Enzimler, metabolizmanın ve biyokimyasal reaksiyonların tüm aşamalarında önemli rol oynayan biyokatalizörlerdir. Özellikle ilgi çekicidirler ve çok sayıda endüstriyel ölçekli proseste organik katalizörler olarak kullanılırlar. Bu makale, mikrobiyal enzimlere ve bunların sınıflandırılmasına genel bir bakış sağlar.
Giriş
Farklı biyoendüstriler, substratların ve ham maddelerin işlenmesinde kullanımları için belirli özelliklere sahip enzimlere ihtiyaç duyar. Mikrobiyal enzimler, kimyasal katalizörlerin kullanımına kıyasla biyolojik süreçlerdeki reaksiyonları ekonomik ve çevre dostu bir şekilde gerçekleştirmek için biyokatalizör görevi görür. Özel özellikleri ticari ilgi ve endüstriyel uygulamalar için kullanılır. Enzimler çok spesifiktir, yaklaşık 4000 biyokimyasal reaksiyonu katalize ederler. Nobel ödüllü Emil Fischer bunun nedeninin hem enzimin hem de substratın tam olarak doğru olan spesifik tamamlayıcı geometrilere sahip olması olduğunu öne sürdü.birbirinize sığdırın.
Tanım
Enzimler, yaşamı sürdürmek için gerekli olan tüm bu önemli kimyasal değişimlerden sorumlu büyük biyolojik moleküllerdir. Bunlar, gıda sindiriminden DNA sentezine kadar değişen metabolik reaksiyonların hem hızını hem de özgüllüğünü büyük ölçüde hızlandırabilen oldukça seçici katalizörlerdir. İçlerinde meydana gelen tüm metabolik süreçler, mikroorganizmaların hücrelerinde hangi enzimlerin oluştuğuna bağlıdır.
Tarih
1877'de Heidelberg Üniversitesi'nde fizyoloji profesörü olan Wilhelm Friedrich Kuehne, Latince fermentum kelimesinden gelen ve "mayalı" anlamına gelen "enzim" terimini ilk kez kullandı. Mikroorganizma enzimlerinin elde edilmesi eski Yunanistan'da başladı. Yiyecek ve içecekleri korumak için kullanılıyorlardı.
1783'te ünlü İtalyan Katolik rahip Lazzaro Spallanzani, biyogenez konusundaki çalışmasında bu biyomolekülün öneminden ilk kez bahsetti.
1812'de Gottlieb Sigismund Kirchhoff, nişastayı glikoza dönüştürme prosedürünü araştırdı. Deneyinde enzimlerin katalizör olarak kullanımının altını çiziyor.
1833'te Fransız kimyager Anselm Payen ilk enzim olan diastazı keşfetti.
On yıllar sonra, 1862'de, Louis Pasteur şekerin alkole fermantasyonunu incelerken, bunun maya hücrelerinde bulunan yaşam gücü tarafından katalize edildiği sonucuna vardı.
Doğada bulunan biyomoleküllerketen, deri ve çivit gibi ürünlerin imalatında eski çağlardan beri yaygın olarak kullanılmaktadır. Tüm bu süreçlere mikroorganizmalar - enzim üreticileri neden oldu.
Anlam
Kimyasal reaksiyonları kolaylaştırmak için enzimlere ihtiyaç vardır. Mikroorganizmaların yaşamındaki rolleri çok önemlidir. Metabolik süreçlerin, solunumun, sindirimin ve diğer yaşam türlerinin sağlanmasından oluşur. Enzimler düzgün çalıştığında, homeostaz korunur. Enzimlerin mikroorganizmalardaki bir diğer rolü de metabolizmayı hızlandırmaktır.
Özel Özellikler
Mikroorganizma enzim özellikleri şunları içerir:
- ısı direnci;
- termofilik doğa;
- değişen pH aralığına tolerans;
- Sıcaklıkları ve pH'ı değiştirirken aktivite kararlılığı;
- diğer katı reaksiyon koşulları.
Termofilik, asidofilik veya alkalifilik olarak sınıflandırılırlar. Termostabil enzim sistemlerine sahip mikroorganizmalar, uzun süreli büyük ölçekli endüstriyel reaksiyonlarda mikrobiyal kontaminasyon olasılığını az altır. Mikrobiyal enzimler, ham maddenin hidroliz işlemi sırasında kütle transferini artırmaya ve substratın viskozitesini düşürmeye yardımcı olur.
Sınıflandırma
Reaksiyonlarının doğasına bağlı olarak geniş aktivite yelpazesi nedeniyle enzimler katalize göre sınıflandırılır:
- Oksidoredüktazlar. Oksidasyon reaksiyonları, elektronların tek bir molekülden transferini içerir.başka bir. Biyolojik sistemlerde bu, hidrojenin substrattan uzaklaştırılmasıdır.
- Transferazlar. Bu enzim sınıfı, atom gruplarının bir molekülden diğerine transferini katalize eder. Aminotransferazlar veya transaminazlar, bir amino grubunun bir amino asitten bir alfa-okso aside transferini kolaylaştırır.
- Hidrolazlar. Hidrolizi katalize edin, substratları su ile ayırın. Reaksiyonlar, proteinlerdeki peptit bağlarının, karbonhidratlardaki glikosidik bağların ve lipidlerdeki ester bağlarının bölünmesini içerir. Genellikle daha büyük moleküller daha küçük parçalara ayrılır.
- Liase. Çift bağlara grupların eklenmesini veya birincisini kaldırarak ikincisinin oluşumunu katalize edin. Örneğin, pektat liyazları beta eliminasyonu ile glikozidik bağları parçalar.
- İzomerazlar. Aynı molekülde grupların bir konumdan diğerine transferini katalize ederler. Atomlarını yeniden düzenleyerek alt tabakanın yapısını değiştirin.
- Ligazlar. Molekülleri kovalent bağlarla birbirine bağlar. Yeni bağ gruplarının oluştuğu biyosentetik reaksiyonlara katılırlar. Bu tür reaksiyonlar, kofaktörler şeklinde bir enerji girişi gerektirir.
Uygulama
Fermantasyon birçok gıdanın hazırlanmasında kullanılır. Gıda endüstrisinde mikrobiyal enzimlerin kullanımı uzun süredir devam eden bir süreçtir. Aşağıdaki türler yaygın olarak kullanılmaktadır:
- Amilaz. Nişastanın sıvılaştırılması, ekmek kalitesinin iyileştirilmesi, meyve sularının arıtılması.
- Glukoamilazlar. Glikoz ve fruktoz içeriği yüksek bira ve şurup üretimi.
- Proteaz. ihaleet, süt pıhtılaşması.
- Laktaz. İnsanlarda laktoz intoleransının az altılması, prebiyotik besin takviyeleri.
- Lipaz. Çedar peyniri üretimi.
- Fosfolipazlar. Lipolizli süt yağı üretimi.
- Esteraz. Meyve suyunda tat ve aromanın iyileştirilmesi. Diyet lifinin deesterifikasyonu. Kısa zincirli esterlerin üretimi.
- Selülazlar. Hayvan yemi.
- Glikoz oksidaz. Gıda raf ömrünü iyileştirme.
- Laccases. Şaraptan polifenollerin çıkarılması.
- Katalazlar. Gıda koruması. Peynir üretiminden önce sütten hidrojen peroksitin uzaklaştırılması.
- Peroksidaz. Yiyeceklerin tat, renk ve kalitesinin gelişimi.
Proteaz
Mikrobik sistemlerden türetilen proteazlar üç tiptir: asidik, nötr ve alkali. Alkali serin proteazlar, biyoendüstride en büyük uygulamaya sahiptir. Aşırı fizyolojik parametrelerin anormal koşulları altında yüksek aktivite ve stabiliteye sahiptirler. Alkali proteazlar, deterjanlarda kullanıldıklarında yüksek enzimatik aktivite stabilitesi özelliğine sahiptir. Biyoendüstride geniş uygulama alanı buldular:
- çamaşır tozu üretimi;
- gıda endüstrisi;
- deri işleme;
- ilaç;
- moleküler biyoloji ve peptit sentezinde araştırma.
Amilaz
Bu, nişastanın şekerlere parçalanmasını katalize eden bir mikroorganizma enzimidir. o1833'te Anselm Peyen tarafından keşfedildi ve izole edildi. Tüm amilazlar glikozit hidrolazlardır. Endüstride yaygın olarak kullanılırlar ve enzim pazarının yaklaşık %25'ini oluştururlar. Şu sektörlerde kullanılır:
- yemek;
- fırın;
- kağıt ve tekstil;
- tatlandırıcılar ve meyve suları;
- glikoz ve fruktoz şurupları;
- deterjanlar;
- nişastalardan yakıt etanol;
- alkollü içecekler;
- sindirim yardımı;
- kuru temizlemede leke çıkarıcı.
Ayrıca klinik, tıbbi ve analitik kimyada kullanılır.
Ksilanaz
Hemiselüloz, selüloz, lignin ve pektin ile birlikte tarımsal kalıntıların ana bileşenlerinden biridir. Xylan ana bileşenidir. Ksilanazın önemi, pentoz üretimi, meyve sularının saflaştırılması, sindirimin iyileştirilmesi ve lignoselülozik tarımsal atıkların yakıt ve kimyasallara biyolojik olarak dönüştürülmesi için biyoteknolojik uygulamaları nedeniyle önemli ölçüde artmıştır. Uygulamasını gıda, tekstil ve kağıt hamuru ve kağıt endüstrilerinde, tarımsal atıkların yok edilmesinde, etanol üretimi ve hayvan yemlerinde bulmuştur.
Laccase
Liginolitik enzimler, lignoselülozik tarımsal kalıntıların hidrolizinde, özellikle kompleks ve pompalamayan bileşen ligninin bozunmasında faydalıdır. Doğada çok yönlüdürler ve bir dizi endüstriyel proseste kullanılabilirler. Lignolitik enzim sistemi, selüloz biyo-renklendirmesinde ve şarap ve meyve suyu stabilizasyonu, kot yıkama, kozmetik ve biyosensörler gibi diğer endüstrilerde kullanılmaktadır.
Lipaz
Bu, yağların parçalanmasını ve hidrolizini katalize eden bir mikroorganizma enzimidir. Lipazlar, esterazların bir alt sınıfıdır. Yağların sindiriminde, taşınmasında ve işlenmesinde önemli bir rol oynarlar. Lipazların çoğu, özellikle ince bağırsakta, yağlı substratın gliserol omurgasında belirli bir pozisyonda yer alır. Bazıları bulaşıcı bir hastalık sırasında salgılanan patojenik organizmalar tarafından ifade edilir. Lipazlar, temel olarak uygulanan özelliklerinin çok yönlülüğü ve seri üretim kolaylığı nedeniyle biyoteknolojik olarak değerli enzimlerin ana grubu olarak kabul edilir.
Lipaz uygulaması
Bu enzimler, diyetteki rutin trigliserit metabolizmasından sinyal ve hücre iltihabına kadar çeşitli biyolojik süreçlerde yer alır. Bazı lipaz aktiviteleri hücre içindeki belirli bölmelerle sınırlıdır, diğerleri ise hücre dışı alanlarda çalışır:
- Pankreas lipazları, diyet lipidlerini vücutta taşınan daha basit formlara dönüştürmeye hizmet ettikleri hücre dışı boşluklara salgılanır.
- Besinlerin çevreden emilimini kolaylaştırır.
- Artırılmış lipaz aktivitesi, yerini alırbiyodizel işlemede geleneksel katalizörler.
- Pişirme, çamaşır deterjanları gibi uygulamalarda biyokatalizör olarak kullanılır.
- Tekstil sektöründe, boyama sırasında kumaşın emiciliğini ve düzgünlüğünü arttırmak için kullanılır.
- Kısa zincirli yağ asitleri ve alkollerin esterlerini sentezleyerek gıda tadını değiştirmek.
- Lipazların varlığı veya yüksek seviyeleri belirli bir enfeksiyon veya hastalığa işaret edebilir ve bir teşhis aracı olarak kullanılabilir.
- Bakterisit etkisi vardır. Malign tümörlerin tedavisinde kullanılabilir.
- Kozmetik ve ilaçlarda (cilt bakım ürünleri, saç maşası) büyük ticari değere sahiptir.
