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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;
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      endoglucanase I from Trichoderma reesei at 3.6 a resolution, y
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      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
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    8. Nutt A; Sild V; Pettersson G; Johansson G. Progress
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    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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