Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, hebben ontdekt hoe moleculaire wegversperringen de afbraak van cellulose, het hoofdbestanddeel van de celwanden van planten, vertragen tot suikers die kunnen worden gefermenteerd tot biobrandstoffen. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, kunnen wetenschappers helpen bij het ontwerpen van enzymen die cellulose efficiënter afbreken voor de productie van biobrandstoffen.

Cellulose is een complex suikermolecuul dat is samengesteld uit lange ketens van glucosemoleculen. Om cellulose om te zetten in biobrandstoffen moet het eerst worden afgebroken tot glucosemoleculen. Dit proces, bekend als cellulosehydrolyse, wordt doorgaans uitgevoerd door enzymen die cellulasen worden genoemd.

De afbraak van cellulose verloopt echter vaak langzaam en inefficiënt vanwege de aanwezigheid van moleculaire wegversperringen. Deze wegversperringen omvatten lignine, een complex polymeer dat het oppervlak van cellulosevezels bedekt, en hemicellulose, een ander type suikermolecuul dat nauw verbonden is met cellulose.

In hun onderzoek gebruikten de onderzoekers een combinatie van experimentele en computationele technieken om te onderzoeken hoe deze moleculaire wegversperringen de activiteit van cellulasen remmen. Ze ontdekten dat lignine en hemicellulose beide de actieve plaatsen van cellulasen kunnen blokkeren, waardoor ze zich niet aan cellulose kunnen binden en deze niet kunnen afbreken.

De onderzoekers ontdekten ook dat de aanwezigheid van lignine en hemicellulose ook de diffusie van cellulasen naar het celluloseoppervlak kan vertragen. Dit betekent dat het langer duurt voordat de enzymen de cellulose bereiken en beginnen af ​​te breken.

De bevindingen van deze studie kunnen wetenschappers helpen cellulasen te ontwerpen die beter bestand zijn tegen moleculaire wegversperringen. Dit zou kunnen leiden tot een efficiëntere en kosteneffectievere productie van biobrandstoffen.

"Onze studie geeft een gedetailleerd inzicht in hoe moleculaire wegversperringen de afbraak van cellulose remmen", zegt hoofdonderzoeker Jennifer Reed, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling scheikunde van UC Berkeley. "Deze informatie zou kunnen worden gebruikt om cellulasen te ontwerpen die efficiënter zijn in het afbreken van cellulose voor de productie van biobrandstoffen."

Het onderzoeksteam werkt nu aan het ontwerpen van nieuwe cellulasen die beter bestand zijn tegen moleculaire wegversperringen. Ze hopen dat deze enzymen op een dag kunnen worden gebruikt om biobrandstoffen efficiënter en kosteneffectiever te produceren.