Günümüzde fosil yakıtların giderek tükenmesi ve çevresel sorunlara yönelik kaygıların artması ile insanlar yenilenebilir enerji üretimine yönelmiştir. Bu bağlamda insanoğlu hammadde arayışına girmiştir. Hammadde olarak büyük bir potansiyele sahip olduğu düşünülen ve doğada en fazla bulunan organik polimerlerden biri olan selüloz dikkatleri üzerine çeken sürdürülebilir bir biyoyakıt hammaddesidir. Bitki hücresinin canlılığı için hücre duvarında zorunlu olarak bulunan selüloz, milyonlarca tonluk bir atık olarak doğada bulunduğu için kolay elde edilebilir bir hammadde olarak gözükür. Asıl önemli olan nokta selülozun parçalanmasıdır. Selüloz, doğada parçalanması oldukça zor ve karmaşık bir süreç gerekitirir1 ve biyolojik depolimerizasyona çok dirençlidir2. Tamamı glikoz moleküllerinden oluşsa da mikrofibril yapısı ile birlikte lignin, hemiselülozlar gibi bitki hücre duvarı bileşenleri ile birlikte girdiği etkileşimler selülozun parçalanmaya olan direncini artırmaktadır. Bu durum ayrıca karmaşık enzimatik reaksiyonları da beraberinde getirmektedir. Biyoetanol üretiminde selülozun parçalanması ile üretilen biyoetanol miktarı, selülozun parçalanmadan üretilen miktarına oranla fazladır. Fakat bu durum selülozun parçalanması için beraberinde büyük bir teknolojik zorluk getirmektedir. 2
Araştırmacılar, selülozun parçalanma sürecinin temelden çözülmesini amaçladılar. Çalışmalarında ikinci nesil olarak adlandırılan gıda dışı kaynaklardan etanol üretimini artırarak biyoetanol üretimini daha geniş bir endüstriye yaymak için bir enzim elde ettiler. Selüloz Oksidatif Parçalayıcı Enzim (CelOCE) denilen bu enzim, birçok enzimin açamadığı selülozun inatçı kristal kilitleri oksidatif yolak ile parçalayarak diğer enzimlerin, parçalanan selülozu bir sonraki parçalanmasına hazır hale getirmektedir. Bu durum, CelOCE’in görevinin son ürünü oluşturmaktan ziyade selülozun diğer enzimlere daha erişebilir kılmak için ürün oluşturmak olduğu anlamına gelmektedir. CelOCE bulunana kadar monooksijenaz enzim ailesinin selülozu parçalayıcı tek redoks çözümü olduğunu düşünülüyordu. Fakat CelOCE’nin bulunması ile bu katalitik enzimin selülozu nasıl parçaladığını anlayabilmek için yapısal analizler yapılmıştır. Ayrıca monooksijenazlardan farkını da ortaya koymak istenmiştir.
CelOCE, iki anti-paralel β-tabakasından oluşan kompakt bir jöle-rulo katlaması benimser.2 CelOCE iki özdeş alt birimden oluşan homodimerik yapıya sahip bir protein iken monooksijenazlar genellikle monomeriktir. Homodimerik yapı, fonksiyonel olarak aktif bölgenin stabilitesini artırarak yapısal bütünlük sağlar. Aktif bölge yani karşılıklı bölgelerde bulunan enzimin aktif bölgesi, selülozla etkileşime girmeye özelleşmiş cep benzeri bir düzlemsel alandan oluşmaktayken monooksijenazların düz, açık yüzeysel aktif bölgesi bulunur.2 CelOCE enziminin en önemli farkı ise selülozu monookijenazlara nazaran farkı yolla redokslayarak özgül ürünler oluşturmasıdır. Ayrıca bu enzim sadece selüloza bağlanarak substratı daha da spesifik hale getirmiş olmaktadır. CelOCE’nin selülozu parçalamasında, enzimin dimer alt birimlerinden biri selüloz lifinin ucunu tanıyarak bağlanır. Diğer alt birim ise kristal kararlılığını bozarak bir sonraki aşamadaki enzime substrat üretmek için ikinci bir oksidaz aktivitesi gerçekleştirerek selülozu daha erişilebilir hale getirmektedir.
CelOCE enzimi endüstriyel kullanım için de uygundur. Enzimin bu denli özgünlüğü, kendi kendine yetebilen bir katalitik olmasıdır. Bu enzimin kullanılabilmesi Dünya için önem arz etmektedir. Bunun sebebi ise artan nüfus ile birlikte yükselen enerji talebine çevreci bir yöntem sunarken iklim krizi eşiğinde olan Dünya için sürdürülebilir ve düşük emisyonlu bir çözüm sunmasıdır.
Elde edilen son verilere göre ürün verimi %60-70 arasında değişmektedir. Üretilen yüz milyon tonlarca biyoyakıt olmasına karşın verim yüksek gibi gözükmektedir. Ancak verimin %100’e yakın olmaması kullanılmamış büyük bir miktar substratın varlığını göstermektedir.
Kaynaklar