| آنزیم های موثر در پلی ساکاریدها | |
| تعداد صفحات | ۵۷ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۱٫۶۵ Mb |
در این قسمت پروژه با موضوع آنزیم های موثر در پلی ساکاریدها به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است.
۱- آنزیم
بیش از یک قرن است که وجود آنزیم ها در طبیعت شناخته شده است. با این حال، اولین آنزیم اوره آز توسط جیمز بی سامنر در سال ۱۹۲۶ به صورت بلوری از باقلای هندی جدا شد. آنزیم ها، که به عنوان بیوکاتالیست نیز شناخته می شوند، ماده ای بیولوژیکی هستند که سرعت واکنش بیوشیمیایی ارگانیسم زنده را آغاز کرده یا آن را تسریع می کنند، بدون اینکه خود در واکنش مصرف شوند. حتی اگر آنزیم هایی در داخل سلول های زنده تولید شوند، می توانند به طور فعال در شرایط آزمایشگاهی کار کنند و می توان آنها را در فرآیندهای صنعتی قابل استفاده کرد. آنزیم ها مولکول های پروتئینی پیچیده ای هستند و بیوکاتالیست های طبیعی هستند که توسط ارگانیسم های زنده تولید می شوند تا واکنش های بیوشیمیایی مورد نیاز برای حفظ زندگی را کاتالیز کنند. بیشتر آنزیم ها پروتئین هستند، اما نه همه. RNA و آنتی بادی ها نیز می توانند به عنوان کاتالیزور عمل کنند و به ترتیب به عنوان ریبوزیم و abzymes شناخته می شوند. این مقاله بیان می کند که بیش از ۵۰۰۰ نوع واکنش بیوشیمیایی توسط آنزیم ها کاتالیز می شود [۱].
همانند سایر کاتالیزورهای شیمیایی، آنزیم ها نیز در افزایش سرعت واکنش های بیوشیمیایی بسیار موثر هستند که در غیر این صورت بسیار آهسته انجام می شوند، یا در بعضی موارد، به هیچ وجه انجام نمی شوند. یک مثال متداول، تجزیه مواد غذایی است که عمدتا شامل پروتئین ها، کربوهیدرات ها و چربی ها، به مواد اصلی تشکیل دهنده ی آنها است. بسته به نوع و مقدار غذا به طور معمول در مدت ۳-۶ ساعت انجام می شود. در حالیکه، در صورت عدم وجود آنزیم ها، این تجزیه مواد غذایی بیش از ۳۰ سال طول می کشد. در مقایسه با کاتالیزورهای شیمیایی، آنزیم ها در عمل خاص ترند و دارای خواص کاتالیزوری بالایی هستند. همچنین، آنزیم ها را می توان بدون از دست دادن فعالیت، که استفاده مجدد و بازیافت آنها را تسهیل می کند، روی مواد پشتیبانی کننده بی اثر قرار داد.
بیشتر آنزیم ها، اما نه همه، برای انجام فعالیت خود به عنوان کاتالیزور، به یک مولکول کوچک نیاز دارند. این مولکول ها به عنوان کوفاکتور یا کوآنزیم شناخته می شوند. کوفاکتورها ترکیبات شیمیایی غیر پروتئینی هستند که به منظور افزایش فعالیت بیولوژیکی آنزیم مورد نیاز، به بخش پروتئینی غیر فعال آنزیم (آپوآنزیم) متصل می شوند. کمپلکس فعال آپوآنزیم (قسمت پروتئینی) همراه کوفاکتور (کوآنزیم یا گروه پروتز) هولوآنزیم نامیده می شود. کوفاکتور همچنین “مولکول کمکی” در نظر گرفته می شود زیرا در تحولات بیوشیمیایی کمک می کند. کوفاکتورها دو نوع هستند: کوآنزیم ها و گروه های مصنوعی. کوآنزیم ها نوع خاصی از کوفاکتورها هستند و مولکول های آلی هستند که به آنزیم ها متصل می شوند و به عملکرد آنها کمک می کنند [۱].
مولکولهای آلی به سادگی مولکولهایی هستند که حاوی کربن هستند. بسیاری از کوآنزیم ها از ویتامین ها گرفته می شوند. این مولکول ها اغلب به محل فعال یک آنزیم متصل می شوند و به انتقال یک لایه یا محصول کمک می کنند و همچنین می توانند گروه های شیمیایی را از یک آنزیم به آنزیم دیگر منتقل کنند. نکته مهم، کوآنزیم ها به آرامی به آنزیم متصل می شوند اما گروه دیگری از کوفاکتورها متصل نمی شوند. گروههای مصنوعی (مولکولهای آلی یا یونهای فلزی) نیز کوفاکتورهایی هستند که غالباً با پیوند کووالانسی محکم به پروتئین ها یا آنزیم ها متصل می شوند. یکی از مشخصه های قابل توجه آنزیم ها ویژگی آنها برای لایه ها یا واکنش هایی است که آنها کاتالیز می کنند، و این باعث می شود که آنها به عنوان یک ابزار تحقیقاتی و صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار باشند. ویژگی آنزیم ها ممکن است انواع مختلفی داشته باشد، مانند مستقل (که فقط یک واکنش را کاتالیز می کند)، گروه (که فقط بر روی مولکول هایی که دارای گروه های عملکردی خاص هستند عمل می کند)، پیوند (که بر روی نوع خاصی از پیوند شیمیایی عمل می کنند) یا استریو شیمیایی (که بر روی ایزومر استریک یا نوری خاص عمل می کند) [۲].
۱-۱- آنزیم ها در فن آوری مواد غذایی
از زمان های بسیار قدیم، آنزیم ها نقش مهمی در تولید غذاهای مختلف داشته اند. یکی از متداول ترین نمونه ها، تولید نوشیدنی هایی مانند ویسکی، آبجو و شراب با استفاده از آنزیم صنعتی است. امروزه، صنعت مواد غذایی از طیف گسترده ای از فنآوری های غربالگری برای کشف آنزیم های غذایی جدید استفاده می کند، اما تحویل آنزیم های غذایی جدید برای کاربردهای تجاری برای دانشمندان مواد غذایی و بیوتکنولوژی چالش برانگیز شده است. همچنین، بیوتکنولوژی به عنوان ابزاری پیشرفته برای صنایع غذایی ظهور کرده است. این فنآوری روشهایی برای تهیه محصولات جدید، بهبود ارزش غذایی، کاهش هزینه های تولید، بهبود فرآوری مواد غذایی و همچنین رسیدگی به مشکلات زباله، مشکلات ایمنی غذا و بسته بندی ارائه کرده است. این روش همچنین در صنایع تولید و فرآوری مواد غذایی در آینده نقش مهمی خواهد داشت. امروزه، تولید تقریباً تمام غذاهای تجاری یا مواد تشکیل دهنده آنها شامل آنزیم ها یا واکنش های کاتالیز شده آنزیمی است. برخی از نمونه های متداول چنین فرآورده های غذایی عبارتند از: نوشیدنی های الکلی، شربت ها، شیرین کننده ها، شکلات ها، غذاهای نوزادان، محصولات نانوایی، پنیر و لبنیات، محصولات تخم مرغی، آب میوه ها، نوشابه ها، آب نبات ها، طعم دهنده ها و غیره [۳].
آنزیم ها مزایای زیادی در تولید و فرآوری مواد غذایی دارند. مهمترین نکته این است که از آنزیم ها به عنوان گزینه های جایگزین برای فنآوری های سنتی برپایه مواد شیمیایی استفاده می شود. این امر منجر به کاهش مصرف انرژی در فرآوری می شود، همچنین اثرات زیست محیطی کمتری ایجاد می کند. علاوه بر این، فرآیندهای کاتالیز شده با آنزیم به دلیل عملکرد خاص آنزیم ها در مقایسه با کاتالیزورهای شیمیایی، مواد زائد کمتری (محصولات جانبی) تولید می کنند. همچنین، آنزیم ها می توانند واکنش ها را در شرایط بسیار ملایم کاتالیز کنند و بنابراین عناصر ارزشمند غذا و اجزای غذا را از بین نمی برند. اگرچه گیاهان، حیوانات و میکروب ها بیشتر آنزیم های غذایی را تولید می کنند، آنزیم های تولید شده توسط منابع میکروبی مزایای بیشتری نسبت به آنزیم های تولید شده ازگیاهان و حیوانات دارند. برخی از رایج ترین آنزیم های مورد استفاده در بسیاری از برنامه های غذایی در جدول ۱ ارائه شده است [۱].
۲- پلی ساکارید
پلی ساکاریدها دسته مهمی از پلیمرهای بیولوژیکی هستند که با پیوندهای گلیکوزیدی پیوند می یابند و تقریباً در همه موجودات زنده مانند جلبک های دریایی (آلژینات، آگار-آگار و کاراگینان)، گیاهان (سلولز، همی سلولز، پکتین و صمغ گوار)، میکروورگانیسم ها (صمغ دکستران و زانتان) و حیوانات (هیالورونان، کندرویتین، کیتین و هپارین) یافت می شوند. عملکرد بیولوژیکی پلی ساکاریدها معمولاً ساختاری یا مربوط به ذخیره سازی است. به عنوان مثال، نشاسته یک پلی ساکارید درونی در گیاهان است، در حالی که سلولز و کیتین پلی ساکاریدهای ساختاری هستند که به ترتیب در دیواره های سلولی گیاهان و اسکلت های بیرونی سخت پوستان یافت می شوند. به دلیل تنوع ساختارها و خصوصیات آنها، پلی ساکاریدها منابع تجدید پذیر جذابی را تشکیل می دهند که می توانند به عنوان مواد با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرند. بیشتر آنها از نظر بیولوژیکی بی اثر هستند، برای انسان بی خطر هستند و در محیط طبیعی به وفور یافت می شوند. آنها چندین مزیت دیگر از جمله هزینه های پایین، تجزیه بیولوژیکی در اکوسیستم، تجدیدپذیری، عملکرد چند منظوره، واکنش شیمیایی، قابلیت های پاکسازی و جذب در تصفیه فاضلاب دارند. با این وجود، علی رغم این خصوصیات، استفاده از پلی ساکاریدها به اشکال طبیعی آنها همیشه راحت نیست (حلالیت و پراکندگی ضعیف در محیط های مختلف، تعادل آبدوست / آبگریز نامناسب). به همین دلایل، روشهای مختلفی برای اصلاح ساختار آنها و سپس اعطای خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است [۴].
پلی ساکاریدها دارای گروههای بسیار واکنش پذیر (استامیدو، آمینو، کربوکسیل و / یا هیدروکسیل) هستند که می توانند در مسیرهای مختلف کاربردی مورد بهره برداری قرار گیرند. به طور خاص، به دلیل وجود بسیاری از گروه های هیدروکسیل بر روی ساختار آنها، با خاصیت آب دوستی بالا شناخته می شوند. در طول سال ها، بسیاری از واکنش های شیمیایی مانند اکسیداسیون، سولفاتاسیون، استری سازی، آمیداسیون، شامل گروه های کربوکسیل، آمینو یا هیدروکسیل آزاد توزیع شده در امتداد ستون فقرات پلی ساکارید با هدف ایجاد مشتقات با خواص تعیین شده / سازگار انجام شده است. این فرایندهای شیمیایی معمولاً منجر به بازده بالا می شوند. با این حال، اشکالات اصلی آنها سمیت معرفهای شیمیایی استفاده شده و عدم انتخاب پذیری است. در مواجهه با این محدودیت ها، تأکید بیشتر بر کارایی محیط زیست و شیمی سبز، جستجوی فرآیندهای تجدید پذیر و سازگار با محیط زیست را برانگیخته است.
در سال های گذشته، فرآیندهای زیستی آنزیمی به طور فزاینده ای به عنوان روش های جایگزین برای اصلاح ساختار و خواص پلی ساکاریدها مورد کاوش قرار گرفته است.
مزایای اصلی آنها انتخاب پذیری بالا و ویژگی بستر است که امکان تولید محصولات با ساختارهای کاملاً مشخص و / یا فضا ویژه[۱] را فراهم می کند. علاوه بر این، واکنش های آنزیمی در شرایط معتدل انجام می شوند و احتمال تولید محصولات جانبی نامطلوب نسبت به فرآیندهای شیمیایی که به شرایط سخت (به عنوان مثال اسیدهای قوی برای نیتراتاسیون و سولفوناسیون) و ترکیبات بسیار واکنش پذیر (به عنوان مثال کلرو متیل متیل اتر، اتیلن اکسید، یا کلریدهای اسیدی) نیاز دارند،کمتر است. چنین رویه هایی با موفقیت برای پیوند مولکول هایی مانند اسیدهای چرب، پروتئین ها و فنول ها با هدف بهبود یا ایجاد بیوپلیمرهایی با خواص مکانیکی و / یا عملکردی جالب ارائه شده است.
این تحقیق با هدف ارائه استراتژی های مختلف اصلاح آنزیمی اعمال شده در چهار پلی ساکارید عمده شامل کیتوزان، سلولز، پکتین و نشاسته (شکل ۱) است [۴].
فهرست
۱- آنزیم
۱-۱- آنزیم ها در فن آوری مواد غذایی
۲- پلی ساکارید
۳- کیتوزان
۳-۱- ساختار کیتوزان
۳-۲- واکنشهای کاهش-اکسیداسیون
۳-۲-۱- پیوند ترکیبات فنولی بر روی کیتوزان
۳-۲-۱-۱- تیروزینازها
۳-۲-۱-۲- پراکسیدازها
۳-۲-۱-۳- لاکازها
۳-۲-۲- پیوند بسترهای مبتنی بر پروتئین بر روی کیتوزان
۳-۲-۲-۱- تیروزینازها
۳-۲-۲-۲- لاکازها
۳-۳- واکنشهای ترانس آمیداسیون کاتالیز شده توسط ترانس گلوتامینازها
۳-۴- واکنش های پلیمریزاسیون
۳-۴-۱- جفت شدن کیتوزان و پلی استرهای کاتالیز شده توسط لیپازها
۳-۴-۲- جفت شدن کیتوزان با بی فسفریلازهای کاتالیز شده توسط آمیلوز
۴- سلولز
۴-۱- واکنشهای کاهش اکسیداسیون کاتالیز شده توسط لاکاز
۴-۱-۱- اکسیداسیون سلولز
۴-۱-۲- پیوند ترکیبات فنولی بر روی سلولز
۴-۲- واکنشهای استیلاسیون / استیل شدن کاتالیز شده توسط هیدرولازها
۴-۳- واکنش های پلیمریزاسیون
۴-۳-۱- اتصال سلولز با پلی استرهای کاتالیز شده توسط لیپازها
۴-۳-۲- جفت شدن سلولز با آمیلوز که کاتالیز شده توسط فسفریلازها
۴-۴- واکنشهای فسفوریلاسیون کاتالیز شده توسط هگزوکینازها
۴-۵- واکنشهای گلیکوزیلاسیون کاتالیز شده توسط گلیکوزیدازها
۵- پکتین
۵-۱- آنزیم های تجزیه کننده پکتین
۵-۲- واکنشهای کاهش-اکسیداسیون
۵-۲-۱- پیوند ترکیبات فنولی بر روی پکتین کاتالیز شده توسط لاکازها و پراکسیدازها
۵-۲-۲- پیوند بسترهای مبتنی بر پروتئین بر روی پکتین کاتالیز شده توسط لاکازها
۵-۳- واکنشهای استیلاسیون / استیل شدن
۵-۳-۱- لیپازها و استرازها
۵-۳-۲- پروتئازها
۵-۴- واکنش های کوپلیمریزاسیون کاتالیز شده توسط ترانس گلوتامینازها
۶- نشاسته
۶-۱- آنزیم های فعال و نشاسته ای
۶-۲- هیدرولیز نشاسته ای
۶-۳- واکنشهای استیلاسیون / استیل شدن
۶-۳-۱- لیپازها
۶-۳-۲- پروتئازها
۶-۴- واکنش های پلیمریزاسیون
۶-۴-۱- پراکسیدازها
۶-۴-۲- لاکازها
۶-۵- کاربرد آنزیم های نشاسته
۷- معرفی آنزیمهای پرکاربرد در اصلاح هیدروکلوئیدها
۷-۱- آمیلازها
۷-۲- پلی فنول اکسیداز
۷-۳- تیروزیناز (EC 1.14.18.1)
۷-۴- پراکسیدازها (شماره EC 1.11.1.x)
۷-۵- لاکازها (EC 1.10.3.2)
۷-۶- ترانس گلوتامینازها (EC 2.3.2.13)
۷-۷- لیپازها (EC 3.1.1.3)
۷-۸- فسفوریلازها (EC 2.4.1.1)
۷-۹- استرازها (EC 3.1.1.1 هیدرولازهای کربوکسیل استر)
۷-۱۰- کاتیناز (EC 3.1.1.74)
منابع
| آنزیم های موثر در پلی ساکاریدها | |
| تعداد صفحات | ۵۷ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۱٫۶۵ Mb |