Encimi so biokatalizatorji, ki igrajo pomembno vlogo na vseh stopnjah presnove in biokemičnih reakcij. So še posebej zanimivi in se uporabljajo kot organski katalizatorji v številnih industrijskih procesih. Ta članek ponuja pregled mikrobnih encimov in njihovo razvrstitev.
Uvod
Različne bioindustrije zahtevajo encime s specifičnimi lastnostmi za njihovo uporabo pri predelavi substratov in surovin. Mikrobni encimi delujejo kot biokatalizatorji za izvajanje reakcij v bioloških procesih na ekonomičen in okolju prijazen način v primerjavi z uporabo kemičnih katalizatorjev. Njihove posebne lastnosti se uporabljajo za komercialne namene in industrijske namene. Encimi so zelo specifični, katalizirajo približno 4000 biokemičnih reakcij. Nobelov nagrajenec Emil Fischer je predlagal, da je to zato, ker imata tako encim kot substrat specifične komplementarne geometrije, ki so natančnoprilegajo drug drugemu.
Definicija
Encimi so velike biološke molekule, ki so odgovorne za vse tiste pomembne kemične izmenjave, ki so potrebne za vzdrževanje življenja. So zelo selektivni katalizatorji, ki lahko močno pospešijo tako hitrost kot specifičnost presnovnih reakcij, ki segajo od prebave hrane do sinteze DNK. Vsi presnovni procesi, ki potekajo v njih, so odvisni od tega, kateri encimi nastanejo v celicah mikroorganizmov.
Zgodovina
Leta 1877 je Wilhelm Friedrich Kuehne, profesor fiziologije na Univerzi v Heidelbergu, prvič uporabil izraz "encim", ki izhaja iz latinske besede fermentum, kar pomeni "v kvasu". Pridobivanje encimov mikroorganizmov se je začelo v stari Grčiji. Uporabljali so jih za shranjevanje hrane in pijače.
Leta 1783 je slavni italijanski katoliški duhovnik Lazzaro Spallanzani prvič omenil pomen te biomolekule v svojem delu o biogenezi.
Leta 1812 je Gottlieb Sigismund Kirchhoff raziskal postopek za pretvorbo škroba v glukozo. V svojem eksperimentu poudarja uporabo encimov kot katalizatorja.
Leta 1833 je francoski kemik Anselm Payen odkril prvi encim, diastazo.
Desetletja pozneje, leta 1862, je Louis Pasteur med preučevanjem fermentacije sladkorja v alkohol prišel do zaključka, da ga katalizira življenjska sila, ki jo vsebujejo celice kvasovk.
Biomolekule, ki jih najdemo v naravise že od antičnih časov pogosto uporabljajo pri izdelavi izdelkov, kot so perilo, usnje in indigo. Vse te procese so povzročili mikroorganizmi - proizvajalci encimov.
pomen
Encimi so potrebni za olajšanje kemičnih reakcij. Njihova vloga v življenju mikroorganizmov je zelo pomembna. Sestoji iz zagotavljanja presnovnih procesov, dihanja, prebave in drugih vrst življenja. Ko encimi delujejo pravilno, se ohranja homeostaza. Druga vloga encimov v mikroorganizmih je pospeševanje metabolizma.
Posebne funkcije
Lastnosti encimov mikroorganizmov vključujejo:
- toplotna odpornost;
- termofilna narava;
- toleranca na spreminjanje območja pH;
- stabilnost aktivnosti pri spreminjanju temperatur in pH;
- drugi strogi reakcijski pogoji.
Uvrščamo jih med termofilne, acidofilne ali alkalifilne. Mikroorganizmi s termostabilnimi encimskimi sistemi zmanjšujejo možnost mikrobne kontaminacije pri obsežnih industrijskih reakcijah, ki so dolgotrajne. Mikrobni encimi pomagajo povečati prenos mase in zmanjšati viskoznost substrata med postopkom hidrolize surovine.
Razvrstitev
Zaradi širokega spektra aktivnosti, ki temeljijo na naravi njihove reakcije, so encimi razvrščeni glede na katalizo:
- Oksidoreduktaze. Oksidacijske reakcije vključujejo prenos elektronov iz ene same molekuledrugemu. V bioloških sistemih je to odstranjevanje vodika iz substrata.
- Prenosi. Ta razred encimov katalizira prenos skupin atomov iz ene molekule v drugo. Aminotransferaze ali transaminaze olajšajo prenos amino skupine iz aminokisline v alfa-okso kislino.
- Hidrolaze. Katalizira hidrolizo, cepljenje substratov z vodo. Reakcije vključujejo cepitev peptidnih vezi v beljakovinah, glikozidnih vezi v ogljikovih hidratih in estrskih vezi v lipidih. Na splošno se večje molekule razgradijo na manjše fragmente.
- Liase. Katalizirajte dodajanje skupin dvojnim vezjem ali tvorbo slednjih tako, da odstranite prve. Na primer, pektatne liaze cepijo glikozidne vezi z izločanjem beta.
- Izomeraze. Katalizirajo prenos skupin iz enega položaja v drugega v isti molekuli. Spremenite strukturo substrata, prerazporedite njegove atome.
- Ligaze. Povežite molekule skupaj s kovalentnimi vezmi. Sodelujejo v biosintetskih reakcijah, kjer nastajajo nove vezne skupine. Takšne reakcije zahtevajo vnos energije v obliki kofaktorjev.
Prijava
Fermentacija se uporablja pri pripravi številnih živil. Uporaba mikrobnih encimov v živilski industriji je dolgotrajen proces. Naslednje vrste se pogosto uporabljajo:
- amilaza. Utekočinjenje škroba, izboljšanje kakovosti kruha, bistrenje sadnih sokov.
- glukoamilaze. Proizvodnja piva in sirupov z visoko vsebnostjo glukoze in fruktoze.
- Proteaza. Razpisovanjekoagulacija mesa, mleka.
- Laktaza. Zmanjšanje laktozne intolerance pri ljudeh, prebiotični prehranski dodatki.
- Lipaza. Proizvodnja sira cheddar.
- fosfolipaze. Proizvodnja lipolizirane mlečne maščobe.
- Esterase. Izboljšanje okusa in arome sadnega soka. Deesterifikacija prehranskih vlaknin. Proizvodnja kratkoverižnih estrov.
- Celulaze. Krma za živali.
- Glukoza oksidaza. Izboljšanje roka uporabnosti hrane.
- Lake. Odstranitev polifenolov iz vina.
- Katalaze. Ohranjanje hrane. Odstranitev vodikovega peroksida iz mleka pred proizvodnjo sira.
- Peroksidaza. Razvoj okusa, barve in kakovosti hrane.
Proteaza
Proteaze, pridobljene iz mikrobnih sistemov, so tri vrste: kisle, nevtralne in alkalne. Alkalne serinske proteaze imajo največjo uporabo v bioindustriji. Imajo visoko aktivnost in stabilnost v nenormalnih pogojih ekstremnih fizioloških parametrov. Alkalne proteaze imajo pri uporabi v detergentih lastnost visoke stabilnosti encimske aktivnosti. Našli so široko uporabo v bioindustriji:
- proizvodnja pralnih praškov;
- živilska industrija;
- obdelava usnja;
- farmacevtski izdelki;
- raziskave v molekularni biologiji in sintezi peptidov.
amilaza
To je encim mikroorganizmov, ki katalizira razgradnjo škroba v sladkorje. Bil jeLeta 1833 ga je odkril in izoliral Anselm Peyen. Vse amilaze so glikozidne hidrolaze. V industriji se pogosto uporabljajo in predstavljajo skoraj 25 % trga encimov. Uporablja se v panogah, kot so:
- hrana;
- pekarna;
- papir in tekstil;
- sladila in sadni sokovi;
- glukozni in fruktozni sirupi;
- detergenti;
- gorivo etanol iz škroba;
- alkoholne pijače;
- prebavna pomoč;
- odstranjevalec madežev v kemičnem čiščenju.
Uporablja se tudi v klinični, medicinski in analitični kemiji.
ksilanaza
Hemiceluloza je ena glavnih sestavin kmetijskih ostankov skupaj s celulozo, ligninom in pektinom. Xylan je njegova glavna sestavina. Pomen ksilanaze se je znatno povečal zaradi njenih biotehnoloških aplikacij za proizvodnjo pentoze, čiščenje sadnih sokov, izboljšanje prebave in biopretvorbo lignoceluloznih kmetijskih odpadkov v goriva in kemikalije. Svojo uporabo je našel v živilski, tekstilni in celulozni in papirni industriji, odstranjevanju kmetijskih odpadkov, proizvodnji etanola in živalski krmi.
Laccase
Liginolitični encimi so uporabni pri hidrolizi lignoceluloznih kmetijskih ostankov, zlasti za razgradnjo kompleksne in nečrpalne sestavine lignina. So zelo vsestranske narave in se lahko uporabljajo v številnih industrijskih procesih. Lignolitični encimski sistem se uporablja pri biorazbarvanju celuloze in drugih panogah, kot so stabilizacija vina in sadnih sokov, pranje denim, kozmetika in biosenzorji.
Lipaza
To je encim mikroorganizmov, ki katalizira razgradnjo in hidrolizo maščob. Lipaze so podrazred esteraz. Imajo pomembno vlogo pri prebavi, transportu in predelavi maščob. Večina lipaz je vključena v določeno lego na glicerolni hrbtenici maščobnega substrata, zlasti v tankem črevesu. Nekateri od njih se izražajo z izločanimi patogenimi organizmi med nalezljivo boleznijo. Lipaze veljajo za glavno skupino biotehnološko dragocenih encimov, predvsem zaradi vsestranskosti njihovih uporabnih lastnosti in enostavne množične proizvodnje.
aplikacija lipaze
Ti encimi so vključeni v različne biološke procese, ki segajo od rutinske presnove trigliceridov v prehrani do signalizacije in vnetja celic. Nekatere aktivnosti lipaze so omejene na določene predele znotraj celic, druge pa delujejo v zunajceličnih prostorih:
- Lipaze trebušne slinavke se izločajo v zunajcelične prostore, kjer služijo za pretvorbo prehranskih lipidov v enostavnejše oblike, ki se prenašajo po telesu.
- Olajšajte absorpcijo hranil iz okolja.
- Povečana aktivnost lipaze nadomeščaobičajni katalizatorji pri predelavi biodizla.
- Uporablja se v aplikacijah, kot so peka, detergenti za pranje perila, kot biokatalizatorji.
- V tekstilni industriji se uporablja za povečanje vpojnosti tkanine in enakomernosti pri barvanju.
- Za spreminjanje okusa hrane s sintetizacijo estrov kratkoverižnih maščobnih kislin in alkoholov.
- Prisotnost ali visoka raven lipaz lahko kaže na specifično okužbo ali bolezen in se lahko uporablja kot diagnostično orodje.
- Imajo baktericidni učinek. Lahko se uporablja pri zdravljenju malignih tumorjev.
- Imajo veliko komercialno vrednost v kozmetiki in farmacevtskih izdelkih (izdelki za nego kože, kodralniki za lase).
