Metabolismo De La Celulosa

 

 

 

La hidrólisis y la fermentación de la celulosa insoluble se investigaron mediante cultivos continuos de Clostridium cellulolyticum con cantidades crecientes de sustrato de carbono.

A una tasa de dilución (D) de 0,048 h-1, la formación de biomasa aumentó proporcionalmente a la concentración de celulosa proporcionada por el depósito de alimentación, pero en y por encima de 7,6 g de 1-litro de celulosa la densidad celular en el estado estacionario se niveló.

El porcentaje de degradación de la celulosa se ​​redujo desde 32,3 hasta 8,3 con 1,9 y 27,0 g de 1-litro de celulosa, respectivamente, mientras que la acumulación cellodextrin levantó y representado hasta 4,0% de la original de carbono consumida.

El cambio de celulosa limitada a las condiciones de celulosa suficiente fue acompañado por un aumento tanto de la relación de etilo / etanol y la biosíntesis de lactato.

Un estudio de la cinética de C. metabolismo cellulolyticum en la saturación de la celulosa se ​​realizó mediante la variación de D con 18,1 g de 1-litro de celulosa.

En comparación a la limitación de celulosa (M. Desvaux, E. Guedon, y H. Petitdemange, J. Bacteriol 183:. 119-130, 2001), en cultivo continuo-celulosa suficiente (i) la ATP / ADP, NADH / NAD +, y NADH producido q / q NADH utiliza relaciones eran más altos y estaban relacionados con un catabolismo más activo, (ii)

La relación de etilo / etanol aumentó mientras que la producción de lactato disminuyó a medida que aumentó D, y (iii) el rendimiento máximo crecimiento (Y Formula) (se redujeron 40,6 g de biomasa por mol de hexosa equivalente) y el máximo rendimiento energético (

Y Formula) (19,4 g de biomasa por mol de ATP). C. cellulolyticum era entonces capaz de regular y optimizar el metabolismo del carbono en condiciones de celulosa-saturado.

Sin embargo, los hechos que algunos cataboliza hexosa y por lo tanto la ATP ya no estaban asociados con la producción de biomasa con un exceso de celulosa y que la producción y el piruvato concomitantemente lactato fugas aumentaron sugerir la acumulación de un compuesto inhibidor intracelular (s), lo que podría explicar además el establecimiento de cultivos continuos en estado estacionario en condiciones de excesos de todos los nutrientes.

Se encontraron las siguientes diferencias entre el crecimiento de la celulosa en este estudio y el crecimiento en condiciones de celobiosa suficiente (E. Guédon, S. Payot, M. Desvaux, y H. PETITDEMANGE, Biotechnol Bioeng 67:.. 327-335, 2000): (i) mientras que con celobiosa, se pudo llegar a un flujo de carbono en la célula de tan alto como 5,14 mmol de equivalente de hexosa g de células-1H-1,

El flujo de carbono máximo obtenido de entrar aquí en celulosa era 2,91 mmol de equivalente de hexosa g de células-1H-1; (ii) mientras que el NADH / NAD + proporción podría llegar a 1.51 en celobiosa, fue siempre inferior a 1 en la celulosa; y (iii),

Mientras que una alta proporción de celobiosa fue dirigida hacia exopolisacáridos, la proteína extracelular, y excreciones de aminoácidos libres, estos desbordamientos fueron más limitados en condiciones de exceso de celulosa.

Estas diferencias se relacionaron con la tasa de consumo de carbono, que fue superior en celobiosa que en la celulosa.

La celulosa es el biopolímero más abundante producida en la tierra (5, 28).

Debido a su recalcitrante, naturaleza duradera, la celulosa se ​​acumula en el medio ambiente terrestre, donde una variedad de microorganismos celulolítica, que existe en casi todos los nichos y clima, descomponerlo (4, 28,29).

Alrededor de 5 a 10% de materiales cellulasic se degradan en condiciones anaerobias, y los productos finales son liberados durante la fermentación de metano y dióxido de carbono (28, 51); entre las bacterias celulolíticas, clostridios jugar un papel importante en estos procesos (28).

Clostridium cellulolyticum, una bacteria nonruminal, estrictamente anaeróbica celulolítica (45), digiere la celulosa a través de la celulosoma (43).

Este complejo multienzimático extracelular se compone de una variedad de celulasas organizadas alrededor de un andamio de proteínas llamado CIPC (6, 41, 42).

Los celulosomas se encuentran en la superficie de las células y permiten tanto la adhesión y la actividad degradativa eficaz contra las fibras de celulosa (3, 8).

Uso de celobiosa, que es una de las celodextrinas solubles liberados durante celulolisis, se han reportado grandes diferencias en la regulación del flujo de carbono entre cultivos continuos de carbono-carbono-limitado y suficiente (19, 20).

Como la tasa de dilución aumenta, en quimiostatos celobiosa-limitado las vías metabólicas hacia etanol y lactato contribuyen a equilibrar los equivalentes reductores suministrados por la formación de etilo (19),

Mientras que bajo condiciones de celobiosa-saturado (20) el equilibrio redox se mantiene esencialmente por NADH- ferredoxina (Fd-NADH)-reductasa hidrogenasa y etanol actividades de deshidrogenasa y el flujo de carbono se equilibra por tres desbordamientos, es decir, excreciones, exopolisacáridos, la proteína extracelular, y de aminoácidos.

El uso de un sustrato más estrechamente relacionados con el ecosistema natural de la bacteria, las investigaciones recientes con quimiostatos celulosa limitado (11) han indicado que no hay ni un cambio de una fermentación de etilo-etanol a una fermentación de lactato-etanol ni desbordamiento piruvato a alta catabólico tasas observadas anteriormente en celobiosa (18, 19).

Por lo tanto, con esta condición de cultivo, C. cellulolyticum parecía bien adaptado e incluso restringido a un estilo de vida celulolítica .

En su biota natural, sin embargo, el crecimiento en condiciones de carbono suficiente, sin duda, se experimentó por bacterias y probablemente con más frecuencia que la limitación de carbono, ya que se acumula en entornos de celulosa (4, 5).

El objetivo del presente estudio, a continuación, fue investigar cinéticamente elC. fermentación cellulolyticum en condiciones carbono saturado utilizando análisis cultivo continuo con la celulosa y un medio a base de sales minerales, que están más estrechamente relacionados con el ecosistema natural de la bacteria