DEGRADACIÓN DE LA CELULOSA Primero definiremos las características principales de la celulosa con el fin de determinar qué tipo de microorganismos son los degradadores. La celulosa en un polisacáridos constituido enteramente por moléculas de glucosa con una estructura lineal en la cual se establecen múltiples hidrogeno en los puentes hidroxilo lo que lo hace rígido e insoluble en agua, este polisacárido forma parte importante en la biomasa vegetal, y por lo cual se encuentra en gran medida en el suelo. Existen factores ambientales que afectan la descomposición de la celulosa en los suelos, algunos son el nivel de nitrógeno, aireación, temperatura, humedad, pH, proporción de lignina en los restos vegetales entre otros. Existen tres enzimas que intervienen en la degradación de la celulosa (celulolisis) 1. Endo -1,4-glucanasa que ataca los en los enlaces 1,4 de la macromolécula formando fragmentos de oligosacáridos solubles. 2. Exo- -1,4-glucanasa -1,4-glucanasa que que separa el disacárido celobiosa desde los extremos de la molécula 3. -glucosida que hidroliza la celobiosa con formación de glucosa y de esta forma seguir en en otras rutas de degradación ón diferentes. Estas tres enzimas pueden trabajar por separado en una sucesión de microorganismos o en unisono, como lo reali rea liza za el Clost Clo strid ridiu ium m thermo the rmocel cellum lum especí esp ecífificam camente ente en el celul celulosom osoma, a, este este últi último mo está está cons constit tituid uido o por por nue nueve ve sitios tios polipeptidicos de adhesión a la molécula de celulosa. La celulolisis se puede generar a diferentes temperaturas entre 5ºC y 65ºC por lo cual la mayoría de los microorganismos degradadores en el suelo son mesolíticos(microorganismos como Clostridium, Streptomyces, Chaetomium, Humucola) Debido a las diferentes clases de ambiente en el que la celulosa se puede encontrar los microorganismos degradadores pueden variar, en el rumen se pueden encontrar hongos anaeróbicos del grupo Chytridiomycetis y bacterias que son capaces de metabolizar en un 90% la celulosa, en el caso de suelos con buena aireación la celulosa es degradada yaprovechada por micro microor orga ganis nismo mo aerob aerobios ios entr entre e los los cual cuales es se se cuen cuenta tan n hon hongos gos,mixo ,mixoba bacte cteria riass y difere dif erent ntes es tipos ti pos de eubact eub acteri erias. as. Para Par a suelos sue los acid ac idos os o en la made madera ra los los hongos hongos son son más más eficien eficientes tes que las as bact bacteria eriass en la degr degrada adació ción n de la celul celulosa, osa, están están excr excret etan an celul cel ulas asa a al medio por el contrario las mixobacterias y las bacterias deslizantes se adhieren a las fibras de la celulasa para digerirlas LAS BACTERIAS CELULOLÍTICAS: fermentan celulosa, hemicelulosa y pectina (hidratos del forraje). Microorganismos de rumen
Los microorganismos ruminales son del tipo de los Protozoos, Levaduras y Bacterias, los cuales constituyen la llamada microflora y microfauna del rumen. Bacterias
Las bacterias constituyen el grupo de microorganismos más numerosos dentro de la flora ruminal.Las bacterias se pueden encontrar en el medio líquido, adheridas a las partículas de alimentos (70%), al epitelio ruminal y las unidas a protozoos. Más de 60 especies de bacteria se han identificado y en su mayoría son anaerobias y no formadoras de esporas. Las bacterias se clasifican según el substrato en el que actúan y/o el tipo de producto final que producen. Esta clasificación incluye: celulolíticas, las que degradan la hemicelulosa, aminolíticas, que utilizan azúcares, que utilizan ácidos, proteolíticas, productoras de NH3, productoras de metano, lipolíticas y los que sintetizan vitaminas. Las bacterias juegan un importante papel en la degradación de la fibra, reconocen que las bacterias celulolíticas más importantes son: Fibrobacterias succinogenes ,Ruminococus albus y Ruminococus flavefavens' . Descubierta enzima de alta temperatura en un microbio asombroso
Ajustar tamaño del texto: July 6th, 2011, 07:52 GMT | Por: Tudor Vieru
Una
especie de microbio que vive en un balneario de Nevada tiene las más asombrosa enzima que digiere celulosa del mundo. La molécula permite al microorganismo a romper el material vegetal a temperaturas de casi 100 grados centígrados.
La celulosa, uno de los principales materiales en las plantas, no puede ser hecha pedazos por el intestino humano por ejemplo. Contiene mucha fibra, y se necesitan algunas enzimas muy especializadas para descomponerla. Normalmente, el proceso tiene lugar a temperaturas más bajas. Pero estos microorganismos, además de vivir a temperaturas que podía hacer el agua hervir, también son capaces de hacer la celulosa pedazos al mismo tiempo. Las moléculas fueron descubiertas por expertos de la Universidad de California en Berkeley (UCB) y la Escuela de Medicina de la Universidad de Maryland (UMSM). Además, se estableció que la enzima es más activa a 109 grados Celsius (228 grados Fahrenheit), más allá del punto de ebullición del agua. Nunca se ha visto este comportamiento en otras especies de microorganismos. Dado esto, el investigador dijo que el organismo era un microbio hípertermofílico. Comúnmente, se puede encontrar en piscinas geotérmicas que llegan a 95 grados Celsius (203 grados Fahrenheit). "Estos son los más termófilos Archaea jamás descubiertos, que se alimentan con celulosa y la celulasa más termófila de cualquier organismo. Nos sorprendió encontrar esto en nuestra primera prueba", explica Douglas S. Clark. Él trabaja como profesor de química e ingeniería biomolecular en UCB y también es coautor de un nuevo documento que detalla las conclusiones. El trabajo es publicado en la edición en línea más reciente de la revista científica Nature Communications. El equipo de investigación está realizando los estudios para encontrar la enzima que los ingenieros podrían utilizar para mejorar los resultados de los procesos industriales extremos, como por ejemplo la producción de biocarburantes. "Nuestra esperanza es que este ejemplo y ejemplos de otros organismos que se encuentran en ambientes extremos pueden proporcionar celulases que muestren una función mejorada bajo condiciones que suelen aparecer en aplicaciones industriales, incluyendo la producción de biocombustibles", explica Clark. El experto explica que estos entornos extremos incluyen sistemas de "alta temperatura, altamente alcalinas o ácidas o ricas en sal". "Este descubrimiento es interesante porque ayuda a definir la gama de condiciones naturales bajo las cuales viven los organismos celuloiticos y cuán frecuente aparecen en el mundo natural. Indica que hay un montón de celulases potencialmente útiles en lugares que no hemos estudiado aún", concluye Clark.
Dos en un uno: microbio convierte celulosa en etanol y además fabrica un adhesivo para madera La obtención de etanol a partir de celulosa (el componente más abundante de las plantas) sigue siendo un objetivo muy importante para los científicos. Hasta ahora, sólo es posible hacerlo empleando enzimas caras, que además
tienen una capacidad limitada para convertir a las paredes de las células vegetales en biocombustibles. Sin embargo Paul Weimer, microbiólogo del Servicio de Invest igación Agrícola de Estados Unidos (ARS) descubrió una manera para transformar celulosa en etanol de una manera más eficiente, usando un microbio particular. Se trata de una bacteria, Clostridium thermocellum , que además tiene la capacidad de sobrevivir a altas temperaturas y no requerir oxígeno. Como subproducto de la producción de etanol, la bacteria también fabrica un pegamento para la madera. Según Weimer, este bio-adhesivo podría co mercializarse, y de esta manera representaría un valor agregado interesante a la producción del combustible. En cuanto a la producción de etanol, sería un proceso potencialmente más barato y más eficaz que el convencional, que emplea a las enzimas por un lado y a las levaduras por otro. En este caso, un sólo microbio haría las dos funciones. La idea del bio-adhesivo surgió mientras el investigador observaba cómo la bacteria Clostridium descomponía pedazos de alfalfa. Notó que mientras convertía a las fibras de celulosa en etanol, la bacteria permanecía adherida muy fuertemente a la hoja. Junto con colegas del Laboratorio de Productos Forestales, Weimer descubrió que el bio-adhesivo de las bacterias era lo suficientemente fuerte como para reemplazar hasta el 70 % del fenol/formaldehído obtenido del petróleo y usado para fabricar ag lomerados y otras piezas de madera. Nota: Clostridium thermocellum es una bacteria anaerobia, termofílica, celulolítica y etanogénica, capaz de convertir directamente celulosa en etanol, y por lo tanto es potencialmente útil en el aprovechamiento de deshechos agrícolas y forestales para la obtención de etano l. Preguntas y y y y y y
para analizar el artículo:
¿Quién y en dónde se realizó la investigación? ¿Cuál fue el descubrimiento de esta investigación? ¿Cuáles son las características de C. thermocellum que la hacen eficiente en este proceso? ¿Qué produce esta bacteria como parte de su metabolismo? ¿Cómo descubrió esto el investigador? ¿cuál es la importancia de este descubrimiento?
Respuestas y y
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Paul Weimer, microbiólogo del Servicio de Invest igación Agrícola de Estados Unidos (ARS) los científicos descubrieron una manera más eficiente de transformar celulosa en etanol, usando una bacteria llamada Clostridium thermocellum Rta: es una bacteria termofílica y anaeróbia, condiciones requeridas muchas veces al emplear estos organismos en procesos productivos. Produce etanol a partir de la degradación de la celulosa y como metabolito secundario, una sustancia adhesiva para madera. Mientras observaba cómo Clostridium convertía a las fibras de celulosa en etanol, advirtió que la bacteria permanecía adherida muy fuertemente a la hoja de alfalfa (fuente de celulosa). El bio-adhesivo de las bacterias era lo suficientemente fuerte y podría reemplazar hasta el 70 % del fenol /formaldehído obtenido del petróleo y usado para fabricar aglomerados y otras piezas de madera. Esto permitirá reemplazar un producto no-renovable por otro renovable.
Un ejemplo bien documentado es el complejo de multiproteína llamado celulosoma(cellulosome) encontrado en la superficie de la bacteria clostridium thermocellum . Este complejo permite a la bacteria adherirse y degradar la celulosa, el polímero principal encontrado en la pared celular y en los tallos leñosos de plantas. En condiciones donde el oxígeno es escaso, como en los sedimentos de los lagos, la bacteria clostridium puede obtener energía degradando la celulosa y otros polímeros biológicos de plantas descompuestas.
El celulosoma incluye más de 14 enzimas que realizan la degradacion y se denominan celulasas(cellulases) unidos juntos a la estructura proteica(conocido como CipA), que es fijado a la superficie de la célula bacterial. El nucleoide, el flagelo y el celulosoma proporciona ejemplos de asociaciones de muchas diferentes especies de proteínas, algo del cual es estructural y algo es catalítico. Otros conjuntos de proteínas que son constituidos por grandes números de unidades similares pueden ser encontrados dentro del citoplasma. Uno de estos es el proteasoma, esta estructura en forma de barril, esta compuesta de enzimas digestivas, que degradan las proteínas en sus partes constituyentes. Varias formas de bacteria han desarrollado enzimas para atacar y degradar la celulosa, un resistente y casi indigerible polímero de la glucosa simple de azúcar que da a la madera y a las paredes celulares de planta su rigidez. En la bacteria Clostridium thermocellum , estas enzimas forman un complejo enorme, llamado celulosoma, que esta unido a la superficie de la célula.
La celulasa es una enzima compleja especializada en descomponer celulosa, transformándola en glucosa. Es producida principalmente por bacterias del estómago de los herbívoros rumiantes. Más allá de los rumiantes, la mayoría de los animales (incluido el hombre) no producen celulasa en sus cuerpo s y por lo tanto no son capaces de usar la mayor parte de la energía contenida en las plantas. Sólo se conocen dos animales capaces de producir celulasa, L. saccharina y el molusco bivalvo taladra madera. También puede ser encontrada en los hongos de la madera.
Teredo navalis,
que
