Ajánlj témát!

Miről szeretnél olvasni nálunk? Ha nem árulod el, csak találgatunk. Írjatok arról, hogy...

Kik vagyunk mi?

Az Akciós Potenciál egy agykutatással illetve más biológiai témákkal foglalkozó fiatalokból álló baráti, munkatársi közösség. Azért indítottuk a blogot, hogy az általunk űzött tudományágak új eredményeit közérthető módon, érdekesen mutassuk be az érdeklődöknek. Nem törekszünk tudományos igényű részletességre, de nem is elégszünk meg annyival, hogy "brit tudósok kimutatták..."

Utolsó kommentek

Szerzők

RSS feed

Rovatok

Címkék

creative commons

Creative Commons License
Terjeszd, használd, hivatkozd

Egyéb

Fafeldolgozás felső fokon

Mi az - több faanyagot pusztít el mint az erdőtüzek, az ember és az összes növényevő együttvéve?
Hogyan lehet az, hogy a növényi sejtek vázanyaga a cellulóz nem halmozódik fel és a kidőlt fák szinte nyomtalanul tűnnek el az erdőben?
Hogyan megy végbe a cellulóz lebontása?
És mégis miért érdekes mindez?





A cellulóz

A cellulóz a növényi sejtek vázanyaga, a Földön leggyakrabban előforduló biomasszából származó szénhidrát forrás, évente kb. 40 milliárd tonna mennyiségben képződik. Lebontására egyes baktériumok mellett csak a gombák képesek. Enzimeikkel e makromolekulákat még jelentős energiatartalmú kisebb vegyületekké, cukrokká bontják, így azok (más szervezetek számára is) felvehetővé és felhasználhatóvá válnak. A gombák lebontó működése teszi lehetővé, hogy az elhalt szerves anyag ne halmozódjon fel, hanem minél gyorsabban visszakerüljön a légzési folyamatokon keresztül a légkörbe. E folyamatok nélkül a szén-dioxid harminc év alatt elfogyna, és ezzel a földi élet jelenlegi formája is megszűnne.

A természetes faanyag a cellulóz mellett lignint és hemicellulózt is tartalmaz, ezek együtt komplex struktúrát, a lignocellulózt alkotják. A cellulózban a β-D-glükóz (szőlőcukor) egységek kapcsolódnak egymáshoz (mintegy 8000-12000 db), ezek láncokat alkotnak, a láncok pedig másodrendű kémiai kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz.


A cellulázok

A cellulóz bontását a celluláz enzimrendszer végzi. Működésére a második világháború alatt figyeltek fel a sátrak, ruhák, szövetek gyors degradálódása miatt. Ekkor kezdődtek meg a cellulázok működésére irányuló laboratóriumi vizsgálatok Trichoderma viridae és Trichoderma reesei fajokon. (A gombák között a Trichoderma fajokon kívül a Penicillium, Fusarium, Sporotrichum és Aspergillus fajok a legjelentősebb celluláz termelők.)

A „celluláz” valójában egy gyűjtőfogalom, minden olyan enzimet ide sorolunk amely valamilyen módon a cellulóz bontásában részt vesz:
-endocellulázok: random támadásokat intéznek a cellulóz lánc ellen, ezzel feldarabolódik az óriásmolekula különböző hosszúságú szakaszokra
-exocellulázok: a cellulóz lánc végéről kezdik a hasítást, és minden második cukornál hasítanak, így cellobióz egységek keletkeznek
-β-glükozidázok: a keletkezett cellobióz molekulákat hasítják ketté szőlőcukor egységekre.


Ezek a folyamatok a gomba sejteken kívül, extracellulárisan zajlanak. Az így keletkezett glükóz ezután különböző transzporterek segítségével bejutnak a sejtbe, és ott  belépnek a glükolízisbe illetve a pentóz-foszfát ciklusba. Ezt követően a cukor szén-dioxiddá alakul a légzési folyamatokban, és visszakerül a légkörbe, amely a fotoszintézis során beépül a keletkező glükózba, és így tovább...

Gyakorlati alkalmazások

A többféle gyakorlati alkalmazás közül csupán kettő, szívemhez közel állót emelnék ki.

Vegyünk például egy gombatermesztőt, aki elhatározza, hogy ő bizony téli fülőkét vagy kucsmagombát fog termeszteni nagy mennyiségben. A termesztési folyamat első lépéseként elmegy az erdőbe, összegyűjt pár termőtestet, és beviszi őket a laborba. Ott izolálnak különböző törzseket, majd következik a csíragyártás, azaz a kiválasztott törzs vagy törzsek felszaporítása valamilyen köztes anyagon (pl. búzaszem, köles). Az így előállított szemcsírával lehet aztán beoltani azt a szubsztrátot, amelyen a gombák tényleges termesztése zajlik.
Ez a folymat több hónapig (4-6) is eltarthat gombafajtól függően. Ez idő alatt a gomba nem termel profitot, a tenyészetek elfertőződhetnek és elöregedhetnek. Cél lehet tehát az, hogy kidolgozzunk egy olyan reprodukálható mérési technikát, amellyel még a laboratóriumban kiszelektálható a legnagyobb növekedési eréllyel bíró törzs. Mivel e gombákat fa alapanyagon fogják termelni, s a gombáknak azt kell majd hasznosítani, ezért talán a gombák celluláz komplexeinek vizsgálata a legalkamasabb erre. Feltehető, hogy minél nagyobb aktivitást mutat a celluláz komplex, a gomba annál gyorsabban növekszik a cellulóz tartalmú szubsztráton. Tehát, ha már a laboratóriumban eldől mely törzsek a legalkalmasabbak a termesztésre, a több hónapig tartó folyamat jelentősen lerövidül, a termesztő pedig pénzt és időt nyer.

Az előbbinél is nagyobb jelentősége lehet a hőstabil cellulázok ipari méretekben való alkalmazásának. Mivel a Föld olajkészletei végesek, az emberiség kénytelen találni újabb átmeneti energiaforrásokat. Erre nyújthat jó alternatívát az előbb ismertetett celluláz enzimrendszer.
A bioetanol, vagyis biológiai alapanyagból nyert etanol egyre nagyobb szerepet kap mint a fosszilis benzin alternatívája. A probléma az, hogy a bioetanol gyártásának kiindulási anyaga a keményítő, vagyis az a növényi cukorforrás, amit minden valamirevaló állat - így az ember is - élelemként képes hasznosítani. Ha tehát a kukorica- és egyéb terméseket a fermentálóba küldjük, hogy "biobenzin"-t készítsünk belőlük, pontosan ennyivel jut kevesebb az "asztalunkra és vályúba".

A probléma egy megoldása lehet, ha az egyébként elégetett mezőgazdasági hulladékot dolgozzuk fel bioetanollá. A hulladék azért hulladék, mert nem lehet közvetlenül felhasználni, jórészt a lignocellulóz nagy ellenállóképességének köszönhetően.

A folyamat első lépéseként a lignocellulózt kell fellazítani, megbontani (ligninázokkkal és hemicellulázokkal például), majd a cellulózt hidrolizálni cellulázokkal. E folyamat eredménye β-D-glükóz, azaz szőlőcukor lesz, amelyet Saccharomyces cerevisiae (élesztő) segítségével erjesztve desztilláció és szűrések után 99,9%-os etanolt kapunk végeredményül. Ez a jelenlegi Otto-motoros autókban 20-22% arányban keverhető be a benzinbe.
Végleges megoldást természetesen nem jelent a bioetanol használata, maximum lelassíthatja az olajkészletek fogyását. Kérdéses az is, hogy a növénytermesztésben keletkező hulladékok nagyarányú felhasználása, nem befolyásolná-e negatív irányba a talajok termőképességét és általában a szén körforgását a bioszférában? A kérdésekre adott válaszok tehát további kérdésekhez vezetnek, a lényeg, hogy ne féljünk feltenni őket és tovább keressük a válaszokat.


Coughlan MP.; Biotechnol.Gen.Eng. 3:39 :The prperties of fungal and bacterial cellulases with comment on their production and application
Bhat MK.; Biotechnol. Adv. 15:583 : Cellulose degrading enzymes and their potential industrial applications
Turner P.; Microbial Cell Factories 6:9 : Potential and utilization of thermophiles and thermostable enzymes in biorefining
Szabó Zsuzsanna: A Morchella esculenta L.(Pers.) celluláz enzimkomplexének vizsgálata (ELTE TTK szakdolgozat)
Barabás Judit: A Flammulina velutipes celluláz komplexének vizsgálata (ELTE TTK szakdolgozat)

2007.10.21. 23:00 | Ziebi | 1 komment

Címkék: bioetanol celluláz cellulóz gombatermesztés

A bejegyzés trackback címe:

https://akciospotencial.blog.hu/api/trackback/id/tr58203180

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

dendrimer · http://dendrimer-molecule.blogspot.com 2007.11.01. 13:08:33

Kezdik mostanában felismerni, hogy a biodízel ill. bioetanol előállítása nagymértékben veszélyeztetti a biztonságos élelmiszerellátást.