Cellulasen

Cellulasen
Enzymklassifikationen
EC, Kategorie	3.2.1.4, Hydrolase
Reaktionsart	Endohydrolyse von 1,4-β-D-glukosidischen Bindungen
Substrat	Cellulose, Lichenin, & β-D-Glucane
EC, Kategorie	3.2.1.91, Hydrolase
Reaktionsart	Hydrolyse der 1,4-ß-D-glucosidischen Bindungen der Cellulose ausgehend vom nicht reduzierenden Ende der Cellulosekette
Substrat	Cellulose
Produkte	Cellobiose
EC, Kategorie	3.2.1.21, Hydrolase
Reaktionsart	Hydrolyse von 1,4-β-D-glukosidischen Bindungen
Substrat	Cellobiose
Produkte	beta-D-glucose
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon	Bakterien, Pilze

Cellulasen – auch selten Zellulasen geschrieben – sind Enzyme, die in der Lage sind, Cellulose zu β-Glucose abzubauen. Sie werden unter anderem von symbiotischen Bakterien in den Mägen pflanzenfressender Wiederkäuer sowie von holzabbauenden Organismen (vor allem von Pilzen) gebildet. Die meisten Tiere, einschließlich des Menschen, produzieren selbst keine Cellulasen und können deswegen den Hauptanteil der Energie in pflanzlicher Nahrung nicht nutzen.

Cellulasen haben mehrere kommerzielle Anwendungen in der Nahrungsmittel- und Textilindustrie. Zu diesem Zweck werden sie durch Kultivierung (Submersfermentation) von Schimmelpilzen hergestellt.

Bestandteile

Die drei Hauptenzyme beim Abbau von Cellulose katalysieren drei Reaktionen: 1) Trennung nicht-kovalenter Bindungen zwischen den Fasern (Endocellulase); 2) Hydrolyse einzelner Fasern (Exocellulase); 3) Hydrolyse von Tetra- und Disacchariden (β-Glucosidase)

Der Cellulase-Enzymkomplex besteht aus drei verschiedenen Enzymtypen. Die Endoglucanasen (EC 3.2.1.4) brechen die Verbindungen innerhalb der Cellulose nur innerhalb sogenannter amorpher Bereiche auf. Nur wo die Zuckerpolymere ungeordnet zueinander liegen und damit keine kristallinen Bereiche aufbauen, können Endoglucanasen angreifen und damit eine größere Anzahl von Kettenenden hervorbringen. Die Exoglucanasen (EC 3.2.1.91) trennen aus diesen Kettenenden das Disaccharid Cellobiose ab. Die Cellobiase oder β-Glucosidase (EC 3.2.1.21) löst schließlich die β-glycosidische Verbindung zwischen den beiden Glucose-Molekülen der Cellobiose.

Gewinnung und Verwendung

Technisch werden Cellulasen vor allem aus Kulturen von Pilzen der Gattung Trichoderma, insbesondere T. reesei isoliert. Diese kommen natürlich im Erdboden vor und gehören den Schlauchpilzen (Ascomycota) an.

Anwendung finden Cellulasen beispielsweise bei der Isolation von pflanzlichen Protoplasten. Auch in der Verarbeitung von Kaffee werden sie verwendet, wo sie eine Hydrolyse der Cellulose in den Bohnen während des Trocknungsvorganges bewirken. Des Weiteren werden Cellulasen für die Behandlung von Phytobezoaren benutzt, einer Form von Cellulose-Bezoar im menschlichen Magen. In der Textilindustrie werden sie eingesetzt, um v. a. Jeansartikeln den beliebten „Used-Look“ zu geben. Auch in vielen Waschmitteln sind Cellulasen enthalten.

Literatur

• Chapin III, F.S., P.A. Matson, H.A. Mooney: Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology. Springer-Verlag New York, NY. 2002
• The Merck Manual of Diagnosis and Therapy, Chapter 24