Tselluloosi uurimisgrupp

Struktuursed polüsahhariidid - tselluloos ja kitiin - kätkevad endas tohutut taastuvsüsiniku varu. Nende ensüüm-vahendatud väärindamine pakub rohelist ja jätkusuutlikku alternatiivi traditsioonilisele, nafta kasutamisel põhinevale tööstusele. Paraku muudab tselluloosi ja kitiini kristalliline ehitus nad ensüümidele raskesti lagundatavaks, sellest ka koondnimetus tõrksad polüsahhariidid. Optimaalsete ensüümsegude väljatöötamine eeldab üksikute ensüümide toimemehhanismide põhjalikku tundmist. Ensüümide toimemehhanismi ja kineetika detailne kirjeldamine ongi meie uurimistöö põhisuunaks.
Tõrksate polüsahhariidide (tselluloos ja kitiin) ensümaatiline lagundamine
Tulenevalt tselluloosi ja kitiini kristallilisest ehitusest on nende ensümaatiline lagundamine tahke-vedelik piirpinnal toimuv heterogeenne katalüüs, mis hõlmab rea erinevaid vaheetappe. Oluliseks sammuks kogureaktsiooni kiiruse suurendamise suunas on kiirust piirava vaheetapi (n.ö pudelikaela) välja selgitamine. Meie uurimisrühma n.ö. tugevuseks on üksikute vaheetappide kiiruse mõõtmist võimaldavate uudsete meetodite välja töötamine ja juurutamine. Eeltoodud lähenemine on meil võimaldanud määrata glükosiid hüdrolaaside (erinevad tsellulaasid ja kitinaasid) protsessiivsust ja erinevate vaheetappide nagu, assotsiatsioon, dissotsiatsioon ja glükosiidse sideme hüdrolüüs, toimumise kiirust iseloomustavate konstantide väärtusi. Lisaks traditsioonilistele glükosiid hüdrolaasidele oleme keskendunud ka lüütilistele polüsahhariid monooksügenaasidele (LPMOd). LPMOd on hiljuti avastatud tõrksate polüsahhariidide lagundamises osalevad redoksensüümid. Nende toimimise ja kineetika mõistmine kätkeb endas suurt potentsiaali tõrksate polüsahhariidide lagundamise ja modifitseerimise efektiivsuse tõstmisel.  

Redoksreaktsioonid lignotselluloosi lagundamisel
LPMOd vajavad oma toimimiseks nii elektrone (redutseeriat), kui ka H2O2/O2 kosubstraati (oksüdeeriat). LPMOde olulisuse teadvustamine on kõrgendatud tähelepanu alla tõstnud redoksreaktsioonide osaluse lignotselluloosi (taime rakukesta põhikomponent) lagundamisel. Siin keskendume ensüümkaskaadide väljatöötamisele, mis võimaldaks optimaalseid tingimusi LPMOde aktiivsuse ja stabiilsuse tagamiseks keerulises redoksaktiivses keskkonnas. Lisaks LPMOdele oleme huvitatud ligniinil ja tema laguproduktidel aktiivsetest ensüümidest nagu erinevad lakaasid, peroksüdaasid ja oksüdaasid.

Päises kasutatud skeem: LPMO vahendatud tselluloosi lagundamise keeruline reaktsioon, kus kõik ei sõltu ainult ensüümist. (autor: Priit Väljamäe)