As celulases São um grupo de enzimas produzidas pelas plantas e por diversos microrganismos “celulolíticos”, cuja atividade catalítica consiste na degradação da celulose, o polissacarídeo mais abundante da natureza..
Essas proteínas pertencem à família das hidrolases glicosídicas ou enzimas glicosil hidrolases, pois são capazes de hidrolisar as ligações entre unidades de glicose não só na celulose, mas também em alguns β-D-glucanos presentes nos cereais..
Sua presença no reino animal tem sido discutida e a digestão da celulose por animais herbívoros é atribuída a uma microflora intestinal simbiótica. No entanto, estudos relativamente recentes mostraram que essa enzima também é produzida por invertebrados como insetos, moluscos e alguns nematóides..
A celulose é uma parte essencial da parede celular de todos os organismos vegetais e também é produzida por algumas espécies de algas, fungos e bactérias. É um homopolissacarídeo linear de alto peso molecular composto por D-glucopiranose ligada por ligações β-1,4..
Este polissacarídeo é mecânica e quimicamente resistente, pois é composto por cadeias paralelas que se alinham em eixos longitudinais estabilizados por pontes de hidrogênio..
Como as plantas, principais produtoras de celulose, são a base da cadeia alimentar, a existência dessas enzimas é essencial para o aproveitamento desses tecidos e, portanto, para a subsistência de grande parte da fauna terrestre (incluindo os microrganismos)..
Índice do artigo
As celulases expressas pela maioria dos microrganismos exercem suas funções catalíticas na matriz extracelular e, em geral, são produzidas em grandes quantidades, sendo utilizadas industrialmente para diversos fins..
As bactérias produzem pequenas quantidades de celulases associadas ao complexo, enquanto os fungos produzem grandes quantidades dessas enzimas, que nem sempre se associam, mas agem em sinergia..
Dependendo do organismo estudado, principalmente se for procarionte e eucarioto, as vias de "secreção" desse tipo de enzima são muito diferentes..
As celulases ou enzimas celulolíticas são encontradas na natureza como sistemas multienzimáticos, ou seja, formando complexos compostos por mais de uma proteína. Sua classificação geralmente os divide em três grupos importantes:
- Endoglucanases ou endo-1,4-β-D-glucano glucanohidrolases: que corta aleatoriamente locais "amorfos" nas regiões internas das cadeias de celulose
- Exoglucanases, celobiohidrolases ou Celobiohidrolases de 1,4-β-D-glucano: que hidrolisa as extremidades redutoras e não redutoras das cadeias de celulose, liberando glicose ou resíduos de celobiose (grupos de glicose ligados entre si)
- β-glucosidases ou β-D-glucosídeo glucohidrolase: capaz de hidrolisar as extremidades não redutoras da celulose e liberar resíduos de glicose
Os complexos multienzimáticos de enzimas celulase que alguns organismos produzem são conhecidos como celulossomas, cujos componentes individuais são difíceis de identificar e isolar, mas provavelmente correspondem a enzimas dos três grupos descritos..
Dentro de cada grupo de celulases existem famílias, que são agrupadas porque compartilham algumas características especiais. Essas famílias podem formar "clãs" cujos membros têm diferenças em suas sequências, mas compartilham algumas características estruturais e funcionais entre si..
As enzimas celulase são proteínas "modulares" compostas por domínios estrutural e funcionalmente discretos: um domínio catalítico e um domínio de ligação a carboidratos..
Como a maioria das glicosil hidrolases, as celulases possuem, no domínio catalítico, um resíduo de aminoácido que funciona como um nucleófilo catalítico carregado negativamente no pH ideal para a enzima e outro resíduo que atua como doador de prótons..
Este par de resíduos, dependendo do organismo que expressa a enzima, pode ser dois aspartatos, dois glutamatos ou um de cada..
Em muitos fungos e bactérias, as celulases são proteínas altamente glicosiladas, no entanto, estudos independentes sugerem que esses resíduos de carboidratos não desempenham um papel transcendental na atividade enzimática dessas enzimas..
Quando as celulases se associam para formar complexos, alcançando maior atividade enzimática nas diferentes formas do mesmo substrato, estas podem ter até cinco subunidades enzimáticas diferentes.
Essas importantes enzimas, produzidas principalmente por bactérias e fungos celulolíticos, têm várias funções, tanto do ponto de vista biológico quanto industrial:
As celulases desempenham um papel fundamental na intrincada rede de biodegradação da celulose e da lignocelulose, que são os polissacarídeos mais abundantes na biosfera..
Celulases produzidas por microrganismos associados ao trato gastrointestinal de muitos animais herbívoros representam uma das famílias de enzimas mais importantes da natureza, uma vez que onívoros e carnívoros estritos se alimentam da biomassa assimilada por esses animais..
O homem, por exemplo, consome alimentos de origem vegetal e toda a celulose presente nesses alimentos é considerada "fibra bruta". Posteriormente é eliminado com as fezes, pois não possui enzimas para sua digestão..
Ruminantes, como as vacas, são capazes de aumentar seu peso e tamanho muscular graças ao aproveitamento do carbono contido na forma de glicose na celulose, uma vez que sua microflora intestinal é responsável pela degradação das plantas por meio da atividade da celulase..
Nas plantas, essas enzimas são responsáveis pela degradação da parede celular em resposta a diferentes estímulos que ocorrem em diferentes estágios de desenvolvimento, como abscisão e amadurecimento de frutos, abscisão de folhas e frutos, entre outros..
Em nível industrial, essas enzimas são produzidas em grande escala e utilizadas em muitos processos agrícolas relacionados a materiais vegetais e seu processamento..
Entre esses processos está a produção de biocombustíveis, para os quais as celulases atendem a mais de 8% da demanda industrial de enzimas. Isso ocorre porque essas enzimas são de extrema importância para a produção de etanol a partir de resíduos vegetais de diferentes origens..
Também são utilizados na indústria têxtil com múltiplas finalidades: produção de ração animal, melhoria da qualidade e "digestibilidade" de alimentos concentrados ou no processamento de sucos e farinhas..
Essas proteínas são utilizadas, por sua vez, na produção de óleos, especiarias, polissacarídeos para uso comercial como o ágar e também na obtenção de proteínas de sementes e outros tecidos vegetais..
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