Enzim ialah biomangkin yang memainkan peranan penting pada semua peringkat metabolisme dan tindak balas biokimia. Mereka mempunyai minat khusus dan digunakan sebagai pemangkin organik dalam pelbagai proses skala industri. Artikel ini memberikan gambaran keseluruhan enzim mikrob dan klasifikasinya.
Pengenalan
Bioindustri yang berbeza memerlukan enzim dengan ciri khusus untuk kegunaannya dalam pemprosesan substrat dan bahan mentah. Enzim mikrob bertindak sebagai biomangkin untuk menjalankan tindak balas dalam proses biologi secara ekonomi dan mesra alam berbanding dengan penggunaan mangkin kimia. Ciri khas mereka digunakan untuk kepentingan komersial dan aplikasi perindustrian. Enzim sangat spesifik, ia memangkinkan kira-kira 4000 tindak balas biokimia. Pemenang Nobel Emil Fischer mencadangkan bahawa ini adalah kerana kedua-dua enzim dan substrat mempunyai geometri pelengkap khusus yang tepat.sesuai antara satu sama lain.
Definisi
Enzim ialah molekul biologi yang besar yang bertanggungjawab untuk semua pertukaran kimia penting yang diperlukan untuk mengekalkan kehidupan. Ia adalah pemangkin yang sangat selektif yang boleh mempercepatkan kedua-dua kadar dan kekhususan tindak balas metabolik yang berkisar daripada pencernaan makanan kepada sintesis DNA. Semua proses metabolik yang berlaku di dalamnya bergantung kepada enzim yang terbentuk dalam sel mikroorganisma.
Sejarah
Pada tahun 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, profesor fisiologi di Universiti Heidelberg, pertama kali menggunakan istilah "enzim", yang berasal dari perkataan Latin fermentum, yang bermaksud "dalam ragi". Mendapatkan enzim mikroorganisma bermula di Greece purba. Ia digunakan untuk mengawet makanan dan minuman.
Pada tahun 1783, paderi Katolik Itali yang terkenal Lazzaro Spallanzani mula-mula menyebut kepentingan biomolekul ini dalam karyanya tentang biogenesis.
Pada tahun 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff menyiasat prosedur untuk menukar kanji kepada glukosa. Dalam eksperimennya, dia menyerlahkan penggunaan enzim sebagai pemangkin.
Pada tahun 1833, ahli kimia Perancis Anselm Payen menemui enzim pertama, diastase.
Dekad kemudian, pada tahun 1862, semasa mengkaji penapaian gula kepada alkohol, Louis Pasteur membuat kesimpulan bahawa ia dimangkin oleh daya hidup yang terkandung dalam sel yis.
Biomolekul yang terdapat di alam semula jaditelah digunakan secara meluas sejak zaman purba dalam pembuatan produk seperti linen, kulit dan nila. Semua proses ini disebabkan oleh mikroorganisma - pengeluar enzim.
Maksud
Enzim diperlukan untuk memudahkan tindak balas kimia. Peranan mereka dalam kehidupan mikroorganisma adalah sangat penting. Ia terdiri daripada memastikan proses metabolik, pernafasan, penghadaman dan jenis kehidupan yang lain. Apabila enzim berfungsi dengan baik, homeostasis dikekalkan. Satu lagi peranan enzim dalam mikroorganisma ialah mempercepatkan metabolisme.
Ciri Istimewa
Sifat enzim mikroorganisma termasuk:
- tahan haba;
- sifat termofilik;
- toleransi terhadap perubahan julat pH;
- kestabilan aktiviti apabila menukar suhu dan pH;
- keadaan tindak balas ketat lain.
Ia dikelaskan sebagai termofilik, asidofilik atau alkalifilik. Mikroorganisma dengan sistem enzim termostabil mengurangkan kemungkinan pencemaran mikrob dalam tindak balas industri berskala besar dalam tempoh yang lama. Enzim mikrob membantu dalam meningkatkan pemindahan jisim dan mengurangkan kelikatan substrat semasa proses hidrolisis bahan mentah.
Klasifikasi
Oleh kerana pelbagai aktiviti berdasarkan sifat tindak balasnya, enzim dikelaskan mengikut pemangkinan:
- Oksidoreduktase. Tindak balas pengoksidaan melibatkan pemindahan elektron daripada satu molekulkepada yang lain. Dalam sistem biologi, ini ialah penyingkiran hidrogen daripada substrat.
- Perpindahan. Kelas enzim ini memangkinkan pemindahan kumpulan atom dari satu molekul ke molekul yang lain. Aminotransferases atau transaminase memudahkan pemindahan kumpulan amino daripada asid amino kepada asid alfa-oxo.
- Hidrolas. Memangkinkan hidrolisis, membelah substrat dengan air. Tindak balas termasuk pembelahan ikatan peptida dalam protein, ikatan glikosidik dalam karbohidrat, dan ikatan ester dalam lipid. Secara amnya, molekul yang lebih besar terurai kepada serpihan yang lebih kecil.
- Liase. Memangkinkan penambahan kumpulan kepada ikatan berganda atau pembentukan yang kedua dengan menyingkirkan yang pertama. Contohnya, liase pektat membelah ikatan glikosidik dengan penyingkiran beta.
- Isomerase. Mereka memangkinkan pemindahan kumpulan dari satu kedudukan ke kedudukan lain dalam molekul yang sama. Tukar struktur substrat, susun semula atomnya.
- Liga. Menghubungkan molekul bersama-sama dengan ikatan kovalen. Mereka mengambil bahagian dalam tindak balas biosintetik, di mana kumpulan ikatan baru terbentuk. Tindak balas sedemikian memerlukan input tenaga dalam bentuk kofaktor.
Permohonan
Penapaian digunakan dalam penyediaan banyak makanan. Penggunaan enzim mikrob dalam industri makanan adalah proses yang lama. Jenis berikut digunakan secara meluas:
- Amilase. Pencairan kanji, peningkatan kualiti roti, penjelasan jus buah-buahan.
- Glucoamylases. Pengeluaran bir dan sirap dengan kandungan glukosa dan fruktosa yang tinggi.
- Protease. Tenderisasidaging, pembekuan susu.
- Laktase. Pengurangan intoleransi laktosa pada manusia, suplemen pemakanan prebiotik.
- Lipase. Pengeluaran keju cheddar.
- Fospholipases. Pengeluaran lemak susu terlipolisis.
- Esterase. Penambahbaikan rasa dan aroma dalam jus buah. Deesterifikasi serat makanan. Pengeluaran ester rantai pendek.
- Selulas. Makanan haiwan.
- Glukosa oksidase. Memperbaiki jangka hayat makanan.
- Laccases. Penyingkiran polifenol daripada wain.
- Katalase. Pengawetan makanan. Penyingkiran hidrogen peroksida daripada susu sebelum pengeluaran keju.
- Peroksidase. Perkembangan rasa, warna dan kualiti makanan.
Protease
Protease yang diperoleh daripada sistem mikrob terdiri daripada tiga jenis: berasid, neutral dan beralkali. Protease serin beralkali mempunyai aplikasi terbesar dalam bioindustri. Mereka mempunyai aktiviti dan kestabilan yang tinggi di bawah keadaan abnormal parameter fisiologi yang melampau. Protease alkali mempunyai sifat kestabilan aktiviti enzimatik yang tinggi apabila digunakan dalam detergen. Mereka telah menemui aplikasi yang meluas dalam bioindustri:
- pengeluaran serbuk pencuci;
- industri makanan;
- pemprosesan kulit;
- farmaseutikal;
- penyelidikan dalam biologi molekul dan sintesis peptida.
Amilase
Ini adalah enzim mikroorganisma yang memangkinkan penguraian kanji kepada gula. Beliauditemui dan diasingkan oleh Anselm Peyen pada tahun 1833. Semua amilase adalah hidrolase glikosida. Ia digunakan secara meluas dalam industri dan menyumbang hampir 25% daripada pasaran enzim. Digunakan dalam industri seperti:
- makanan;
- bakeri;
- kertas dan tekstil;
- pemanis dan jus buah-buahan;
- sirap glukosa dan fruktosa;
- detergen;
- bahan api etanol daripada kanji;
- minuman beralkohol;
- bantuan penghadaman;
- penghilang noda dalam cucian kering.
Juga digunakan dalam kimia klinikal, perubatan dan analisis.
Xylanase
Hemiselulosa ialah salah satu juzuk utama sisa pertanian bersama selulosa, lignin dan pektin. Xylan adalah komponen utamanya. Kepentingan xilanase telah meningkat dengan ketara disebabkan oleh aplikasi bioteknologinya untuk pengeluaran pentosa, penulenan jus buah-buahan, peningkatan penghadaman, dan penukaran bio sisa pertanian lignoselulosa kepada bahan api dan bahan kimia. Ia telah menemui aplikasinya dalam industri makanan, tekstil dan pulpa dan kertas, pelupusan sisa pertanian, pengeluaran etanol dan makanan haiwan.
Laccase
Enzim liginolitik berguna dalam hidrolisis sisa pertanian lignoselulosa, terutamanya untuk penguraian lignin konstituen yang kompleks dan tidak mengepam. Ia sangat serba boleh dan boleh digunakan dalam beberapa proses perindustrian. Sistem enzim lignolitik digunakan dalam biodewarna selulosa dan industri lain seperti penstabilan wain dan jus buah, pencucian denim, kosmetik dan biosensor.
Lipase
Ini adalah enzim mikroorganisma yang memangkinkan pemecahan dan hidrolisis lemak. Lipase ialah subkelas esterase. Mereka memainkan peranan penting dalam penghadaman, pengangkutan dan pemprosesan lemak. Kebanyakan lipase terlibat dalam kedudukan tertentu pada tulang belakang gliserol substrat lemak, terutamanya dalam usus kecil. Sebahagian daripada mereka dinyatakan oleh organisma patogen yang dirembeskan semasa penyakit berjangkit. Lipase dianggap kumpulan utama enzim yang bernilai bioteknologi, terutamanya disebabkan oleh kepelbagaian sifat penggunaannya dan kemudahan pengeluaran besar-besaran.
Aplikasi Lipase
Enzim ini terlibat dalam pelbagai proses biologi, daripada metabolisme trigliserida rutin dalam diet kepada isyarat dan keradangan sel. Sesetengah aktiviti lipase dihadkan kepada petak tertentu dalam sel, manakala yang lain berfungsi dalam ruang ekstraselular:
- lipase pankreas dirembeskan ke dalam ruang ekstraselular di mana ia berfungsi untuk menukar lipid pemakanan kepada bentuk yang lebih ringkas yang diangkut ke seluruh badan.
- Memudahkan penyerapan nutrien dari persekitaran.
- Peningkatan aktiviti lipase menggantikanpemangkin konvensional dalam pemprosesan biodiesel.
- Digunakan dalam aplikasi seperti pembakar, detergen dobi, sebagai biomangkin.
- Dalam industri tekstil, ia digunakan untuk meningkatkan daya serapan fabrik dan kerataan semasa mewarna.
- Untuk mengubah suai rasa makanan dengan mensintesis ester asid lemak rantai pendek dan alkohol.
- Kehadiran atau tahap lipase yang tinggi mungkin menunjukkan jangkitan atau penyakit tertentu dan boleh digunakan sebagai alat diagnostik.
- Mempunyai kesan bakteria. Boleh digunakan dalam rawatan tumor malignan.
- Mempunyai nilai komersial yang hebat dalam kosmetik dan farmaseutikal (produk penjagaan kulit, pengikal rambut).
