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 se absorben. Los complejos de celulosoma son máquinas complejas de múltiples enzimas 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 glicoproteína grande "andamio", es una clase distintiva de polipéptidos de andamiaje no catalíticos . La subunidad de andamio integra selectivamente las diversas celulasas y subunidades de xilanasa en el complejo cohesivo, combinando sus dominios de cohesina con un dominio de dockerina típico presente en cada una de las enzimas de la subunidad. La andamiaje de algunos celulosomas, siendo un ejemplo el de Clostridium thermocellum , contiene un módulo de unión a carbohidratos que adhiere la celulosa al complejo celulosomal. [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 absorbidos 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 para investigar la estructura y función de los celulosomas. Otros sistemas de celulosomas (como los de Acetivibrio cellulolyticus y Ruminococcus flavefaciens ) parecen ser aún más complejos.
El celulosoma consta de una subunidad de andamio integradora multifuncional, responsable de organizar las diversas subunidades celulolíticas (p. ej., 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 que interactúan, es decir, un módulo de cohesina en la andamiaje y un módulo de dockerina en cada subunidad enzimática. La interacción cohesina-dockerina de alta afinidad define la estructura del celulosoma. La unión del celulosoma a su sustrato está mediada por un módulo de unión a celulosa (CBM) transmitido por andamio que comprende parte de la subunidad de andamio. Gran parte de nuestra comprensión de sus componentes catalíticos, arquitectura y 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 la década de 1980, Raphael Lamed y Ed Bayer se reunieron en la Universidad de Tel Aviv, [6] Israel y comenzaron el trabajo que condujo al descubrimiento del concepto de celulosoma. En aquel momento no buscaban enzimas ni celulosomas. Simplemente buscaron un 'factor de unión a celulosa' o 'CBF' en la superficie celular de la bacteria termófila anaeróbica, C. thermocellum , lo 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 de la bacteria con una adherencia defectuosa 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, seguidas de una verificación biológica molecular, condujo a la definición y prueba del concepto de celulosoma. De este modo se documentó el nacimiento del complejo de celulosoma multienzimático discreto. [7]
Bacterias anaeróbicas productoras de celulosoma actualmente conocidas:
La aplicación inteligente de híbridos de celulosomas y construcciones quiméricas ("nanosomas") de dominios celulosómicos debería permitir un mejor uso de la biomasa celulósica y puede ofrecer una amplia gama de aplicaciones novedosas.