1.
Introducción
3. Fabricación de
pulpa
4.
La celulosa y el hongo trichoderma
reesei
5.
Conclusiones
6. Bibliografia
Actualmente a nivel mundial ha cobrado gran importancia
la protección del medio
ambiente. En los países industrializados, se han
creado organizaciones no
gubernamentales que, preocupados
por el deterioro de la naturaleza, han
contribuido con investigaciones
que buscan soluciones a
problemas
ambientales.
Este trabajo, basado en la recopilación de los
estudios realizados por diferentes investigadores, pretende dar a
conocer los avances de las investigaciones
sobre la celulosa y el hongo Trichoderma reesei productor de
celulasas. Las celulasas aplicadas al reciclaje del
papel ayudan a
reducir el problema del aumento de la salinidad de los suelos y agua, por
parte de las sustancias utilizadas en el ablandamiento de las
fibras de celulosa durante los métodos
convencionales de reciclaje del papel.
Antes de abordar el tema de la celulosa y el hongo
Trichoderma reesei, es conveniente conocer o recordar qué
es el papel, su fabricación y la gran utilidad en
nuestro diario vivir.
Papel es el vocablo empleado para designar diversas
clases de hojas fibrosas de estructura
análoga al fieltro. Generalmente compuesto por fibras
vegetales, pero a veces minerales,
animales o
sintéticas.
Su nombre se deriva del griego pápyros, nombre de
una planta egipcia (cyperus pápyros), de cuyo tallo
sacaban los antiguos egipcios láminas para escribir en
ellas (1).
Compuesto en su mayor parte por celulosa, la cual no es
sólo la sustancia orgánica más abundante,
sino el principal componente de las plantas
leñosas, es un recurso renovable. Convertir la celulosa en
papel es función de las fábricas que producen miles
de artículos útiles con ella. Los procesos de
manufactura
son complicados y difíciles de controlar, mas el empleo de
artefactos de control digital
ha aumentado la eficiencia de la
industria y,
en general, la economía de la
operación (2).
3. Fabricación de pulpa
Para fabricar papel a partir de madera es
necesario librar las fibras de celulosa de la matriz de
lignina que las une. Las fibras se pueden separar
mecánicamente o por disolución de la lignina en
sustancias químicas . Las fibras de la pulpa se vuelve a
aglutinar con aditivos adecuados para formar el papel. La pulpa
obtenida por medios
mecánicos o termomecánicos es inferior en calidad a la
producida químicamente, y gran parte de ella se utiliza en
papel periódico
(3).
El papel un producto de
uso diario, que provoca inmensos daños sobre el equilibrio de
la naturaleza, ya
sea por su fabricación, por no reciclarlo o por reciclarlo
mediante el método
químico convencional.
Aunque se presenta una gran ironía, el papel que
ocasiona todos esos desequilibrios a la naturaleza es el que me
permite transferirle a usted, los conocimientos fruto de los
estudios realizados por diferentes investigadores acerca de la
celulosa y el hongo Trichoderma reesei, con el fin de constituir
una opción efectiva en el proceso del
reciclaje del papel.
4. La celulosa y el hongo
trichoderma reesei
La celulosa es un polisacárido cuya
fórmula química corresponde
a: C6H10O5. Es el principal
componente de la membrana celular de la mayor parte de las
plantas. La
celulosa está constituida por moléculas de D-
glucosa unidas por enlaces b (1® 4) glucosídicos y es
el polímero más abundante en la biosfera.
Generalmente resistente a la fermentación, no significa que no se pueda
hidrolizar, pues existen microorganismos celulóticos que
poseen enzimas como: las
CELOBIOHIDROLASAS y las ENDOGLUCANASA que se encargan de su
degradación (4).
El hongo Trichoderma reesei es un microorganismo
celulótico que contiene cuatro grandes celulasas (
1,4-beta-D-glucan celobiohirolasas CBH I y CBH II,
endo-1,4-beta-D-glucanasa EG I y EGII ) (5).
Para producir cada una de las enzimas que
degrada a la celulosa (celulasas), se hace uso de técnicas
biotecnológicas de enzimología que han ganado gran
importancia medioambiental y comercial.
Desde el punto de vista genético, se han
estudiado genes que codifican para la celulasas ( cbh1, cbh2,
egl1 y egl2), mediante sustitución por el marcador
genético amds de Aspergillus nidulans. Estas
investigaciones has sugerido que la CBH II y la EG II son las
más importantes en la actividad enzimática de la
celulasa porque intervienen en la formación eficiente del
inductor de éstas en T. reesei y que la eliminación
de ambas cadenas celobiohidrolasas ( CBH II y EG II )
imposibilita a la enzima para desdoblar la celulosa cristalina
(6).
Se ha observado que la celulosa microcristalina (10 g/L)
es hidrolizada principalmente por dos de estas celulasas
(celobiohidrolasa CBH I y endoglucanasa EG II ) del hongo
Trichoderma reesei. Medve J et al (1998) realizaron dos tipos de
experimentos,
donde ambas enzimas se agregaron específicamente y de
forma equimolecular, analizando la adsorción de las
enzimas y la producción de los azúcares solubles
por técnicas de FPLC y HPLC, respectivamente.
Los resultados obtenidos por este grupo de
investigación sugieren que la CBH I produce
azúcares más solubles que la EG II, excepto a
concentraciones menores del 1% (7).
Además, mediante simulaciones computacionales ,
se encontró que existe un modelo
común de hidrólisis para las enzimas de CBH I y
otro modelo
claramente discernible para las enzimas del CBH II de muestras de
T reesei (8).
En experimentos
posteriores, la clonación del gen beta-glucosidase (bgl4) y
su homólogo (bgl2) del hongo celulótico Humicola
grisea y del T reesei respectivamente, se ha encontrado que la
sacarificación o transformación de los
polisacáridos en azúcares fermentables de la
celulosa, por celulasas de la T. reesei es mejorada por la
adición del gen recombinante BGL4 H. grisea
(9).
La endoglucanasa I (EG I) es la celulasa más
abundante en el hongo T. reesei, comprendiendo entre el 5 y el
10% de la suma total de las celulasas producidas por este
microorganismo.
Por medio de una sustitución molecular en T.
reesei y Humicola insolens, a una resolución 3.6 A la
endoglucanasa I ( EGI) posee un centro activo abierto para la
celulosa como sustrato, presentando diferencias con respecto a
enzimas relacionadas en cuanto a su función
biológica de degradación de sustratos
específicos y pHs de actividad óptima
(10).
La T. reesei (cepa w272) también posee una
celobiohidrolasa Ce16A (CBH II ), que forma un sitio activo con
cuatro subsitios interiores para las unidades de glucosa en un
residuo de triptófano presente en la superficie del
dominio.
Se ha encontrando que la mutagénesis de dicho
residuo de triptófano inhibe la función de la
enzima sobre la celulosa cristalina pero no sobre sustratos
solubles o amorfos (11).
De acuerdo con lo expuesto anteriormente se
podría concluir que:
- La eliminación de ambas cadenas
celobiohidrolasas (CBH II y EG II) del hongo T. reesei
imposibilita a la enzima para desdoblar la celulosa
cristalina. - Según los resultados de las investigaciones
realizadas con la cepa w272 del hongo T. reesei, es posible que
se forme un subsitio a la entrada del sitio activo de la
celobiohidrolasa CBH II, que cumpla una función
primordial en la degradación de la celulosa cristalina ,
relacionada con la orientación de una cadena de glucano
al sitio activo (12). - La endoglucanasa I (EGI) posee un centro activo
abierto para unir a la celulosa.
La celulosa puede ser degradada por hidrólisis
enzimática utilizando celulasas procedentes del hongo T.
reesei, constituyendo una opción efectiva en el proceso de
reciclaje del papel, al disminuir el factor económico y la
contaminación
ambiental a nivel mundial.
- Enciclopedia de tecnologia quimica. Tomo 11. Mexico.
1962. Pag 657-658 - Manual de procesos
quimicos en la industria.
Tomo 3. Mexico .mcgraw-hill. 1988. Pag 719 - Manual de procesos quimicos en la industria. Tomo 3.
Mexico .mcgraw-hill. 1988. Pag 721. - Kleywegt gj; zou jy; divne c; davies gj; sinning i;
stahlberg j; reinikainen t; srisodsuk m; teeri tt; jones ta.
The crystal structure of the catalytic core domain of
endoglucanase I from Trichoderma reesei at 3.6 a resolution, y
a comparison with related enzymes. J mol biol, 1997 sep, 272:3,
383-97. - Seiboth B; Hakola S; March Rl; Suominen Pl; Kubicek
Cp. Role de four major cellulases in triggering of cellulase
gene expression by celloluse in Trichoderma reesei. J
bacteriol, 1997 sep, 179:17, 5318-20. - Seiboth B; Hakola S; March Rl; Suominen Pl; Kubicek
Cp. Role de four major cellulases in triggering of cellulase
gene expression by celloluse in Trichoderma reesei. J
bacteriol, 1997 sep, 179:17, 5318-20. - Medve j; karisson j; lee d; tjerneld f. Hydrolisis of
microcrystalline celloluse by cellobiohydrolase I and
endoglucanase II fron Trichoderma reesei adsorption, sugar
production pattern, and synergism of the enzymes. Biotechnol
bioeng, 1998 sep, 59:5, 621-34. - Nutt A; Sild V; Pettersson G; Johansson G. Progress
curves—a mean for functional classification of
cellulases. eur J biochem, 1998 nov, 258:1, 200-6. - Takashima s; nakamura a; hidaka m; masaki h; uozumi
t. Molecular cloning and expression of the novel fungal
beta-glucosidase genes from Humicola grisea and Trichoderma
reesei. J biochem (tokyo), 1999 apr, 125:4, 728-36. - Kleywegt Gj; Zou Jy; Divne C; Davies Gj; Sinning I;
Stahlberg J; Reinikainen T; Srisodsuk M; Teeri Tt; Jones TA.
The crystal structure of the catalytic core domain of
endoglucanase I from Trichoderma reesei at 3.6 a resolution, y
a comparison with related enzymes. J mol biol, 1997 sep, 272:3,
383-97. - Koivula Un; Kinnari T; Harjunpaa V; Ruohonen L;
Teleman Un; Drakenberg T; Rouvinen J; Jones Ta; Teeri Tt.
Tryptophan 272: an essential determinant of crystalline
cellulose degradation by Trichoderma reeseii cellobiohydrolase
ce16a. FEBS lett, 1998 jun, 429:3, 341-6. - Koivula Un; Kinnari T; Harjunpaa V; Ruohonen L;
Teleman Un; Drakenberg T; Rouvinen J; Jones Ta; Teeri Tt.
Tryptophan 272: an essential determinant of crystalline
cellulose degradation by Trichoderma reeseii cellobiohydrolase
ce16a. FEBS lett, 1998 jun, 429:3, 341-6.
Resumen:
La celulosa, el polímero más abundante en
la biosfera, se
puede hidrolizar por medio de microorganismos celulóticos
que contengan CELOBIOHIDROLASAS y ENDOGLUCANASAS.
La eliminación de dos cadenas celobiohidrolasas
(CBH II y EG II) en el hongo Trichoderma reesei imposibilita a la
enzima para desdoblar la celulosa cristalina. Sin embargo, la CBH
II y la endoglucanasa I (EG I) poseen un sitio activo donde ambos
degradan la celulosa cristalina.
Las celulasas son enzimas fundamentales en los procesos
de reciclaje biotecnológico del papel al descomponer la
celulosa. De este modo la celulosa es degradada disminuyendo los
costos y
aumentando los beneficios ambientales en un grado más
alto, comparado con el método
convencional de reciclaje del papel.
Autor:
Mosquera Vivas Carmen Stella.
Estudiante de Quimica
Rubio Bonilla M.V – Profesora Asociada
Departamento de Química.
Universidad del
Cauca. Popayán.
Febrero de 2000.