1.2. Nấm mốc chịu nhiệt và khả năng thủy phân lignocellulose
1.2.2.1. Hoạt tính cellulase
Hệ thống cellulase của nấm mốc chịu nhiệt cũng bao gồm ba enzym thủy phân: endo-(1,4)–β-D-glucanase, cellobiohydrolase và β-glucosidase [13]. Một số loài nấm chịu nhiệt phân hủy cellulose mạnh nhưng cellulase tách chiết từ canh trường lại có hoạt tính rất thấp do sự phân hủy cellulose liên quan mật thiết tới hệ sợi [51]. Cellulase của nấm mốc chịu nhiệt tác động ưu tiên lên cellulose tinh thể
hơn là cellulose vô định hình. Trừ một số trường hợp ngoại lệ như Thermoascus aurantiacus [44], Humicola insolens [39], và H. grisea var. thermoidea [69], các
chủng nấm mốc này sản sinh cellulase và xylanase mạnh ngay cả trên cơ chất
hemicellulose không chứa cellulose. Với một số chủng Spothermophile rotrichum,
các disaccharide, cellobiose và lactose cũng cảm ứng quá trình sinh tổng hợp cellulase, mặc dù hiệu quả thấp [37].
Thời điểm xuất hiện của các thành phần cellulase khác nhau thay đổi tùy vào
loài. Ở Humicola insolens [38] và Thermoascus aurantiacus [45], cả ba enzyme cellulase xuất hiện đồng thời, trong khi đó với Chaetomium thermophile var. coprophile [33], β-glucosidases được sản sinh trước, sau đó mới đến endo- và
exoglucanase. Với Sporotrichum thermophile, endoglucanase và exoglucanase được
hình thành sau cùng trong quá trình phát triển của nấm. Hoạt tính β-glucosidases trong mơi trường trùng hợp với thời điểm phát triển của sợi nấm [16], [32].
Talaromyces emersonii sản xuất nhiều loại endoglucanase, exoglucanase và
β-glucosidase khác nhau. Có 4 endoglucanase khác biệt về mức độ glycosyl hóa (28-51%) đã được tinh chế. Chúng có khối lượng phân tử, điểm đẳng điện, pH và nhiệt độ tối ưu, độ bền nhiệt và hoạt tính gần tương tự nhau. Các endoglucanase (30-100 kDa) của nấm mốc chịu nhiệt đều bền nhiệt, hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 55- 80°C, pH 5.0-5.5 và hàm lượng carbohydrate khoảng 2-50%. Exoglucanase (40-70 kDa) hoạt động tối ưu ở 50-75°C, các enzyme này đều là glycoprotein. Các loại β- glucosidase khơng đồng nhất và có khối lượng phân tử khoảng 45-250 kDa, hàm lượng carbohydrate khoảng 9-50%. Nói chung, trừ tính bền nhiệt, đặc điểm phân tử của cellulase nấm mốc chịu nhiệt và nấm mốc ưa ấm tương tự nhau [58].
Một tính năng đáng chú ý của hệ thống cellulase là sự đồng bộ, nghĩa là hoạt động của một hỗn hợp của hai hay nhiều loại cellulase tốt hơn nhiều so với hoạt động riêng rẽ của mỗi một loại. Eriksen và Goksoyr (1997) đã tinh chế được các
enzyme endoglucanase, exoglucanase, và β-glucosidase từ Chaetomium thermophile var. dissitum. Mỗi loại cellulase khi hoạt động đơn lẻ trên bông cho
thấy khả năng phân giải kém, nhưng khi tất cả các loại enzyme thành phần được kết hợp, sự phân cắt bông trở nên dễ dàng hơn rất nhiều [28], [43]. Yoshioka và cộng
sự (1982) cũng đã tinh chế được một endoglucanase từ Humicola grisea var. thermoidea, khơng giống như endoglucanase từ các lồi nấm khác nó được hấp thụ
hồn toàn vào cellulose tinh thể nhưng khơng có hoạt động phân giải. Tuy nhiên, khi endoglucanase này được ủ với một exoglucanase, thậm chí của một chủng nấm mốc khác, chúng lại có hoạt động thủy phân rất tốt trên cellulose tinh thể [69].
Trong những năm 1970-1980, các nghiên cứu thực tế về khả năng phân giải cellulose của các enzyme cellulase cho thấy việc bổ sung β-glucosidase vào hỗn hợp phản ứng kích thích thủy phân cellulose tốt hơn [66]. Ảnh hưởng của β-
glucosidase được giải thích trên cơ sở khả năng thủy phân cellobiose vốn ức chế
hoạt động của các enzyme cellulase khác. Tuy nhiên, với Sporotrichum thermophile, β-glucosidase kích thích q trình thủy phân cellulose của một số
endo- và exoglucanase ngay cả khi rất ít hoặc khơng có cellobiose tích lũy trong hỗn hợp phản ứng [15]. Một giả thuyết được đưa ra là β-glucosidase có thể kết hợp với endo- và exoglucanases để tạo thành một phức hợp cellulase hoạt động phân giải tốt hơn. Phức hợp enzyme này liên kết với thành tế bào nấm, tương tự như cellulosome trong vi khuẩn [14]. Điều này có thể giải thích khả năng phân giải cellulose mạnh mẽ của một số nấm chịu nhiệt.