Maklumat

Mengapa kita tidak mempunyai enzim untuk mencerna selulosa?


Seperti yang kita ketahui, selulosa adalah polisakarida yang paling banyak terdapat di alam semula jadi. Mengapa kita tidak mempunyai enzim untuk mencerna selulosa?


Walaupun benar bahawa selulosa penuh dengan kalori, sangat sukar untuk mengeluarkan kalori.

Bakteria simbiotik memerlukan masa lama untuk mencerna selulosa, dan sebagai hasilnya haiwan yang mencerna selulosa dengan bakteria simbiotik khusus mempunyai usus besar untuk menempatkannya.

Kemungkinan sebab mengapa manusia tidak dapat mencerna selulosa adalah kerana mamalia pada umumnya tidak dapat. Dan mamalia umumnya tidak dapat melakukannya kerana terlalu banyak kerja, dan kita tidak perlu melakukannya.


Ini nampaknya satu bentuk soalan umum mengenai evolusi.

Makna: "Sifat X sepertinya menjadi kelebihan, jadi mengapa organisma tidak dapat menyesuaikan diri dengan X?

Itulah, mengapa kita tidak memiliki semua sifat yang menguntungkan sama sekali? Mengapa tidak hanya mencerna selulosa, tetapi mungkin juga mengapa tidak menggunakan lignin? Mengapa kita tidak boleh menyatukan makanan kita sendiri? Bagaimana dengan sonar dan juga mata? Kita tahu bahawa beberapa makhluk hidup dapat melakukan semua perkara ini.

Jawapannya, yang agak disebut di tempat lain di sini, adalah bahawa beberapa kelebihan tidak cukup untuk penyesuaian itu berlaku. Anda harus mempertimbangkan bahawa ada kos untuk setiap kemampuan itu juga.

Selulosa lemah tenaga dan mana-mana haiwan yang bergantung pada selulosa harus mengkhususkan diri dalam metabolisme selulosa sehingga mereka mungkin tidak bersaing dengan sesama haiwan yang mendapat makanan dari sumber lain seperti daging atau sayur-sayuran.

terima kasih atas komen di bawah: addendum:

lemah tenaga dalam kes ini adalah gabungan dari seberapa umum bahan tersebut, betapa bermanfaatnya mencerna (tanaman berkayu tidak tumbuh dengan cepat setelah anda memakannya). saya tidak tahu mengapa saya menulis bahawa tidak ada selulase. terdapat banyak dari mereka dan kami menggunakannya banyak tetapi mereka cenderung dari kulat yang lambat tumbuh ...

jika anda ingin mengikuti soalan anda hingga kesimpulan: "pencernaan seluosa adalah kelebihan besar dalam semua aspek", maka persoalannya adalah mengapa tidak ada di setiap bakteria yang tumbuh di sekitar tumbuh-tumbuhan? kerana evolusi bukan bagaimana selulase dihasilkan?

sebenarnya tanaman berkayu merangkumi bahan lain yang menyokong strukturnya untuk mengelakkan berlakunya kejadian ini. lignin adalah serat semirawak bukan karbohidrat berdasarkan fenol yang sememangnya sangat lambat untuk dicerna dan sukar untuk diserap dengan enzim ... pada masa ini nampaknya cukup untuk mengelakkan tanaman dan selu kertas larut dan dimakan ...


Mengapa kita tidak mempunyai enzim untuk mencerna selulosa?

Mengapa kita mesti? Kami tidak menggunakannya sebagai sumber tenaga jadi mengapa bersusah payah? Malah haiwan yang melakukan "mencerna" selulosa, seperti ruminan, hanya melakukannya kerana bakteria simbiotik; memang sistem yang buruk di mana setiap organisma menggunakan sumber yang sama. Kami menempati cukup banyak rantai makanan sebagaimana adanya.


Soalannya lupa bahawa organisma memakan bahan kerana dua sebab: Untuk menangkap tenaga kimia (yang menjadi tumpuannya) dan mendapatkan molekul yang tidak dapat dihasilkan oleh organisma. Selulosa hanya berfungsi satu tujuan dalam organisma yang mencernanya: penghasilan tenaga. Akhirnya, ia dipecah menjadi H2O dan CO2, kedua-duanya diekskresikan.

Sepanjang ribuan tahun, mendapatkan kalori tidak begitu sukar, tetapi mendapatkan cukup mikronutrien penting (vitamin, mineral dan asid amino) kerana manusia bergerak ke persekitaran yang berlainan di mana terdapat tekanan selektif. Tekanan selektif untuk sumber kalori lain, seperti selulosa, tidak pernah berlaku. Di luar ini, terdapat nisbah pengambilan kalori yang optimum dengan pengambilan nutrien yang optimum yang harus diperoleh manusia dari dietnya untuk manusia dan manusia pada umumnya. Mutasi atau simbiosis tiba-tiba dengan bakteria usus yang memungkinkan pencernaan selulosa akan menjadikannya lebih sukar untuk mengekalkan nisbah itu, tetapi keadaan tidak optimum di mana tekanan selektif berlaku. Masalahnya di sini, pada pendapat saya, adalah bahawa tekanan yang terlalu besar akan mengurangkan keperluan pemakanan mikro. Manusia terlalu mudah mendapat kalori dan perlu makan kalori berkali-kali lebih banyak daripada yang diperlukannya untuk mendapatkan nutrien yang diperlukan. Jadi sebenarnya, terdapat tekanan selektif terhadap pencernaan selulosa. Lebih jauh lagi, kerana cara manusia dibina dan primata hebat lainnya, mutasi atau simbiosis secara tiba-tiba ini nampaknya sangat tidak mungkin.

Juga, selulosa sudah berfungsi penting dalam usus. Biasanya disebut serat, dan membiarkan tinja di usus besar tetap lembap sehingga dapat dilewatkan. Sebilangan mamalia mempunyai kolon yang dapat menyebarkan kotoran yang sangat kering (tinja unta sangat kering sehingga anda dapat menyalakan api dengannya), tetapi mereka biasanya spesies iklim gersang, di mana air merupakan sumber yang paling berharga. Jadi tekanan selektif adalah pada pengambilan air, bukan pengambilan kalori.

Oleh itu, tidak ada tekanan selektif bagi manusia untuk mencerna selulosa, dan tidak akan ada, selagi ada keperluan yang tinggi untuk vitamin, mineral dan asid amino penting. Tekanan selektif seperti itu akan berupa makanan pertama yang kaya akan nutrien (relatif terhadap manusia), kemudian makanan yang sama menjadi miskin kalori. Pada dasarnya, manusia harus mula mengganti satu atau dua makanan sehari dengan hanya makanan tambahan vitamin. Walaupun dengan itu, satu-satunya mamalia yang saya tahu bahawa selulosa pencernaan sebenarnya menggunakan bakteria usus simbiotik untuk melakukannya. Saya tidak dapat membayangkan cara pandai manusia memasukkan bakteria ke dalam usus mereka sendiri. Sebenarnya saya boleh.


Mengapa manusia tidak dapat mencerna selulosa

Komponen utama dalam dinding sel kaku pada tumbuhan adalah selulosa. Selulosa adalah polimer polisakarida linier dengan banyak unit monosakarida glukosa. Hubungan asetal adalah beta yang menjadikannya berbeza dengan pati. Perbezaan aneh dalam hubungan asetal ini mengakibatkan perbezaan utama pencernaan pada manusia. Manusia tidak dapat mencerna selulosa kerana kekurangan enzim yang sesuai untuk menguraikan hubungan beta asetal. (Lebih lanjut mengenai pencernaan enzim dalam bab berikutnya.) Selulosa yang tidak dapat dicerna adalah serat yang membantu dalam kelancaran kerja saluran usus.

Haiwan seperti lembu, kuda, domba, kambing, dan anai-anai mempunyai bakteria simbiotik di saluran usus. Bakteria simbiotik ini mempunyai enzim yang diperlukan untuk mencerna selulosa di saluran GI. Mereka mempunyai enzim yang diperlukan untuk pemecahan atau hidrolisis selulosa yang tidak dilakukan oleh haiwan, bahkan anai-anai, mempunyai enzim yang betul. Tiada vertebrata yang dapat mencerna selulosa secara langsung.


Selulase Penting untuk Mencerna Buah & Sayur

Kemungkinannya adalah jika anda mengikuti sedikit berita dan statistik kesihatan, anda tahu bahawa makan lebih banyak makanan tumbuhan mungkin merupakan kaedah terbaik untuk meningkatkan diet anda semalaman, khususnya sayur-sayuran hijau. Ini kerana, dari segi pengambilan nutrien, ini adalah beberapa makanan pound-for-pound terbaik.1 Walaupun tumbuh-tumbuhan seperti kangkung dan brokoli adalah tambahan yang baik untuk diet anda, kami tidak mencernanya dengan cara yang sama buat makanan lain. Hasilnya, untuk memastikan semua nutrien benar-benar menuju ke mana mereka mesti pergi, selulase adalah aset terbaik anda.

Peranan Selulase

Masalah utama makanan tumbuhan adalah dinding sel, kompleks berserat yang mengelilingi sel tumbuhan. Sebahagian besar dinding sel ini adalah sesuatu yang disebut selulosa. Selulase adalah enzim yang merupakan bahagian penting dalam mencerna serat tumbuhan ini, tetapi bukan sesuatu yang kita hasilkan secara semula jadi di dalam badan kita. Spesies lain yang memakan tumbuhan secara eksklusif mempunyai kaedah untuk mengatasi masalah ini. Sebagai contoh, seekor lembu mempunyai perut empat bilik, mengandungi banyak mikroba yang mencerna selulosa. Ini membolehkan mereka mendapatkan hampir semua tenaga yang mereka perlukan dari memakan tanaman.

Untuk manusia dan makhluk omnivora lain, kita tidak mempunyai kelebihan itu. Sebagai gantinya, kita harus bergantung pada usus kita untuk memanfaatkan sepenuhnya makanan tumbuhan kita. Sebilangan serat tumbuhan diperam dan dicerna di usus besar, sementara yang lain dihilangkan dari badan, dan selulase sangat penting untuk mencerna serat. Ia membantu mengubah selulosa menjadi beta-glukosa, salah satu bentuk tenaga paling asas dalam tubuh

Fakta menarik lain mengenai selulase adalah kerana kemampuannya memecah selulosa, ia juga berpotensi berperanan di luar kesihatan manusia. Beberapa industri, dari tekstil hingga pertanian dan pengeluaran biofuel, menggunakan enzim mikroba ini dan lain-lain

Kebaikan dan Sumber Selulase

Kami telah membuktikan bahawa anda memerlukan selulase untuk memaksimumkan pencernaan buah-buahan dan sayur-sayuran anda, tetapi jika kita tidak menghasilkannya seperti enzim lain, bagaimana kita mendapatkannya? Berita baiknya adalah bahawa organisma lain menghasilkan selulase secara semula jadi, seperti beberapa kulat simbiosis, protozoa dan bakteria. Sebilangan besar ini terkandung dalam pelbagai jenis makanan tumbuhan juga. Penting untuk diperhatikan bahawa selulase, dalam kes ini, bukan satu enzim. Sebenarnya, terdapat banyak jenis selulase yang beroperasi pada tahap pH yang berbeza. Satu bentuk boleh berfungsi lebih baik dalam persekitaran yang lebih berasid, sementara bentuk yang lain mungkin lebih baik dalam bentuk yang lebih beralkali.

Fungsi utama selulase adalah memastikan kita dapat mencerna serat selulosa dari makanan tumbuhan, tetapi mungkin ada potensi manfaat lain yang ditawarkannya juga. Dalam satu kajian mengenai pesakit di rumah sakit, ditunjukkan bahawa mengambil formula multi-enzim yang mengandungi selulase menyebabkan peningkatan penyerapan protein, serta sokongan sistem kekebalan tubuh.

Dengan selulase yang mempunyai pelbagai manfaat untuk tubuh, penting bagi anda untuk bekerja bukan hanya untuk mendapatkan jumlah yang tepat, tetapi juga mendapatkan enzim dan nutrien yang melengkapinya. Cara yang ideal untuk melakukannya adalah dengan makanan tambahan yang menggunakan pelbagai enzim dalam campuran yang diformulasikan dengan betul. Contoh yang baik dari ini ialah Kekuatan Ekstra Candidase Enzymedica. Bersama dengan selulase, ini mempunyai protease, probiotik dan minyak pati, untuk mengekalkan keseimbangan bakteria dalam usus kecil. Kerana pencernaan makanan yang mengandungi selulase tidak konsisten bagi banyak orang, suplemen dapat membantu.

Kami belajar lebih banyak mengenai kesihatan usus dan bagaimana ia adalah pendahulu bukan sahaja untuk kesihatan pencernaan, tetapi juga kesihatan secara umum.5 Produk terpanas dalam kategori ini adalah probiotik, dan sementara probiotik sememangnya bermanfaat, anda tidak mahu untuk berhenti di situ sahaja. Pastikan anda juga mendapat enzim yang tepat, untuk mewujudkan persekitaran pencernaan terbaik untuk makanan tumbuhan, dan untuk makanan lain.

1. Tarwadi K, Agte V. Potensi sayur-sayuran berdaun hijau yang biasa dimakan kerana keupayaan antioksidan dan kaitannya dengan profil mikronutrien. Int J Makanan Sci Nutr. 200354 (6): 417-25.
2. Abeles FB. Abses: peranan selulase. Fisiol Tumbuhan. 196944 (3): 447-52.
3. Kuhad RC, Gupta R, Singh A. Selulase mikroba dan aplikasi perindustriannya. Res Enzim. 20112011: 280696.
4. Glade MJ, Kendra D, Kaminski MV Jr. Peningkatan penggunaan protein pada pesakit di rumah jagaan dengan makan tiub ditambah dengan produk enzim yang berasal dari Aspergillus niger dan bromelain. Pemakanan. 2001 Apr17 (4): 348-50.
5. Zhang YJ, Li S, Gan RY, Zhou T, Xu DP, Li HB. Kesan bakteria usus terhadap kesihatan dan penyakit manusia. Int J Mol Sci. 201516 (4): 7493-519.


Mengapa kita tidak mempunyai enzim untuk mencerna selulosa? - Biologi

Komponen utama dalam dinding sel kaku pada tumbuhan adalah selulosa. Selulosa adalah polimer polisakarida linier dengan banyak unit monosakarida glukosa. Hubungan asetal adalah beta yang menjadikannya berbeza dengan pati. Perbezaan aneh dalam hubungan asetal ini mengakibatkan perbezaan utama pencernaan pada manusia. Manusia tidak dapat mencerna selulosa kerana kekurangan enzim yang sesuai untuk menguraikan hubungan beta asetal. (Lebih lanjut mengenai pencernaan enzim dalam bab berikutnya.) Selulosa yang tidak dapat dicerna adalah serat yang membantu dalam kelancaran kerja saluran usus.

Haiwan seperti lembu, kuda, domba, kambing, dan anai-anai mempunyai bakteria simbiotik di saluran usus. Bakteria simbiotik ini mempunyai enzim yang diperlukan untuk mencerna selulosa di saluran GI. Mereka mempunyai enzim yang diperlukan untuk pemecahan atau hidrolisis selulosa yang tidak dilakukan oleh haiwan, bahkan anai-anai, mempunyai enzim yang betul. Tiada vertebrata yang dapat mencerna selulosa secara langsung.

Walaupun kita tidak dapat mencerna selulosa, kita dapati banyak kegunaannya termasuk: Kayu untuk membuat produk kertas kapas, linen, dan rayon untuk pakaian nitroselulosa untuk bahan peledak selulosa asetat untuk filem.

Struktur selulosa terdiri daripada rantai polimer panjang unit glukosa yang dihubungkan oleh hubungan beta asetal. Grafik di sebelah kiri menunjukkan bahagian rantai selulosa yang sangat kecil. Semua unit monomer adalah beta-D-glukosa, dan semua pautan beta asetal menghubungkan C # 1 satu glukosa ke C # 4 glukosa berikutnya.

Karbon # 1 dipanggil karbon anomerik dan merupakan pusat kumpulan fungsi asetal. Karbon yang mempunyai dua oksigen eter terpasang adalah asetal.

Kedudukan Beta ditakrifkan sebagai oksigen eter berada di sisi cincin yang sama dengan C # 6. Dalam struktur kerusi ini menghasilkan unjuran mendatar atau ke atas. Ini adalah definisi yang sama dengan -OH dalam hemiacetal.

Bandingkan Struktur Selulosa dan Kanji:

Selulosa: Beta glukosa adalah unit monomer dalam selulosa. Hasil daripada sudut ikatan dalam hubungan beta asetal, selulosa kebanyakannya adalah rantai linier.

Kanji: Alpha glukosa adalah unit monomer dalam kanji. Hasil daripada sudut ikatan dalam hubungan alpha asetal, pati-amilosa sebenarnya membentuk lingkaran seperti spring yang bergelung.

Bandingkan Kanji dan Selulosa - Berpadu di tetingkap baru

Serat makanan adalah komponen dalam makanan yang tidak dipecah oleh enzim pencernaan dan rembesan saluran gastrousus. Serat ini merangkumi hemiselulosa, pektin, gusi, lendir, selulosa, (semua karbohidrat) dan lignin, satu-satunya komponen bukan karbohidrat dari serat makanan.

Makanan tinggi serat menyebabkan peningkatan saiz najis dan dapat membantu mencegah atau menyembuhkan sembelit. Serat sereal, terutama dedak, paling berkesan untuk meningkatkan ukuran najis sementara pektin tidak banyak memberi kesan. Lignin boleh menjadi sembelit.

Serat dapat melindungi terhadap perkembangan barah usus besar, kerana populasi yang menggunakan diet serat tinggi mempunyai kejadian penyakit ini yang rendah. Waktu transit yang perlahan (antara makan dan penghapusan) yang berkaitan dengan pengambilan serat yang rendah akan membolehkan lebih banyak masa bagi karsinogen yang ada di usus besar untuk memulakan barah. Tetapi orang yang mengalami sembelit tidak mempunyai kejadian barah kolon yang lebih tinggi daripada penghilang cepat, jadi peranan serat dalam barah usus tetap tidak jelas.

Serat makanan boleh membatasi penyerapan kolesterol dengan mengikat asid hempedu. Makanan tinggi serat menurunkan kolesterol serum dan dapat mencegah penyakit kardiovaskular. Sebilangan serat, seperti pektin dan gandum gulung, lebih berkesan daripada yang lain, seperti gandum, untuk menurunkan kolesterol serum.

Serat makanan hanya terdapat pada makanan tumbuhan seperti buah-buahan, sayur-sayuran, kacang-kacangan, dan biji-bijian. Roti gandum utuh mengandung lebih banyak serat daripada roti putih dan epal mengandung lebih banyak serat daripada jus epal, yang menunjukkan bahawa memproses makanan umumnya menghilangkan serat.


Mungkinkah manusia mengambil pil enzim yang memungkinkan mereka memakan rumput?

Guru biologi saya menjelaskan hari ini bahawa orang yang tidak bertoleransi laktosa boleh mengambil pil yang membolehkan mereka mencerna laktosa dengan betul. Saya tahu bahawa manusia tidak dapat mencerna selulosa kerana kita kekurangan enzim yang betul. Apa yang menghalang saya daripada membungkus sebotol pil enzim pencernaan selulosa dan merumput di seluruh Amerika?

Seperti yang anda katakan manusia kekurangan enzim yang diperlukan untuk mencerna selulosa, kita memiliki kemampuan untuk mencerna pati. Kedua-dua pati dan selulosa adalah polisakarida yang terdiri daripada subunit glukosa, satu-satunya perbezaan di antara mereka adalah jenis hubungan yang bergabung dengan molekul glukosa bersama-sama. Subunit glukosa dalam kanji disatukan oleh kaitan alpha 1-4, sementara subunit glukosa dalam selulosa disatukan oleh kaitan beta 1-4.

Tubuh kita secara semula jadi menghasilkan amilase, enzim yang memecah ikatan alpha 1-4 pati yang melepaskan glukosa bebas namun, kita tidak mempunyai enzim untuk memecahkan hubungan beta 1-4 dalam selulosa. Sekarang untuk pertanyaan anda, secara teorinya mungkin untuk mengambil enzim selulase tambahan dan mendapatkan tenaga dari sesuatu seperti rumput namun struktur daun dan rumput yang berserat menjadikan pencernaannya, walaupun dengan enzim pencernaan yang betul, proses yang lambat. Sistem pencernaan kita tidak membenarkan jumlah pencernaan mekanikal atau masa yang diperlukan untuk mendapatkan sejumlah besar tenaga dari rumput. Haiwan ruminan, seperti lembu, mempunyai sistem pencernaan yang canggih yang membolehkan mereka memproses rumput untuk mendapatkan tenaga sepenuhnya.

Di samping itu, terdapat kesukaran penghantaran ubat enzim. Mampu menggunakan protein / peptida (enzim adalah sejenis protein, bagi mereka yang tidak tahu) sebagai terapi (asasnya apa yang anda cuba lakukan) adalah sesuatu yang sedang diusahakan oleh penyelidik. Satu masalah dengan penyebaran protein / peptida secara lisan adalah hakikat bahawa mereka mudah didenaturasi. Satu perkara yang mendefinisikannya adalah perubahan pH. Sangat sukar untuk mendapatkan protein melewati perut untuk alasan ini, kerana pH di perut anda jauh lebih rendah daripada pH di mana enzim biasanya dijumpai.

bagaimana memasak rumput seperti makanan lain untuk memisahkan selulosa dan membuang serat?

Kecuali jika enzim anda jauh lebih kuat daripada apa pun di dunia biologi, saya rasa ia tidak akan membolehkan anda mengeluarkan banyak rumput. Lembu mempunyai empat perut dan terus menghidupkan makanan mereka dengan alasan - mereka memerlukan banyak masa dan usaha untuk mencerna rumput. Oleh kerana kita tidak berkhasiat dan hanya mempunyai satu perut, saya membayangkan rumput akan melewati kita terlalu cepat untuk mengeluarkan banyak nutrien dari itu.

Bagaimana dengan mengisi semula apendiks dengan bakteria yang dapat memecah selulosa yang digunakan untuk menghuninya pada manusia prasejarah? Adakah itu (secara teorinya) membolehkan manusia mencerna selulosa?

Hanya jika ketegangan bakteria anda dapat mengatasi penghuni semasa, yang sangat sesuai dengan saluran pencernaan anda. Selain itu, lampiran vestigial tidak lagi dapat menempatkan banyak bakteria ini, jadi mereka harus benar-benar hebat dalam pekerjaan mereka.

Guru biologi saya menjelaskan hari ini bahawa orang yang tidak bertoleransi laktosa boleh mengambil pil yang membolehkan mereka mencerna laktosa dengan betul.

Secara teori. Dalam praktiknya, ia tidak sempurna. Di sini & satu orang & # x27s mengambil kemungkinan kemungkinan sebab:

Jumlah laktase yang anda perlukan ditentukan oleh item berikut:

  • Berapa banyak laktase yang anda masih mengeluarkan dalam badan anda

  • Berapa banyak laktosa yang anda makan

  • Makanan khusus apa yang terdapat dalam laktosa

  • Sama ada makanan itu adalah pepejal atau cecair

  • Adakah makanan itu mengandungi laktase itu sendiri

  • Sama ada laktosa adalah sebahagian daripada makanan

  • Seberapa cepat anda mengeluarkan makanan itu dari perut anda

  • Seberapa cepat anda mengalihkan makanan ke usus anda

  • Sama ada usus anda dalam keadaan baik

  • Sama ada makanan yang masih ada dari makanan, makanan ringan, atau minuman sebelumnya di sistem anda

  • Jumlah laktase dalam pil yang anda minum

  • Berapa lama pil itu telah duduk di rak

  • Kesucian laktase dalam pil

  • Apabila anda mengambil pil laktase yang berkaitan dengan laktosa dalam makanan yang anda makan

Kerana masalah seperti ini, banyak orang yang tidak toleran terhadap laktosa merasa lebih mudah untuk mengelakkan makanan yang mengandungi laktosa daripada bergantung pada pil laktase untuk melindungi mereka daripada gejala. Masalahnya ialah apabila anda salah mengambil dos atau masa, anda akhirnya terpaksa mengalami kesan sampingan, yang mungkin tidak menyenangkan.

Jadi, walaupun kita dapat mengatasi masalah pencernaan mekanikal untuk mencerna rumput, anda mungkin mendapati hasilnya lebih menyusahkan daripada yang bernilai.


Asal, pemurnian dan penggunaan enzim

Enzim ada di mana-mana

Enzim adalah komponen penting dari haiwan, tumbuhan dan mikroorganisma, kerana fakta bahawa mereka memangkin dan mengkoordinasikan reaksi kompleks metabolisme sel.

Sehingga tahun 1970-an, sebahagian besar penggunaan enzim komersial melibatkan sumber haiwan dan tumbuhan. Pada masa itu, enzim pukal umumnya hanya digunakan dalam industri pemprosesan makanan, dan enzim dari haiwan dan tumbuhan lebih disukai, kerana dianggap bebas dari masalah toksisitas dan pencemaran yang dikaitkan dengan enzim asal mikroba. Namun, ketika permintaan meningkat dan ketika teknologi fermentasi berkembang, biaya persaingan enzim mikroba diakui dan mereka semakin banyak digunakan.

Dibandingkan dengan enzim dari sumber tumbuhan dan haiwan, enzim mikroba mempunyai kelebihan ekonomi, teknikal dan etika, yang kini akan digariskan.

Kelebihan ekonomi

Kuantiti enzim yang dapat dihasilkan dalam waktu yang singkat, dan di kemudahan pengeluaran kecil, sangat membantu penggunaan mikroorganisma. Sebagai contoh, semasa penghasilan rennin (enzim pembekuan susu yang digunakan dalam pembuatan keju) pendekatan tradisional adalah menggunakan enzim yang diekstrak dari perut anak lembu (seekor lembu muda masih memakan susu ibunya). Purata kuantiti rennet yang diekstrak dari perut anak lembu adalah 10 kg, dan memerlukan beberapa bulan perladangan intensif untuk menghasilkan anak lembu. Sebagai perbandingan, fermenter rekombinan 1 000 liter Bacillus subtilis dapat menghasilkan 20 kg enzim dalam masa 12 jam. Oleh itu, produk mikroba jelas lebih disukai secara ekonomi, dan bebas dari masalah etika yang merangkumi penggunaan haiwan. Memang, kebanyakan keju yang kini dijual di pasar raya dibuat dari susu yang dibekukan dengan enzim mikroba (begitu sesuai untuk vegetarian).

Kelebihan lain menggunakan enzim mikroba adalah kemudahan pengekstrakannya. Sebilangan besar enzim mikroba yang digunakan dalam proses bioteknologi dirembes secara ekstraselular, yang sangat memudahkan pengekstrakan dan pemurniannya. Enzim intraselular mikroba juga lebih mudah diperoleh daripada enzim haiwan atau tumbuhan yang setara, kerana secara amnya memerlukan langkah pengekstrakan dan pemurnian yang lebih sedikit.

Sumber haiwan dan tumbuhan biasanya perlu dibawa ke kemudahan pengekstrakan, sedangkan ketika mikroorganisma digunakan kemudahan yang sama umumnya dapat digunakan untuk pengeluaran dan pengekstrakan. Selain itu, enzim haiwan dan tumbuhan yang penting secara komersial sering terletak di dalam satu organ atau tisu, jadi bahan yang tersisa pada dasarnya adalah produk buangan, pembuangannya diperlukan.

Akhirnya, enzim dari sumber tumbuhan dan haiwan menunjukkan variasi hasil yang tinggi, dan mungkin hanya tersedia pada waktu-waktu tertentu dalam setahun, sedangkan tidak ada masalah yang berkaitan dengan enzim mikroba.

Kelebihan teknikal

Enzim mikroba sering mempunyai sifat yang menjadikannya lebih sesuai untuk eksploitasi komersial. Sebagai perbandingan dengan enzim dari sumber haiwan dan tumbuhan, kestabilan enzim mikroba biasanya tinggi. Sebagai contoh, kestabilan suhu tinggi enzim dari mikroorganisma termofilik sering berguna apabila proses mesti beroperasi pada suhu tinggi (misalnya semasa pemprosesan kanji).

Mikroorganisma juga sangat sesuai dengan modifikasi genetik untuk menghasilkan enzim baru atau diubah, menggunakan kaedah yang agak mudah seperti penyisipan plasmid. Manipulasi genetik haiwan dan tumbuh-tumbuhan secara teknikalnya jauh lebih sukar, lebih mahal dan masih menjadi bahan keprihatinan etika yang penting, terutamanya di U.K.

Enzim mungkin intraselular atau ekstraselular

Walaupun banyak enzim dipertahankan di dalam sel, dan mungkin terletak di petak subselular tertentu, yang lain dilepaskan ke lingkungan sekitarnya. Sebilangan besar enzim dalam penggunaan industri adalah protein ekstraselular dari salah satu sumber kulat (mis. Aspergillus spesies) atau sumber bakteria (mis. Bacillus spesies). Contohnya termasuk & # x003b1-amilase, selulase, dextranase, protease dan amyloglucosidase. Banyak enzim lain untuk penggunaan bukan industri bersifat intraselular dan dihasilkan dalam jumlah yang jauh lebih kecil oleh sel. Contohnya termasuk asparaginase, katalase, kolesterol oksidase, glukosa oksidase dan glukosa-6-fosfat dehidrogenase.

Pemurnian enzim

Di dalam sel, enzim umumnya dijumpai bersama protein lain, asid nukleik, polisakarida dan lipid. Kegiatan enzim berkaitan dengan jumlah protein yang ada (iaitu aktiviti spesifik) dapat ditentukan dan digunakan sebagai ukuran kemurnian enzim. Pelbagai kaedah dapat digunakan untuk menghilangkan bahan pencemar untuk membersihkan enzim dan meningkatkan aktiviti spesifiknya. Enzim yang digunakan sebagai reagen diagnostik dan dalam terapi klinikal biasanya disiapkan untuk tahap kemurnian yang tinggi, kerana penekanan besar diberikan pada kekhususan reaksi yang dikatalisis. Jelas semakin tinggi tahap pemurniannya, semakin besar kos pengeluaran enzim. Sekiranya terdapat banyak enzim industri pukal, tahap pemurniannya kurang penting, dan enzim seperti itu sering dijual sebagai penyediaan kaldu kultur yang sangat kasar yang mengandungi medium pertumbuhan, organisma (keseluruhan atau terfragmentasi) dan enzim yang diminati. Walau bagaimanapun, walaupun enzim pukal termurah digunakan (mis. Protease untuk digunakan dalam serbuk cuci), kos enzim dapat menyumbang sekitar 5 & # x0201310% dari nilai produk akhir.

Pra-rawatan

Pada akhir fermentasi di mana mikroorganisma yang kaya dengan enzim yang diperlukan telah dikultur, kuahnya dapat didinginkan dengan cepat hingga 5 & # x000b0C untuk mencegah pertumbuhan mikroba selanjutnya dan menstabilkan produk enzim. PH juga dapat disesuaikan untuk mengoptimumkan kestabilan enzim. Sekiranya organisma penghasil enzim adalah kulat, ini boleh dikeluarkan dengan sentrifugasi pada kelajuan rendah. Sekiranya sumber enzim adalah bakteria, bakteria sering di flokulasi dengan aluminium sulfat atau kalsium klorida, yang menafikan muatan pada membran bakteria, menyebabkannya bergumpal dan karenanya keluar dari suspensi.

Rawatan

Enzim ekstraselular terdapat dalam komponen cecair dalam proses pra-rawatan. Walau bagaimanapun, enzim intraselular memerlukan rawatan yang lebih luas. Biomassa dapat dipusatkan dengan sentrifugasi dan dicuci untuk menghilangkan komponen medium. Komponen sel kemudian mesti pecah untuk melepaskan kandungan enzim. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan satu atau lebih proses berikut:

  • & # x02022 penggilingan bola (menggunakan manik kaca)
  • & # x02022 penyingkiran enzim dari dinding sel
  • & # x02022 membekukan & # x02013melancarkan kitaran
  • & # x02022 ricih cair melalui lubang kecil pada tekanan tinggi (mis. dalam akhbar Perancis)
  • & # x02022 kejutan osmotik
  • & # x02022 sonikasi.

Pemisahan enzim dari larutan yang dihasilkan kemudian melibatkan pelbagai proses pemisahan, yang sering digunakan secara berurutan.

Langkah pertama dalam prosedur pemurnian enzim biasanya melibatkan pemisahan protein dari komponen bukan protein dengan proses pengenceran. Protein kekal dalam larutan berair kerana interaksi antara asid amino hidrofilik (suka air) dan molekul air sekitarnya (pelarut). Sekiranya kekuatan ion pelarut meningkat dengan menambahkan agen seperti ammonium sulfat, sebahagian molekul air akan berinteraksi dengan ion garam, sehingga mengurangkan bilangan molekul air yang ada untuk berinteraksi dengan protein. Dalam keadaan seperti itu, apabila molekul protein tidak dapat berinteraksi dengan pelarut, mereka saling berinteraksi, saling membeku dan keluar dari larutan dalam bentuk endapan. Endapan ini (yang mengandungi enzim minat dan protein lain) kemudian dapat disaring atau disentrifugasi, dan dipisahkan dari supernatan.

Oleh kerana protein yang berlainan bervariasi sejauh mana mereka berinteraksi dengan air, adalah mungkin untuk melakukan proses ini dengan menggunakan serangkaian penambahan amonium sulfat, meningkatkan kekuatan ion secara bertahap dan menghilangkan endapan pada setiap tahap. Oleh itu, pemendapan pecahan seperti itu tidak hanya mampu memisahkan protein dari komponen bukan protein, tetapi juga dapat memungkinkan pemisahan enzim yang menarik dari beberapa komponen protein yang lain.

Seterusnya pelbagai teknik dapat digunakan untuk pemurnian lebih lanjut, dan langkah-langkah yang melibatkan kromatografi adalah praktik standard.

Kromatografi pertukaran ion selalunya berkesan pada peringkat awal proses pemurnian. Larutan protein ditambahkan ke lajur yang mengandungi polimer tidak larut (mis. Selulosa) yang telah diubah suai sehingga ciri ionnya akan menentukan jenis ion bergerak (iaitu kation atau anion) yang menariknya. Protein yang muatan bersihnya berlawanan dengan bahan pertukaran ion akan mengikatnya, sedangkan semua protein lain akan melalui lajur. Perubahan pH seterusnya atau pengenalan larutan garam akan mengubah daya elektrostatik, yang memungkinkan protein yang ditahan dilepaskan ke dalam larutan semula.

Penapisan gel dapat digunakan pada tahap selanjutnya dari protokol pemurnian untuk memisahkan molekul berdasarkan ukuran molekul. Lajur yang mengandungi lapisan zarah gel yang bersilang seperti Sephadex digunakan. Zarah-zarah gel ini mengecualikan molekul protein besar sambil membenarkan kemasukan molekul yang lebih kecil. Pemisahan berlaku kerana molekul protein yang lebih besar mengikuti jalan turun lajur antara zarah-zarah Sephadex (menempati pecahan isipadu lajur yang lebih kecil). Oleh itu, molekul yang lebih besar mempunyai masa elusi yang lebih pendek dan diperoleh semula terlebih dahulu dari lajur penapisan gel.

Kromatografi pertalian prosedur sering kali membolehkan protokol pemurnian dipermudahkan secara substansial. Biasanya, berkenaan dengan pemurnian enzim, lajur akan dibungkus dengan fasa pegun partikulat yang mana molekul ligan seperti analog substrat, penghambat atau kofaktor enzim yang berminat akan terikat dengan kuat. Semasa campuran sampel disalurkan melalui lajur, enzim berinteraksi dengan, dan mengikat, ke ligan yang tidak bergerak, ditahan di dalam lajur kerana semua komponen lain dari campuran melewati lajur tanpa diturunkan. Selanjutnya larutan ligan diperkenalkan ke lajur untuk melepaskan (elute) dan dengan itu memulihkan enzim terikat dari lajur dalam bentuk yang sangat disucikan.

Kini terdapat banyak prosedur kromatografi afinitas alternatif yang dapat memisahkan enzim dengan mengikat ke kawasan molekul dari tempat aktifnya. Kemajuan dalam biologi molekul memungkinkan kita membersihkan protein rekombinan, termasuk enzim, melalui penandaan afinitas. Dalam pendekatan khas gen untuk enzim yang diminati akan dimodifikasi untuk memberi kod untuk urutan asid amino pendek yang lebih jauh di terminal N- atau C-. Sebagai contoh, pelbagai prosedur penandaan polyhistidine tersedia untuk menghasilkan produk protein dengan enam atau lebih residu histidin berturut-turut di hujung terminal N- atau C- mereka. Apabila campuran yang mengandungi protein yang diberi label kemudian dilewatkan melalui lajur yang mengandungi resin agarosa nikel-nitrilotriasetik (Ni-NTA), residu histidin pada protein rekombinan mengikat ion nikel yang melekat pada resin sokongan, menahan protein , whilst other protein and non-protein components pass through the column. Elution of the bound protein can then be accomplished by adding imidazole to the column, or by reducing the pH to 5-6 to displace the His-tagged protein from the nickel ions.

Such techniques are therefore capable of rapidly and highly effectively isolating an enzyme from a complex mixture in only one step, and typically provide protein purities of up to 95%. If more highly purified enzyme products are required, other supplemental options are also available, including various forms of preparative electrophoresis e.g. disc-gel electrophoresis and isoelectric focusing.

Finishing of enzymes

Enzymes are antigenic, and since problems occurred in the late 1960s when manufacturing workers exhibited severe allergic responses after breathing enzyme dusts, procedures have now been implemented to reduce dust formation. These involve supplying enzymes as liquids wherever possible, or increasing the particle size of dry powders from 10 μm to 200� μm by either prilling (mixing the enzyme with polyethylene glycol and preparing small spheres by atomization) or marumerizing (mixing the enzyme with a binder and water, extruding long filaments, converting them into spheres in a marumerizer, drying them and covering them with a waxy coat).


Cellulase Digestive Enzyme

Cellulase is an important part of the non-human produced enzymes which breaks down cellulose. Cellulase is a class of enzymes that is produced by the fungi bacteria and protozoans that generate cellulolysis. The purpose of cellulase in the human body and digestive health is to break down cellulose and convert it to beta-glucose. Once the cellulose is converted to beta-glucose it is ready to be absorbed by the intestines.

To get the adequate amounts of cellulase into our system humans usually get it from the consumption of plants. Once digested the plant cells the cellulase is in our system and ready to aid humans in the process of digestion. Since humans can’t generate cellulase naturally and the breakdown of cellulose is important to our overall health there are ways of supplementing cellulase.

The purpose of cellulase is to make sure humans get beta-glucose from cellulose foods. The reason why this process is important is that why the beta-glucose extraction cellulose becomes very unfriendly as far as digestion goes. Without cellulase, cellulose can cause many unwanted side effects with our digestive system. Many of the digestive health side effects come in the form of acid reflux, upset stomach, bloating, gas, indigestion and constipation/diarrhea.

To make sure these side effects are kept to a bare minimum it is suggested that people supplement cellulase as it is difficult to gauge the plant eating routines of most average humans. As we age our naturally produced enzymes don’t produce as rapidly as they once did and the strain of cellulose without the help of cellulase causes much of the other natural enzymes in our body to become overworked.

Besides the breakdown of cellulose the benefits of cellulase go beyond digestive help. Cellulase is known to help control blood sugar levels as well as preserving optimal cholesterol levels and lowering cholesterol levels. Cellulase has also been known to eliminate toxic chemicals within our system which helps our immune system a great deal. There are many foods that contain bacteria and pathogens that force the immune system to aid in the process of digestion.

With an enzyme like cellulase, your immune system is given a boost and you’ll feel a difference. It’s important as well that you start eating foods that your body needs for proper nutrition and function. What cellulase does is help your overall digestive system and by way of this help you’ll notice a reduction in many unwanted digestive side effects.

Cellulase is one of the more vital enzymes needed for a healthy digestive system and a healthy body. It’s important to know that it’s not the only enzyme that our body needs to keep our digestive system healthy along with keeping us up to speed to as well. Find a good blend of enzymes that will help the many foods and ingredients digest the right way in our bodies is crucial. As we age, the amount of enzymes we produce lowers and having a healthy digestive system will create other benefits that lead to being a healthier person.

If you decide to supplement your body with certain enzymes, it is very important to choose a product that has very pure ingredients and will show results. Take a look at our top ranked digestive enzyme blend and see how it can help your digestive issues.


Assimilation (biology)

Assimilation is the process of absorption of vitamins, minerals, and other chemicals from food within the gastrointestinal tract, as part of the nutrition of an organism. In humans, this is always done with a chemical breakdown (enzymes and acids) and physical breakdown (oral mastication and stomach churning). The second process of bio assimilation is the chemical alteration of substances in the bloodstream by the liver or cellular secretions. Although a few similar compounds can be absorbed in digestion bio assimilation, the bioavailability of many compounds is dictated by this second process since both the liver and cellular secretions can be very specific in their metabolic action (see chirality). This second process is where the absorbed food reaches the cells via the liver.

Most foods are composed of largely indigestible components depending on the enzymes and effectiveness of an animal's digestive tract. The most well-known of these indigestible compounds is cellulose the basic chemical polymer in the makeup of plant cell walls. Most animals, however, do not produce cellulase the enzyme needed to digest cellulose. However some animal and species have developed symbiotic relationships with cellulase-producing bacteria (see termites and metamonads.) This allows termites to use the energy-dense cellulose carbohydrate. [1] Other such enzymes are known to significantly improve bio-assimilation of nutrients. Because of the use of bacterial derivatives, enzymatic dietary supplements now contain such enzymes as amylase, glucoamylase, protease, invertase, peptidase, lipase, lactase, phytase, and cellulase.


Difference between Starch and Cellulose

Cellulose and starch are similar polymers that have the same glucose-based repeat units and are made of same glucose, and monomer. The main difference between them is humans can eat starch but are not able to digest cellulose. The key difference is in the linkage of the glucose bonds. Cellulose has beta 1,4 linkage while starch has alpha 1,4 linkage. Cellulose occurs in nature as pure cellulose, lignin or hemicellulose. Whereas starch occurs in the form of amylopectin and amylose. Cellulose is not fit for human consumption whereas starch can be consumed by humans.

Difference between Starch and Cellulose:

  • Starch is formed by the glycosidic linkage between α (1→4) and α (1→6) and it is a polymer of α-D glucose. C1-O-C4 looks like “V”. The position of the -OH group enables the glucose rings to either form straight chains or branch out to create helical structures and multiple coils.
  • Starch is not a single polymer. Starch is formed by the simple chained poly glucose, amylose, and branched-chain poly glucose, amylopectin. It is a coiled and branched molecule containing side chains that can be rapidly hydrolyzed to provide energy.
  • Starch is the stored carbohydrate of the cell, which is semi-soluble in water. It is a large molecule that is insoluble in water (due to strong London forces between molecules) therefore has no osmotic effect on cells.
  • It is easily digestible and is used as food animals. It is also a compact polysaccharide, therefore, it contains a lot of glucose in a small space in the cell (so it is an efficient source of energy).
  • It is a non-crystalline powder
  • Easily hydrolyzed.
  • Forms blue color with iodine.
  • The Starch is less weak than cellulose and can be dissolved in warm water.

Starch is one of the most common types of carbohydrates ideal for human consumption. When used for industrial purposes, starch is used for the production of whiskey, beer, and biofuel.

  • Cellulose is formed by β (1→4) glycosidic linkage and it is a polymer of β-D glucose C1-O-C4 looks like “A”-“V”-“A” alternatively. It is made up of 1 type of beta-glucose units linked together by glycosidic bonds.
  • Cellulose is a simple chain of poly glucose. Cellulose chains are joined together by hydrogen bonds to form cellulose microfibrils which are arranged in a matrix of hemicelluloses.
  • Cellulose is the structural element which forms plant body and fibers. It is totally insoluble in water. It is available as lignin, hemicellulose, and pure cellulose.
  • It is not digestible and so is not eaten a portion of food. It is used in producing cloth, furniture, etc. Only specific animals such as ruminants and termites are capable of digesting cellulose due to the unique microorganisms present in their gut.
  • It can be found in the form of fibers, and solid sheets
  • Not easily hydrolyzed.
  • No such change occurs with iodine.
  • Cellulose is stronger than starch and is insoluble in water.

Cellulose is widely used in manufacturing paper and paperboard. In other industries, it is also used in making cotton and wood pulp.

In starch, the position of glucose repeat units is in the same direction whereas, in cellulose, each successive glucose unit is rotated 180 degrees. Some of the uses of cellulose are in the derivation of rayon, cellophane, etc. Commercially it is used as the main component in the paper industry as well as in the making of cloths such as linen and like cotton.


Rujukan

[1] B. R. Hames, "Biomass Compositional Analysis for Energy Applications," Methods Mol. Biol. 581, 145 (2009).

[2] S. Deguchi, K. Tsujii and K. Horikoshi, "Cooking Cellulose in Hot and Compressed Water," Chem. Commun. 61, 3293 (2006).

[4] R. Kumar, S. Singh, and O. V. Singh, "Bioconversion of Lignocellulosic Biomass: Biochemical and Molecular Perspectives," J. Ind. Microbiol. Bioteknologi. 35, 377 (2008).

[5] R. Wallace et al., "Feasibility Study for Co-Locating and Integrating Ethanol Production Plants from Corn Starch and Lignocellulosic Feedstocks," U.S. National Renewable Energy Laboratory, NREL/TP-510-37092, January 2005.

[6] L. R. Lynd et al., "How Biotech Can Transform Biofuels," Nat. Bioteknologi. 26, 169 (2008).

[7] A. Carroll and C. Somerville, "Cellulosic Biofuels," Annu. Pendeta Plant Biol. 60, 165 (2009).