Cellulosa är en komplex sockermolekyl som är sammansatt av långa kedjor av glukosmolekyler. För att omvandla cellulosa till biobränslen måste den först brytas ner till glukosmolekyler. Denna process, känd som cellulosahydrolys, utförs vanligtvis av enzymer som kallas cellulaser.
Men nedbrytningen av cellulosa är ofta långsam och ineffektiv på grund av förekomsten av molekylära vägspärrar. Dessa vägspärrar inkluderar lignin, en komplex polymer som täcker ytan av cellulosafibrer, och hemicellulosa, en annan typ av sockermolekyl som är nära förknippad med cellulosa.
I sin studie använde forskarna en kombination av experimentella och beräkningstekniker för att undersöka hur dessa molekylära vägspärrar hämmar aktiviteten hos cellulaser. De fann att lignin och hemicellulosa båda kan blockera de aktiva platserna för cellulaser, vilket hindrar dem från att binda till och bryta ner cellulosa.
Forskarna fann också att närvaron av lignin och hemicellulosa också kan bromsa diffusionen av cellulaser till cellulosaytan. Det betyder att det tar längre tid för enzymerna att nå cellulosan och börja bryta ner den.
Resultaten av denna studie kan hjälpa forskare att designa cellulaser som är mer resistenta mot molekylära vägspärrar. Detta skulle kunna leda till mer effektiv och kostnadseffektiv produktion av biobränsle.
"Vår studie ger en detaljerad förståelse för hur molekylära vägspärrar hämmar nedbrytningen av cellulosa", säger ledande forskare Jennifer Reed, en postdoktor vid Institutionen för kemi vid UC Berkeley. "Denna information kan användas för att designa cellulaser som är mer effektiva för att bryta ner cellulosa för biobränsleproduktion."
Forskargruppen arbetar nu med att designa nya cellulaser som är mer resistenta mot molekylära vägspärrar. De hoppas att dessa enzymer en dag skulle kunna användas för att producera biobränslen mer effektivt och kostnadseffektivt.
