ति का एक आवश्यक हिस्सा है और यह शैवाल, कवक और बैक्टीरिया की कुछ प्रजातियों द्वारा भी निर्मित किया जाता है। यह एक उच्च आणविक भार रैखिक homopolysaccharide है जो opy-1,4 बंधों से जुड़े डी-ग्लूकोकप्रानोज़ से बना है।
यह पॉलीसेकेराइड यांत्रिक और रासायनिक रूप से प्रतिरोधी है, क्योंकि यह समानांतर श्रृंखलाओं से बना है जो हाइड्रोजन बांड द्वारा स्थिर अनुदैर्ध्य कुल्हाड़ियों में संरेखित हैं।
चूंकि पौधे, मुख्य सेल्यूलोज उत्पादक, खाद्य श्रृंखला का आधार होते हैं, इन ऊतकों के उपयोग के लिए इन एंजाइमों का अस्तित्व आवश्यक है और इसलिए, स्थलीय जीवों के एक बड़े हिस्से के निर्वाह के लिए (सहित) सूक्ष्मजीवों)।
विशेषताएँ
अधिकांश सूक्ष्मजीवों द्वारा व्यक्त किए गए सेल्युलस बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स में अपने उत्प्रेरक कार्यों को बढ़ाते हैं और सामान्य तौर पर, ये बड़ी मात्रा में उत्पादित होते हैं, जो औद्योगिक रूप से कई उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है।
बैक्टीरिया छोटी मात्रा में जटिल संबद्ध सेल्युलैसेस का उत्पादन करते हैं, जबकि कवक इन एंजाइमों की बड़ी मात्रा में उत्पादन करते हैं, जो हमेशा एक दूसरे के साथ जुड़ते नहीं हैं, लेकिन तालमेल में कार्य करते हैं।
अध्ययन किए गए जीव के आधार पर, खासकर अगर यह प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स है, तो इन प्रकार के एंजाइमों के लिए "स्रावी" मार्ग बहुत अलग हैं।
वर्गीकरण
सेल्युलैस या सेलुलोलिटिक एंजाइम प्रकृति में बहु-एंजाइम सिस्टम के रूप में पाए जाते हैं, अर्थात्, एक से अधिक प्रोटीन से बने कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। उनका वर्गीकरण आमतौर पर उन्हें तीन महत्वपूर्ण समूहों में विभाजित करता है:
- एंडोग्लुकेनेसिस या एंडो- 1,4- D-D-Glucan Glucanohydrolases: जो सेल्युलोज श्रृंखला के आंतरिक क्षेत्रों में यादृच्छिक "अनाकार" साइटों पर काटते हैं
- एक्सोग्लुकेनेसिस, सेलबियोहाइड्रोलिसिस या 1,4-D-D-Glucan cellobiohydrolases: जो सेल्यूलोज श्रृंखला के कम करने और गैर-कम करने वाले छोरों को हाइड्रोलाइज करता है, ग्लूकोज या सेशियोबोस अवशेषों (ग्लूकोज समूह एक साथ जुड़ा हुआ) को मुक्त करता है।
- D- ग्लूकोसिडेस या β-D-ग्लूकोसाइड ग्लूकोहाइड्रोलेज़: सेलूलोज़ के गैर-कम करने वाले छोरों को हाइड्रोलाइज़ करने और ग्लूकोज़ अवशेषों को जारी करने में सक्षम
सेल्युलिज़ एंजाइम के बहु-एंजाइम परिसरों जो कुछ जीवों का उत्पादन करते हैं उन्हें सेलुलोसोम्स के रूप में जाना जाता है, जिनमें से अलग-अलग घटकों को पहचानना और अलग करना मुश्किल है, लेकिन संभवतः वर्णित तीन समूहों के एंजाइमों के अनुरूप हैं।
सेल्युलैस के प्रत्येक समूह के भीतर परिवार होते हैं, जो एक साथ समूहीकृत होते हैं क्योंकि वे कुछ विशेष विशेषताओं को साझा करते हैं। ये परिवार "कुलों" का निर्माण कर सकते हैं जिनके सदस्यों में उनके अनुक्रम में अंतर होता है, लेकिन कुछ संरचनात्मक और कार्यात्मक विशेषताओं को एक दूसरे के साथ साझा करते हैं।
संरचना
सेल्युलस एंजाइम "मॉड्यूलर" प्रोटीन होते हैं जो संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से असतत डोमेन से बने होते हैं: एक उत्प्रेरक डोमेन और एक कार्बोहाइड्रेट-बाइंडिंग डोमेन।
अधिकांश ग्लाइकोसिइल हाइड्रॉलिस की तरह, सेल्युलैस के पास, उत्प्रेरक डोमेन में, एक एमिनो एसिड अवशेष है जो एक उत्प्रेरक न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करता है जो एंजाइम के लिए इष्टतम पीएच पर नकारात्मक चार्ज होता है और एक अन्य अवशेष जो प्रोटॉन दाता के रूप में कार्य करता है।
अवशेषों की यह जोड़ी, एंजाइम को व्यक्त करने वाले जीव के आधार पर, दो एस्पार्टेट्स, दो ग्लूटामेट्स या प्रत्येक में से एक हो सकती है।
कई कवक और बैक्टीरिया में, सेल्युलैस अत्यधिक ग्लाइकोसिलेटेड प्रोटीन होते हैं, हालांकि, स्वतंत्र अध्ययन से पता चलता है कि ये कार्बोहाइड्रेट अवशेष इन एंजाइमों की एंजाइमिक गतिविधि में एक प्रमुख भूमिका नहीं निभाते हैं।
जब सेल्युलैस कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए जुड़ते हैं, तो एक ही सब्सट्रेट के विभिन्न रूपों पर अधिक से अधिक एंजाइमिक गतिविधि प्राप्त करते हैं, तो इनमें पांच अलग-अलग एंजाइमैटिक सबयूनिट्स हो सकते हैं।
विशेषताएं
ये महत्वपूर्ण एंजाइम, जो विशेष रूप से सेल्युलोलिटिक बैक्टीरिया और कवक द्वारा निर्मित होते हैं, के विभिन्न कार्य होते हैं, दोनों एक जैविक और औद्योगिक दृष्टिकोण से:
जैविक
सेल्युलोज सेल्युलोज और लिग्नोकेलुलोज के जटिल बायोडिग्रेडेशन नेटवर्क में एक मौलिक भूमिका निभाते हैं, जो बायोस्फीयर में सबसे प्रचुर मात्रा में पॉलीसेकेराइड हैं।
कई शाकाहारी जानवरों के जठरांत्र संबंधी मार्ग से जुड़े सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित सेल्युलैस प्रकृति में सबसे महत्वपूर्ण एंजाइम परिवारों में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्योंकि इन जानवरों द्वारा बायोमास डामरीकृत पर मांसाहारी और सख्त मांसाहारी भोजन करते हैं।
उदाहरण के लिए, मनुष्य पौधे की उत्पत्ति के भोजन का उपभोग करता है और इनमें मौजूद सभी सेल्यूलोज को "क्रूड फाइबर" माना जाता है। बाद में यह मल के साथ समाप्त हो जाता है, क्योंकि इसके पाचन के लिए एंजाइम नहीं होते हैं।
गायों जैसे जुगाली करने वाले अपने वजन और मांसपेशियों के आकार को बढ़ाने में सक्षम होते हैं, जो सेल्यूलोज में ग्लूकोज के रूप में निहित कार्बन के उपयोग के लिए धन्यवाद करते हैं, क्योंकि उनकी आंतों का माइक्रोफ्लोरा सेल्यूलर गतिविधि के माध्यम से पौधों के क्षरण के लिए जिम्मेदार होता है। ।
पौधों में, ये एंजाइम अलग-अलग उत्तेजनाओं के जवाब में कोशिका की दीवार के क्षरण के लिए जिम्मेदार होते हैं, जो विकास के विभिन्न चरणों में होते हैं, जैसे कि फल का पकना और पकना, पत्तों और फली का फटना, अन्य।
औद्योगिक
एक औद्योगिक स्तर पर, इन एंजाइमों का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जाता है और कई कृषि प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है जो पौधों की सामग्री और उनके प्रसंस्करण से संबंधित होते हैं।
इन प्रक्रियाओं के बीच जैव ईंधन का उत्पादन होता है, जिसके लिए सेल्युलस 8% से अधिक औद्योगिक एंजाइम की मांग को पूरा करता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ये एंजाइम विभिन्न स्रोतों से पौधे के कचरे से इथेनॉल के उत्पादन के लिए बेहद महत्वपूर्ण हैं।
उनका उपयोग कपड़ा उद्योग में कई उद्देश्यों के लिए भी किया जाता है: पशु आहार का उत्पादन, गुणवत्ता में सुधार और केंद्रित फ़ीड या रस और आटे के प्रसंस्करण के दौरान "पाचनशक्ति"।
इन प्रोटीनों का उपयोग, बदले में, तेल, मसालों, पॉलीसेकेराइड्स के उत्पादन में व्यावसायिक उपयोग के लिए किया जाता है जैसे अगर और बीज और अन्य पौधों के ऊतकों से प्रोटीन प्राप्त करने के लिए भी।
संदर्भ
- बेयर, ईए, चेंजिट, एच।, लंगड़ा, आर।, और शोहम, वाई। (1998)। सेल्युलोज, सेल्यूलस और सेलुलोसोम। स्ट्रक्चरल बायोलॉजी में करंट ओपिनियन, 8, 548-557।
- डे, पी।, और हरबोर्न, जे (1977)। पादप जैव रसायन। सैन डिएगो, कैलिफोर्निया: अकादमिक प्रेस।
- ह्यूबर, टी।, म्यूसिग, जे।, कर्नो, ओ।, पांग, एस।, बिकर्टन, एस।, और स्टैगर, एमपी (2012)। सभी-सेल्यूलोज कंपोजिट की समीक्षात्मक समीक्षा। जर्नल ऑफ मैटेरियल्स साइंस, 47 (3), 1171-1186।
- नोल्स, जे।, और टेरी, टी। (1987)। सेल्यूलस परिवारों और उनके जीन। TIBTECH, 5, 255–261।
- नेल्सन, डीएल, और कॉक्स, एमएम (2009)। बायोकेमिस्ट्री के लेहिंगर प्रिंसिपल। ओमेगा संस्करण (5 वां संस्करण)।
- न्यूट, ए।, सिल्ड, वी।, पेटर्सन, जी।, और जोहानसन, जी। (1998)। प्रगति घटती है। सेल्युलस के कार्यात्मक वर्गीकरण के लिए एक साधन। यूर। जे बायोकैम।, 258, 200-206।
- रीली, पीजे (2007)। एमाइलेज और सेल्यूलस संरचना और कार्य। में एस.टी. यांग (एड।), अक्षय संसाधनों से मूल्य-वर्धित उत्पादों के लिए बायोप्रोसेसिंग (पीपी। 119-130)। एल्सेवियर बी.वी.
- साधु, एस।, और मैती, टीके (2013)। बैक्टीरिया द्वारा सेल्यूलस उत्पादन: एक समीक्षा। ब्रिटिश माइक्रोबायोलॉजी रिसर्च जर्नल, 3 (3), 235-258।
- वतनबे, एच।, और टोकुडा, जी (2001)। पशु सेलुलस। सेलुलर और आणविक जीवन विज्ञान, 58, 1167-1178।