Enzymy rozkládající celulózu - užitečný biotechnologický nástroj

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 12. únor 2008

Napsal Stanislav Obruča

Nejúčinnější jsou přírodní katalyzátory – enzymy rozkládající celulózu. Ty produkují především bakterie a plísně, které se celulózou živý. A právě studium těch „správných“ enzymů je způsob jak zefektivnit celou řadu biotechnologických výrob.

Studiem enzymů schopných rozkládat celulózu se se svým týmem intenzívně zabývá Peter Reilly, profesor biologického a chemického inženýrství na Iowa State University. Jeho úkolem je odhalit strukturu enzymů a pochopit jakým způsobem struktura enzymu ovlivňuje mechanismus, kterým enzym působí a jeho aktivitu. Jinými slovy můžeme říct, že se snaží přijít na to jak enzymy pracují. A to je důležité, protože enzymy jsou pro nás velice užitečné a setkáváme se s nimi doslova na každém kroku.

Enzymy jsou bílkoviny, který produkují všechny živé organismy. Tyto speciální bílkoviny mají schopnost urychlovat různé chemické reakce. Díky nim může například v našem trávicím ústrojí probíhat rozklad bílkovin a škrobu, které přijmeme v potravě, na menší kousky, které dokáže vstřebat. Enzymy se často používají i v průmyslu. Nacházejí uplatnění při pečení chleba, jsou součástí pracích prášků a detergentů ale například také používány při úpravě kůží.

A protože některé enzymy dokáží rozložit celulózu na jednoduché cukry, které mohou být fermentovány třeba na etanol, mohou být enzymy rozkládající celulózu důležitým vylepšením výroby bioetanolu. Studium enzymů rozkládajících celulózu je natolik aktuálním problémem, že profesor Reilly obdržel na základní výzkum v této oblasti od Ministerstva zemědělství Spojených států amerických tříletý grant ve výši 306 000 dolarů.

Enzymy rozkládající celulózu jsou odborně nazývány celulázy. Jsou produkovány bakteriemi a plísněmi, které se celulózou živý. A mají velice těžký životní úděl. Celulóza je velice pevný materiál. To právě ona dává rostlinám jejich strukturu. „Celulóza může za to, že stromy dokáží stát“ říká profesor Reilly a dodává: „Aby se bakterie a plísně dokázaly celulózou živit, musela ze sebe příroda dostat to nejlepší.“ Existuje několik typů enzymů, které dokáží atakovat celulózu různými způsoby.
 


Například enzym celobiohydroláza, který je také předmětem studia profesora Reillyho, funguje jako malý pluh. Dokáže odtrhnout jedno vlákno od celé struktury a toto odtržené vlákno pak nasměruje do speciálního tunelu, který se nachází v jeho struktuře. V tomto tunelu pak dojde k rozložení řetězce glukóz na jednotlivé „sladké“ stavební kameny.

Profesor Reilly je do celého problému opravdu zapálený. Pokud se s ním náhodou dáte do řeči, pravděpodobně neuniknete krátké přednášce z biochemie. Vysvětlí vám, jak enzymy „sekají“ celulózu, na počítači vám ukáže schéma struktury celulózy a na nich vám názorně vysvětlí kde a jak jednotlivé enzymy fungují. „Všechny enzymy dělají v podstatě to samé – štěpí vazby mezi jednotlivými cukry, které tvoří strukturu celulózy, říká profesor Reilly.

„Ale enzymy jsou fascinující. V porovnání s čímkoliv neživím jsou neuvěřitelně sofistikované“ dodává. Reilly se svými studenty v současné době pracuje na studiu struktury celé řady enzymů. Pomocí speciálních postupů je nejprve potřeba z enzymů vytvořit krystaly. Tyto krystaly jsou poté zrentgenovány. Výsledky speciálního rentgenu se nakonec zpracují na počítači, konečným výsledkem jsou pak takové obrázky, jaký můžete vidět níže. Reilly používá ke své práci dva supermoderní počítače. Prvním je „superpočítač“ CyBlue, který zvládá 5,7 biliónu výpočetních operací za sekundu. Druhým o něco méně výkonný počítač Lightning, který zvládá také velice slušných 1,8 biliónů výpočetních operací za sekundu.

 

Až Reilly dokončí svůj základní výzkum, otevřou se dveře řadě aplikací pro enzymy rozkládající celulózu. Levná a efektivní výroba bioetanolu je jednou z mnoha, které se nabízejí. 

Zdroj:  Public.iastate.edu