Selülaz Enzimi | Selülozun selülaz katıları tarafından hidrolizi

Selülaz Enzimi

 Bir selülaz enzimi, selülozu hidrolize edebilen bir proteindir. Selüloz, bitkilerde yaygın olarak bulunan bir bileşendir. Bu enzim, gıda işleme dahil olmak üzere çeşitli amaçlar için kullanılabilir. Bu yazımızda Selülozun Hidrolizini, Selülaz Enzimlerinin Saflaştırılmasını ve Selülozun Ticarileştirilmesini ele alacağız. Birincisine odaklanırken, ikincisini de tartışacağız.

Selülozun hidrolizi

Bu çalışma için, bir selülaz enziminin, bir dizi başlangıç ​​selüloz yüklemesinde glikoz verimi üzerindeki etkisini araştırdık. 51.4 mg EP/g selüloz başlangıç ​​enzim yüklemesi kullandık ve selüloz gramı başına makyaj enzimi miktarını %30’a kadar değiştirdik. En yüksek hidroliz verimlerinin selülozun %85 oranında geri dönüştürüldüğünde elde edildiğini ve glikoz üretiminden ödün vermeden enzim yüklemesini %33’e kadar azaltabildiğimizi bulduk.

Bu çalışma aynı zamanda ligninin enzim hidrolizi üzerindeki etkilerini de araştırdı çünkü ikincisi hücre duvarı yapısında önemli bir engeldir. Bu, odun hidrolizi ve diğer lignoselülozik kalıntılardaki rolünden kaynaklanmaktadır. Selüloz ve diğer lignoselülozik malzemelerin enzim hidrolizi, katılardaki lignin içeriği optimize edilerek geliştirilebilir.

Enzimler, selüloza yüksek bir afiniteye sahiptir, bu da selüloza bağlanmalarına ve selobioza hidrolize etmelerine izin verir. Ek olarak, selülazlar kolayca çözünür ve hidroliz işlemi sırasında aktivitelerinin çoğu çözünür fraksiyonda kalır. Bu nedenle odunsuzlaştırılmış selüloz biyokütlesi, önemli ölçüde selülaz desorpsiyonu ve hidrolizine sahiptir.

Selülozun selülaz katılarıyla

hidrolizi Selülozun selülaz katılarıyla alkali bazlı bir enzimle hidrolizi çeşitli şekillerde mümkündür. Bu enzimler, uygun sıcaklık ve pH’ta yüksek maya konsantrasyonlarında üretilebilir. Bu enzimler daha sonra bu üç selülazın bir karışımı kullanılarak selüloz substratlar üzerinde in vitro olarak test edilir. Bu bilgiyi kullanarak, selülozu hidrolize etmek için gereken minimum protein miktarı hesaplanabilir.

Selülazın ne kadar etkili olduğunu belirlemek için enzim, azo-CM-selüloz adı verilen suda çözünür bir substrat ve glikozda çözünmeyen bir substrat (selüloz) ile inkübe edilir. Enzim-substrat kompleksi daha sonra oluşturulur ve su moleküllerinin enzimin aktif bölgelerine girmesine izin verir. Bu şekilde, sonraki hidroliz selobiyoz ve oligosakkaritleri sentezleyebilir.

İkinci hidroliz turu

Aynı materyalin ikinci bir hidroliz turu, aynı yöntem kullanılarak taze bir substrat ile glikoz üretti. Çözünmeyen katıların selüloz içeriği, enzim ilavesine bağlı olarak 10. modellenen geri dönüşüm turunda %63’ten %44-23’e düşmüştür. Biyokütleye daha fazla enzim eklendikçe, glikoz konsantrasyonu düşük bir selüloz seviyesine düşer. Kalıntı katılar, benzer şekilde biyokütle üretmek için daha fazla geri dönüştürülür.

Selülozun selülaz enzimleri tarafından hidrolizi, heterojen substrat özelliklerini, enzimler arasındaki rekabeti ve heterojen selüloz yapılarını içeren çok adımlı bir işlemdir. Fonksiyonel matematiksel model, bu karmaşıklığı matematiksel bir modele dahil ederek bize selülaz mühendisliği ve lignoselüloz ön işlemi ile ilgili faydalı tahminler verdi. Bu simülasyonlarla elde edilen sonuçlar, optimum selobiyohidrolaz:endoglukanaz oranının, substrat özelliklerine, enzim yüklemesine ve substrata erişime bağlı olarak dinamik olacağını göstermektedir.

Selülaz enziminin saflaştırılması

Selülaz, Geobacillus sp. tarafından üretilen bir enzimdir. HTA426 ve SDS-PAGE ve iyon değiştirme kromatografisi kullanılarak saflaştırıldı. Selülaz aktivitesi, 3.0 ila 6.0 arasındaki farklı pH seviyelerinde enzim kullanılarak bir zimogram kullanılarak belirlendi. Selülozun moleküler ağırlığının yaklaşık 40 kDa olduğu tahmin edilmiştir.

Kısa plaklarda kuyucuklar yapmak için 10 dişli tarak kullanıldı. Tarak, jel katılaşmadan önce yerleştirildi ve daha sonra çıkarıldı. Kuyucuklar daha sonra tamponla durulandı ve numuneler yüklendi. Elektroforez, 150 V’ta 50 dakika gerçekleştirildi. Saflaştırılmış selülaz enziminin nispi hareketliliği ölçüldü ve daha fazla analiz için en yüksek değer seçildi.

Selülaz enzimi, tekstil ve biyoetanol dahil olmak üzere farklı endüstrilerde çeşitli uygulamalara sahiptir. Ayrıca fermantasyon sürecini geliştirir ve fermente ürünlerin kalitesini arttırır. Ayrıca tarım ve gıda sanayinde de kullanılmaktadır. Kağıdın mürekkebini gidermek için de kullanılır. Sentezi birçok biyoteknolojik işleme izin verir. Yüksek moleküler ağırlığı ve çeşitli endüstriyel kullanımları, onu enzim formülasyonları için değerli kılar.

Karbon kaynakları

ile takviye edilmiş İzole edilen suş, enzimi elde etmek için karbon kaynakları ile takviye edilmiş bir ortamda kültürlendi. Kültürler daha sonra taze bir ortama aktarıldı ve 60°C’de saat 170’de inkübe edildi. İnkübasyondan sonra CMCase aktivitesi, DNS olarak bilinen bir reaktif kullanılarak ölçüldü. Selülaz enzimlerinin sıcaklık ve pH’a duyarlı olduğuna dikkat etmek önemlidir.

Selülaz enzimi üretimi mikroorganizmanın büyüme hızına ve sentetik yeteneğine bağlıdır. Daldırılmış fermantasyon altında inkübasyonun 120 saatte selülaz üretimini maksimize ettiği bulundu. Kuluçka süresinin daha da uzatılması, enzim üretiminin azalmasına yol açtı. Bunun nedeni henüz bilinmiyor. Bu nedenle, ihtiyaçlarınıza en uygun kesin yöntemi belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Selülazlar önemli endüstriyel enzimlerdir ve küresel karbon döngüsüne katkıda bulunurlar. Çözünmeyen selülozu çözünür şekerlere indirgerler. Bu enzim sınıfı, yedi farklı protein kıvrımı ve üç farklı tip ile en çeşitliler arasındadır. Ayrıca, her türün kendi katalitik alanı ve substrat bağlama alanı vardır. Bu enzim türü, lignoselülozik biyokütlenin biyoyakıtlara biyodönüşümü için kullanılır.

Eksoglukanaz

aktivitesi Ekzoglukanaz, b-glukosidaz ve endoglukanaz aktivitesi nitrojen kaynağına göre değişmiştir. Eksoglukanaz ve endoglukanaz aktiviteleri 7 kat ve 1.5 kat artarken, b-glukosidaz aktiviteleri %76.9 azaldı. Bu nedenle, herhangi bir uygulamadan önce arınma gereklidir.

Selülaz aktivitesi, enzim konsantrasyonunun substrata karşı grafiği çizilerek hesaplandı. İlginç bir şekilde, A. niger’den saflaştırılmış selülaz, Michaelis-Menten tipi kinetik sergilemiştir. Km’si 0,23 mg/ml ve Vmax’ı 9,26 U/ml idi. Kcat değeri 0,08 u/s olarak tahmin edilmiştir. Başka bir deyişle, saflaştırılmış selülozun konsantrasyona bağlı Km değeri 0,23 mg/ml ve Vmax değeri 9,26 U/ml’dir.

Selülaz enziminin

ticarileşmesi Selülaz enzimlerinin ticarileştirilmesi gelişmektedir ve hala başarılmasından çok uzaktır. Tarihsel olarak, selülaz enzimleri sadece hayvan yemlerinde kullanılmıştır. Ancak son 20 yılda selülaz enzim üretimi hızla arttı ve şu anda dünya enzim üretiminin yüzde 20’sini oluşturuyor. Bu enzimler kağıt hamuru ve kağıt endüstrisinde ve gıda endüstrisinde kullanılmaktadır ve henüz etanole dönüştürülmemiştir. Örneğin Iogen Corporation, Ottawa’da bir selülaz enzimi üretim tesisi inşa ediyor.

Yakın zamanda yapılan bir araştırma, buharla ön işleme tabi tutulmuş bir söğüt fraksiyonunun hidroliz aktivitesini yaklaşık %50 artırdığını gösterdi. Ancak bu artış diğer ağaç türlerinde görülmedi. Bununla birlikte, ladin ağacı önemli ölçüde inhibe edici malzeme içeriyordu ve selülaz enzimine karşı daha az duyarlıydı. Selülaz enzimlerinin ticarileşmesi için henüz çok yol var, ancak biyodizel endüstrisinde kesinlikle bir fark yaratacak.

Selülaz enzimlerinin ticarileştirilmesi birkaç teknolojik gelişmeyi gerektirmektedir. Örneğin, protein mühendisliği, selülazların katalitik aktivitesini, pH’larını optimum şekilde değiştirerek geliştirebilir. Bu, sakarifikasyon süreçlerinde verimliliğin artmasını sağlayacak ve böylece lignoselüloz bazlı biyoyakıtların maliyetini azaltacaktır. Selülaz enzimlerinin ticarileştirilmesiyle ilişkili birçok başka fayda vardır.

Selülaz enzimlerinin

ticarileştirilmesi Selülaz enzimlerinin ticarileştirilmesi, yeni malzemelerin geliştirilmesini kolaylaştırmıştır. Selüloz türevi yeni materyaller geliştirmenin yanı sıra enzim, biyoetanol endüstrisinin büyümesine de yardımcı oldu. Biyoetanolün kalitesini iyileştirdi ve karbon emisyonlarının azaltılmasına yardımcı oldu. Son olarak, selülaz enzimlerinin ticarileştirilmesi, endüstrinin büyümeye ve gelişmeye devam etmesini sağlamanın çok önemli bir parçasıdır.

Günümüzde bakteri ve mantarlar tarafından üretilen enzimler endüstriyel biyoproseslerde kullanılmaktadır. Selülaz bazlı enzimler oldukça faydalıdır çünkü ucuzdurlar ve kolaylıkla temin edilebilirler. Ayrıca, bu enzimler endüstriyel biyoprosesleri hızlandırabilir ve selüloz bazlı bir enzim kokteyli bu konuda yardımcı olabilir. Bu enzim, biyoyakıt üretiminde önemli bir bileşendir ve ticarileştirme için muazzam bir potansiyele sahiptir.

Selülaz proteinlerinin

gen yapısı Selülaz proteinlerinin gen yapısını şekere dönüştürme yeteneklerini geliştirmek üzere tasarlamak mümkündür. Ek olarak, on kat arttırılmış BGL aktivitesine sahip olduğu gösterilen cbh1 ve cbh2 genini ifade eden suşların mühendisliğini yapmak da mümkündür. Ek olarak, tasarlanmış suşlar, 48 saatlik enzimatik sakarifikasyondan sonra yüzde 94,2’lik bir selüloz dönüşümü ile sakarifikasyon etkinliğinde önemli bir artış gösterdi.

Enzim üretkenliğini daha da artırmak için kütle transferini iyileştirmek önemlidir. Selülozun kütlesini enzime artırmak, kütle transfer verimliliğini artıracaktı, ancak bu olmadı. Ayrıca, biyokütleyi selüloz substrattan ayırmak kolay olmayacaktır. Bu nedenle, suda çözünür karbon kaynağının daha yüksek konsantrasyonları, toplam şeker tüketimi eksikliği ile sonuçlanacaktır. Bu sonuç, HH’de bulunan toksinlere bağlı olabilir.