ساختار و عملکرد آنزیم ها

ساختار و عملکرد آنزیم ها

ساختار و عملکرد آنزیم ها ( سلولاز ، آمیلاز ، لاکاز ، کاتالاز)

 

ساختار و عملکرد آنزیم

 

✅ آنزیم چیست ؟

 

آنزیم موجود زنده نیست ،بلکه مولکول بیولوژیکی ساده ای می باشد که زنده بودن یا مردن در مورد آن معنائی نداشته و تا زمانیکه بوسیله آنزیم های دیگر حل نشده باشد، به فعالیت خود ادامه می دهد.خاصیت کاتالیزوری آنزیم ها بدین معناست که آنها بخشی از محصول نهائی نخواهند شد و بعد از انجام واکنش، محصول را ترک میکنند. سپس آنزیم برای انجام واکنشی مشابه بر مولکول دیگر آماده میگردد و درصورت وجود شرایط مساعد در طول فرایند، آنزیم تا مدت طولانی قادر به فعالیت خواهد بود.

آنزیم ها کاتالیزورهای بسیار پایدار تری نسبت به مواد شیمیائی و مولکولهای بیولوژیکی دیگر هستند، در دمای پائین و PH متوسط فعالیت می کنند، درصورتیکه این شرایط برای اکثر مواد شیمیائی با فرآیندهای مشابه صدق نمی کند، به همین دلیل آنزیم ها روشهائی سازگار با محیط زیست برای حل مشکلات صنعتی می باشند.

این عوامل طبیعتا سبب ایجاد مولکولهایی با خاصیت کاتالیستی بیش از کاتالیزورهای مصنوعی می شوند . آنزیم و زمینه Substrate یک کمپلکس قفل و کلید تشکیل می دهند به گونه ایی که آنزیم باید آرایش مولکولی ویژه ایی داشته باشد تا بتواند به عنوان یک کاتالیزور عمل کند.

 

ساختار آنزیم
ساختار آنزیم

انواع آنزیم ها :

آمیلاز: برای فرآیندهای آهنارگیری در درجه حرارت پایین، برای آهارگیری در دمای متوسط به بالا و آهارگیری درجه حرارت بالا برای فرآیندهای مداوم استفاده میشود.

سلولاز: برای عملیات زیست پولیش و تکمیل جین.

پروتئاز: برای تکمیل پشم.

کاتالاز: برای از بین بردن اثر سفید کننده ها مانند آب اکسیژنه.

لاکاز: برای شکستن کروموفر رنگزای نیل.

 

عملکرد آنزیم سلولاز بر سلولز :

سلولاز یک آنزیم واحد نیست، اما در واقع یک سیستم چند آنزیمی پیچیده، تولید و ترشح شده توسط میکروارگانیسم های خاص مانند باکتریها، مخمر و بافت قارچی است. نتیجه آن ترکیبی متنوع از فعالیت آنزیم است که به روش های مختلف بر روی الیاف سلولز عمل می کند.

آنزیم طبیعی هیدرولیز کننده سلولز در قارچ های Trichomderma و Humicola یافت میشود. اتصالات B(۱_۴)  بین واحد های تکراری مجاور در زنجیره پلیمری سلولز ٬ مکان هایی آسیب پذیر نسبت به هیدرولیز کاتالیز شده توسط سلولاز هستند.

ساختار سلولز
ساختار سلولز

حداقل چهار ترکیب بعنوان مهمترین تولید کننده گلوکز شناخته شده است . اندو گلوکاناز ٬ سلولز را در موقعیت های تصادفی در طول زنجیر پلیمری هیدرولیز میکند. بتا گلوکاناز با هیدرولیز پلیمر سلولز از انتهای غیر کاهش یافته ٬ گلوکز تولید کرده و زنجیر پلیمری را با یک واحد تکراری کمتر رها میکند. سلوبیوهیدرولاز ٬ سلوبیوز (دیمر گلوکز) را از زنجیر پلیمری تولید میکند و سلوبیاز ٬ سلوبیوز را به گلوکز تبدیل می سازد.

طالعات زیادی درباره مکانیزم واکنش سلولاز با سلولز منتشر شده است . مکانیزم متداول قابل قبول ٬ جذب سطحی ترکیبات اندو گلوکاناز ٬ بتا گلوکاناز و یا سلوبیوهیدرولاز در سطح لیف و سپس تشکیل کمپلکس با زنجیر پلیمر سلولزی و آب میباشد. پس از هیدرو لیز پیوند B(۱_۴)  آنزیم واجذب میشود و برای جذب سطحی و فعل و انفعال بیشتر قابل استفاده خواهد بود. اندو گلوکاناز به طور موثری بخش زیادی از ساختار لیف را برای حمله بتا گلوکاناز . سلوبیوهیدرولاز باز میکند. در حقیقت ٬ این دو ترکیب از مناطق در معرض واکنش ٬ بخش های محلول در آب تولید می کنند. این .واکنش هم افزایی منجر به کاهش شدید استحکام لیف میشود.

3

آنزیم سلولاز

غیر فعال کردن سلولاز پس از کسب نتایج مطلوب بسیار مهم است . اگر آنزیم بطور کامل از پارچه حذف یا بی اثر نگردد ٬ واکنش هیدرولیزی هرچند با سرعت کم ادامه خواهد یافت . سلولاز به دلیل داشتن مولکول های بزرگ ٬ تنها بر سطح لیف اثر کرده و نمیتواند درون بخش های بلوری الیاف سلولزی نفوذ کند ٬ بنابرین تخریب لیف زمان بر است اما متاسفانه عمل هیدرولیز به حد کافی ٬ موجب تضعیف پارچه یا پوشاک خواهد شد که این امر موجب نارضایتی و برگشت کالا از سوی مشتری خواهد شد.

از آنجا که عملکرد کاتالیزوری آنزیم در هنگام واکنش کاهش نمی یابد ٬ برای جلوگیری از آسیب دیدگی شدید لیف باید از یک روش موثر برای اتمام هیدرولیز استفاده کرد . آرایش فیزیکی مولکول ها تعیین کننده قابلیت کاتالیزوری میباشد ٬ بنابراین برای غیر فعال کردن کاتالیزور و توقف عمل هی درولیزی ٬ میتوان از روشهای تغییر دهنده ساختار مولکولی های سلولاز استفاده کرد که شرح آن خواهد آمد.

√√فقط ذکر یک نکته ؛ بدلیل مشارکت کم دوستان فقط به بحث تیوری اکتفا میکنم و از دادن نسخه های کاربردی خوددداری میکنم.

تمام آنزیم های سلولز باید پس از عملیات شست غیر فعال شوند در غیر اینصورت اثر آن بروی پوشاک باقی مانده و در دراز مدت باعث اثرات نامطلوبی مثل پوسیدگی بروی کالا میشود. ازینرو آنزیم در شرایط زیر غیر فعال میگردد :

۱-  قرار دادن در حمام در حضور یک گرم در لیتر کربنات سدیم و PH >10 در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد و بمدت ۱۵ دقیقه.

۲-  استفاده از یک صابون قلیایی .

۳-  استفاده از صابون های نانیونیک .

عملکردن پارچه رنگرزی شده با انزیم سلولاز بخصوص در دنیم تابع عوامل مختلفی است :

۱-  درجه تاثیر شست با سنگ

۲-  نوع جنس و وزن پارچه جین

۳-  زمان پروسه

۴-  میزان آبگیری دستگاه

۵-  PH و دمای پروسه شست

۶-  نوع شستشو و تجهیزات

همچنین یک آنزیم خوب باید دارای ویژگیهای زیر باشد :

کیفیت بالای کنتراست ٬ کمترین مقدار لکه گذاری( بروی آستری جین)، حفظ قدرت مطلوب و درجه بالایی از تکرارپذیری.

 

✅ آهار گیری با آنزیم آمیلاز ؛ Treatment With Enzymes

 

یکی از بهترین روشهای بر طرف کردن آهار از روی کالا استفاده از آنزیم هاست . این آنزیم ها از نوع کاتالیزورهای بیوشیمی یعنی بیو کاتالیستها Biocatalysts هستند. و از نظر شیمیایی پروتیین هایی هستند که با کاتالیزورهای شیمیایی معمولی متفاوتند زیرا در حرارت و PH محدودی عمل می کنند.

آنزیم هایی که برای تجزیه مواد آهار بکار می روند به دو گروه کلی تقسیم میشوند :

 

  1. آنزیمهای دکستروژنیک Dextrinogenic – آلفا آمیلازها
  2. آنزیم های ساکاروژنیک Saccharogenic – بتا آمیلازها

 

آمیلاز آلفا ملکول آمیلو پکتین را بصورت رندوم به واحد های کوچکتر تبدیل می کند اما بتا آمیلاز فقط شاخه های جانبی ملکول آمیلو پکتین را از انتهای ملکول هیدروزلیز می کند و برای آهار گیری سریع مناسب نیست.

عملکرد آنزیم آمیلاز
عملکرد آنزیم آمیلاز

عملکرد : 

هرچقدر پایداری حرارتی Heat Stability آنزیم زیاد باشد نشاسته را با سرعت زیادی تجزیه می کند .از طرف دیگر PH نیز مهم است چرا که بسته به نوع آنزیم در PH مشخصی بیشترین عملکرد را دارد :

آمیلاز پانکریتی PH = 6.8-7

آمیلاز مالت آلفا PH = 4.6-5.2

آمیلاز مالت بتا PH = 4.6-5.2

آمیلاز باکتریی (B.subtilis)

PH=5-7

 

 

رنگبری با آنزیم لاکاز

 

لاکاز یک آنزیم اکسید کننده حاوی مس می باشد که در بسیاری از که در بسیاری از گیاهان، قارچ ها و میکروارگانیسم ها یافت می شود ودر صنایع مختلفی مانند نساجی ، رنگرزی صنایع غذایی و… کاربرد گسترده ای دارد .

استفاده از آنزیم laccases در صنعت نساجی در حال رشد بسیار سریعی است، زیرا علاوه بر این به دکلرینه کردن  فاضلاب نساجی، جهت سفید کننده گی پارچه ها   استفاده می شود، همچنین مطالعات  تغییر سطح از پارچه و افزایش سطح سایشی و همچنین   در صنعت نساجی در شستن جین مورد مطالعه قرار گرفته است که با کاهش   backstaining همراه بوده است.

در تولید شلوار جین به واسطه اینکه فرایند رنگ بری در چندین مرحله اتفاق می افتد و از طرفی مقدار رنگ خارج شده بیش از حد مجاز می باشد.

عمدتا در فرایندهای قدیمی و گذشته پارچه های جین جهت رنگ بری از  سنگ شور کردن استفاده می شد که منجر به فرسایش مورد نظر از پارچه می شود.

پس از این فرایند عمل سفیدگری با سدیم هیپوکلریت انجام میشود که این عمل منجر به یک مرحله شستشو و میزان قابل توجهی آلودگی های زیست محیطی می گردد.

همانطور که گفته شد رنگبرداری توسط آنزیم لاکاز انجام میشود بدین صورت که کروموفور رنگزای نیل توسط آنزیم شکسته و بی رنگ میشود همچنین باعث ایجاد زمینه طوسی – خاکستری در محل رنگبرداری شده میشود و در مقایسه با هیپوکلریت سدیم از قدرت بیشتری برخوردار است.

مزایا :

ایجاد افکت سایه

عدم اثر  مخرب بروی پارچه

ایجاد سایه خاکستری

عدم نیاز به اضافه نمودن مواد کمکی به حمام

تابع هر دما و PH است

 

معایب

در مقایسه با هیپو کلریت گران تر است

عدم توانایی در تخریب و رنگبری رنگزای مشکی گوگردی

میزان حجم آب دستگاه و نوع مکانیک دستگاه میتواند بر عملکرد آنزیم تاثیر گذار باشد.

 

آنزیم کاتالاز Catalase

 

کاتالاز آنزیمی است که تقریباً در همهٔ موجودات زنده یافت می‌شود. این آنزیم در اکثر ارگان‌های بدن یافت می‌شود. این آنزیم آب اکسیژنه را به اکسیژن و آب تجزیه می‌کند. همچنین این آنزیم یکی از مهم ترین آنزیم‌ها در محافظت از سلول در مقابل آلودگی اکسیدی بوسیلهٔ آب اکسیژنه را دارد. به علاوه این آنزیم یکی از آنزیم‌هایی است که دارای قدرت تجزیهٔ بالا می‌باشد، به طوری که یک مولکول کاتالاز قادر به تجزیهٔ میلیون‌ها مولکول آب اکسیژنه به آب و اکسیژن در هر ثانیه می‌باشد.

آنزیم کاتالاز
آنزیم کاتالاز

پارچه های تهیه شده از الیاف طبیعی از قبیل پنبه معمولاً قبل از رنگرزی با پراکسید هیدروژن سفیدگری می شوند. کالای سفیدگری شده حاوی مواد شیمیایی بسیار فعال است و هرگونه پراکسیدی که بر روی پارچه برجای بماند می تواند با فرآیند رنگرزی تداخل ایجاد کند، لذا تصفیه و پاکسازی پس از عملیات سفیدگری نیاز است.

روش متداول، خنثی کردن کالای سفیدگری شده با عوامل احیاء کننده است اما این کار نیازمند دقت فراوانی است در حالیکه آنزیم عملکرد راحت تری دارد. زیرا مصرف آنها راحت تر و سریعتر است. میزان اندکی از آنزیم کاتالاز توانایی تجزیه پراکسید هیدورژن به آب و اکسیژن را دارد.

در مقایسه با تصفیه پارچه سفیدگری شده به روش مرسوم، فرآیند آنزیمی سبب کاهش مصرف آب و ایجاد پساب پاک تر می کندبرای مثال آنزیم Palkoperox محصول شرکت MAPS آنزیم کاتالازی است که در تصفیه پارچه سفیدگری شده استفاده می شود.

درباره نویسنده

مدیر

وبسایت Textile DB با هدف ارتقا صنعت نساجی وارد عرصه شده است و با بخش های علمی ٬ صنعتی و بازرگانی سعی دارد با فراهم آوردن امکانات لازم شرایط بهتری را برای قشر های مختلف از جمله دانشجویان ٬ اساتید و صنعت گران و فعالین اقتصادی بوجود آورد.

مطالب مرتبط

2 نظر

  1. پیام پیرمرادی

    سلام
    مطالب بسیا خوب و قابل استفاده هستند .
    یک سؤال
    برای آنزیم پارچه مثلا پوپلین از چه آنزیمی استفاده میشه؟پیشنهاد شما چیه؟

    پاسخ
  2. ‍پینگ بک: آلفا سلولز چیست - انجمن تخصصی ممسنی

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site is protected by wp-copyrightpro.com