الإنزيمات عبارة عن محفزات حيوية تلعب دورًا مهمًا في جميع مراحل التمثيل الغذائي والتفاعلات البيوكيميائية. إنها ذات أهمية خاصة وتستخدم كمحفزات عضوية في العديد من العمليات الصناعية. تقدم هذه المقالة نظرة عامة على الإنزيمات الميكروبية وتصنيفها.
مقدمة
تتطلب الصناعات الحيوية المختلفة إنزيمات ذات خصائص محددة لاستخدامها في معالجة الركائز والمواد الخام. تعمل الإنزيمات الميكروبية كمحفزات حيوية لإجراء تفاعلات في العمليات البيولوجية بطريقة اقتصادية وصديقة للبيئة مقارنة باستخدام المحفزات الكيميائية. يتم استخدام خصائصها الخاصة للمصالح التجارية والتطبيقات الصناعية. الإنزيمات محددة جدًا ، فهي تحفز حوالي 4000 تفاعل كيميائي حيوي. اقترح الحائز على جائزة نوبل إميل فيشر أن هذا يرجع إلى أن كلًا من الإنزيم والركيزة لهما أشكال هندسية تكميلية محددة بدقةتنسجم مع بعضها البعض.
التعريف
الإنزيمات عبارة عن جزيئات بيولوجية كبيرة مسؤولة عن كل تلك التبادلات الكيميائية المهمة والضرورية لاستمرار الحياة. إنها محفزات انتقائية للغاية يمكنها تسريع كل من معدل وخصوصية التفاعلات الأيضية التي تتراوح من هضم الطعام إلى تخليق الحمض النووي. تعتمد جميع عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث فيها على الإنزيمات التي تتكون في خلايا الكائنات الحية الدقيقة.
التاريخ
في عام 1877 ، استخدم ويلهلم فريدريش كوهني ، أستاذ علم وظائف الأعضاء في جامعة هايدلبرغ ، مصطلح "إنزيم" لأول مرة ، والذي يأتي من الكلمة اللاتينية fermentum ، والتي تعني "في الخميرة". بدأ الحصول على إنزيمات الكائنات الحية الدقيقة في اليونان القديمة. كانت تستخدم لحفظ الطعام والشراب
في عام 1783 ، ذكر القس الكاثوليكي الإيطالي الشهير لازارو سبالانزاني لأول مرة أهمية هذا الجزيء الحيوي في عمله على التولد الحيوي.
في عام 1812 ، حقق جوتليب سيغيسموند كيرشوف في إجراء تحويل النشا إلى جلوكوز. في تجربته ، سلط الضوء على استخدام الإنزيمات كعامل مساعد.
في عام 1833 ، اكتشف الكيميائي الفرنسي أنسيلم باين أول إنزيم ، دياستاس.
بعد عقود ، في عام 1862 ، أثناء دراسة تخمير السكر إلى كحول ، توصل لويس باستير إلى استنتاج مفاده أنه تم تحفيزه بواسطة قوة الحياة الموجودة في خلايا الخميرة.
الجزيئات الحيوية الموجودة في الطبيعةتم استخدامها على نطاق واسع منذ العصور القديمة في تصنيع منتجات مثل الكتان والجلد والنيلي. كل هذه العمليات كانت ناجمة عن الكائنات الحية الدقيقة - منتجي الإنزيم.
المعنى
الإنزيمات ضرورية لتسهيل التفاعلات الكيميائية. دورهم في حياة الكائنات الحية الدقيقة مهم جدا. وهو يتألف من ضمان عمليات التمثيل الغذائي ، والتنفس ، والهضم وأنواع أخرى من الحياة. عندما تعمل الإنزيمات بشكل صحيح ، يتم الحفاظ على التوازن. دور آخر للإنزيمات في الكائنات الحية الدقيقة هو تسريع عملية التمثيل الغذائي.
ميزات خاصة
خصائص إنزيم الكائنات الحية الدقيقة تشمل:
- مقاومة الحرارة ؛
- طبيعة محبة للحرارة ؛
- التسامح لتغيير نطاق الأس الهيدروجيني ؛
- استقرار النشاط عند تغيير درجات الحرارة ودرجة الحموضة ؛
- شروط رد فعل صارمة أخرى.
وهي مصنفة على أنها محبة للحرارة أو محبة للحمض أو قلوية. تقلل الكائنات الحية الدقيقة التي تحتوي على أنظمة إنزيمية قابلة للحرارة من احتمالية التلوث الجرثومي في التفاعلات الصناعية واسعة النطاق لفترات طويلة. تساعد الإنزيمات الميكروبية في زيادة نقل الكتلة وتقليل لزوجة الركيزة أثناء عملية التحلل المائي للمادة الخام.
التصنيف
بسبب النطاق الواسع للأنشطة بناءً على طبيعة تفاعلهم ، يتم تصنيف الإنزيمات وفقًا للحفز الحفزي:
- أوكسيدوروكتاز. تتضمن تفاعلات الأكسدة نقل الإلكترونات من جزيء واحدإلى آخر. في النظم البيولوجية ، هذا هو إزالة الهيدروجين من الركيزة.
- تحويلات. تحفز هذه الفئة من الإنزيمات نقل مجموعات الذرات من جزيء إلى آخر. تسهل ناقلات الأمين أو الترانساميناسات نقل مجموعة أمينية من حمض أميني إلى حمض ألفا أوكسو.
- هيدرولاز. تحفيز التحلل المائي ، وتقسيم الركائز بالماء. تتضمن التفاعلات انشقاق روابط الببتيد في البروتينات ، روابط جليكوسيدية في الكربوهيدرات ، روابط استر في الدهون. بشكل عام ، الجزيئات الأكبر حجمًا تنقسم إلى أجزاء أصغر.
- Liase. حفز إضافة المجموعات إلى الروابط المزدوجة أو تكوين الأخير بإزالة الأولى. على سبيل المثال ، تشق بكتات الليز روابط جليكوسيدية عن طريق القضاء على بيتا.
- ايزوميراز. إنها تحفز نقل المجموعات من موقع إلى آخر في نفس الجزيء. قم بتغيير هيكل الركيزة ، وإعادة ترتيب ذراتها.
- Ligases. ربط الجزيئات مع الروابط التساهمية. يشاركون في تفاعلات التخليق الحيوي ، حيث يتم تشكيل مجموعات روابط جديدة. تتطلب مثل هذه التفاعلات مدخلات من الطاقة في شكل عوامل مساعدة.
التطبيق
التخمير يستخدم في تحضير العديد من الأطعمة. يعد استخدام الإنزيمات الميكروبية في صناعة الأغذية عملية طويلة الأمد. الأنواع التالية مستخدمة على نطاق واسع:
- الأميليز. تسييل النشا ، تحسين جودة الخبز ، تنقية عصائر الفاكهة
- Glucoamylases. إنتاج البيرة والعصائر التي تحتوي على نسبة عالية من الجلوكوز والفركتوز.
- البروتياز. العطاءتخثر اللحوم والحليب.
- لاكتاز. الحد من عدم تحمل اللاكتوز في البشر ، والمكملات الغذائية البريبايوتك.
- ليباز. انتاج جبن الشيدر
- Phospholipases. إنتاج دهون الحليب المحللة بالدهون
- استيراز. تحسين طعم ورائحة عصير الفاكهة. إزالة الأسترة من الألياف الغذائية. إنتاج استرات قصيرة السلسلة.
- سليولاز. علف الحيوان.
- أوكسيديز الجلوكوز. تحسين مدة صلاحية الطعام.
- Laccases. إزالة البوليفينول من النبيذ
- كاتالاز. حفظ الأغذية. إزالة بيروكسيد الهيدروجين من الحليب قبل إنتاج الجبن
- بيروكسيداز. تنمية مذاق ولون وجودة الطعام
البروتياز
البروتياز المشتق من النظم الميكروبية من ثلاثة أنواع: حمضي ، محايد وقلوي. يحتوي البروتياز السيرين القلوي على أكبر تطبيق في الصناعة الحيوية. لديهم نشاط عالي واستقرار في ظل ظروف غير طبيعية من المعايير الفسيولوجية المتطرفة. تتميز البروتياز القلوية بخاصية الثبات العالي للنشاط الأنزيمي عند استخدامها في المنظفات. لقد وجدوا تطبيقًا واسعًا في الصناعة الحيوية:
- انتاج مساحيق الغسيل
- صناعة المواد الغذائية
- معالجة الجلود ؛
- الأدوية ؛
- بحث في البيولوجيا الجزيئية وتوليف الببتيد.
الأميليز
هذا إنزيم من الكائنات الحية الدقيقة الذي يحفز تكسير النشا إلى سكريات. كاناكتشفه وعزله أنسيلم بين في عام 1833. جميع الأميليز عبارة عن هيدرولازات جليكوزيد. تستخدم على نطاق واسع في الصناعة وتمثل ما يقرب من 25 ٪ من سوق الإنزيمات. تستخدم في صناعات مثل:
- طعام ؛
- مخبز ؛
- ورق ومنسوجات
- محليات وعصائر فواكه
- شراب الجلوكوز والفركتوز
- منظفات
- وقود الإيثانول من النشويات ؛
- مشروبات كحولية ؛
- مساعدة في الجهاز الهضمي
- مزيل للبقع في التنظيف الجاف
تستخدم أيضًا في الكيمياء السريرية والطبية والتحليلية.
Xylanase
Hemicellulose هو أحد المكونات الرئيسية للمخلفات الزراعية إلى جانب السليلوز واللجنين والبكتين. Xylan هو المكون الرئيسي لها. ازدادت أهمية مادة الزيلانيز بشكل كبير بسبب تطبيقاتها في مجال التكنولوجيا الحيوية لإنتاج البنتوز ، وتنقية عصائر الفاكهة ، وتحسين الهضم ، والتحويل الحيوي للنفايات الزراعية اللجنوسليلوزية إلى وقود ومواد كيميائية. لقد وجد تطبيقه في صناعات الأغذية والمنسوجات ولب الورق والورق والتخلص من النفايات الزراعية وإنتاج الإيثانول وعلف الحيوانات.
لاكيس
إنزيمات Liginolytic مفيدة في التحلل المائي للمخلفات الزراعية lignocellulosic ، خاصةً لتحلل اللجنين المركب وغير الضخ. إنها متعددة الاستخدامات بطبيعتها ويمكن استخدامها في عدد من العمليات الصناعية.يستخدم نظام الإنزيم lignolytic في تلوين السليلوز الحيوي وصناعات أخرى مثل تثبيت النبيذ وعصير الفاكهة ، وغسيل الدنيم ، ومستحضرات التجميل وأجهزة الاستشعار الحيوية.
ليباز
هذا إنزيم من الكائنات الحية الدقيقة الذي يحفز تكسير الدهون وتحللها. الليباز هي فئة فرعية من الإستراتز. يلعبون دورًا مهمًا في هضم ونقل ومعالجة الدهون. تشارك معظم الليباز في وضع معين على العمود الفقري للجليسرول في الركيزة الدهنية ، خاصة في الأمعاء الدقيقة. يتم التعبير عن بعضها بواسطة الكائنات المسببة للأمراض المفرزة أثناء مرض معدي. تعتبر الليباز المجموعة الرئيسية من الإنزيمات ذات القيمة التقنية الحيوية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تنوع خصائصها المطبقة وسهولة الإنتاج الضخم.
تطبيق ليباز
تشارك هذه الإنزيمات في مجموعة متنوعة من العمليات البيولوجية ، بدءًا من التمثيل الغذائي الروتيني للدهون الثلاثية في النظام الغذائي إلى الإشارات والتهاب الخلايا. تقتصر بعض أنشطة الليباز على أجزاء معينة داخل الخلايا ، بينما يعمل البعض الآخر في مساحات خارج الخلية:
- يتم إفراز الليباز البنكرياس في مساحات خارج الخلية حيث تعمل على تحويل الدهون الغذائية إلى أشكال أبسط يتم نقلها في جميع أنحاء الجسم.
- تسهيل امتصاص العناصر الغذائية من البيئة.
- زيادة نشاط الليباز يحل محلالمحفزات التقليدية في معالجة وقود الديزل الحيوي.
- تستخدم في تطبيقات مثل الخبز ومنظفات الغسيل كمحفزات حيوية.
- في صناعة النسيج ، يتم استخدامه لزيادة امتصاص النسيج والتساوي عند الصباغة.
- لتعديل طعم الطعام عن طريق تصنيع استرات الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة والكحوليات.
- قد يشير وجود أو ارتفاع مستويات الليباز إلى عدوى أو مرض معين ويمكن استخدامه كأداة تشخيص.
- لها تأثير مبيد للجراثيم. يمكن استخدامه في علاج الاورام الخبيثة
- لها قيمة تجارية كبيرة في مستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية (منتجات العناية بالبشرة ، بكرو الشعر).
