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6.3b: Composición de Enzimas

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    6.3b Composición de las Enzimas

    El primer lugar para comenzar es describir la estructura de una celulasa usando términos típicos en bioquímica. Una celobiohidriolasa modular (CBH) tiene algunos aspectos en común; las características comunes incluyen: 1) región aglutinante de la proteína, 2) región catalítica de la proteína y 3) una región enlazadora que conecta las regiones aglutinante y catalítica. La Figura 6.14a muestra un diagrama general de las características comunes de una celulasa. El CBH está actuando sobre el extremo terminal de un sustrato celulósico cristalino, donde el dominio de unión a celulosa (CBD) está embebido en la cadena de celulosa, y la hebra de celulosa está siendo digerida por el dominio catalizador enzimático para producir celobiosa. Este tipo de enzima es típico de las exocelulasas. La Figura 6.14b muestra un modelo más realista, donde el enlazador se une a la superficie de la celulosa.

    Una de las principales diferencias entre glicosil hidrolasas (un tipo de celulasa) y las otras enzimas como funciona el dominio catalítico. Hay tres tipos: 1) bolsillo, 2) hendidura y 3) túnel. La topología de bolsillo o cráter (Figura 15A) es óptima para el reconocimiento de una extremidad no reductora de sacárido y se encuentra en monosacáridasas. Las exopolisacáridasas se adaptan a sustratos que tienen un gran número de extremos de cadena disponibles, tales como almidón. Por otro lado, estas enzimas no son muy eficientes para sustratos fibrosos como la celulosa, que casi no tiene extremos de cadena libres. Los dominios catalíticos de celulasa hendida o acanalada son estructuras “abiertas” (15B), que permiten una unión aleatoria de varias unidades de azúcar en sustratos poliméricos y se encuentra comúnmente en polisacaridasas de acción endo-actuante como las endocelulasas. La topología de túnel (Figura 6.15C) surge de la anterior cuando la proteína evoluciona bucles largos que cubren parte de la hendidura. Encontrado hasta ahora solo en CBH, el túnel resultante permite que una cadena de polisacáridos sea enhebrada a través de él. Se supone que las porciones rojas en cada dominio catalítico son los carbohidratos que se procesan, aunque es difícil de ver en esta imagen.

    CMH ataca a la celulosa cristalina Tiene un dominio aglutinante de celulosa, región enlazadora haciendo glicosilación y dominio catalítico produciendo celobiosa
    Figura 6.14a: Bioquímica de celulasas — una celobiohidriolasa modular (CBH).

    Crédito: Himmel et al., Celulasas: Estructura, Función y Aplicaciones. En: Manual de Bioetanol: Producción y Utilización.

    Esquema del modelo de cómo se ven las celulasas
    Figura 6.14b: Modelo esquemático de cómo se ven las celulasas, mostrando una imagen más realista del dominio catalítico, módulo de unión y enlazador.

    Crédito: Laboratorio Nacional de Energías Renovables

    Dominios catalíticos de glicosil hidrolasas — A) bolsillo, B) hendidura y C) túnel, ver descripción del texto en el siguiente enlace
    Figura 6.15: Dominios catalíticos de glicosil hidrolasas — A) bolsillo, B) hendidura y C) túnel.

    Haga clic para obtener una descripción de texto de la Figura 6.15

    Dominios Catalizadores de Glicosil Hidrolasas:

    Bolsillo - glucomilasa de A. awamori, Hidrólisis de polímeros o dímeros amorfos (por ejemplo, almidón y celobiosa)

    Hendidura - Endoglucanasa (Cel6A) de T. fusca Hidrólisis de polímeros cristalinos (por ejemplo, endoglucanasas de celulosa)

    Túnel - exoglucanasa CHBII (Cel6A) de T. reesei, hidrólisis processiva de polímeros cristalinos (por ejemplo, exoglucanasas)

    Crédito: Davies y Henrissat, 1995

    La otra característica principal de estas enzimas es el dominio o módulo de unión a celulosa (CBD o CBM). Diferentes CBD se dirigen a diferentes sitios en la superficie de la celulosa; esta parte de la enzima reconocerá sitios específicos, ayudará a acercar el dominio catalítico a la celulosa y sacará la hebra de molécula de celulosa de la lámina para que el enlace glicosídico sea accesible.

    Entonces ahora, volvamos a los sistemas de celulasa no complejados versus complejados. La Figura 6.16 es otra comparación de sistemas de celulasa no complejados versus complejos, pero esta vez, se enfoca en las enzimas. Observe en la Figura 6.16A, las pequeñas cifras parecidas a PacMan para las enzimas. Las enzimas están separadas, pero trabajan en concierto para descomponer las hebras de celulosa en celobiosa y glucosa. Recordemos que este proceso es aeróbico (en oxígeno).

    Ahora mira la Figura 6.16B y el sistema complejado. Las enzimas están unidas a subunidades que están unidas a la pared celular de la bacteria. Los productos son los mismos, pero recordemos que este sistema es anaeróbico (sin oxígeno), y estas enzimas trabajan todas juntas para producir celobiosa y glucosa.

    Sistemas de celulasa no complejada versus complejada. Descrito en el texto anterior
    Figura 6.16: Sistemas de celulasa no complejados versus complejados, enfocándose en las enzimas y sus diferencias en ambos sistemas.

    Crédito: Khanok Ratanakhanokchai, Ratiya Waeonukul,
    Patthra Pason, Chakrit Tachaapaikoon, Khin Lay Kyu,
    Kazuo Sakka, Akihiko Kosugi y Yutaka Mori (2013). Paenibacillus curdlanolyticus Cepa B-6 Multienzyme Complex: Un novedoso sistema para la utilización de biomasa, Biomasa Ahora - Cultivo y Utilización, Dr. Miodrag Darko Matovic (Ed.), ISBN: 978-953-51-1106-1, InTech, DOI: 10.5772/51820.

    Entonces, ¿cuáles son esas subunidades que son esencialmente los conectores en la enzima? La Figura 6.17 muestra un esquema de los tipos. El celulosoma está diseñado para la degradación eficiente de la celulosa. Una subunidad de andamifoldina tiene al menos un módulo de cohesina que está conectado a otros tipos de módulos funcionales. El CBM mostrado es un módulo de unión a celulosa que ayuda a que la unidad se ancla a la celulosa. Los módulos de cohesina son los principales bloques de construcción dentro de la andamifoldina; las cohesinas son responsables de organizar las subunidades celulolíticas en el complejo multienzimático. Los módulos Dockerina anclan enzimas catalíticas a la andamifoldina. Las subunidades catalíticas contienen módulos dockerina; estos sirven para incorporar módulos catalíticos en el complejo de celulosoma. Esta es la arquitectura del sistema de celulosoma de C. thermocellum. (Alber et al., CazPedia, 2010). Dentro de cada celulosoma, puede haber muchos tipos diferentes de estos bloques de construcción. La Figura 6.18 muestra un diagrama de bloques de dos estructuras diferentes de T. neapolitana LaMa y Caldicellulosiruptor cepa Rt8B.4 ManA en forma de diagrama de bloques. Debido al nivel de esta clase, no vamos a entrar en mayor profundidad sobre estas enzimas.

    Componentes de celulosoma para enzima complejada, descritos en el texto anterior
    Figura 6.17: Componentes de celulosoma para una enzima complejada.

    Crédito: Cellusome: de CazyPedia

    Estructura modular de T. neapolitana LaMa y Caldicellulosiruptor cepa Rt8B.4 ManA. Muestra péptidos en su secuencia
    Figura 6.18: Estructura modular de T. neapolitana LaMa y cepa Caldicellulosiruptor Rt8B.4 ManA.

    Crédito: Summa et al., Biochem. J., 2001


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