Celulase: características, estrutura, funções

A celulase é uma enzima presente em diversos microrganismos, como bactérias, fungos e protozoários, que desempenha um papel fundamental na degradação da celulose, um dos principais componentes da parede celular das plantas. A estrutura da celulase é composta por diferentes domínios que atuam de forma coordenada para quebrar as ligações da celulose em unidades de glicose, facilitando sua absorção e utilização pelos microrganismos. Sua função principal é a hidrólise da celulose, tornando-a disponível como fonte de energia e nutrientes para os organismos que a produzem. A celulase tem grande importância na indústria de biocombustíveis e na produção de alimentos, sendo utilizada em processos de produção de etanol, fabricação de papel e tratamento de resíduos agrícolas.

Qual o papel desempenhado pela enzima celulase no processo de digestão de celulose?

A celulase é uma enzima responsável por degradar a celulose, um polissacarídeo encontrado na parede celular de plantas. Sua atuação é fundamental no processo de digestão de materiais vegetais por animais herbívoros e por microorganismos no solo.

A celulase atua quebrando as ligações glicosídicas da celulose, transformando-a em moléculas de glicose mais simples que podem ser absorvidas e utilizadas como fonte de energia. Sem a presença dessa enzima, a celulose seria indigestível para a maioria dos seres vivos, já que nossos organismos não produzem naturalmente a celulase necessária para realizar essa quebra.

Portanto, o papel desempenhado pela celulase no processo de digestão de celulose é essencial para garantir a disponibilidade de energia proveniente de fontes vegetais, contribuindo para o equilíbrio dos ecossistemas e para a sobrevivência de diversas espécies.

Entenda as funções das estruturas celulares em nosso organismo e sua importância para a vida.

A celulase é uma enzima que desempenha um papel fundamental no processo de degradação da celulose, um dos principais componentes da parede celular das plantas. Esta enzima é produzida por diversos microorganismos, como bactérias e fungos, e é essencial para quebrar as ligações de glicosídeos presentes na celulose, permitindo assim a sua digestão e metabolização.

As estruturas celulares desempenham um papel crucial em nosso organismo, uma vez que são responsáveis por diversas funções vitais para a vida. As células são as unidades básicas de todos os seres vivos e cada uma delas possui estruturas específicas que desempenham funções importantes para o funcionamento do organismo como um todo.

A celulase é uma enzima complexa, formada por diferentes subunidades que se ligam de forma específica às moléculas de celulose, facilitando a sua quebra em unidades menores que podem ser facilmente absorvidas pelas células. Sem a ação da celulase, a celulose não poderia ser digerida e aproveitada pelo organismo, o que comprometeria a obtenção de nutrientes essenciais para a sobrevivência.

Além disso, as estruturas celulares também desempenham um papel importante na manutenção da integridade das células e na regulação de processos vitais, como a síntese de proteínas e a produção de energia. As diferentes organelas presentes nas células, como o núcleo, o retículo endoplasmático e as mitocôndrias, trabalham de forma integrada para garantir o funcionamento adequado de cada célula e do organismo como um todo.

Portanto, é fundamental compreender as funções das estruturas celulares em nosso organismo e a importância da celulase para a vida, uma vez que esses elementos desempenham papéis essenciais para a manutenção da saúde e do equilíbrio do organismo como um todo.

Principais funções celulares: descubra as atividades essenciais desempenhadas pelas células.

A celulase é uma enzima presente em diversos organismos, como bactérias, fungos e protozoários, que desempenha um papel fundamental na degradação da celulose, um dos componentes mais abundantes na natureza. A celulose é um polissacarídeo encontrado nas paredes celulares de plantas e é uma fonte importante de energia para muitos seres vivos.

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A celulase é composta por várias subunidades que trabalham juntas para quebrar as ligações de glicose presentes na molécula de celulose, transformando-a em glicose simples, que pode ser utilizada como fonte de energia pelas células. Essa enzima desempenha um papel crucial na reciclagem de materiais orgânicos na natureza, permitindo que nutrientes essenciais sejam reaproveitados.

Além disso, a celulase também é utilizada na indústria, especialmente na produção de biocombustíveis a partir de biomassa vegetal. Sua capacidade de quebrar a celulose em glicose torna-a uma ferramenta valiosa para a produção de etanol e outros biocombustíveis de forma mais sustentável.

Em resumo, a celulase desempenha um papel essencial na degradação da celulose, permitindo que organismos decompondores obtenham energia a partir desse polissacarídeo e contribuindo para a reciclagem de nutrientes na natureza. Além disso, sua aplicação na indústria de biocombustíveis demonstra o potencial dessa enzima em processos de produção mais sustentáveis.

Estruturas presentes em uma célula: conheça cada uma delas e suas funções.

As células são compostas por diversas estruturas que desempenham funções específicas para manter o funcionamento adequado do organismo. Entre as principais estruturas presentes em uma célula, podemos destacar o núcleo, as mitocôndrias, o retículo endoplasmático, o complexo de Golgi e as lisossomas.

O núcleo é considerado o “cérebro” da célula, pois contém o material genético responsável por controlar todas as atividades celulares. As mitocôndrias são as responsáveis pela produção de energia, através da respiração celular. Já o retículo endoplasmático atua na síntese e transporte de proteínas, enquanto o complexo de Golgi realiza a modificação e empacotamento dessas proteínas. Por fim, os lisossomas são responsáveis pela digestão de moléculas no interior da célula.

Celulase: características, estrutura, funções

A celulase é uma enzima essencial para a degradação da celulose, um dos principais componentes da parede celular das plantas. Ela é produzida por diversos microorganismos, como bactérias e fungos, e também por alguns animais, como cupins e ruminantes.

A estrutura da celulase é composta por diversos domínios que atuam de forma coordenada para que a enzima consiga quebrar as ligações da celulose. Essa ação é fundamental para a digestão desse substrato e a liberação de glicose, que será utilizada como fonte de energia pelos organismos que possuem essa enzima.

As principais funções da celulase estão relacionadas à degradação da celulose em ambientes naturais, como solos e florestas, contribuindo para o ciclo de nutrientes e a reciclagem de matéria orgânica. Além disso, a celulase também é utilizada na indústria, principalmente na produção de biocombustíveis e na fabricação de papel e celulose.

Celulase: características, estrutura, funções

As celulases são um grupo de enzimas produzidas por plantas e por vários microorganismos “celulolíticas” cuja actividade catalítica é a degradação da celulose, o polissacárido mais abundante na natureza.

Essas proteínas pertencem à família das enzimas hidrolase glicosídica ou glicosil hidrolases, pois são capazes de hidrolisar as ligações entre as unidades de glicose não apenas da celulose, mas também de algumas β-D-glucanas presentes nos cereais.

Celulase: características, estrutura, funções 1

Representação gráfica da estrutura molecular de uma celulase (Fonte: Jawahar Swaminathan e equipe de MSD do Instituto Europeu de Bioinformática [Domínio público] via Wikimedia Commons)
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Sua presença no reino animal tem sido discutida e a digestão de 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 grande peso molecular composto por D-glucopiranoses ligadas por ligações β-1,4.

Esse polissacarídeo é mecânica e quimicamente resistente, pois é composto de cadeias paralelas que se alinham em eixos longitudinais estabilizados por ligações de hidrogênio.

Como as plantas, principais produtoras de celulose, são a base da cadeia alimentar, a existência dessas enzimas é essencial para o uso desses tecidos e, portanto, para a subsistência de grande parte da fauna terrestre (incluindo microrganismos)

Caracteristicas

As celulases expressas pela maioria dos microrganismos exercem suas funções catalíticas na matriz extracelular e, em geral, são produzidas em grandes quantidades, utilizadas industrialmente para diversos fins.

As bactérias produzem pequenas quantidades de celulases associadas em complexos, enquanto os fungos produzem grandes quantidades dessas enzimas, que nem sempre estão associadas entre si, mas agem em sinergia.

Dependendo do organismo estudado, principalmente se for procariótico e eucariótico, as vias “secretoras” desse tipo de enzima são muito diferentes.

Classificação

Celulases ou enzimas celulolíticas são encontradas na natureza como sistemas multienzimáticos, ou seja, formando complexos que consistem em mais de uma proteína. Sua classificação geralmente os divide em três grupos importantes:

Endoglucanases ou endo-1,4-β-D-glucan glucanidrolases : que cortam em locais “amorfos” aleatórios nas regiões internas das cadeias de celulose

Exoglucanases, celobiohidrolases ou 1,4-β-D-glucano- celobiohidrolases : que hidrolisam as extremidades redutoras e não redutoras das cadeias de celulose, liberando resíduos de glicose ou celobiose (grupos de glicose ligados)

β-glucosidases ou β-D-glicosídeo glucohidrolase : capazes 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 às 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 seqüências, mas compartilham algumas características estruturais e funcionais entre si.

Estrutura

As enzimas celulase são proteínas “modulares” compostas por domínios discretos estrutural e funcionalmente: 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 que é carregado negativamente no pH ideal para a enzima e outro resíduo que atua como um doador de prótons.

Esse par de resíduos, dependendo do organismo que expressa a enzima, pode ser dois aspartatos, dois glutamatos ou um de cada um.

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.

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Quando as celulases são associadas a complexos de formas, alcançando maior atividade enzimática em diferentes formas do mesmo substrato, elas podem ter até cinco subunidades enzimáticas diferentes.

Funções

Essas importantes enzimas, produzidas especialmente por bactérias e fungos celulolíticos, têm várias funções, tanto biológica quanto industrialmente:

Biológico

As celulases desempenham um papel fundamental na intrincada rede de biodegradação de celulose e lignocelulose, que são os polissacarídeos mais abundantes na biosfera.

As celulases produzidas pelos microorganismos associados ao trato gastrointestinal de muitos animais herbívoros representam uma das famílias enzimáticas 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 neles é considerada “fibra bruta”. Mais tarde, é eliminado pelas fezes, porque não possui enzimas para sua digestão.

Ruminantes, como vacas, são capazes de aumentar seu peso e tamanho muscular graças ao uso de conteúdo de carbono na forma de glicose na celulose, uma vez que a microflora intestinal é responsável pela degradação dos vegetais pela 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 vagens, entre outros.

Industrial

No nível industrial, essas enzimas são produzidas em larga escala e usadas em muitos processos agrícolas relacionados aos materiais vegetais e seu processamento.

Entre esses processos está a produção de biocombustíveis, cujas celulases atendem a mais de 8% da demanda enzimática industrial. Isso ocorre porque essas enzimas são da maior importância para a produção de etanol a partir de resíduos vegetais de diferentes fontes.

Eles também são utilizados na indústria têxtil com múltiplas finalidades: produção de alimentos para animais, melhoria da qualidade e “digestibilidade” de alimentos concentrados ou durante o processamento de sucos e farinhas.

Essas proteínas são utilizadas, por sua vez, na produção de óleos, especiarias e polissacarídeos para uso comercial, como o ágar, e também para obter proteínas a partir de sementes e outros tecidos vegetais.

Referências

  1. Bayer, EA, Chanzyt, H., Lamed, R., & Shoham, Y. (1998). Celulose, celulases e celulossomas. Opinião Atual em Biologia Estrutural , 8 , 548–557.
  2. Dey, P. & Harborne, J. (1977). Bioquímica . San Diego, Califórnia: Academic Press.
  3. Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., & Staiger, MP (2012). Uma revisão crítica de compósitos totalmente celulósicos. Journal of Materials Science , 47 (3), 1171-1186.
  4. Knowles, J. & Teeri, T. (1987). Famílias de celulase e seus genes. TIBTECH , 5 , 255-261.
  5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Princípios de Bioquímica de Lehninger . Edições Omega (5ª ed.).
  6. Nutt, A., Sild, V., Pettersson, G. e Johansson, G. (1998). Curvas de progresso. Uma média para a classificação funcional das celulases. Eur. J. Biochem. , 258 , 200-206.
  7. Reilly, PJ (2007). Estrutura e função da amilase e celulase. Em S.-T. Yang (Ed.), Bioprocessamento para produtos de valor agregado a partir de recursos renováveis (pp. 119–130). Elsevier BV
  8. Sadhu, S. & Maiti, TK (2013). Produção de celulase por bactérias: uma revisão. British Microbiology Research Journal , 3 (3), 235-258.
  9. Watanabe, H. & Tokuda, G. (2001). Celulases animais Cellular and Molecular Life Sciences , 58 , 1167-1178.

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