Enzymes ni vichochezi vya kibayolojia ambavyo vina jukumu muhimu katika hatua zote za kimetaboliki na athari za biokemikali. Zinavutia sana na hutumiwa kama vichocheo vya kikaboni katika michakato mingi ya kiviwanda. Makala haya yanatoa muhtasari wa vimeng'enya vidogo vidogo na uainishaji wao.
Utangulizi
Sekta mbalimbali za kibayolojia zinahitaji vimeng'enya vyenye sifa maalum kwa matumizi yake katika uchakataji wa substrates na malighafi. Vimeng'enya vidogo vidogo hufanya kazi kama vichochezi vya kibayolojia ili kutekeleza athari katika michakato ya kibayolojia kwa njia ya kiuchumi na rafiki wa mazingira ikilinganishwa na matumizi ya vichocheo vya kemikali. Tabia zao maalum hutumiwa kwa maslahi ya kibiashara na maombi ya viwanda. Enzymes ni maalum sana, huchochea athari 4000 za biochemical. Mshindi wa Tuzo ya Nobel Emil Fischer alipendekeza kuwa hii ni kwa sababu kimeng'enya na sehemu ndogo zina jiometri maalum zinazosaidiana ambazo ni sawasawa.fitna.
Ufafanuzi
Enzymes ni molekuli kubwa za kibayolojia zinazowajibika kwa ubadilishanaji huo muhimu wa kemikali ambao ni muhimu ili kuendeleza uhai. Ni vichochezi vilivyochaguliwa sana ambavyo vinaweza kuharakisha kwa kiasi kikubwa kasi na umaalum wa athari za kimetaboliki ambazo huanzia kwenye usagaji chakula hadi usanisi wa DNA. Michakato yote ya kimetaboliki inayotokea ndani yao inategemea ni vimeng'enya gani hutengenezwa katika seli za vijiumbe.
Historia
Mnamo 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, profesa wa fiziolojia katika Chuo Kikuu cha Heidelberg, alitumia kwanza neno "enzyme", ambalo linatokana na neno la Kilatini fermentum, linalomaanisha "katika chachu". Kupata enzymes ya microorganisms ilianza katika Ugiriki ya kale. Zilitumika kuhifadhi chakula na vinywaji.
Mnamo 1783, kasisi mashuhuri wa Kikatoliki wa Italia Lazzaro Spallanzani alitaja kwa mara ya kwanza umuhimu wa biomolecule hii katika kazi yake ya biogenesis.
Mnamo 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff alichunguza utaratibu wa kubadilisha wanga kuwa glukosi. Katika jaribio lake, anaangazia matumizi ya vimeng'enya kama kichocheo.
Mnamo 1833, mwanakemia Mfaransa Anselm Payen aligundua kimeng'enya cha kwanza, diastase.
Miongo kadhaa baadaye, mnamo 1862, alipokuwa akisoma uchachushaji wa sukari kuwa pombe, Louis Pasteur alifikia hitimisho kwamba ilichochewa na nguvu ya maisha iliyo katika chembe za chachu.
Molekuli za kibayolojia zinapatikana katika asilizimetumika sana tangu nyakati za zamani katika utengenezaji wa bidhaa kama vile kitani, ngozi na indigo. Michakato hii yote ilisababishwa na vijidudu - wazalishaji wa vimeng'enya.
Maana
Enzymes zinahitajika ili kuwezesha athari za kemikali. Jukumu lao katika maisha ya microorganisms ni muhimu sana. Inajumuisha kuhakikisha michakato ya kimetaboliki, kupumua, digestion na aina nyingine za maisha. Wakati enzymes hufanya kazi vizuri, homeostasis inadumishwa. Jukumu lingine la vimeng'enya katika vijidudu ni kuharakisha kimetaboliki.
Sifa Maalum
Sifa za kimeng'enya cha viumbe vidogo ni pamoja na:
- upinzani wa joto;
- asili ya joto;
- uvumilivu wa kubadilisha kiwango cha pH;
- uthabiti wa shughuli wakati wa kubadilisha halijoto na pH;
- masharti mengine magumu ya kukabiliana.
Zimeainishwa kama thermophilic, acidophilic au alkaliphilic. Viumbe vidogo vilivyo na mifumo ya kimeng'enya inayoweza joto hupunguza uwezekano wa uchafuzi wa vijiumbe katika athari kubwa za viwandani kwa muda mrefu. Vimeng'enya vidogo vidogo husaidia katika kuongeza uhamishaji wa wingi na kupunguza mnato wa substrate wakati wa mchakato wa hidrolisisi wa malighafi.
Ainisho
Kwa sababu ya anuwai ya shughuli kulingana na asili ya mmenyuko wao, vimeng'enya huainishwa kulingana na kichocheo:
- Oxidoreductases. Athari za oksidi huhusisha uhamisho wa elektroni kutoka kwa molekuli mojakwa mwingine. Katika mifumo ya kibaolojia, huku ni uondoaji wa hidrojeni kutoka kwa mkatetaka.
- Uhamisho. Kundi hili la vimeng'enya huchochea uhamishaji wa vikundi vya atomi kutoka molekuli moja hadi nyingine. Aminotransferasi au transaminasi hurahisisha uhamishaji wa kikundi cha amino kutoka kwa asidi ya amino hadi asidi ya alpha-oxo.
- Haidrolases. Kuchochea hidrolisisi, kugawanyika kwa substrates na maji. Athari hizo ni pamoja na kupasuka kwa vifungo vya peptidi katika protini, vifungo vya glycosidic katika wanga, na vifungo vya esta katika lipids. Kwa ujumla, molekuli kubwa hugawanyika kuwa vipande vidogo.
- Liase. Kuchochea uongezaji wa vikundi kwa vifungo viwili au uundaji wa mwisho kwa kuondoa wa kwanza. Kwa mfano, pectate lyases hutenganisha bondi za glycosidic kwa kuondoa beta.
- Isomerasi. Wao huchochea uhamisho wa vikundi kutoka nafasi moja hadi nyingine katika molekuli sawa. Badilisha muundo wa substrate, ukipanga upya atomi zake.
- Ligas. Unganisha molekuli pamoja na vifungo vya ushirikiano. Wanashiriki katika athari za biosynthetic, ambapo vikundi vipya vya dhamana vinaundwa. Miitikio kama hii huhitaji uingizaji wa nishati katika mfumo wa viambatanisho.
Maombi
Uchachu hutumika katika utayarishaji wa vyakula vingi. Matumizi ya enzymes ya microbial katika sekta ya chakula ni mchakato wa muda mrefu. Aina zifuatazo zinatumika sana:
- Amylase. Kuyeyushwa kwa wanga, uboreshaji wa ubora wa mkate, ufafanuzi wa juisi za matunda.
- Glucoamylases. Uzalishaji wa bia na syrups zenye sukari nyingi na fructose.
- Protease. Utoaji zabuninyama, maziwa kuganda.
- Lactase. Kupunguza uvumilivu wa lactose kwa wanadamu, virutubishi vya lishe vilivyotangulia.
- Lipase. Uzalishaji wa jibini la cheddar.
- Phospholipases. Uzalishaji wa mafuta ya maziwa yaliyokaushwa.
- Esterase. Uboreshaji wa ladha na harufu katika juisi ya matunda. Uharibifu wa nyuzi za lishe. Uzalishaji wa esta fupi za mnyororo.
- Seli. Chakula cha wanyama.
- Glucose oxidase. Kuboresha maisha ya rafu ya chakula.
- Mapungufu. Kuondolewa kwa polyphenols kutoka kwa divai.
- Katalasi. Uhifadhi wa chakula. Kuondolewa kwa peroksidi ya hidrojeni kutoka kwa maziwa kabla ya kutengeneza jibini.
- Peroxidase. Ukuzaji wa ladha, rangi na ubora wa chakula.
Protease
Protease zinazotokana na mifumo ya vijidudu ni za aina tatu: asidi, upande wowote na alkali. Protease za serine za alkali ndizo zinazotumika sana katika tasnia ya kibayolojia. Wana shughuli za juu na utulivu chini ya hali isiyo ya kawaida ya vigezo vya kisaikolojia kali. Protease za alkali zina mali ya utulivu wa juu wa shughuli za enzymatic wakati zinatumiwa katika sabuni. Wamepata matumizi mapana katika tasnia ya kibayolojia:
- utengenezaji wa poda za kufulia;
- sekta ya chakula;
- usindikaji wa ngozi;
- dawa;
- utafiti wa baiolojia ya molekuli na usanisi wa peptidi.
Amylase
Hiki ni kimeng'enya cha vijidudu ambavyo huchochea mgawanyiko wa wanga kuwa sukari. Alikuwailigunduliwa na kutengwa na Anselm Peyen mnamo 1833. Amylases zote ni glycoside hydrolases. Zinatumika sana katika tasnia na huchangia karibu 25% ya soko la enzyme. Inatumika katika tasnia kama vile:
- chakula;
- kuoka mikate;
- karatasi na nguo;
- vitamu na juisi za matunda;
- syrups ya sukari na fructose;
- sabuni;
- mafuta ya ethanoli kutoka kwa wanga;
- vinywaji vya kileo;
- msaada wa usagaji chakula;
- kiondoa madoa katika usafishaji kavu.
Pia hutumika katika kemia ya kimatibabu, kimatibabu na uchanganuzi.
Xylanase
Hemicellulose ni mojawapo ya viambajengo vikuu vya mabaki ya kilimo pamoja na selulosi, lignin na pectin. Xylan ni sehemu yake kuu. Umuhimu wa xylanase umeongezeka kwa kiasi kikubwa kutokana na matumizi yake ya kibayoteknolojia kwa ajili ya uzalishaji wa pentose, utakaso wa juisi za matunda, uboreshaji wa usagaji chakula, na ubadilishaji wa kibayolojia wa taka ya lignocellulosic kuwa nishati na kemikali. Imepata matumizi yake katika viwanda vya chakula, nguo na masalia na karatasi, utupaji taka za kilimo, uzalishaji wa ethanoli na malisho ya mifugo.
Laccase
Enzymes za Liginolytic ni muhimu katika hidrolisisi ya mabaki ya lignocellulosic ya kilimo, haswa kwa uharibifu wa lignin ya sehemu tata na isiyosukuma. Zinatumika sana kwa asili na zinaweza kutumika katika michakato kadhaa ya viwandani. Mfumo wa kimeng'enya cha lignolytic hutumika katika uwekaji rangi wa selulosi na viwanda vingine kama vile uimarishaji wa divai na juisi ya matunda, usafishaji wa denim, vipodozi na vihisishio vya kibaiolojia.
Lipase
Hiki ni kimeng'enya cha vijidudu ambavyo huchochea utengano na hidrolisisi ya mafuta. Lipases ni aina ndogo ya esterasis. Wanachukua jukumu kubwa katika digestion, usafirishaji na usindikaji wa mafuta. Wengi wa lipases wanahusika katika nafasi fulani kwenye mgongo wa glycerol ya substrate ya mafuta, hasa katika utumbo mdogo. Baadhi yao huonyeshwa na viumbe vya siri vya pathogenic wakati wa ugonjwa wa kuambukiza. Lipases huchukuliwa kuwa kundi kuu la vimeng'enya vyenye thamani ya kibayoteknolojia, hasa kutokana na ubadilikaji wa sifa zinazotumika na urahisi wa uzalishaji kwa wingi.
Programu ya Lipase
Enzymes hizi huhusika katika michakato mbalimbali ya kibayolojia, kuanzia metaboli ya kawaida ya triglyceride katika lishe hadi kuashiria na kuvimba kwa seli. Baadhi ya shughuli za lipase hutumika tu kwa sehemu fulani ndani ya seli, huku zingine zikifanya kazi katika nafasi za ziada:
- Lipasi za kongosho huwekwa kwenye nafasi za ziada ambapo hutumika kubadilisha lipids za lishe kuwa aina rahisi zinazosafirishwa kwa mwili wote.
- Kurahisisha ufyonzwaji wa virutubisho kutoka kwenye mazingira.
- Shughuli iliyoongezeka ya lipase inachukua nafasivichocheo vya kawaida katika usindikaji wa dizeli ya mimea.
- Hutumika katika matumizi kama vile kuoka, sabuni za kufulia, kama vichochezi vya kibayolojia.
- Katika tasnia ya nguo, hutumika kuongeza unyonyaji wa kitambaa na kusawazisha wakati wa kupaka rangi.
- Ili kurekebisha ladha ya chakula kwa kuunganisha esta za asidi fupi za mafuta na alkoholi.
- Kuwepo au viwango vya juu vya lipasi kunaweza kuonyesha maambukizi au ugonjwa mahususi na inaweza kutumika kama zana ya uchunguzi.
- Ina athari ya kuua bakteria. Inaweza kutumika kutibu uvimbe mbaya.
- Zina thamani kubwa kibiashara katika vipodozi na dawa (bidhaa za kutunza ngozi, visu vya kunyoosha nywele).
