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El reciclaje del papel, celulosa y trichoderma reesei

Enviado por vickycal




1. Introducción

3. Fabricación de pulpa
4. La celulosa y el hongo trichoderma reesei
5. Conclusiones
6. Bibliografia

1. Introducción

Actualmente a nivel mundial ha cobrado gran importancia la protección del medio ambiente. En los países industrializados, se han creado organizaciones no gubernamentales que, preocupados

por el deterioro de la naturaleza, han contribuido con investigaciones que buscan soluciones a problemas ambientales.

Este trabajo, basado en la recopilación de los estudios realizados por diferentes investigadores, pretende dar a conocer los avances de las investigaciones sobre la celulosa y el hongo Trichoderma reesei productor de celulasas. Las celulasas aplicadas al reciclaje del papel ayudan a reducir el problema del aumento de la salinidad de los suelos y agua, por parte de las sustancias utilizadas en el ablandamiento de las fibras de celulosa durante los métodos convencionales de reciclaje del papel.

2. Papel

Antes de abordar el tema de la celulosa y el hongo Trichoderma reesei, es conveniente conocer o recordar qué es el papel, su fabricación y la gran utilidad en nuestro diario vivir.

Papel es el vocablo empleado para designar diversas clases de hojas fibrosas de estructura análoga al fieltro. Generalmente compuesto por fibras vegetales, pero a veces minerales, animales o sintéticas.

Su nombre se deriva del griego pápyros, nombre de una planta egipcia (cyperus pápyros), de cuyo tallo sacaban los antiguos egipcios láminas para escribir en ellas (1).

Compuesto en su mayor parte por celulosa, la cual no es sólo la sustancia orgánica más abundante, sino el principal componente de las plantas leñosas, es un recurso renovable. Convertir la celulosa en papel es función de las fábricas que producen miles de artículos útiles con ella. Los procesos de manufactura son complicados y difíciles de controlar, mas el empleo de artefactos de control digital ha aumentado la eficiencia de la industria y, en general, la economía de la operación (2).

3. Fabricación de pulpa

Para fabricar papel a partir de madera es necesario librar las fibras de celulosa de la matriz de lignina que las une. Las fibras se pueden separar mecánicamente o por disolución de la lignina en sustancias químicas . Las fibras de la pulpa se vuelve a aglutinar con aditivos adecuados para formar el papel. La pulpa obtenida por medios mecánicos o termomecánicos es inferior en calidad a la producida químicamente, y gran parte de ella se utiliza en papel periódico (3).

El papel un producto de uso diario, que provoca inmensos daños sobre el equilibrio de la naturaleza, ya sea por su fabricación, por no reciclarlo o por reciclarlo mediante el método químico convencional.

Aunque se presenta una gran ironía, el papel que ocasiona todos esos desequilibrios a la naturaleza es el que me permite transferirle a usted, los conocimientos fruto de los estudios realizados por diferentes investigadores acerca de la celulosa y el hongo Trichoderma reesei, con el fin de constituir una opción efectiva en el proceso del reciclaje del papel.

4. La celulosa y el hongo trichoderma reesei

La celulosa es un polisacárido cuya fórmula química corresponde a: C6H10O5. Es el principal componente de la membrana celular de la mayor parte de las plantas. La celulosa está constituida por moléculas de D- glucosa unidas por enlaces b (1® 4) glucosídicos y es el polímero más abundante en la biosfera.

Generalmente resistente a la fermentación, no significa que no se pueda hidrolizar, pues existen microorganismos celulóticos que poseen enzimas como: las CELOBIOHIDROLASAS y las ENDOGLUCANASA que se encargan de su degradación (4).

El hongo Trichoderma reesei es un microorganismo celulótico que contiene cuatro grandes celulasas ( 1,4-beta-D-glucan celobiohirolasas CBH I y CBH II, endo-1,4-beta-D-glucanasa EG I y EGII ) (5).

Para producir cada una de las enzimas que degrada a la celulosa (celulasas), se hace uso de técnicas biotecnológicas de enzimología que han ganado gran importancia medioambiental y comercial.

Desde el punto de vista genético, se han estudiado genes que codifican para la celulasas ( cbh1, cbh2, egl1 y egl2), mediante sustitución por el marcador genético amds de Aspergillus nidulans. Estas investigaciones has sugerido que la CBH II y la EG II son las más importantes en la actividad enzimática de la celulasa porque intervienen en la formación eficiente del inductor de éstas en T. reesei y que la eliminación de ambas cadenas celobiohidrolasas ( CBH II y EG II ) imposibilita a la enzima para desdoblar la celulosa cristalina (6).

Se ha observado que la celulosa microcristalina (10 g/L) es hidrolizada principalmente por dos de estas celulasas (celobiohidrolasa CBH I y endoglucanasa EG II ) del hongo Trichoderma reesei. Medve J et al (1998) realizaron dos tipos de experimentos, donde ambas enzimas se agregaron específicamente y de forma equimolecular, analizando la adsorción de las enzimas y la producción de los azúcares solubles por técnicas de FPLC y HPLC, respectivamente.

Los resultados obtenidos por este grupo de investigación sugieren que la CBH I produce azúcares más solubles que la EG II, excepto a concentraciones menores del 1% (7).

Además, mediante simulaciones computacionales , se encontró que existe un modelo común de hidrólisis para las enzimas de CBH I y otro modelo claramente discernible para las enzimas del CBH II de muestras de T reesei (8).

En experimentos posteriores, la clonación del gen beta-glucosidase (bgl4) y su homólogo (bgl2) del hongo celulótico Humicola grisea y del T reesei respectivamente, se ha encontrado que la sacarificación o transformación de los polisacáridos en azúcares fermentables de la celulosa, por celulasas de la T. reesei es mejorada por la adición del gen recombinante BGL4 H. grisea (9).

La endoglucanasa I (EG I) es la celulasa más abundante en el hongo T. reesei, comprendiendo entre el 5 y el 10% de la suma total de las celulasas producidas por este microorganismo.

Por medio de una sustitución molecular en T. reesei y Humicola insolens, a una resolución 3.6 A la endoglucanasa I ( EGI) posee un centro activo abierto para la celulosa como sustrato, presentando diferencias con respecto a enzimas relacionadas en cuanto a su función biológica de degradación de sustratos específicos y pHs de actividad óptima (10).

La T. reesei (cepa w272) también posee una celobiohidrolasa Ce16A (CBH II ), que forma un sitio activo con cuatro subsitios interiores para las unidades de glucosa en un residuo de triptófano presente en la superficie del dominio.

Se ha encontrando que la mutagénesis de dicho residuo de triptófano inhibe la función de la enzima sobre la celulosa cristalina pero no sobre sustratos solubles o amorfos (11).

5. Conclusiones

De acuerdo con lo expuesto anteriormente se podría concluir que:

  • La eliminación de ambas cadenas celobiohidrolasas (CBH II y EG II) del hongo T. reesei imposibilita a la enzima para desdoblar la celulosa cristalina.
  • Según los resultados de las investigaciones realizadas con la cepa w272 del hongo T. reesei, es posible que se forme un subsitio a la entrada del sitio activo de la celobiohidrolasa CBH II, que cumpla una función primordial en la degradación de la celulosa cristalina , relacionada con la orientación de una cadena de glucano al sitio activo (12).
  • La endoglucanasa I (EGI) posee un centro activo abierto para unir a la celulosa.

La celulosa puede ser degradada por hidrólisis enzimática utilizando celulasas procedentes del hongo T. reesei, constituyendo una opción efectiva en el proceso de reciclaje del papel, al disminuir el factor económico y la contaminación ambiental a nivel mundial.

6. Bibliografia

  1. Enciclopedia de tecnologia quimica. Tomo 11. Mexico. 1962. Pag 657-658
  2. Manual de procesos quimicos en la industria. Tomo 3. Mexico .mcgraw-hill. 1988. Pag 719
  3. Manual de procesos quimicos en la industria. Tomo 3. Mexico .mcgraw-hill. 1988. Pag 721.
  4. Kleywegt gj; zou jy; divne c; davies gj; sinning i; stahlberg j; reinikainen t; srisodsuk m; teeri tt; jones ta. The crystal structure of the catalytic core domain of endoglucanase I from Trichoderma reesei at 3.6 a resolution, y a comparison with related enzymes. J mol biol, 1997 sep, 272:3, 383-97.
  5. Seiboth B; Hakola S; March Rl; Suominen Pl; Kubicek Cp. Role de four major cellulases in triggering of cellulase gene expression by celloluse in Trichoderma reesei. J bacteriol, 1997 sep, 179:17, 5318-20.
  6. Seiboth B; Hakola S; March Rl; Suominen Pl; Kubicek Cp. Role de four major cellulases in triggering of cellulase gene expression by celloluse in Trichoderma reesei. J bacteriol, 1997 sep, 179:17, 5318-20.
  7. Medve j; karisson j; lee d; tjerneld f. Hydrolisis of microcrystalline celloluse by cellobiohydrolase I and endoglucanase II fron Trichoderma reesei adsorption, sugar production pattern, and synergism of the enzymes. Biotechnol bioeng, 1998 sep, 59:5, 621-34.
  8. Nutt A; Sild V; Pettersson G; Johansson G. Progress curves—a mean for functional classification of cellulases. eur J biochem, 1998 nov, 258:1, 200-6.
  9. Takashima s; nakamura a; hidaka m; masaki h; uozumi t. Molecular cloning and expression of the novel fungal beta-glucosidase genes from Humicola grisea and Trichoderma reesei. J biochem (tokyo), 1999 apr, 125:4, 728-36.
  10. Kleywegt Gj; Zou Jy; Divne C; Davies Gj; Sinning I; Stahlberg J; Reinikainen T; Srisodsuk M; Teeri Tt; Jones TA. The crystal structure of the catalytic core domain of endoglucanase I from Trichoderma reesei at 3.6 a resolution, y a comparison with related enzymes. J mol biol, 1997 sep, 272:3, 383-97.
  11. Koivula Un; Kinnari T; Harjunpaa V; Ruohonen L; Teleman Un; Drakenberg T; Rouvinen J; Jones Ta; Teeri Tt. Tryptophan 272: an essential determinant of crystalline cellulose degradation by Trichoderma reeseii cellobiohydrolase ce16a. FEBS lett, 1998 jun, 429:3, 341-6.
  12. Koivula Un; Kinnari T; Harjunpaa V; Ruohonen L; Teleman Un; Drakenberg T; Rouvinen J; Jones Ta; Teeri Tt. Tryptophan 272: an essential determinant of crystalline cellulose degradation by Trichoderma reeseii cellobiohydrolase ce16a. FEBS lett, 1998 jun, 429:3, 341-6.

Resumen:

La celulosa, el polímero más abundante en la biosfera, se puede hidrolizar por medio de microorganismos celulóticos que contengan CELOBIOHIDROLASAS y ENDOGLUCANASAS.

La eliminación de dos cadenas celobiohidrolasas (CBH II y EG II) en el hongo Trichoderma reesei imposibilita a la enzima para desdoblar la celulosa cristalina. Sin embargo, la CBH II y la endoglucanasa I (EG I) poseen un sitio activo donde ambos degradan la celulosa cristalina.

Las celulasas son enzimas fundamentales en los procesos de reciclaje biotecnológico del papel al descomponer la celulosa. De este modo la celulosa es degradada disminuyendo los costos y aumentando los beneficios ambientales en un grado más alto, comparado con el método convencional de reciclaje del papel.

 

 

Autor:


Mosquera Vivas Carmen Stella.

Estudiante de Quimica
Rubio Bonilla M.V – Profesora Asociada
Departamento de Química.
Universidad del Cauca. Popayán.
Febrero de 2000.



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