Из бактерий достаточно подробно изучены целлюлазные системы у Cellulomonas fimi и Pseudomonas fluorescens subsp. сellulosa и актиномицета Thermomonospora fusca.

Грам-положительная бактерия С. fimi образует эндоглюканазы CenA, В, С и D, целлобиогидролазы CbhA и B, экзоглюканазу-ксиланазу Сех и ксиланазы XynD1 и XynD2. СеnA имеет КД семейства 6/B и N-концевой ЦСД типа IIa, разделенные линкером. СеnB – большой мультидоменный белок с КД семейства 9/Е2 и жестко связанным с ним ЦСД типа IIIb, а также С-концевым ЦСД типа IIa. Между обоими ЦСД находятся разделенные линкерами три повтора фибронектин III-подобного домена, отвечающие, вероятно, за связывание фермента на клеточной мембране либо за образование внеклеточного мультисубъединичного комплекса ферментов. СеnС имеет КД семейства 9/Е1 и N-концевой повтор ЦСД типа IY, разделенные линкером. Этот тип ЦСД специфичен к аморфной, но не кристаллической целлюлозе. КД СеnD относится к семейству 5/А1, а С-концевой ЦСД – к семейству IIa; между ними расположены два фибронектин III-подобных домена.

Фермент экзоглюканаза-ксиланаза (Сех) семейства 10/F, расщепляет как целлюлозу, так и ксилан. Особенностью ЦСД Сех является его способность к прочной сорбции не только на кристаллической целлюлозе, но и на хитине, и более слабая сорбция на аморфной целлюлозе. Сех проявляет определенное сходство с целлобиогидролазой I грибов в локализации ЦСД на С-конце и в образовании продукта-дисахарида с сохранением β-конфигурации при аномерном центре. Однако она действует с невосстанавливающего конца полимерного субстрата, в противоположность грибной целлобиогидролазе I. Ферменты Cbh A и B являются типичными целлобиогидролазами, содержащими каталитические домены семейств 6/В и 48/L, соответственно.

Ферментная система термофильного актиномицета T. fusca состоит из шести компонентов (Е1-Е6), содержащих ЦСД семейства II. У Е3 (семейство КД 6/В), Е5 (5/А2) и Е6 (48/L) он расположен на N-, а у Е1 (9/Е1), Е2 (6/В) и Е4(9/Е2) – на С-конце. Два фермента, Е3 и Е6 являются экзоцеллюлазами, причем первый действует с невосстанавливающего, а второй – с восстанавливающего конца полимера. Ферменты Е1, Е2 и Е5 являются эндоцеллюлазами, а фермент Е4 по типу действия способен усиливать действие как эндо-, так и экзоцеллюлаз..

Целлюлазные системы С. fimi и актиномицетов рассматриваются как переходные между системами грибов и бактерий. Хотя у них нет характерных для грибов целлобиогидролазы I и эндоглюканазы I, принадлежащих семейству 7/С, их роль выполняют аналогичные ферменты других семейств, в частности, действующая с восстанавливающего конца экзогидролаза семейства 48/L. Общим же является наличие ферментов семейства 6/В, родственных грибной целлобиогидролазе II.

Бактерии Pseudomonas. fluorescens subsp. сellulosa образуют целлюлолитическую систему, в которую входят эндоглюканазы, целлодекстриназа, пять ксиланаз и четыре маннаназы, в дополнение к широкому спектру ферментов, отщепляющих боковые группы в гемицеллюлозах. Эндоглюканазы и целлодекстриназа помимо КД, принадлежащих семействам 5/А1 (СеlC), 5/А2 (СеlE), 9/Е1 (СеlA) и 45/К (CelB), содержат также ЦСД семейства IIa и дополнительно небольшой внутренний ЦСД семейства Х.

В ферментных системах псевдомонад, бацилл и бактерий рода Erwinia не найдены типичные целлобиогидролазы. У бацилл выявлены эндоглюканазы семейств 5/А1,2,4; 8/D и 44/J, ксиланазы семейств 10/F и 11/G, маннаназа семейства 26/I, а у бактерий рода Erwinia обнаружены сходные с бациллярными эндоглюканазы семейств 5/А2, 8/D и эндоглюканаза семейства 12/G, подобная эндоглюканазам III грибов, лишенная ЦСД. Ферменты семейства 5/А2 у разных родов Erwinia могут нести разные С-концевые ЦСД – типа IIIa как у бацилл, либо уникального типа Y, встречающегося только у CelZ E. chrysanthemi. Предполагают, что некоторые из ферментов фитопатогенных бактерий, участвуют в фитопатогенезе, облегчая проникновение микроорганизма в растительные клетки, либо образуют сигнальные молекулы-олигосахарины, регулирирующие фитоиммунные реакции.

Род Clostridium отличается обилием структурных форм целлюлаз и гемицеллюлаз. Клостридиальные ферменты можно встретить в семействах 5/А1-4, 8/D, 9/E1,2, 10/F, 11/G, 26/I, 48/L. Значительная их часть в семействах 5/А4, 9/Е1,2, 10/F, 11/G, в т.ч. еще одна целлобиогидролаза Cbh3 семейства 9/Е1, несет собственный ЦСД семейств II, III, IY, YI, IX, причем некоторые – по два ЦСД одного семейства. Кроме того, обнаружены ферменты, не содержащие ни ЦСД, ни докериновых доменов, например, эндоглюканаза С у С. thermocellum (семейство 5/А3). Считают, что такое разнообразие свидетельствует о возможном наличии у клостридий альтернативных путей деградации растительных субстратов, а так же о том, что некоторые ферменты нужны для гидролиза 1,3(4)-β-глюканов, а не целлюлозы.

Среди анаэробных бактерий наиболее изучены целлюлосомы-высокомолекулярные внеклеточные аггрегаты у Сlostridium thermocellum, которые содержат до 26 полипептидов, в том числе 12 целлюлаз эндо- и экзоглюканазного типа, три ксиланазы, ассоциированные с ацетилксиланэстеразными и ферулоилэстеразными доменами, лихеназу и некаталитический интегрирующий целлюлосому белок A (CipA) или скаффолдин. Скаффолдин содержит структурные фрагменты необходимые, во-первых, для сборки целлюлосомы из отдельных ферментов, во-вторых, - для ее фиксации на поверхности клетки и, в третьих, - для прикрепления к целлюлозному субстрату. Связывание обеспечивают консервативные гидрофобные повторы (2х24 остатка), называемые докерины I и комплементарные им рецепторы скаффолдина - когезины I. Важную роль в когезин-докериновом взаимодействии играют ионы Са²⁺. Когезиновые домены уложены в виде девяти-тяжевых β-бочек, подобных по структуре ЦСД семейств II и III, несмотря на полное отсутствие гомологии. Кроме девяти когезинов типа I скаффолдин несет ЦСД семейства III и особый тип докерина на С-конце (тип II), отличающийся структурой от гидрофобных повторов каталитических субъединиц и не взаимодействующий с когезинами типа I. Когезины типа II для этого докерина содержатся в белках, предположительно принадлежащих S-слою бактериальной клетки так как они содержат специфические для S-слоя SLH-домен (рис.35).

Рис.35. Предполагаемый механизм действия целлюлосомных и нецеллюлосомных ферментов бактерий рода Clostridium на поверхности целлюлозы (по А.В. Болобовой и др., 2002)

1- когезины разных типов; 2- линкеры; 3- каталитические домены; 4- докерины; 5- ЦСД; 6- S-слой-подобные домены

Среди ферментов целлюлосом обнаружены эндоглюканазы различных семейств и целлобиогидролазы в частности СеlS (S8), принадлежащая семейству 48/L.

У анаэробных бактерий C. cellulolyticum помимо скаффолдина присутствует шесть целлюлазных ферментов (СelA-CelF), связанных с каркасным белком когезин-докериновыми комплексами. Однако этот тип взаимодействий является видоспецифичным: когезины ферментов термофила не узнают докерины мезофила и наоборот. Кроме многообразного спектра белков в целлюлосомах обнаружены и липидные компоненты, функция которых окончательно не выяснена. Считают, что они, возможно, участвуют в когезин-докериновых гидрофобных взаимодействиях скаффолдина с белками S-слоя или отдельных ферментов со скаффолдином целлюлосомы.

Для анаэробных фикомицетных грибов родов Neocallimastix, Piromyces, Sphaeromyces, Orpinomyces рубца жвачных животных характерны ферментные системы, сходные с системами анаэробных бактерий. Они представляют белковые агрегаты из более чем 10 компонентов с активностями эндоглюканаз, ксиланаз, маннаназ, целлобиогидролаз и ферулоилэстераз. Все ферменты имеют модульную структуру и содержат один или более КД, соединенных с некаталитическими модулями линкерами и не содержат собственного ЦСД, характерного для целлюлаз аэробных грибов. В составе белкового агрегата обнаружен некаталитический белок массой около 100 кДа, проявляющий сродство к «докеринам» гриба и, очевидно, аналогичный скаффолдинам клостридий.

Разные типы организации целлюлолитических и сопутствующих активностей у аэробов и анаэробов можно объяснить различной средой обитания и транспорта продуктов гидролиза от субстрата к прикрепленной клетке микроорганизма. Аэробы секретируют ферменты в небольшой объем тонкой водной пленки, покрывающей клетку продуцента и прилегающий субстрат. Происходит иммобилизация ЦСД на субстрате вблизи клетки-продуцента и между субстратом и колонизирующим его организмом возникает устойчивый компартмент с эффективным диффузионным транспортом продуктов гидролиза в микробную клетку. У анаэробов, обитающих в большом объеме жидкости, аналогичная секреция ферментов неизбежно привела бы к потере их продуцентом, поэтому у них целлюлолитическая система упакована в целлюлосомы и полицеллюлосомы, связанные с поверхностью клетки.