Biosíntesis y degradación. La celulosa se sintetiza en las plantas a partir de la gdp-glucosa o la udp-glucosa por acción de la celulosa-sintasa
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 La Celulosa y sus aplicaciones industriales Antes de comenzar a exponer a mi trabajo propuesto entre los cinco que nos citó he de precisar que me he centrado en el primer apartado del mismo que corresponde al papel mientras que los otros dos restantes les he dedicado, por razones de tiempo y espacio, una simple definición a efectos de completar sus apartados propuestos. La CelulosaLa celulosa, en términos generales se puede definir como un polisacárido constituido por moléculas de D-glucosa unidas por enlaces B(1->4) glucosídicos. Es el compuesto orgánico más difundido en la naturaleza; componente principal de las paredes celulares vegetales (p.Ej en las maderas, en las fibras de algodón) en las cuales se encuentra junto con hemicelulosa, pectina, extensina (que actúan como aglutinante entre las fibras celulósicas) y lignina. La hidrólisis completa de la celulosa con ácidos rinde glucosa, pero la hidrólisis parcial produce el disacárido celobiosa. La nitrocelulosa, el acetato de celulosa, y el xantato de celulosa (rayón) son ésteres de la celulosa que tienen una gran aplicación técnica; la que se obtiene de la madera es la pasta de celulosa.Biosíntesis y degradación. La celulosa se sintetiza en las plantas a partir de la GDP-glucosa o la UDP-glucosa por acción de la celulosa-sintasa:NDP-glucosa + (glucosa)n ------------------ NDP + (glucosa)n+1La mayor parte de mamíferos no poseen enzimas capaces de hidrolizar los enlaces (1->4) de la celulosa por lo que no pueden digerirla. Sin embargo los rumiantes pueden utilizar la celulosa como alimento ya que tienen en el rumen microorganismos productores de enzima celulasa, que hidroliza la celulosa a D-glucosa.La celulosa es el nombre genérico para definir un amplio rango de productos compuestos por fibras naturales , contenido principalmente en árboles y otras plantas. Los árboles producen más del 90% de la celulosa a nivel mundial ; el resto de las fibras son aportadas por otras fibras como pastos, bambúes, bagazos, algodones, linos, cáñamos...etc La celulosa y el hongo T. ReseeiEs un polisacárido cuya fórmula es C6H10O5. Es el principal componente de la membrana celular de la mayor parte de las plantas. Está constituida por moléculas de D-glucosa y es polímero más abundante en la biosfera. Resiste a la fermentación, no significa que no se puede hidrolizar, pues existen microorganismos celulóticos que poseen enzimas como las celobiohidrolasas y las endoglucanasa que se encargan de su degradación. 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 EG II). 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 las celulasas (cbh1, cbh2, egl1,y egl2), mediante sustitución por el marcador genético amds de Aspergillus nidulans. Estas investigaciones han sugerido que la CBH II Y la EG II son las más importantes en la actividad enzimática de la celulosa porque intervienen en la formación eficiente del inductor de éstas en T ressei y que la eliminación de ambas cadenas celobiohidrolasas (CBH II y EG II) imposibilita a la enzima para desdoblar la celulosa cristalina. Se ha observado que la celulosa microcristalina (10g/l) es hidrolizada principalmente por dos de estas celulasas (CBH I y EH II) del hongo Trichoderma reesei. En 1998 se 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 estas investigaciones sugieren que la CBH I produce azúcares más solubles que la EG II, excepto a concentraciones menores del 1%. 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. En experimentos posteriores, la clonación del gen beta-glucosidase y su homólogo 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 BGL4H. Grisea. La endoglucanasa I (EG I) es la celulasa más abundante en el hongo T. Reesei., comprendido entre el 5 y 10% de la suma total de las celulasas producidas por este microorganismo. Por medio de una sustitución molecular en T. Ressei Y humicola insolens, a una resolución 3.6 A la EG I 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. La T. Reesei también posee una celobiohidrolasa (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 de dominio . Se ha encontrado 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. En conclusión, la celulosa puede ser degradada por hidrólisis enzimática utilizando celulasas procedentes del hongo T. Ressei, constituyendo una opción efectiva en el proceso de reciclaje del papel, al disminuir el factor económico y la contaminación ambiental a nivel mundial. Actualmente a nivel mundial la protección del medio ambiente ha cobrado una gran importancia la protección del medio ambiente creándose así organizaciones no gubernamentales que, preocupados por el deterioro de la naturaleza, han contribuido con investigaciones para solventar este problema; investigaciones que en parte se han centrado en el estudio de la celulosa y el hongo Trichoderma reesei productor de celulosas. Las celulosas aplicadas al reciclaje del papel ayudan reducir el aumento de la salinidad de suelos y agua., por parte de las sustancias utilizadas en el ablandamiento de las fibras de celulosa durante los métodos convencionales de reciclaje de papel. La manufactura de la celulosa se obtiene a partir de la separación de las fibras naturales , las que son mantenidas unidas en la estructura de las plantas por un material conocido como lignina. Estas fibras pueden ser separadas mecánicamente o mediante un proceso químico de disolución de la lignina para recuperar las fibras. Dependiendo del proceso de producción, las celulosas se dividen en: *Celulosa Química. Se obtiene a partir de un proceso de cocción química de la madera a altas temperaturas y presiones, cuyo objetivo es disolver la lignina contenida en la madera con una disolución alcalina, liberando las fibras. Dependiendo de los aditivos químicos usados en la cocción, existen celulosas químicas kraft y al sulfito, siendo la primera más utilizada a nivel mundial. La celulosa química se caracteriza por tener un rendimiento total relativamente bajo, es decir, sólo entre un 40% y un 60% del material original ( madera) queda en el producto final (fibras), el resto (lignina), se disuelve en la solución alcalina para ser posteriormente quemada y generar la energía térmica y eléctrica necesaria en los procesos productivos. Estas celulosas son más resistentes, ya que las fibras quedan intactas, son más fáciles de blanquear y menos propensas a perder sus cualidades en el tiempo. *Celulosa Mecánica. Se obtiene a partir de un proceso por el cual la madera es molida y triturada mecánicamente, siendo sometida a altas temperaturas y presiones. Posteriormente la pasta es clasificada , lavada y eventualmente blanqueada. Este proceso requiere un alto consumo energético. La celulosa mecánica, se caracteriza por tener un alto rendimiento , normalmente entre un 85% y 95% , pero la lignina remanente en el producto puede oxidarse generando el color amarillo que caracteriza a los diarios viejos. Las principales aplicaciones son la fabricación de papel para periódicos y papeles para impresión y escritura de menor calidad. Esta celulosa es menos resistente que la química, no por la presencia de esta lignina sino porque las fibras que en ella están contenidas han sido cortadas en el proceso de fabricación . Para que nos hagamos una idea de la producción a nivel mundial en 1998 (175 millones de toneladas) un 76% correspondieron a celulosas químicas y sólo un 24% a celulosas mecánicas. Otra forma de clasificar la celulosa es a partir de la materia prima usada para su fabricación. Dependiendo de ella existen celulosas de fibra larga (softwood pulp) y celulosas de fibra corta (hardwood pulp). Difieren principalmente en su resistencia, ya que ésta depende básicamente de las uniones moleculares que se establecen entre las fibras. La celulosa de fibra larga genera en los papeles una red de uniones más resistentes que las de fibra corta . La longitud de las fibras largas fluctúa entre 2,5 y 4,5 mm, contra los 0,7 a 1,8 mm de las fibras cortas. Dentro de la celulosa blanca de fibra larga, destacan: Celulosa NBSKP (“Northern Bleached Softwood Kraft Pulp”) producida principalmente en Canadá y los países escandinavos en base a pinos de bosque naturales y de crecimiento lento. Su principal característica es la resistencia, debida a la longitud de las fibras que la constituyen. En el mercado es valorada con un mayor precio. Celulosa BSKP (“Southern Pine) producida en el sur de Estados Unidos y norte de Argentina usando pinos de crecimiento rápido cuya calidad de resistencia es menor que la KBSKP.Celulosa BSKP (“Radiata Pine”) producida en Chile y Nueva Zelanda, es calificada en el mercado como un producto intermedio entre las dos anteriores. La materia prima utilizada son las plantaciones de pino radiata de crecimiento rápido. Dentro de la celulosa blanca de fibra corta, destacan: Celulosa BEKP (Bleached Eucapyptus Kraft Pulp) producida a partir de plantaciones de crecimiento rápido de eucaliptos. Los principales productores son Brasil, Chile, Península Ibérica, Australia y Nueva Zelanda. Celulosa Birch producida con abedules del norte de Europa, los principales productores don Finlandia y Suecia. Celulosa NMHW (Northern Mix Hardwood) producida por una mezcla de varias especies de madera hardwood principalmente en Canadá, Francia, Japón, Corea y este de Europa. Celulosa MTH (Mix Tropical Hardwood) producida con una mezcla de varias especies tropicales de madera hardwood de Indonesia. Celulosa SMHW (southern Mix hardwood) producida con una mezcla de varias especies de maderas hardwood en el sur de Estados Unidos. En el mercado es valorada con un mayor precio. En la industria de alimentos, la celulosa es sometida a modificaciones generando una serie de compuestos que poseen múltiples propiedades funcionales, algunas celulosas modificadas son:
¿Para qué sirve la celulosa? Es el principal componente en la manufactura de papeles y cartones y también, en pequeñas cantidades, se encuentra en productos como el rayón , películas fotográficas , celofanes, explosivos...etc Del proceso de manufactura de la celulosa se extraen, además,otros derivados como la trementina y el “tall oil” que son usados como insumos en la industria química para la producción de aromas, diluyentes, jabones y alimentos. La celulosa blanca de fibra larga se usa principalmente para agregar resistencia a los papeles y cartulinas, y la celulosa blanca de fibra corta se usa para dar suavidad y como relleno. Dependiendo de la proporción en las mezclas se obtienen papeles para diferentes usos. Actualmente existen más de 450 variedades de papeles según la clasificación de la International Pulp and Paper Directory. En los últimos tiempos debido a la preocupación por el medio ambiente ha cobrado mayor importancia a nivel mundial el uso adecuado de los recursos naturales y, en consecuencia, en la industria de los papeles y cartones el reciclaje es cada vez más importante , creciendo la recuperación de cartones y papeles para reciclar de 48 a 134 millones de toneladas entre 1980 y 1998 a nivel mundial, o lo que es lo mismo de un 23% a un 45%. La degradación de las fibras impone límites a la fracción de papeles que se pueden producir con fibras recicladas, por lo que constantemente se deben agregar fibras vírgenes para su producción. |
