Ensieme is biokatalisators wat 'n belangrike rol speel in alle stadiums van metabolisme en biochemiese reaksies. Hulle is van besondere belang en word as organiese katalisators in talle industriële skaal prosesse gebruik. Hierdie artikel verskaf 'n oorsig van mikrobiese ensieme en hul klassifikasie.
Inleiding
Verskillende bioindustrieë benodig ensieme met spesifieke eienskappe vir hul gebruik in die verwerking van substrate en grondstowwe. Mikrobiese ensieme dien as biokatalisators om reaksies in biologiese prosesse op 'n ekonomiese en omgewingsvriendelike wyse uit te voer in vergelyking met die gebruik van chemiese katalisators. Hulle spesiale eienskappe word gebruik vir kommersiële belange en industriële toepassings. Ensieme is baie spesifiek, hulle kataliseer ongeveer 4000 biochemiese reaksies. Nobelpryswenner Emil Fischer het voorgestel dat dit is omdat beide die ensiem en die substraat spesifieke komplementêre geometrieë het wat presies isin mekaar pas.
Definisie
Ensieme is groot biologiese molekules wat verantwoordelik is vir al daardie belangrike chemiese uitruilings wat nodig is om lewe te onderhou. Hulle is hoogs selektiewe katalisators wat beide die tempo en spesifisiteit van metaboliese reaksies wat wissel van voedselvertering tot DNA-sintese, aansienlik kan versnel. Alle metaboliese prosesse wat daarin voorkom, hang af van watter ensieme in die selle van mikroörganismes gevorm word.
Geskiedenis
In 1877 het Wilhelm Friedrich Kuehne, professor in fisiologie aan die Universiteit van Heidelberg, die eerste keer die term "ensiem" gebruik wat van die Latynse woord fermentum kom, wat "in suurdeeg" beteken. Die verkryging van ensieme van mikroörganismes het in antieke Griekeland begin. Hulle is gebruik om kos en drank te bewaar.
In 1783 het die beroemde Italiaanse Katolieke priester Lazzaro Spallanzani die eerste keer die belangrikheid van hierdie biomolekule in sy werk oor biogenese genoem.
In 1812 het Gottlieb Sigismund Kirchhoff die prosedure vir die omskakeling van stysel in glukose ondersoek. In sy eksperiment beklemtoon hy die gebruik van ensieme as 'n katalisator.
In 1833 het die Franse chemikus Anselm Payen die eerste ensiem, diastase, ontdek.
Dekades later, in 1862, terwyl hy die fermentasie van suiker na alkohol bestudeer het, het Louis Pasteur tot die gevolgtrekking gekom dat dit deur die lewenskrag wat in die gisselle vervat is, gekataliseer is.
Biomolekules wat in die natuur gevind wordword sedert antieke tye wyd gebruik in die vervaardiging van produkte soos linne, leer en indigo. Al hierdie prosesse is deur mikroörganismes veroorsaak - ensiemprodusente.
Betekenis
Ensieme is nodig om chemiese reaksies te fasiliteer. Hul rol in die lewe van mikroörganismes is baie belangrik. Dit bestaan uit die versekering van metaboliese prosesse, asemhaling, vertering en ander tipes lewe. Wanneer ensieme behoorlik funksioneer, word homeostase gehandhaaf. Nog 'n rol van ensieme in mikroörganismes is om metabolisme te versnel.
Spesiale kenmerke
Mikro-organisme-ensiem-eienskappe sluit in:
- hitteweerstand;
- termofiele aard;
- verdraagsaamheid teenoor veranderende pH-reeks;
- aktiwiteitstabiliteit wanneer temperature en pH verander word;
- ander streng reaksievoorwaardes.
Hulle word geklassifiseer as termofiel, asidofiel of alkalifiel. Mikro-organismes met termostabiele ensiemstelsels verminder die moontlikheid van mikrobiese kontaminasie in grootskaalse industriële reaksies van lang duur. Mikrobiese ensieme help om massa-oordrag te verhoog en die viskositeit van die substraat te verminder tydens die hidroliseproses van die grondstof.
Klassifikasie
As gevolg van die wye reeks aktiwiteite gebaseer op die aard van hul reaksie, word ensieme volgens katalise geklassifiseer:
- Oxidoreduktase. Oksidasiereaksies behels die oordrag van elektrone vanaf 'n enkele molekulena 'n ander. In biologiese stelsels is dit die verwydering van waterstof uit die substraat.
- Oordragte. Hierdie klas ensieme kataliseer die oordrag van groepe atome van een molekule na 'n ander. Aminotransferases of transaminases fasiliteer die oordrag van 'n aminogroep van 'n aminosuur na 'n alfa-oksosuur.
- Hydrolase. Kataliseer hidrolise, splitsing van substrate met water. Die reaksies sluit in die splitsing van peptiedbindings in proteïene, glikosidiese bindings in koolhidrate en esterbindings in lipiede. Oor die algemeen breek groter molekules in kleiner fragmente af.
- Liase. Kataliseer die toevoeging van groepe tot dubbelbindings of die vorming van laasgenoemde deur eersgenoemde te verwyder. Byvoorbeeld, pektaatliases klief glikosidiese bindings deur beta-eliminering.
- Isomerases. Hulle kataliseer die oordrag van groepe van een posisie na 'n ander in dieselfde molekule. Verander die struktuur van die substraat, herrangskik sy atome.
- Ligases. Verbind molekules met kovalente bindings. Hulle neem deel aan biosintetiese reaksies, waar nuwe bindingsgroepe gevorm word. Sulke reaksies vereis 'n inset van energie in die vorm van kofaktore.
Aansoek
Fermentasie word gebruik in die voorbereiding van baie kosse. Die gebruik van mikrobiese ensieme in die voedselbedryf is 'n langdurige proses. Die volgende tipes word wyd gebruik:
- Amilase. Vervloeiing van stysel, verbetering van broodkwaliteit, verheldering van vrugtesappe.
- Glukoamilases. Produksie van bier en stroop met hoë glukose- en fruktose-inhoud.
- Protease. Tenderiseringvleis, melkstolling.
- Laktase. Vermindering van laktose-intoleransie by mense, prebiotiese voedingsaanvullings.
- Lipase. Produksie van cheddarkaas.
- Fosfolipases. Produksie van gelipoliseerde melkvet.
- Esterase. Verbetering van smaak en aroma in vrugtesap. Ontestering van dieetvesel. Produksie van kortketting-esters.
- Sellulases. Veevoer.
- Glukose-oksidase. Verbeter voedselraklewe.
- Laccases. Verwydering van polifenole uit wyn.
- Catalases. Voedselpreservering. Verwydering van waterstofperoksied uit melk voor kaasproduksie.
- Peroksidase. Ontwikkeling van smaak, kleur en kwaliteit van kos.
Protease
Proteases afkomstig van mikrobiese stelsels is van drie tipes: suur, neutraal en alkalies. Alkaliese serienproteases het die grootste toepassing in die bio-industrie. Hulle het hoë aktiwiteit en stabiliteit onder abnormale toestande van uiterste fisiologiese parameters. Alkaliese proteases het die eienskap van hoë stabiliteit van ensiematiese aktiwiteit wanneer dit in skoonmaakmiddels gebruik word. Hulle het wye toepassing in die bio-industrie gevind:
- produksie van waspoeiers;
- voedselbedryf;
- leerverwerking;
- farmaseutiese produkte;
- navorsing in molekulêre biologie en peptiedsintese.
Amylase
Dit is 'n ensiem van mikroörganismes wat die afbreek van stysel in suikers kataliseer. Hy wasontdek en geïsoleer deur Anselm Peyen in 1833. Alle amilases is glikosiedhidrolases. Hulle word wyd in die industrie gebruik en maak byna 25% van die ensiemmark uit. Word gebruik in nywerhede soos:
- kos;
- bakkery;
- papier en tekstiel;
- versoeters en vrugtesappe;
- glukose- en fruktosestroop;
- skoonmaakmiddels;
- brandstof-etanol van stysels;
- alkoholiese drankies;
- spysverteringshulp;
- vlekverwyderaar in droogskoonmaak.
Ook gebruik in kliniese, mediese en analitiese chemie.
Xylanase
Hemisellulose is een van die hoofbestanddele van landboureste saam met sellulose, lignien en pektien. Xylan is sy hoofkomponent. Die belangrikheid van xilanase het aansienlik toegeneem as gevolg van die biotegnologiese toepassings daarvan vir die produksie van pentose, die suiwering van vrugtesappe, die verbetering van vertering en die bio-omskakeling van lignosellulose landbou-afval in brandstof en chemikalieë. Dit het sy toepassing gevind in die voedsel-, tekstiel- en pulp- en papiernywerhede, landbou-afvalverwydering, etanolproduksie en veevoer.
Laccase
Liginolitiese ensieme is nuttig in die hidrolise van lignosellulose landboureste, veral vir die afbreek van die komplekse en nie-pompende bestanddeel lignien. Hulle is baie veelsydig van aard en kan in 'n aantal industriële prosesse gebruik word. Die lignolitiese ensiemstelsel word gebruik in sellulose bioverkleuring en ander industrieë soos wyn- en vrugtesapstabilisering, denimwassery, skoonheidsmiddels en biosensors.
Lipase
Dit is 'n ensiem van mikroörganismes wat die afbreek en hidrolise van vette kataliseer. Lipases is 'n subklas van esterases. Hulle speel 'n belangrike rol in vertering, vervoer en verwerking van vette. Die meeste van die lipases is betrokke in 'n sekere posisie op die gliserol ruggraat van die vetterige substraat, veral in die dunderm. Sommige van hulle word uitgedruk deur afgeskeide patogene organismes tydens 'n aansteeklike siekte. Lipases word beskou as die hoofgroep van biotegnologies waardevolle ensieme, hoofsaaklik as gevolg van die veelsydigheid van hul toegepaste eienskappe en gemak van massaproduksie.
Lipase-toepassing
Hierdie ensieme is betrokke by 'n verskeidenheid biologiese prosesse, wat wissel van roetine-trigliseriedmetabolisme in die dieet tot sein en selontsteking. Sommige lipase-aktiwiteite is beperk tot sekere kompartemente binne selle, terwyl ander in ekstrasellulêre ruimtes werk:
- Pankreaslipases word in ekstrasellulêre ruimtes afgeskei waar dit dien om dieetlipiede in eenvoudiger vorms om te skakel wat deur die liggaam vervoer word.
- Fasiliteer die opname van voedingstowwe uit die omgewing.
- Verhoogde lipase-aktiwiteit vervangkonvensionele katalisators in biodieselverwerking.
- Gebruik in toepassings soos bak, wasmiddels, as biokatalisators.
- In die tekstielbedryf word dit gebruik om die absorpsievermoë van die materiaal en egaligheid te verhoog wanneer gekleur word.
- Om voedselsmaak te verander deur esters van kortkettingvetsure en alkohole te sintetiseer.
- Die teenwoordigheid of hoë vlakke van lipases kan 'n spesifieke infeksie of siekte aandui en kan as 'n diagnostiese hulpmiddel gebruik word.
- Het 'n bakteriedodende effek. Kan gebruik word in die behandeling van kwaadaardige gewasse.
- Het groot kommersiële waarde in skoonheidsmiddels en farmaseutiese produkte (velsorgprodukte, haarkrulle).
