Ang Enzymes ay mga biocatalyst na gumaganap ng mahalagang papel sa lahat ng yugto ng metabolismo at biochemical reactions. Ang mga ito ay partikular na interes at ginagamit bilang mga organikong katalista sa maraming proseso ng pang-industriya na sukat. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng pangkalahatang-ideya ng microbial enzymes at ang kanilang pag-uuri.
Introduction
Ang iba't ibang bioindustries ay nangangailangan ng mga enzyme na may mga partikular na katangian para sa kanilang paggamit sa pagproseso ng mga substrate at hilaw na materyales. Ang mga microbial enzyme ay kumikilos bilang mga biocatalyst upang magsagawa ng mga reaksyon sa mga biological na proseso sa isang matipid at environment friendly na paraan kumpara sa paggamit ng mga kemikal na catalyst. Ang kanilang mga espesyal na katangian ay ginagamit para sa komersyal na interes at pang-industriya na aplikasyon. Ang mga enzyme ay napaka-espesipiko, sila ay nag-catalyze ng mga 4000 biochemical reactions. Iminungkahi ng Nobel laureate na si Emil Fischer na ito ay dahil ang enzyme at ang substrate ay may mga tiyak na komplementaryong geometries na tiyakmagkasya sa isa't isa.
Definition
Ang mga enzyme ay malalaking biyolohikal na molekula na responsable para sa lahat ng mahahalagang pagpapalitan ng kemikal na kinakailangan upang mapanatili ang buhay. Ang mga ito ay lubos na pumipili na mga katalista na maaaring lubos na mapabilis ang parehong rate at pagtitiyak ng mga metabolic reaction na mula sa pagtunaw ng pagkain hanggang sa synthesis ng DNA. Ang lahat ng metabolic process na nagaganap sa mga ito ay nakasalalay sa kung anong mga enzyme ang nabubuo sa mga selula ng mga microorganism.
Kasaysayan
Noong 1877, unang ginamit ni Wilhelm Friedrich Kuehne, propesor ng pisyolohiya sa Unibersidad ng Heidelberg, ang terminong "enzyme", na nagmula sa salitang Latin na fermentum, na nangangahulugang "sa lebadura". Ang pagkuha ng mga enzyme ng microorganism ay nagsimula sa sinaunang Greece. Ginamit ang mga ito para mag-imbak ng pagkain at inumin.
Noong 1783, unang binanggit ng sikat na paring Katolikong Italyano na si Lazzaro Spallanzani ang kahalagahan ng biomolecule na ito sa kanyang gawain sa biogenesis.
Noong 1812, inimbestigahan ni Gottlieb Sigismund Kirchhoff ang pamamaraan para sa pag-convert ng starch sa glucose. Sa kanyang eksperimento, itinatampok niya ang paggamit ng mga enzyme bilang catalyst.
Noong 1833, natuklasan ng French chemist na si Anselm Payen ang unang enzyme, diastase.
Pagkalipas ng mga dekada, noong 1862, habang pinag-aaralan ang pagbuburo ng asukal sa alkohol, napagpasyahan ni Louis Pasteur na ito ay na-catalyze ng puwersa ng buhay na nasa mga selula ng lebadura.
Biomolecules na matatagpuan sa kalikasanay malawakang ginagamit mula noong sinaunang panahon sa paggawa ng mga produkto tulad ng linen, leather at indigo. Ang lahat ng prosesong ito ay sanhi ng mga mikroorganismo - mga gumagawa ng enzyme.
Kahulugan
Ang mga enzyme ay kailangan para mapadali ang mga reaksiyong kemikal. Ang kanilang papel sa buhay ng mga microorganism ay napakahalaga. Binubuo ito sa pagtiyak ng mga metabolic na proseso, paghinga, panunaw at iba pang uri ng buhay. Kapag gumagana nang maayos ang mga enzyme, pinapanatili ang homeostasis. Ang isa pang papel ng mga enzyme sa mga microorganism ay ang pabilisin ang metabolismo.
Mga Espesyal na Tampok
Ang mga katangian ng microorganism na enzyme ay kinabibilangan ng:
- heat resistance;
- thermophilic nature;
- tolerance sa pagbabago ng pH range;
- activity stability kapag nagbabago ang temperatura at pH;
- iba pang mahigpit na kundisyon ng reaksyon.
Ang mga ito ay inuri bilang thermophilic, acidophilic o alkaliphilic. Ang mga mikroorganismo na may mga thermostable na sistema ng enzyme ay nagbabawas sa posibilidad ng kontaminasyon ng microbial sa malalaking reaksyong pang-industriya ng mahabang tagal. Nakakatulong ang mga microbial enzymes sa pagtaas ng mass transfer at pagbabawas ng lagkit ng substrate sa panahon ng proseso ng hydrolysis ng raw material.
Pag-uuri
Dahil sa malawak na hanay ng mga aktibidad batay sa likas na katangian ng kanilang reaksyon, ang mga enzyme ay inuri ayon sa catalysis:
- Oxidoreductases. Ang mga reaksyon ng oksihenasyon ay kinabibilangan ng paglipat ng mga electron mula sa isang molekulasa iba. Sa mga biological system, ito ay ang pag-alis ng hydrogen mula sa substrate.
- Transferases. Ang klase ng mga enzyme na ito ay nagpapagana sa paglipat ng mga grupo ng mga atomo mula sa isang molekula patungo sa isa pa. Pinapadali ng mga aminotransferases o transaminases ang paglipat ng isang amino group mula sa isang amino acid patungo sa isang alpha-oxo acid.
- Hydrolases. Catalyze hydrolysis, paghahati ng mga substrate sa tubig. Kasama sa mga reaksyon ang cleavage ng peptide bond sa mga protina, glycosidic bond sa carbohydrates, at ester bond sa lipids. Sa pangkalahatan, ang malalaking molekula ay nahihiwa-hiwalay sa mas maliliit na fragment.
- Liase. I-catalyze ang pagdaragdag ng mga grupo sa double bond o ang pagbuo ng huli sa pamamagitan ng pag-alis ng una. Halimbawa, ang mga lyase ng pectate ay humahati sa mga glycosidic bond sa pamamagitan ng beta elimination.
- Isomerase. Pinasisigla nila ang paglipat ng mga grupo mula sa isang posisyon patungo sa isa pa sa parehong molekula. Baguhin ang istraktura ng substrate, muling ayusin ang mga atom nito.
- Ligases. Ikonekta ang mga molekula kasama ng mga covalent bond. Nakikilahok sila sa mga biosynthetic na reaksyon, kung saan nabuo ang mga bagong grupo ng bono. Ang ganitong mga reaksyon ay nangangailangan ng input ng enerhiya sa anyo ng mga cofactor.
Application
Ang fermentation ay ginagamit sa paghahanda ng maraming pagkain. Ang paggamit ng microbial enzymes sa industriya ng pagkain ay isang matagal nang proseso. Ang mga sumusunod na uri ay malawakang ginagamit:
- Amylase. Pag-liquefaction ng starch, pagpapabuti ng kalidad ng tinapay, paglilinaw ng mga fruit juice.
- Glucoamylases. Paggawa ng beer at syrup na may mataas na glucose at fructose content.
- Protease. Paglalambingkarne, milk coagulation.
- Lactase. Pagbawas ng lactose intolerance sa mga tao, prebiotic nutritional supplements.
- Lipase. Paggawa ng cheddar cheese.
- Phospholipases. Paggawa ng lipolyzed milk fat.
- Esterase. Pagpapabuti ng lasa at aroma sa katas ng prutas. Deesterification ng dietary fiber. Paggawa ng mga short chain ester.
- Mga Cellulase. Feed ng hayop.
- Glucose oxidase. Pagpapabuti ng shelf life ng pagkain.
- Laccases. Pag-alis ng polyphenols sa alak.
- Catalases. Pagpreserba ng pagkain. Pag-alis ng hydrogen peroxide mula sa gatas bago ang paggawa ng keso.
- Peroxidase. Pag-unlad ng lasa, kulay at kalidad ng pagkain.
Protease
Proteases na nagmula sa mga microbial system ay may tatlong uri: acidic, neutral at alkaline. Ang alkaline serine protease ay may pinakamalaking aplikasyon sa bioindustriya. Mayroon silang mataas na aktibidad at katatagan sa ilalim ng abnormal na mga kondisyon ng matinding physiological parameter. Ang mga alkalina na protease ay may pag-aari ng mataas na katatagan ng aktibidad ng enzymatic kapag ginamit sa mga detergent. Natagpuan nila ang malawak na aplikasyon sa bioindustriya:
- produksyon ng mga pulbos na panghugas;
- industriya ng pagkain;
- pagproseso ng balat;
- pharmaceutical;
- pananaliksik sa molecular biology at peptide synthesis.
Amylase
Ito ay isang enzyme ng mga microorganism na nagpapagana sa pagkasira ng starch sa mga asukal. Siya aynatuklasan at ibinukod ni Anselm Peyen noong 1833. Ang lahat ng amylase ay glycoside hydrolases. Malawakang ginagamit ang mga ito sa industriya at nagkakaloob ng halos 25% ng merkado ng enzyme. Ginagamit sa mga industriya gaya ng:
- pagkain;
- bakery;
- papel at tela;
- mga sweetener at fruit juice;
- glucose at fructose syrup;
- detergents;
- fuel ethanol mula sa mga starch;
- alcoholic drink;
- digestive aid;
- pangtanggal ng mantsa sa dry cleaning.
Ginagamit din sa klinikal, medikal at analytical na kimika.
Xylanase
Ang Hemicellulose ay isa sa mga pangunahing sangkap ng mga residue ng agrikultura kasama ng cellulose, lignin at pectin. Si Xylan ang pangunahing bahagi nito. Ang kahalagahan ng xylanase ay tumaas nang malaki dahil sa mga biotechnological na aplikasyon nito para sa paggawa ng pentose, ang paglilinis ng mga katas ng prutas, ang pagpapabuti ng panunaw, at ang bioconversion ng lignoscellulosic agricultural waste sa mga panggatong at kemikal. Natagpuan nito ang aplikasyon nito sa industriya ng pagkain, tela at pulp at papel, pagtatapon ng basura sa agrikultura, paggawa ng ethanol at feed ng hayop.
Laccase
Liginolytic enzymes ay kapaki-pakinabang sa hydrolysis ng lignoscellulosic agricultural residues, lalo na para sa degradation ng complex at non-pumping constituent lignin. Ang mga ito ay napaka-versatile sa kalikasan at maaaring magamit sa isang bilang ng mga pang-industriya na proseso. Ginagamit ang lignolytic enzyme system sa cellulose biodecoloration at iba pang industriya tulad ng wine at fruit juice stabilization, denim laundering, cosmetics at biosensors.
Lipase
Ito ay isang enzyme ng mga microorganism na nagpapagana sa pagkasira at hydrolysis ng mga taba. Ang mga lipase ay isang subclass ng mga esterases. Malaki ang papel nila sa panunaw, transportasyon at pagproseso ng mga taba. Karamihan sa mga lipase ay kasangkot sa isang tiyak na posisyon sa glycerol backbone ng fatty substrate, lalo na sa maliit na bituka. Ang ilan sa mga ito ay ipinahayag ng mga sikretong pathogenic na organismo sa panahon ng isang nakakahawang sakit. Itinuturing ang mga lipase na pangunahing pangkat ng mga enzyme na may halaga sa biotechnologically, pangunahin dahil sa versatility ng kanilang mga inilapat na katangian at kadalian ng mass production.
Lipase application
Ang mga enzyme na ito ay kasangkot sa iba't ibang biological na proseso, mula sa nakagawiang metabolismo ng triglyceride sa diyeta hanggang sa pagbibigay ng senyas at pamamaga ng cell. Ang ilang aktibidad ng lipase ay limitado sa ilang partikular na compartment sa loob ng mga cell, habang ang iba ay gumagana sa mga extracellular space:
- Ang mga pancreatic lipase ay itinatago sa mga extracellular space kung saan nagsisilbi ang mga ito upang i-convert ang mga dietary lipid sa mas simpleng mga anyo na dinadala sa buong katawan.
- Padali ang pagsipsip ng mga sustansya mula sa kapaligiran.
- Mas pinapalitan ang aktibidad ng lipaseconventional catalysts sa biodiesel processing.
- Ginagamit sa mga application gaya ng baking, laundry detergents, bilang biocatalysts.
- Sa industriya ng tela, ginagamit ito para pataasin ang absorbency ng tela at pagkapantay-pantay kapag nagtitina.
- Upang baguhin ang lasa ng pagkain sa pamamagitan ng pag-synthesize ng mga ester ng short chain fatty acid at alcohol.
- Ang presensya o mataas na antas ng mga lipase ay maaaring magpahiwatig ng isang partikular na impeksiyon o sakit at maaaring gamitin bilang diagnostic tool.
- Magkaroon ng bactericidal effect. Maaaring gamitin sa paggamot ng mga malignant na tumor.
- May mahusay na komersyal na halaga sa mga cosmetics at pharmaceuticals (mga produkto ng pangangalaga sa balat, hair curler).
