Los celulosomas son complejos extracelulares multienzimáticos . Los celulosomas están asociados con la superficie celular y median la unión celular a sustratos insolubles y los degradan a productos solubles que luego son absorbidos. Los complejos celulosómicos son máquinas intrincadas y multienzimáticas, producidas por muchos microorganismos celulolíticos. Son producidos por microorganismos para la degradación eficiente de los polisacáridos de la pared celular de las plantas , en particular la celulosa , el polímero orgánico más abundante en la Tierra. Las múltiples subunidades de los celulosomas están compuestas por numerosos dominios funcionales que interactúan entre sí y con el sustrato celulósico. Una de estas subunidades, una gran glucoproteína "andamio", es una clase distintiva de polipéptidos de andamiaje no catalíticos . La subunidad andamio integra selectivamente las diversas subunidades de celulasas y xilanasas en el complejo cohesivo, combinando sus dominios de cohesión con un dominio dockerina típico presente en cada una de las enzimas de la subunidad. El andamiaje de algunos celulosomas, un ejemplo de los cuales es el de Clostridium thermocellum , contiene un módulo de unión de carbohidratos que adhiere la celulosa al complejo celulosómico. [1]
Los celulosomas existen como complejos extracelulares que están adheridos a la pared celular de las bacterias o libres en solución, donde el sustrato insoluble puede descomponerse en productos solubles y ser absorbido por la célula. El gran tamaño y la heterogeneidad de los celulosomas de los organismos mejor caracterizados (es decir, C. thermocellum, C. cellulolyticum y C. cellulovorans ) han complicado enormemente los esfuerzos por investigar la estructura y la función de los celulosomas. Otros sistemas de celulosomas (como los de Acetivibrio cellulolyticus y Ruminococcus flavefaciens ) parecen ser incluso más intrincados.
El celulosoma consta de una subunidad de andamiaje integrador multifuncional, responsable de organizar las diversas subunidades celulolíticas (por ejemplo, las enzimas) en el complejo. Dentro de un celulosoma, múltiples endoglucanasas, celobiohidrolasas, xilanasas y otras enzimas degradativas trabajan sinérgicamente para atacar sustratos de celulosa heterogéneos e insolubles. Esto se logra mediante la interacción de dos clases complementarias de módulo, ubicadas en los dos tipos separados de subunidades interactuantes, es decir, un módulo de cohesina en el andamiaje y un módulo de dockerina en cada subunidad enzimática. La interacción de alta afinidad cohesina-dockerina define la estructura del celulosoma. La unión del celulosoma a su sustrato está mediada por un módulo de unión a celulosa (CBM) transportado por el andamiaje que comprende parte de la subunidad de andamiaje. Gran parte de nuestro conocimiento sobre sus componentes catalíticos, su arquitectura y sus mecanismos de unión a la célula bacteriana y a la celulosa se ha derivado del estudio de Clostridium thermocellum . [2] [3] [4] [5]
A principios de los años 1980, Raphael Lamed y Ed Bayer se conocieron en la Universidad de Tel Aviv, [6] Israel y comenzaron su trabajo que condujo al descubrimiento del concepto de celulosoma. En ese momento, no buscaban enzimas ni celulosomas en absoluto. Simplemente buscaban un "factor de unión a celulosa" o "CBF" en la superficie celular de la bacteria termófila anaeróbica, C. thermocellum , que dedujeron que explicaría la observación de que la bacteria se adhiere fuertemente al sustrato de celulosa insoluble antes de su degradación. Emplearon un enfoque experimental entonces poco convencional, en el que aislaron un mutante defectuoso de adherencia de la bacteria y prepararon un anticuerpo policlonal específico para la detección del componente funcional. Sorprendentemente, aislaron un complejo supramolecular de múltiples subunidades muy grande, en lugar de una proteína pequeña. Una combinación de técnicas bioquímicas, biofísicas, inmunoquímicas y ultraestructurales, seguida de una verificación biológica molecular, condujo a la definición y demostración del concepto de celulosoma. De este modo, se documentó el nacimiento del complejo celulosómico discreto y multienzimático. [7]
Bacterias anaeróbicas productoras de celulosomas conocidas actualmente:
La aplicación inteligente de híbridos de celulosomas y construcciones quiméricas ("nanosomas") de dominios celulosomales debería permitir un mejor uso de la biomasa celulósica y puede ofrecer una amplia gama de aplicaciones novedosas.