Les pentosanases són enzims capaços d'hidrolitzar els pentosans per donar pentoses. Per tant, són pentosanases els enzims que hidrolitzen, per exemple, l'arabinosa, anomenades genèricament arabinases que són principalment l’α-L-arabinofuranosidasa (EC 3.2.1.55) i l'endo-1,5-α-L-arabinosidasa (EC 3.2.1.99). Tot i l'existència de les arabinases, la major part de les pentosanases que es troben a la natura actuen sobre la molècula de xilà, motiu pel qual sovint a la bibliografia s'utilitza el terme de xilanasa com a sinònim de pentosanases. Per tant, en realitat les xilanases són un cas particular, tot i que majoritari, de pentosanases. De fet, a part de les xilanases pròpiament dites, que són l'exo-β-1,4-xilanasa (EC 3.2.1.37) i l'endo-β-1,4-D-xilanasa (EC 3.2.1.8), existeixen altres enzims que actuen sobre el xilà i que també s'han de considerar pentosanases, per exemple les β-xilosidases (EC 3.2.1.37), les α-D-glucuronidases (EC 3.2.1.139), les acetil xilè esterases (EC 3.1.1.72), les esterases d'àcid ferúlic (EC 3.1.1.73) i esterases d'àcid p-cumàric (EC 3.1.1.73)Polaina, J., & MacCabe, A. (2010). Industrial enzymes. Dordrecht, The Netherlands: Springer.
Pentosanases a la natura Diversos organismes han desenvolupat pentosanases per hidrolitzar els pentosans. Les arabinases han estat descrites en fongs i bacteris.Simpson, F. (1954). MICROBIAL PENTOSANASES: I. A SURVEY OF MICROORGANISMS FOR THE PRODUCTION OF ENZYMES THAT ATTACK THE PENTOSANS OF WHEAT FLOUR. Canadian Journal Of Microbiology, 1(2), 131-139. doi: 10.1139/m55-017 Per exemple, el bacteri Bacillus subtilis produeix una arabinofuranosidasa i dues arabinases que utilitza per obtenir oligòmers d'arabinosil i de L-arabinosa dels teixits de les plantes.A_review_of_xylanase_production_by_the_fermentation_of_xylan_classification_characterization_and_applications.pdf(2021). InTech-Retrieved 30 November 2021
Els enzims xilanolítics són produïts a la natura principalment per bacteris i fongs amb la finalitat de degradar els polisacàrids de la paret cel·lular vegetal, possiblement pel seu aprofitament com a font de carboni i d'energia. Entre aquests organismes, els fongs filamentosos són els que han despertat major interès com a productors d'aquests enzims en els darrers anys. La raó és que presenten elevats nivells d'activitat xilanolítica i, a més, secreten de forma freqüent els enzims desitjats al medi extracel·lular, fet que fa més fàcil la purificació d'aquests enzims com el seu ús directe en les diferents aplicacions. Són productors d'enzims xilanolítics tant els fongs Ascomycota com Penicillium, Aspergillus, Thermoascus o Trichoderma com els fongs Basidiomycota com Schyzofillium.BALL, A., & MCCARTHY, A. (1989). Production and properties of xylanases from actinomycetes. Journal Of Applied Bacteriology, 66(5), 439-444. doi: 10.1111/j.1365-2672.1989.tb05113.xHaltrich, D., Nidetzky, B., Kulbe, K., Steiner, W., & Župančič, S. (1996). Production of fungal xylanases. Bioresource Technology, 58(2), 137-161. doi: 10.1016/s0960-8524(96)00094-6 Molts d'aquests fongs són sapròfits que s'alimenten de la matèria orgànica del sòl o viuen sobre matèria vegetal en descomposició. També produeixen aquests enzims els fongs micorrizògens i els paràsits i simbionts.Holban, A., & Grumezescu, A. Advances in biotechnology for food industry. A més, també presenten activitat xilanolítica els fongs levaduriformes i els llevats. Les xilanases són un grup d'enzims extracel·lulars produïts per diversos microorganismes com bacteris (sapròfits i fitopatògens), micorrizes, llevats, fongs, actinobacteris, i a més, protozous, insectes, crustacis, caragols i algunes llavors de plantes durant la fase de germinació al terra.
Producció de pentosanases S'han estudiat diferents alternatives de substrats per a la producció de pentosanases:Simpson, F. (1959). MICROBIAL PENTOSANASES: III. SOME FACTORS AFFECTING THE PRODUCTION OF PENTOSANASES BY ASPERGILLUS NIGER AND TRICHODERMA VIRIDE. Canadian Journal Of Microbiology, 5(1), 99-107. doi: 10.1139/m59-012Steffolani, M. (2021). Efecto de las enzimas pentosanasa, glucosa oxidasa y transglutaminasa en productos de panificación. Retrieved 30 November 2021, from http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/2638
1. La glucosa, la galactosa i l'arabinosa no indueixen la producció de pentosanases per part de B. pumilus o B. polymyxa mentre que la xilosa i el pentosà soluble en aigua sí que ho fan.
2. La holocel·lulosa de la palla de blat i la L-arabinosa són els millors substrats per a la producció de pentosanasa per Trichoderma viride.
A més la pentosanasa també es pot produir en medis sintètics:
-Trichoderma viride: Afavorida per l'addició de brots de malta, solubles secs de destil·ladors o àcid glutàmic. El medi sintètic es veu afavorit per l'addició d'extracte de llevat, licor de blat de moro, brots de malta o una sèrie d'altres additius nitrogenats. Aquest medi augmenta el rendiment d'obtenció de pentosanases.
-Aspergillus niger: El medi es veu afavorit pel pentosà soluble en aigua de farina de blat, holocel·lulosa, blat i segó. El medi conté un 3% de segó mòlt, un 3% de licor de blat de moro neutralitzat amb hidròxid d'amoni i un 1% de carbonat de calci. Amb aquest medi sintètic s'obté un rendiment màxim a les 60 hores.
La pentosanasa sintetitzada a partir de medis sintètics té un pH òptim de 5,0 i es manté estable durant 30 minuts a 30 °C entre pH 4,0 i 5,8. Es precipita dels filtrats de cultiu amb etanol al 76% i emmagatzema com a pols seca a 2 °C. La pentosanasa obtinguda mitjançant medis sintètics es menté estable durant 1 any.Thacker, P., & Baas, T. (1996). Effects of gastric pH on the activity of exogenous pentosanase and the effect of pentosanase supplementation of the diet on the performance of growing-finishing pigs. Animal Feed Science And Technology, 63(1-4), 187-200. doi: 10.1016/s0377-8401(96)01028-0
Pentosans Els pentosans són polisacàrids formats per pentoses, és a dir, per monosacàrids de cinc carbonis, com ara la xilosa, l'arabinosa. La seva fórmula general és (C₅H₈O₄)n i la seva hidròlisi dona com a únic resultat pentoses.Preece, I. (1940). PENTOSANS AND RELATED PRODUCTS IN MALTING AND BREWING. Journal Of The Institute Of Brewing, 46(1), 38-48. doi: 10.1002/j.2050-0416.1940.tb06007.xFujimura, T. (1953). Studies on Pentosan Acctate. Sen'i Gakkaishi, 9(4), 160-163. doi: 10.2115/fiber.9.160Pentosan polysulfate. (1988). Reactions, 231(1), 10-10. doi: 10.1007/bf03295525
El xilà té una important funció estructural ja que es troba sobretot a la paret cel·lular secundària de les cèl·lules vegetals formant una interfase entre la lignina i altres polisacàrids.
Larabinà o arabà és un pentosà molt menys abundant que el xilà, que s'ha trobat com a component de la paret cel·lular d'algunes algues verdes i d'algunes plantes com la remolatxa.
Xilà miniatura|Fig 1. Estructura del xilà|410x410px El substrat de les xilanases, el xilà, és un polisacàrid complex compost per una cadena principal d'enllaços β-1,4 de residus de xilopiranosil que, segons l'origen vegetal, poden ser substituïts per cadenes laterals d'arabinosil, glucuronosil, metilglucuronosil, acetil, residus feruloil i p-cumaroil.Motta, F. a Review of Xylanase Production By The Fermentation of Xylan. Tot i que els hetereoxilans són els més abundants, s'han trobat homoxílans (xilans que contenen exclusivament residus de xilosa) a algunes plantes i algues, i en aquest últim cas també contenen enllaços xilosa β-1,6. La forma d'heteroxilà es troba majoritàriament a les fonts vegetals de manera que els termes glucuronoxilà i glucuronoarabinoxilà s'utilitzen freqüentment per designar els xilens de les fustes dures i les toves respectivament. Tant en els homoxilans com en els heteroxilans, el xilà presenta residus 4-O-metil-α-D-àcid glucurònic units al C-2 de la xilosa.
A les fustes toves, el xilà pot estar substituït també per α-L-arabinofuranosa en el C-3 d'aproximadament el 13% de la cadena de residus de la xilosa. En els heteroxilans, les cadenes laterals que substitueixen els residus de xilopiranosil aporten qualitats al xilà, com per exemple, la presència de grups acetil fan que aquesta pentosa sigui significativament més soluble. Quan el xilà presenta un elevat contingut de residus arabinosil es denomina arabinoxilà. És el cas de les plantes herbàcies, que presenten un elevat nombre de residus d'arabinosil units per enllaços β-1,4 al C2 i/o C3 de la xilosa. Els arabinoxilans es troben a les parets cel·lulars primàries i secundàries de les cèl·lules vegetals especialment a les gramínies, però també a la fusta dels arbres i als grans de cereals.
A més, és important destacar que el xilà és un dels polisacàrids estructurals més importants a les cèl·lules vegetals i, després de la cel·lulosa, és el segon polisacàrid més abundant a la natura, que representa aproximadament un terç de tot el carboni orgànic renovable a la Terra. El xilà constitueix el component principal de l'hemicel·lulosa, que, juntament amb la cel·lulosa (1,4-β-glucan) i la lignina (un compost polifenòlic complex) constitueixen els principals constituents polimèrics de les parets cel·lulars de les plantes. Dins de l'estructura de la paret cel·lular, els tres constituents interaccionen mitjançant enllaços covalents i no covalents, i el xilà es troba a la interfície entre la lignina i la cel·lulosa, on es creu que és important per a la cohesió de la fibra i la integritat de la paret cel·lular de les plantes. Aquest pentosà es troba a una proporció del 25% al 30% del pes sec en cereals i grans (del 32% al 36% en el segó), del 15% al 25% a la fusta dels arbres caducifolis i del 5% al 15% a la fusta de les coníferes. En fustes dures el xilà està present formant cadenes molt llargues de 150 a 200 monòmers, mentre que en fustes suaus i altres materials vegetals, forma cadenes més curtes de 70-130 monòmers.
A causa de la seva heterogeneïtat i naturalesa complexa, la descomposició completa del xilà requereix l'acció d'una gran varietat d'enzims hidrolítics. Aquests enzims es poden classificar en dos grans grups: aquells que actuen sobre la cadena principal de la xilosa i aquells que tallen les cadenes laterals. La degradació de la cadena principal de la xilosa depèn de les xilanases (EC 3.2.1.8), que tallen enllaços dins del polímer, i β-xilosidases (EC 3.2.1.37) que escindeixen els monòmers de xilosa de l'extrem no reductor dels xilo-oligosacàrids i la xilobiosa. L'eliminació de les cadenes laterals xilanes està catalitzada α-L-arabinofuranosidases (EC 3.2.1.55), les α-D-glucuronidases (EC 3.2.1.139), les acetilxilanesterases (EC 3.1.1.72), les esterases d'àcid ferúlic (EC 3.1.1.73) i esterases d'àcid p-cumàric (EC 3.1.1.73).
S'ha trobat que els sistemes enzimàtics xilanolítics, incloses totes les activitats comentades amb anterioritat, estan bastant estesos entre els fongs, els actinomicets i els bacteris, i alguns dels productors d'enzims xilanolítics més importants inclouen els Aspergilli, Trichodermi, Streptomycetes, Fanerochaetes, Chytridiomycetes, Ruminococci, Fibrobacteres, Clostridia i Bacils. Els nínxols ecològics d'aquests microorganismes són diversos i generalitzats i solen incloure ambients on el material vegetal s'acumula i es deteriora, com en el rumen dels remugants.
Xilanases Les xilanases (EC 3.2.1.8) són un tipus d'enzim endo que hidrolitzen els enllaços interns de l'esquelet del xilà en oligosacàrids més petits. Són els enzims clau per a la degradació del xilà i es diferencien per les seves especificitats respecte el polímer xilà. La majoria de xilanases també són actives sobre xilooligòmers de grau de polimerització superior a 2, mostrant afinitat creixent per xilooligòmers de longitud creixent.