6.3a: La Reacción de Celulosa-Celulólisis

6.3a La Reacción de la Celulosa: Celulólisis

La celulólisis es esencialmente la hidrólisis de la celulosa. Si recuerdas de la Lección 5 (ver Figura 5.16), en las condiciones de pH bajo y alto, la hidrólisis es una reacción que tiene lugar con agua, con el ácido o base proporcionando H+ u OH- para precipitar la reacción. La hidrólisis romperá los enlaces β-1,4-glucosídicos, con agua y enzimas para catalizar la reacción. Antes de discutir la reacción con más detalle, veamos los tipos de unidades intermedias que están hechas de celulosa. El principal monómero que compone la celulosa es la glucosa (Lección 5, Figura 5.9a). Cuando dos moléculas de glucosa están conectadas, se la conoce como celobiosa; un ejemplo de celobiosa es la maltosa (Lección 5, Figura 5.10b). Cuando se conectan tres unidades de glucosa, se llama celotriosa; un ejemplo es la forma β -D piranosa. Y cuatro unidades de glucosa conectadas entre sí se llaman celotetraosa. Cada uno de estos se muestra a continuación en la Figura 6.11.

Figura 6.11a: Estructura de glucosa con carbonos numerados.

Crédito: Palaeos.com

Figura 6.11b: Estructura química de celobiosa o maltosa (glucosa + glucosa).

Crédito: Maltosa Haworth: de Wikimedia Commons

Figura 6.11c: Celotriosa en la forma β-D-piranosa.

Crédito: Answers.com

Figura 6.11d: Celotetraosa.

Crédito: Green Chem. , 2012, 14, 1284-1288

Hemos visto los tipos de intermedios, así que ahora veamos los tipos de reacción que son catalizados por las enzimas de celulosa. Los pasos se muestran en la Figura 6.12.

1. Romper las interacciones no covalentes presentes en la estructura de la celulosa, descomponiendo la cristalinidad en la celulosa a una hebra amorfa. Estos tipos de enzimas se llaman endocelulasas.
2. El siguiente paso es la hidrólisis de los extremos de la cadena para romper el polímero en azúcares más pequeños. Estos tipos de enzimas se llaman exocelulasas, y los productos son típicamente celobiosa y celotetraosa.
3. Finalmente, los disacáridos y tetrasacáridos (celobiosa y celotetraosa) se hidrolizan para formar glucosa, la cual se conoce como β-glucosidasas.

Figura 6.12: Secuencia de reacción de celulosa con 1) endocelulasa, 2) exocelulasa y 3) β-glucosidasa.

Crédito: Celulasa: de Wikipedia.org

Bien, ahora tenemos una idea de cómo procede la reacción. Sin embargo, existen dos tipos de sistemas de celulasa: no complejados y complejados. Un sistema de celulasa no complejada es la degradación aeróbica de la celulosa (en oxígeno). Es una mezcla de enzimas cooperativas extracelulares. Un sistema de celulasa complejada es una degradación anaeróbica (sin oxígeno) usando un “celulosoma”. La enzima es un complejo multiproteico anclado en la superficie de la bacteria por proteínas no catalíticas que sirven para funcionar como las celulasas individuales no complejadas pero se encuentra en una unidad. La Figura 6.13 muestra una figura de cómo actúan los dos sistemas diferentes. No obstante, antes de entrar en más detalles, ahora vamos a discutir de qué están compuestas las enzimas mismas. La lectura de Lynd proporciona alguna explicación de cómo funcionan los sistemas no complejados versus los complejos.

Figura 6.13: Representación esquemática de la hidrólisis de celulosa amorfa y microcristalina en sistemas de celulasa A) no complejada y B) complejada.

Crédito: Lynd et al., 2002