selulase adalah kelompok enzim yang dihasilkan oleh tanaman dan oleh berbagai mikroorganisme “selulolitik” aktivitas katalitik yang melibatkan degradasi selulosa, polisakarida paling melimpah di alam.
Protein ini termasuk dalam famili hidrolase glikosidik atau enzim glikosil hidrolase, karena mereka mampu menghidrolisis ikatan antara unit glukosa tidak hanya dalam selulosa, tetapi juga dalam beberapa -D-glukan yang ada dalam sereal.
Representasi grafis dari struktur molekul Selulase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Kehadirannya di kingdom hewan telah diperdebatkan dan pencernaan selulosa oleh hewan herbivora dikaitkan dengan mikroflora usus simbion. Namun, penelitian yang relatif baru menunjukkan bahwa enzim ini juga diproduksi oleh invertebrata seperti serangga, moluska, dan beberapa nematoda.
Selulosa adalah bagian penting dari dinding sel semua organisme tanaman dan juga diproduksi oleh beberapa spesies alga, jamur, dan bakteri. Ini adalah homopolisakarida linier dengan berat molekul tinggi yang terdiri dari D-glukopiranosa yang dihubungkan oleh ikatan -1,4.
Polisakarida ini tahan secara mekanis dan kimia, karena terdiri dari rantai paralel yang disejajarkan dalam sumbu longitudinal yang distabilkan oleh ikatan hidrogen.
Karena tanaman, produsen selulosa utama, adalah dasar dari rantai makanan, keberadaan enzim ini sangat penting untuk penggunaan jaringan tersebut dan, oleh karena itu, untuk penghidupan sebagian besar fauna darat (termasuk mikroorganisme).
Indeks artikel
Karakteristik
Selulase yang diekspresikan oleh sebagian besar mikroorganisme menggunakan fungsi katalitiknya dalam matriks ekstraseluler dan, secara umum, ini diproduksi dalam jumlah besar, yang digunakan secara industri untuk berbagai tujuan.
Bakteri menghasilkan sejumlah kecil selulase terkait kompleks, sementara jamur menghasilkan sejumlah besar enzim ini, yang tidak selalu berasosiasi satu sama lain, tetapi bekerja secara sinergis.
Tergantung pada organisme yang sedang dipelajari, terutama jika itu adalah prokariota dan eukariota, jalur “sekresi” untuk jenis enzim ini sangat berbeda.
Klasifikasi
Selulase atau enzim selulolitik ditemukan di alam sebagai sistem multi-enzim, yaitu membentuk kompleks yang terdiri dari lebih dari satu protein. Klasifikasi mereka biasanya membagi mereka menjadi tiga kelompok penting:
– Endoglucanases atau endo-1,4-β-D-glucan glucanohydrolases : yang memotong secara acak situs “amorf” di daerah internal rantai selulosa
– Exoglucanases, cellobiohydrolases atau 1,4-β-D-glucan cellobiohydrolases : yang menghidrolisis ujung rantai selulosa yang mereduksi dan tidak mereduksi, melepaskan glukosa atau residu selobiosa (gugus glukosa yang dihubungkan bersama)
– -glucosidases atau -D-glucoside glucohydrolase : mampu menghidrolisis ujung non-reduksi selulosa dan melepaskan residu glukosa
Kompleks multienzim enzim selulase yang dihasilkan beberapa organisme dikenal sebagai selulosom, komponen individu yang sulit untuk diidentifikasi dan diisolasi, tetapi mungkin sesuai dengan enzim dari tiga kelompok yang dijelaskan.
Dalam setiap kelompok selulase ada keluarga, yang dikelompokkan bersama karena mereka memiliki beberapa karakteristik khusus. Keluarga-keluarga ini dapat membentuk “klan” yang anggotanya memiliki perbedaan dalam urutan mereka, tetapi berbagi beberapa karakteristik struktural dan fungsional satu sama lain.
Struktur
Enzim selulase adalah protein “modular” yang terdiri dari domain diskrit secara struktural dan fungsional: domain katalitik dan domain pengikat karbohidrat.
Seperti kebanyakan hidrolase glikosil, selulase memiliki, dalam domain katalitik, residu asam amino yang berfungsi sebagai nukleofil katalitik yang bermuatan negatif pada pH optimum untuk enzim dan residu lain yang bertindak sebagai donor proton.
Sepasang residu ini, tergantung pada organisme yang mengekspresikan enzim, dapat berupa dua aspartat, dua glutamat, atau masing-masing satu.
Pada banyak jamur dan bakteri, selulase adalah protein yang sangat terglikosilasi, namun studi independen menunjukkan bahwa residu karbohidrat ini tidak memainkan peran utama dalam aktivitas enzimatik enzim ini.
Ketika selulase bergabung untuk membentuk kompleks, mencapai aktivitas enzimatik yang lebih besar pada berbagai bentuk substrat yang sama, ini dapat memiliki hingga lima subunit enzim yang berbeda.
Fitur
Enzim-enzim penting ini, terutama yang diproduksi oleh bakteri dan jamur selulolitik, memiliki berbagai fungsi, baik dari segi biologi maupun industri:
Biologis
Selulase memainkan peran mendasar dalam jaringan biodegradasi yang rumit dari selulosa dan lignoselulosa, yang merupakan polisakarida paling melimpah di biosfer.
Selulase yang dihasilkan oleh mikroorganisme yang terkait dengan saluran pencernaan banyak hewan herbivora merupakan salah satu keluarga enzim yang paling penting di alam, karena omnivora dan karnivora ketat memakan biomassa yang diasimilasi oleh hewan-hewan ini.
Manusia, misalnya, mengonsumsi makanan yang berasal dari tumbuhan dan semua selulosa yang ada di dalamnya dianggap “serat kasar”. Kemudian dihilangkan dengan tinja, karena tidak memiliki enzim untuk pencernaannya.
Hewan ruminansia, seperti sapi, mampu meningkatkan berat dan ukuran ototnya berkat penggunaan karbon yang terkandung dalam bentuk glukosa dalam selulosa, karena mikroflora ususnya bertanggung jawab atas degradasi tanaman melalui aktivitas selulase .
Pada tumbuhan, enzim ini bertanggung jawab atas degradasi dinding sel sebagai respons terhadap berbagai rangsangan yang terjadi pada berbagai tahap perkembangan seperti absisi dan pematangan buah, absisi daun dan polong, antara lain.
Industri
Pada tingkat industri, enzim ini diproduksi dalam skala besar dan digunakan dalam banyak proses pertanian yang berhubungan dengan bahan tanaman dan pengolahannya.
Di antara proses ini adalah produksi biofuel, yang selulase memenuhi lebih dari 8% dari permintaan enzim industri. Ini karena enzim ini sangat penting untuk produksi etanol dari limbah tanaman dari berbagai sumber.
Mereka juga digunakan dalam industri tekstil untuk berbagai tujuan: produksi pakan ternak, peningkatan kualitas dan “kecernaan” pakan terkonsentrasi atau selama pemrosesan jus dan tepung.
Protein ini digunakan, pada gilirannya, dalam produksi minyak, rempah-rempah, polisakarida untuk penggunaan komersial seperti agar-agar dan juga untuk memperoleh protein dari biji dan jaringan tanaman lainnya.
Referensi
- Bayer, EA, Chanzyt, H., Lamed, R., & Shoham, Y. (1998). Selulosa, Selulase dan Selulosom. Opini Saat Ini dalam Biologi Struktural , 8 , 548–557.
- Dey, P., & Harborne, J. (1977). Biokimia Tumbuhan . San Diego, California: Pers Akademik.
- Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., & Staiger, MP (2012). Sebuah tinjauan kritis komposit semua-selulosa. Jurnal Ilmu Material , 47 (3), 1171-1186.
- Knowles, J., & Teeri, T. (1987). Keluarga selulase dan gennya. TIBTECH , 5 , 255–261.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger . Edisi Omega ( edisi ke-5).
- Nutt, A., Sild, V., Pettersson, G., & Johansson, G. (1998). Kurva kemajuan. Berarti untuk klasifikasi fungsional selulase. Eur.J. Biochem. , 258 , 200–206.
- Reilly, PJ (2007). Struktur dan Fungsi Amilase dan Selulase. Di S.-T. Yang (Ed.), Bioproses untuk Produk Bernilai Tambah dari Sumber Daya Terbarukan (hlm. 119–130). Elsevier BV
- Sadhu, S., & Maiti, TK (2013). Produksi Selulase oleh Bakteri: Sebuah Tinjauan. Jurnal Penelitian Mikrobiologi Inggris , 3 (3), 235–258.
- Watanabe, H., & Tokuda, G. (2001). Selulase Hewan. Ilmu Kehidupan Seluler dan Molekuler , 58 , 1167-1178.
