Bilgi Bankası

Selülaz

Selülaz, bitkilerde selüloz mikrofibrillerini glikoz birimlerine parçalayan hidrolitik enzim grubudur.
Temel reaksiyon:

Selu¨loz+H2O→Selobioz→GlikozSelüloz + H₂O → Selobioz → Glikoz

Arpada bu enzim, hücre duvarı yenilenmesi, çimlenme ve patojen yanıtı gibi süreçlerde görev yapar.
Üç ana alt gruptan oluşur:

  1. Endo-β-1,4-glukanaz (EG): Selüloz zincirini iç kısımdan keser.

  2. Ekzo-β-1,4-glukanaz (CBH): Zincir uçlarından selobioz çıkarır.

  3. β-glukosidaz (BGL): Selobiozu glikoza dönüştürür.

Biyosentezi ve Lokalizasyonu

  • Arpada HvCel1–HvCel9 gen ailesi selülaz aktivitesini kodlar.

  • Selülazlar genellikle:

    • Kök ve koleoptil dokularında (büyüme noktalarında),

    • Embriyo ve aleuron tabakasında (çimlenme sırasında),

    • Yaprak ve gövdede (yenilenme ve patojen yanıtında) bulunur.

  • Hormonlar (GA₃, IAA), selülaz genlerinin transkripsiyonunu uyarır.

Fizyolojik Rolleri

Süreç Rol Tarımsal Önemi
Çimlenme Endosperm duvarlarının parçalanması Embriyo beslenmesi ve çıkış gücü
Büyüme Hücre duvarı gevşemesi Sürgün ve kök uzaması
Patojen yanıtı Hücre duvarı yeniden yapılanması Savunma mekanizması
Senesens (yaşlanma) Hücre duvarı geri dönüşümü Besin mobilizasyonu
Stres adaptasyonu Mekanik ve oksidatif stres yanıtı Esneklik ve dayanıklılık artışı

Arpada Özel Rolü

  • Arpada çimlenme sırasında aleuron tabakasında aktifleşen endo-β-1,4-glukanaz, endospermdeki hücre duvarlarını çözerek amilaz ve proteazların difüzyonunu kolaylaştırır.

  • HvCel3 geni, özellikle GA₃ etkisiyle aktive olur.

  • Kuraklık ve tuzluluk koşullarında düşük düzeyde indüklenir; bu da kök büyümesini sınırlayabilir.

  • Patojen saldırısında, selülazla birlikte β-1,3-glukanaz ve kitozanaz aktivitesi artar.

Aktiviteyi Etkileyen Faktörler

Faktör Artırıcı Etki Baskılayıcı Etki Açıklama
pH 5.0–6.0 optimum <4.5 veya >7.0 → ↓ Asidik ortamda maksimum
Sıcaklık 30–40 °C optimum >50 °C → ↓ Termal denge sınırlı
Hormonlar GA₃, IAA → ↑ ABA → ↓ Çimlenme kontrolü
Metal iyonları Ca²⁺ stabilize eder Hg²⁺, Cu²⁺ inhibe eder Enzim yapısı bozulabilir
Nem durumu Optimum su → ↑ Kuraklık → ↓ Hücre duvarı aktivitesi suya bağlı
Işık Orta düzeyde artırır Karanlıkta azalır Enerji dengesine bağlı

Eksiklik ve Fazlalık Belirtileri
Durum Belirti Sonuç
Eksiklik Zayıf çimlenme, kısa kök Endosperm çözünememesi
Fazlalık Aşırı doku yumuşaması Doku dayanıklılığında azalma
Dengesizlik Lignin ve selüloz oranı bozulur Kök esnekliği ve mukavemet kaybı

Uygulama Alanları

1. Çimlenme ve Malt Endüstrisi:

  • Arpada selülaz, maltlama sürecinde endosperm çözünürlüğünü artırarak enzim difüzyonunu kolaylaştırır.

  • Malt kalitesi, kısmen selülaz + amilaz sinerjisine bağlıdır.

2. Bitki Büyüme Düzenlemesi:

  • Selülaz aktivitesi, GA₃ uygulaması sonrası kök ve sürgün uzamasında artar.

3. Savunma Fizyolojisi:

  • Patojen saldırısında, selülaz aktivitesi duvar modifikasyonuyla bağışıklık tepkisini destekler.

Diğer Enzimlerle Karşılaştırmalı Rol

Enzim Rol Selülaz ile İlişki
Pektinaz Pektik maddeleri parçalar Selülaz ile duvar gevşemesinde birlikte çalışır
Xilanaz Hemiselülozu hidrolize eder Selülazla sinerjik etki gösterir
Kitozanaz / Glukanaz Hücre duvarı savunma enzimleri Aynı patojen yanıt ağında
Amilaz Nişasta hidrolizi Çimlenmede birlikte etkindir
Peroksidaz (POD) Lignifikasyon Selülaz etkisine zıt (sertleştirici) rol

Araştırma Bulguları

  • Türkiye (Konya, Eskişehir): Maltlama sırasında selülaz aktivitesi 72 saatte maksimuma ulaşmış, çözünür madde oranı %25 artmıştır.

  • İran: GA₃ uygulaması, HvCel3 gen ekspresyonunu 4 kat artırmıştır.

  • Çin: Tuz stresinde düşük selülaz aktivitesi kök büyümesini %15 azaltmıştır.

  • İspanya: Yüksek sıcaklıkta (35 °C) HvCel5 aktivitesi 2,5 kat artmış; bu durum ısı stresine karşı dokusal adaptasyonu sağlamıştır.

Aktiviteyi Artıran Faktörler

  • GA₃, IAA, kitosan uygulamaları

  • Orta sıcaklık ve nem

  • Maltlama koşullarında kontrollü oksijen

  • Ca²⁺ desteği

  • Hafif mekanik stres

Aktiviteyi Baskılayan Faktörler

  • ABA birikimi

  • Kuraklık ve düşük nem

  • Yüksek pH (>7)

  • Ağır metal iyonları (Cu, Hg, Pb)

  • Soğuk depolama koşulları

Teknik Değerlendirme

  • Selülaz, arpada hem çimlenme fizyolojisinin hem de endüstriyel maltlama sürecinin kilit enzimlerinden biridir.

  • Aktivite seviyesi, duvar yumuşaması–dayanıklılığı dengesini belirler.

  • Fazla aktivite → dokusal zayıflık;
    düşük aktivite → çimlenme gecikmesi veya malt kalitesinde düşüş.

  • Selülaz–Pektinaz–Xilanaz üçlüsü, hücre duvarının kontrollü çözünmesinden sorumludur.

Optimum koşullar:

  • pH: 5.5 ± 0.5

  • Sıcaklık: 35 °C civarı

  • GA₃ ve uygun nem seviyesi gereklidir.

İlaç Önerileri