Ферментация на целулозата


Категория на документа: Биология


β-глюкозидазата (β-D-глюкозид-глюкохидролаза, целобиаза) катализира хидролизата на крайни нередуциращи β-D-глюкозни остатъци, при което се освобождава β-D-глюкоза. Този ензим е широко разпространен в природата, а въпросът за причисляването му към целулазните ензими все още е дискусионен.
Доказано е, че ензимите ендохидролаза и цеобиохидролаза взаимно се подпомагат - наблюдава се явлението синергизъм (фиг.7) . В резултат на дейтвието на ендоглюканазата се появява нов субстрат с по-къси вериги, на които действа целобиохидролазата. При безпорядъчната атака на субстрата обаче ендоглюканазата не е в ъстояние да проникне през повърхностния слой и да разкъса нови верижки от цалулоза. Това става възможно след като целобиохидролазата откъсне от нередуцирания край на веригите целобиозни остатъци. И двата ензима е инхибират при определено наличие на целобиоза като краен продукт.

Глюкозата се подлага на разграждане в гликолитичната верига, като крайният продукт е пируватът(фиг.8). Той е метаболит, който заема централно място в обмяната на въглехидратите и играе важна роля в нея, тъй като лежи в пресечната точка на много катаболитни пътища. Получават се много междинни и крайни продукти, съставът на които зависи от биохимичните особености на микроорганизмите, причиняващи разграждането на глюкозата.

Фиг.8. Процес на гликолиза.

Продукти, които се образуват от отделните видове целулозоразлагащи бактерии:
Мезофилни
Clostridium cellobioparum - СО2, Н2, C2H5OH, оцетна, млечна, мравчена и янтарна киселина
Термофилни
Clostridium thermoceIlum - СО2, Н2, C2H5OH, оцетна, мравчена и янтарна киселина
Ruminococcus flavefaciens - СО2, Н2, C2H5OH, оцетна, мравчена и янтарна киселина
По-рано се смяташе, че при целулозната ферментация се образува и метан. Това се опровергава от най-новите проучвания. Установено е, че метанът се образува не от целулозо разлагащите бактерии, а от вторични бактерии, които разлагат органичните киселини, получени като продукт при целулозната ферментация.
Целулазните ензими правят възможен процесът на разграждане на иначе труднообработваемата целулоза. По този начин тя може да бъде обработвана с промишлени цели.

4. Значение и приложение.

В промишлеността ферментацията на целулозата се прилага за получаване на хидролизати от растителни отпадъци. Те са богати на глюкоза и след допълнителна обработка се използват като среда за култивиране на фуражни дрожди (съдържат около 50% белтък) и за получаване на ферментационни продукти, например етанол. Целулозата е основна суровина в хартиената и текстилната промишленост (фиг.9), при производството на изкуствена коприна, взривни вещества, някои прастмаси, емулгатори, защитни колоиди и др. При биохимичните изследвания много широко се използват както целулозата, така и нейните деривати. Хората не могат да усвояват целулозата, тъй като в храносмилателния си тракт не притежават ензими, с които да я разграждат. Тя обаче има други функции в храносмилането - подпомага перисталтиката на червата и пречи на протичането на Фиг.9. Сурова, необработена хартия. гнилостни процеи в тях.

Една перспективна област за приложение на целулазните ензими е в селското стопанство. Бобовите фуражни култури (люцерна, детелина и др.) са богати на белтъчни вещества, но се силажират трудно, защото не съдържат достатъчно захари, които да е превърнат от млечнокиселите бактерии в млечна киселина. Последната подкислява средата и по този начин потиска развитието на гнилостни бактерии, които причиняват разваляне на фуражите. След обработка на бобовите култури с целулази една част от целулозата се превръща в глюкоза, която дава старт на млечнокиселата ферментация.

Анаеробната целулозоразграждаща бактерия Clostridium omelianskii синтезира витамин В12 и обогатява природните материали с този витамин, докато Clostridium thermocellum осъществява процеса на ферментация при висока температура и проявява голяма устойчивост към неблагопрятни условия. Смята се, че продуктите от жизнената дейност на микроорганизмите от род Clostridium - етанол и водород - в близко бъдеще могат да послужат като биогорива. Като алтернативни възобновяеми източници на енергия те биха намалили вредните емисии във въздуха и се оказват от особено значение за световната екология и производства. Благодарение на тяхната способност да разграждат анаеробно целулозата това е възможно дори и в дълбоките слоеве на почвата, във водоемите, моретата ии океаните. Имат голямо значение за почвообразуването и обогатяването на хумуса. Поради широкото разпространение на целулозата в растителния свят тези бактерии усвояват и разграждат органичните отпадъци, като се оказват важен компонент в един от най-големите материални потоци в природата - потокът на въглерод(фиг.10).
Фиг.10. Кръговрат на въглерода в природата.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Ферментация на целулозата 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.