Целлюлоза

Химическая формула  целлюлозы  (C6H10O5)n.  Целлюлоза очень инертный  материал, она  практически не реагирует ни на какие химические воздействия. Это линейный  гомополимер.  Он  имеет в своем составе остатки D-глюкозы.  Остатки D-глюкозы в свою очередь соединяются бета-1,4-гликозидными связями.  Эти соединения имеют вид  цепочек, объединенных в  пучки. Пучки надежно защищают гидрофильные  группы от агрессивной внешней среды. Волокна имеют плотную оболочку. В состав оболочки входят такие вещества, как  пектин и воск, что делает оболочку особо плотной. Поэтому  целлюлоза  обладает большой  механической прочностью. К этому следует прибавить, что  целлюлоза не растворяется   в воде.  Так же целлюлоза обладает  высокой устойчивостью  к химическим воздействиям^[1].

Целлюлоза в природе хорошо  разлагается. Ее  разлагают многие  природные микроорганизмы. В разложении целлюлозы участвуют  не только бактерии, но так же и грибы и простейшие микроорганизмы.  Микроорганизмы, которые разлагают целлюлозу называются целлюлозолитическими. В природе имеются  целлюлозолитические грибы. К таким грибам можно отнести   представителей родов Fusarium, Chaetomium и Neocallimastix, а также виды Trichodermaviride, Aspergillusfumigatus, Botrytiscinerea, Rhizoctoniasolani, Myrotheciumverrucaria. Целлюлозолитические простейшие относятся к родам   Diplodinium, Eudiplodinium, Entodinium. Бактерии, которые разлагают целлюлозу, по отношению к воздуху могут быть как аэробы, так и анаэробы.

Рассмотрим ферментативное расщепление целлюлозы. Для этого введем  понятие целлюлазного комплекса. Что  это такое?  Целлюлазный  комплекс осуществляет  разложение  целлюлозы до глюкозы. Целлюлазный комплекс состоит из ферментов, среди которых находятся такие ферменты как  эндо-β-1,4-глюконаза, экзо-β-1,4-глюконаза и β-глюкозидаза.

Что  происходит в природе с ферментами, входящими в состав целлюлазного комплекса? Ферменты в процессе взаимодействия выделяются  во внешнюю среду. В результате этого целлюлоза расщепляется  до целлобиозы. В процессе превращения участвуют экзогенные глюканазы. Часть ферментов при этом остается связанной с клеточной поверхностью. При этом не образуются внеклеточные целлюлазы. В этом случае  во внешней среде не находят  промежуточных продуктов расщепления целлюлозы.  

Интересно строение  бактериальных клеток, участвующих в расщеплении целлюлозы.  На поверхности таких клеток присутствуют  сферические частицы. Эти частицы являются   центрами  целлюлолитической активности. Такие сферические частицы  называются  целлюлосомы. Целлюлосомы состоят  из объединений полипептидных субъединиц (комплекс целлюлазных ферментов) и углеводных фибрилл^[2].

Возможен как аэробный процесс распада глюкозы, так и анаэробный.  Рассмотрим каждый.

Аэробное   разложение целлюлозы сопровождается образованием  воды и углекислого газа,  а так же незначительным накоплением органических кислот.

Анаэробный  процесс несколько отличается. При анаэробном процессе образуется  много органических кислот в отличие от аэробного процесса.  Происходит это благодаря сбраживанию глюкозы. При этом разные виды бактерий образуют  разные органические вещества.

        Рассмотрим аэробное разложение глюкозы. Аэробное разложение целлюлозы происходит следующим образом. Аэробные микроорганизмы, разлагающие  целлюлозу, живут в почве. Это было  обнаружено еще  в 1918 г. учеными X. Б. Хутчинсон и Дж. Клейтоном. Эти  ученые смогли выделить  из почвы целлюлозоразлагающую бактерию. Целлюлозоразлагающая  бактерия  имела интересный вид. Ученые писали, что  бактерия имеет вид длинных веретенообразных палочек. Концы у этих палочек  острые.  Ученые назвали выделенную бактерию Spirochaeta cytophaga.  В последующем  при систематизации  микроорганизмов  целлюлозоразлагающую бактерию  отнесли к семейству Cytophagaceae роду Cytophaga.  В дальнейшем  были найдены и описаны и другие цитофаги. К цитофагам относятся бактерии, разлагающие  хитин.