Enzime Pectinolitice de Origine Microbiană

Enzime pectinolitice de origine microbiana

Introducere

Reactiile biochimice, reactii deosebit de complexe si variate, sunt mediate de biocatalizatori cu proprietati remarcabile, cunoscuti sub denumirea de enzime. Capacitatea enzimelor de a creste de pâna la 1014ori viteza unei reactii, conditiile blânde de actiune, specificitatea si posibilitatea de reglare a activitatii, constitue un avantaj major al acestora. Aplicatiile practice ale enzimelor în diferite sectoare de activitate au condus la necesitatea obtinerii în cantitati mari de preparate enzimatice cu diferite activitati catalitice. În productia mondiala de enzime un loc de frunte îl ocupa tehnologiile care vizeaza obtinerea de preparate proteice cu activitate pectinolitica. Dezvoltarea biotehnologiilor care urmaresc gasirea de noi surse de izolare a enzimelor pectinolitice este o consecinta fireasca a implicarii si eficientei acestora în diferite procese. Numeroasele utilizari ale enzimelor pectinolitice în cele mai diverse domenii de activitate - industria alimentara, industria prelucrarii fibrelor naturale, industria farmaceutica, industria chimica - au determinat demararea cercetarilor în vederea obtinerii acestora din surse microbiene. Orientarea catre microorganisme a avut în vedere avantajele oferite de astfel de surse si proprietatile enzimelor pectinolitice de origine microbiana.

Larga raspândire, variabilitatea, adaptabilitatea si potentialul de biosinteza al microorganismelor pot fi considerate puncte de plecare pentru noi cercetari consacrate descoperirii si manipularii unor agenti cu proprietati superioare.

1. Pectinele, substraturi ale enzimelor pectinolitice

Substantele pectice reprezinta un grup heterogen de polizaharide cu un continut mare de sarcini negative datorate resturilor de acid galacturonic din structura. Celulele plantelor aflate în diferite stadii de dezvoltare sunt acoperite de un perete extensibil. În structura peretelui celular microfifrilele de celuloza sunt legate necovalent la o matrice alcatuita din hemiceluloze, pectine si proteine structurale.

Studiile intreprinse asupra peretilor celulari de provenienta diferita au evidentiat un aranjament caracteristic al principalelor componente ale acestora (Albersheim 1975, Cosgrove 1997, Capita si altii 2001). În acest aranjament, moleculele adiacente de celuloza adera puternic prin legaturi de hidrogen si formeaza agregate cristaline, numite microfibrile de celuloza. Microfibrilele de celuloza sunt principalii determinanti ai rezistentei peretelui celular. Seturile de microfibrile sunt aranjate în straturi sau lamele în structura carora fiecare microfibrila se leaga de vecina sa prin molecule de hemiceluloza. Hemicelulozele sunt heteropolizaharide care se leaga la suprafata microfibrilelor de celuloza, mai ales prin legaturi de hidrogen. Hemicelulozele ajuta la legarea încrucisata a microfibrilelor într-o retea complexa si previn contactul direct microfibrila-microfibrila. Alaturi de aceasta retea alcatuita din microfibrile celulozice si hemiceluloze, peretele celular contine si o alta retea formata din molecule de pectina legate încrucisat. Pectinele formeaza un gel în jurul retelei celuloza-hemiceluloza si actioneaza ca un material de umplutura care previne agregarea si ruperea acestei retele. Prin intermediul substantelor pectice peretele celular îsi moduleaza porozitatea pentru diferite macromolecule. Datorita sarcinii lor negative, pectinele sunt puternic hidratate si înconjurate de cationi, în special de Ca2+. Substantele pectice se gasesc din abundenta în lamela mijlocie, fiind agenti de cimentare intercelulara prin intermediul legaturilor încrucisate formate între ionii de calciu si catenele pectice din structura a doi pereti adiacenti.

Aranjamentul principalelor componente în cadrul unui perete celular primar este prezentat în Figura 1.

Substantele pectice sunt macromolecule complexe în structura carora acidul D-galacturonic este componentul principal. Catena polizaharidica centrala are unitatile de a-D-galacturonat legate (1®4) si contine 2-4% unitati de L-ramnoza (aproximativ câte una la 25 unitati galacturonice) legate b-(1®4) si b-(1®2) la resturile de acid galacturonic. Catenele laterale sunt de doua feluri: lungi, alcatuite din acid galacturonic (galacturonani) sau din resturi de L-arabinoza (arabinani) si scurte, alcatuite din resturi de D-galactoza, D-xiloza sau L-fucoza. În structura substantelor pectice au fost evidentiate doua tipuri de regiuni: o regiune “grea“, alcatuita din catene ramnogalacturonanice puternic substituite cu zaharuri neutre si o regiune “usoara“ în structura careia exista, în special, catene homogalacturonanice.

Multe din gruparile carboxil din structura resturilor de acid galacturonic sunt esterificate cu metanol. Gradul de esterificare variaza cu sursa biologica si cu agentul utilizat pentru extractia substantelor pectice. Au fost izolate si caracterizate si substante pectice care au câteva din resturile de acid galacturonic acetilate.