Enzimat janë biokatalizatorë që luajnë një rol të rëndësishëm në të gjitha fazat e metabolizmit dhe reaksioneve biokimike. Ato janë me interes të veçantë dhe përdoren si katalizatorë organikë në procese të shumta industriale. Ky artikull ofron një përmbledhje të enzimave mikrobike dhe klasifikimin e tyre.
Hyrje
Bioiindustri të ndryshme kërkojnë enzima me karakteristika specifike për përdorimin e tyre në përpunimin e substrateve dhe lëndëve të para. Enzimat mikrobike veprojnë si biokatalizatorë për të kryer reaksione në proceset biologjike në një mënyrë ekonomike dhe miqësore me mjedisin në krahasim me përdorimin e katalizatorëve kimikë. Karakteristikat e tyre të veçanta përdoren për interesa komerciale dhe aplikime industriale. Enzimat janë shumë specifike, ato katalizojnë rreth 4000 reaksione biokimike. Laureati i Nobelit Emil Fischer sugjeroi se kjo ndodh sepse si enzima ashtu edhe substrati kanë gjeometri specifike plotësuese që janë saktësishtpërshtaten me njëri-tjetrin.
Përkufizim
Enzimat janë molekula të mëdha biologjike përgjegjëse për të gjitha ato shkëmbime të rëndësishme kimike që janë të nevojshme për të mbajtur jetën. Ata janë katalizatorë shumë selektivë që mund të përshpejtojnë shumë shpejtësinë dhe specifikën e reaksioneve metabolike që variojnë nga tretja e ushqimit deri te sinteza e ADN-së. Të gjitha proceset metabolike që ndodhin në to varen nga enzimat që formohen në qelizat e mikroorganizmave.
Histori
Në vitin 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, profesor i fiziologjisë në Universitetin e Heidelberg, përdori për herë të parë termin "enzimë", i cili vjen nga fjala latine fermentum, që do të thotë "në maja". Marrja e enzimave të mikroorganizmave filloi në Greqinë e lashtë. Ato përdoreshin për të ruajtur ushqimin dhe pijet.
Në vitin 1783, prifti i famshëm katolik italian Lazzaro Spallanzani përmendi për herë të parë rëndësinë e kësaj biomolekule në punën e tij mbi biogjenezën.
Në 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff hetoi procedurën për shndërrimin e niseshtës në glukozë. Në eksperimentin e tij, ai thekson përdorimin e enzimave si katalizator.
Në 1833, kimisti francez Anselm Payen zbuloi enzimën e parë, diastazën.
Dekada më vonë, në 1862, ndërsa studionte fermentimin e sheqerit në alkool, Louis Pasteur arriti në përfundimin se ai ishte katalizuar nga forca jetësore që përmbante qelizat e majave.
Biomolekulat që gjenden në natyrëjanë përdorur gjerësisht që nga kohërat e lashta në prodhimin e produkteve të tilla si liri, lëkura dhe indigo. Të gjitha këto procese u shkaktuan nga mikroorganizmat - prodhuesit e enzimave.
Kuptimi
Enzimat janë të nevojshme për të lehtësuar reaksionet kimike. Roli i tyre në jetën e mikroorganizmave është shumë i rëndësishëm. Ai konsiston në sigurimin e proceseve metabolike, frymëmarrjes, tretjes dhe llojeve të tjera të jetës. Kur enzimat funksionojnë siç duhet, homeostaza ruhet. Një rol tjetër i enzimave në mikroorganizma është përshpejtimi i metabolizmit.
Veçori të veçanta
Vetitë e enzimës së mikroorganizmave përfshijnë:
- rezistenca ndaj nxehtësisë;
- natyrë termofilike;
- tolerancë ndaj ndryshimit të diapazonit të pH;
- stabiliteti i aktivitetit kur ndryshon temperatura dhe pH;
- kushte të tjera të rrepta reagimi.
Ato klasifikohen si termofile, acidofile ose alkalifile. Mikroorganizmat me sisteme enzimatike të qëndrueshme reduktojnë mundësinë e kontaminimit mikrobik në reaksionet industriale në shkallë të gjerë me kohëzgjatje të gjatë. Enzimat mikrobike ndihmojnë në rritjen e transferimit të masës dhe reduktimin e viskozitetit të substratit gjatë procesit të hidrolizës së lëndës së parë.
Klasifikimi
Për shkak të gamës së gjerë të aktiviteteve bazuar në natyrën e reagimit të tyre, enzimat klasifikohen sipas katalizimit:
- oksidoreduktaza. Reaksionet e oksidimit përfshijnë transferimin e elektroneve nga një molekulë e vetmetek një tjetër. Në sistemet biologjike, kjo është heqja e hidrogjenit nga substrati.
- Transferime. Kjo klasë enzimash katalizon transferimin e grupeve të atomeve nga një molekulë në tjetrën. Aminotransferazat ose transaminazat lehtësojnë transferimin e një grupi amino nga një aminoacid në një acid alfa-okso.
- Hidrolaza. Katalizon hidrolizën, ndarjen e nënshtresave me ujë. Reaksionet përfshijnë ndarjen e lidhjeve peptide në proteina, lidhjet glikozidike në karbohidratet dhe lidhjet esterike në lipide. Në përgjithësi, molekulat më të mëdha ndahen në fragmente më të vogla.
- Liase. Katalizoni shtimin e grupeve në lidhjet e dyfishta ose formimin e kësaj të fundit duke hequr të parën. Për shembull, liazat pectate çajnë lidhjet glikozidike duke eliminuar beta.
- Izomeraza. Ata katalizojnë transferimin e grupeve nga një pozicion në tjetrin në të njëjtën molekulë. Ndryshoni strukturën e substratit, duke riorganizuar atomet e tij.
- Ligaza. Lidhni molekulat së bashku me lidhje kovalente. Ata marrin pjesë në reaksionet biosintetike, ku formohen grupe të reja lidhjesh. Reaksione të tilla kërkojnë një hyrje të energjisë në formën e kofaktorëve.
Aplikacion
Fermentimi përdoret në përgatitjen e shumë ushqimeve. Përdorimi i enzimave mikrobike në industrinë ushqimore është një proces i gjatë. Llojet e mëposhtme përdoren gjerësisht:
- Amilazë. Lëngëzimi i niseshtës, përmirësimi i cilësisë së bukës, pastrimi i lëngjeve të frutave.
- Glukoamilaza. Prodhimi i birrës dhe shurupeve me përmbajtje të lartë të glukozës dhe fruktozës.
- Proteazë. Tenderizimikoagulimi i mishit, qumështit.
- Laktazë. Reduktimi i intolerancës ndaj laktozës tek njerëzit, suplementet ushqimore prebiotike.
- Lipaza. Prodhimi i djathit çedër.
- Fosfolipaza. Prodhimi i yndyrës së qumështit të lipolizuar.
- Esterazë. Përmirësimi i shijes dhe aromës në lëngun e frutave. Deesterifikimi i fibrave dietike. Prodhimi i estereve me zinxhir te shkurter.
- Celulaza. Ushqimi i kafshëve.
- Glukozoksidaza. Përmirësimi i jetëgjatësisë së ushqimit.
- Lakases. Heqja e polifenoleve nga vera.
- Katalaza. Ruajtja e ushqimit. Heqja e peroksidit të hidrogjenit nga qumështi përpara prodhimit të djathit.
- Peroksidazë. Zhvillimi i shijes, ngjyres dhe cilesise se ushqimit.
Proteaza
Proteazat që rrjedhin nga sistemet mikrobiale janë të tre llojeve: acidike, neutrale dhe alkaline. Proteazat e serinës alkaline kanë aplikimin më të madh në biindustri. Kanë aktivitet dhe qëndrueshmëri të lartë në kushte jonormale të parametrave fiziologjikë ekstremë. Proteazat alkaline kanë veti të qëndrueshmërisë së lartë të aktivitetit enzimatik kur përdoren në detergjentë. Ata kanë gjetur aplikim të gjerë në biindustri:
- prodhimi i pluhurave larës;
- industria ushqimore;
- përpunim lëkure;
- farmaceutikë;
- kërkim në biologjinë molekulare dhe sintezën e peptideve.
Amilazë
Kjo është një enzimë e mikroorganizmave që katalizon zbërthimin e niseshtës në sheqerna. Ai ishtezbuluar dhe izoluar nga Anselm Peyen në 1833. Të gjitha amilazat janë hidrolaza glikozide. Ato përdoren gjerësisht në industri dhe përbëjnë gati 25% të tregut të enzimave. Përdoret në industri të tilla si:
- ushqim;
- buke;
- letër dhe tekstil;
- ëmbëlsues dhe lëngje frutash;
- shurupe glukoze dhe fruktoze;
- detergjentë;
- karburant etanol nga niseshteja;
- pije alkoolike;
- ndihma tretëse;
- heqës njollash në pastrim kimik.
Përdoret gjithashtu në kiminë klinike, mjekësore dhe analitike.
Xylanazë
Hemiceluloza është një nga përbërësit kryesorë të mbetjeve bujqësore së bashku me celulozën, linjinën dhe pektinën. Xylani është përbërësi kryesor i tij. Rëndësia e ksilanazës është rritur ndjeshëm për shkak të aplikimeve të saj bioteknologjike për prodhimin e pentozës, pastrimin e lëngjeve të frutave, përmirësimin e tretjes dhe biokonvertimin e mbetjeve bujqësore lignocelulozike në lëndë djegëse dhe kimikate. Ajo ka gjetur aplikimin e saj në industrinë e ushqimit, tekstilit dhe pulpës dhe letrës, asgjësimin e mbetjeve bujqësore, prodhimin e etanolit dhe ushqimin e kafshëve.
Laccase
Enzimat liginolitike janë të dobishme në hidrolizën e mbetjeve bujqësore lignocelulozike, veçanërisht për degradimin e përbërësit kompleks dhe jopompues të linjinës. Ato janë shumë të gjithanshme në natyrë dhe mund të përdoren në një sërë procesesh industriale. Sistemi i enzimës lignolitike përdoret në biodekolorimin e celulozës dhe në industri të tjera si stabilizimi i verës dhe lëngjeve të frutave, pastrimi i xhinseve, kozmetika dhe biosensorët.
Lipase
Kjo është një enzimë e mikroorganizmave që katalizon zbërthimin dhe hidrolizën e yndyrave. Lipazat janë një nënklasë esterazash. Ato luajnë një rol të rëndësishëm në tretjen, transportin dhe përpunimin e yndyrave. Shumica e lipazave përfshihen në një pozicion të caktuar në shtyllën kurrizore të glicerinës së substratit yndyror, veçanërisht në zorrën e hollë. Disa prej tyre shprehen nga organizma patogjenë të sekretuar gjatë një sëmundjeje infektive. Lipazat konsiderohen si grupi kryesor i enzimave të vlefshme bioteknologjikisht, kryesisht për shkak të shkathtësisë së vetive të tyre të aplikuara dhe lehtësisë së prodhimit në masë.
Aplikimi i Lipazës
Këto enzima janë të përfshira në një sërë procesesh biologjike, duke filluar nga metabolizmi rutinë i triglicerideve në dietë deri tek sinjalizimi dhe inflamacioni i qelizave. Disa aktivitete të lipazës janë të kufizuara në ndarje të caktuara brenda qelizave, ndërsa të tjerat punojnë në hapësira jashtëqelizore:
- Lipazat e pankreasit sekretohen në hapësirat jashtëqelizore ku shërbejnë për të kthyer lipidet dietike në forma më të thjeshta që transportohen në të gjithë trupin.
- Lehtësoni përthithjen e lëndëve ushqyese nga mjedisi.
- Rritja e aktivitetit të lipazës zëvendësonkatalizatorë konvencionalë në përpunimin e bionaftë.
- Përdoret në aplikime të tilla si pjekja, detergjentët e rrobave, si biokatalizatorë.
- Në industrinë e tekstilit, përdoret për të rritur absorbueshmërinë e pëlhurës dhe njëtrajtshmërinë gjatë ngjyrosjes.
- Për të modifikuar shijen e ushqimit duke sintetizuar estere të acideve yndyrore me zinxhir të shkurtër dhe alkooleve.
- Prania ose nivelet e larta të lipazave mund të tregojnë një infeksion ose sëmundje specifike dhe mund të përdoret si një mjet diagnostikues.
- Kanë një efekt baktericid. Mund të përdoret në trajtimin e tumoreve malinje.
- Kanë vlerë të madhe komerciale në kozmetikë dhe farmaceutikë (produkte për kujdesin e lëkurës, biçurrela flokësh).
