La Celulosa y las Celulasas: Importancia

La celulosa es el componente más abundante que existe sobre la tierra, es producida por las plantas formando parte de su pared celular. En menores proporciones, es sintetizada también por algunos otros organismos como bacterias y algunos representantes del phyllum Chordata, que son un tipo de animales marinos

Se estima que alrededor de 180 billones de toneladas de celulosa son producidas por las plantas anualmente, por lo que constituye una de las fuentes de carbono renovables más importantes que hay sobre la tierra.

El contenido de celulosa en las plantas depende del grupo taxonómico al que pertenezcan y oscila entre 35 y 50% en peso seco.

La celulosa es uno de los materiales más utilizados desde tiempos remotos, y en la actualidad es la fuente de combustibles orgánicos, compuestos químicos, fibras y materiales necesarios para cubrir necesidades humanas tales como el papel, la pulpa, las maderas, etc.

Estructura química de la celulosa ILa celulosa es un biopolímero lineal compuesto por moléculas de glucosa unidas entre

sí por enlaces glucosídicos tipo β 1-4. Los extremos del polímero son asimétricos, los que contienen el carbono anomérico (C1) libre de la molécula de glucosa se conocen como extremos reductores. El C4 con un radical hidroxilo libre es el extremo no reductor.

Estructura química de la celulosa IIEl arreglo de las moléculas de celulosa en la pared celular de las plantas tiene una

configuración tridimensional estabilizada por interacciones de Van der Vaals, y consiste de 30 moléculas lineales, de entre 10,000 y hasta 14,000 moléculas de glucosa, que forman la protofibrilla o microfibrillas.

La asociación de las protofibrillas forman la fibrilla de celulosa. Las fibrillas se ensamblan entre si para formar las fibras de celulosa que son

entrelazadas mediante interacciones no covalentes con la hemicelulosa y la lignina conformando la pared celular

Estructura química de la celulosa III

altamente ordenadas y le dan las características de insolubilidad, rigidez y resistencia al ataque enzimático.

En ciertas regiones del haz de microfibrillas se rompen los puentes de hidrógeno de las cadenas y se forman las regiones amorfas, las cuales se hidratan permitiendo que ciertas enzimas ataquen y degraden a la celulosa.

Pared celular de las plantasCelulosa: polímero de glucosa, unión β1-4Hemicelulosa: heteropolímero de pentosas (xilosa y arabinosa), hexosas (glucosa, galactosa y manosa) y compuestos fenólicosLignina: polímero de fenilpropenoPectina:polímero de acido glucurónico

RECORDEMOS:¡¡¡¡La celulosa esta dentro de la pared celular!!!!!

Hacer uso de la Celulosa:Hidrólisis de la celulosa: Las celulasas

El término celulasas involucra un complejo de, por lo menos, tres actividades diferentes, las que a su vez existen en una multiplicidad de formas para llevar a cabo la hidrólisis total de la celulosa.

Las endo- ß-1,4-glucanasas (E.C. 3.2.1.4) rompen al azar los enlaces internos de la molécula en las regiones amorfas, producen un rápido decrecimiento en la longitud de la cadena y un lento incremento de los grupos reductores libres.

Las exo-ß-1,4-glucanasas (E.C. 3.2.1.91) remueven unidades de glucosa o celobiosa a partir del extremo libre no reductor de la cadena de celulosa, dando como resultado un incremento rápido en los azúcares o grupos reductores y poco cambio en el tamaño del polímero.

La ß-glucosidasa (E.C. 3.2.1.21) hidroliza la celobiosa producida por las actividades anteriores, dando como producto final la glucosa

Microorganismos que degradan celulosa

APLICACIONES DE LAS CELULASAS I1. En la elaboración de diferentes alimentos

1. En la elaboración de diferentes alimentos (cont.) Celulasas

Alimento Acción enzimática

Procesado comercial del café Cataliza la hidrólisis de celulosa durante la extracción del grano y licuefacción de mucílago de café; extracción de saborizantes y pigmento contribuyendo al blending del café.

Cerveza y el vino En el procesado de fermentación de la cerveza y el vino y filtración de mostos

Alimentos para animales monogástricos

En la hidrólisis parcial de materiales lignocelulósicos para mejorar la digestión y absorción

Pan Mejorar la calidad de los productos de panadería

2. Industria textil: Desteñido de mezclilla ya que se usan para remover el color azul índigo y dar una

apariencia de desteñido/deslavado (biostoning- biobleaching). Biopolishing y abrillantadores de telas de algodón. Biofinishing de telas de algodón. Defibrilación de lyocell (Lyocell es una fibra sintética de celulosa fabricada

mediante un proceso ecológico a partir de pulpa de madera). Detergentes para el lavado de ropa: para quitar pelusas (las celulasas degradan

las microfibrillas dejando las fibras principales, obteniéndose una superficie suave con su color original).

3. Otras industrias• Producción de protoplastos de plantas y hongos• En el control de enfermedades de plantas por hongos como Phytophora• Industria del papel y pulpa: sacado de tinta para reciclar papel de diario• Fermentación de biomasa para generar biocombustibles• Industria farmacéutica: Tratamiento de fitobezoares gástricos (masas sólidas formadas

por elementos deglutidos por el paciente, y digeridos en forma incompleta, compuestos de fibra vegetal. Se da en general en pacientes adultos con antecedentes de cirugía gástrica, disminución de la acidez o de la motilidad gástrica).

• En el aumento de la fertilidad del suelo y el consecuente aumento del crecimiento de las plantas, mediante la descomposición de la paja de trigo y de cáscara de arroz