Съдържание
Ензимите са биокатализатори, които играят важна роля във всички етапи на метаболизма и биохимичните реакции. Те представляват особен интерес и се използват като органични катализатори в множество процеси в промишлен мащаб. В тази статия е направен преглед на микробните ензими и тяхната класификация.
Въведение
Различните биоиндустрии се нуждаят от ензими със специфични характеристики, за да могат да се използват при обработката на субстрати и суровини. Микробните ензими действат като биокатализатори за осъществяване на реакции в биологични процеси по икономичен и екологичен начин в сравнение с използването на химически катализатори. Техните специални характеристики се използват за търговски интерес и промишлени приложения. Ензимите са много специфични и катализират около 4000 биохимични реакции. Нобеловият лауреат Емил Фишер изказва предположение, че това се дължи на факта, че както ензимът, така и субстратът имат специфична допълваща се геометрия, която се вписва точно един в друг.
![Разнообразие на микроорганизмите](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_2.webp)
Определение
Ензимите са големи биологични молекули, които отговарят за всички важни химични преобразувания са необходими за поддържане на живота. Те са високоселективни катализатори, които могат значително да увеличат скоростта и специфичността на метаболитните реакции, които варират от храносмилането на храната до синтеза на ДНК. Всички метаболитни процеси в микробните клетки зависят от това кои ензими се образуват.
История
През 1877 г. Вилхелм Фридрих Кюне, професор по физиология в Хайделбергския университет, използва за първи път термина "ензим", който идва от латинската дума fermentum, значение "в закваска". Производството на микробни ензими започва в Древна Гърция. Използвали са се за консервиране на храни и напитки.
През 1783 г. известният италиански католически свещеник Лацаро Спаланцани за първи път споменава значението на тази биомолекула в работата си върху биогенезата.
През 1812 г. Готлиб Сигизмунд Кирхоф изследва процедурата за превръщане на нишестето в глюкоза. В своя експеримент той подчертава използването на ензими като катализатор.
През 1833 г. френският химик Анселм Пайен открива първия ензим - диастаза.
няколко десетилетия по-късно, през 1862 г., Луи Пастьор, който изследва ферментацията на захар в алкохол, стига до заключението, че тя се катализира от жизнената сила, съдържаща се в клетките на дрождите.
Биомолекулите, които се срещат в природата, са били широко използвани от древни времена за производството на продукти като лен, кожа и индиго. Всички тези процеси са причинени от микроорганизми, произвеждащи ензими.
![Емил Фишер](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_3.webp)
Значението на
Ензимите са необходими за улесняване на химичните реакции. Ролята им в жизнената дейност на микроорганизмите е много важна. Състои се от метаболитни процеси, дишане, храносмилане и други жизненоважни дейности. Когато ензимите функционират правилно, се поддържа хомеостазата. Друга роля на ензимите в микроорганизмите е да ускоряват метаболизма.
Специални характеристики
Свойствата на микробните ензими включват:
- термостабилност;
- термофилен характер;
- толерантност към променящия се диапазон на pH;
- стабилност на активността при промени в температурата и рН;
- Други строги условия на реакция.
Те се делят на термофилни, ацидофилни или алкалофилни. Микроорганизмите с термостабилни ензимни системи намаляват възможността за микробно замърсяване при широкомащабни промишлени реакции с голяма продължителност. Микробните ензими спомагат за увеличаване на масовия трансфер и намаляване на вискозитета на субстрата по време на процеса на хидролиза на суровини.
![Бактериални ензими](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_4.webp)
Класификация
Поради широкия спектър от дейности, основани на естеството на тяхната реакция, ензимите се класифицират според тяхната катализа:
- оксидоредуктази. Реакциите на окисление включват прехвърляне на електрони от една молекула към друга. В биологичните системи това включва отстраняване на водород от субстрат.
- Трансферази. Този клас ензими катализира прехвърлянето на групи атоми от една молекула в друга. Аминотрансферазите или трансаминазите улесняват прехвърлянето на аминогрупа от аминокиселина към алфа-оксикиселина.
- Хидролази. Катализира хидролизата, разцепването на субстрати от вода. Реакциите включват разцепване на пептидни връзки в протеините, гликозидни връзки във въглехидратите и естерни връзки в липидите. По принцип по-големите молекули се разграждат на по-малки фрагменти.
- Лиази. катализирано добавяне на групи към двойни връзки или образуване на втори връзки чрез отстраняване на първи връзки. Например пектат лиазите разцепват гликозидните връзки чрез бета-елиминиране.
- Изомерази. Катализират преместването на групи от една позиция в друга в една и съща молекула. Променя структурата на субстрата, като пренарежда атомите му.
- Лигази. Свързване на молекули с ковалентни връзки. Участва в биосинтетични реакции, при които се образуват нови свързващи групи. Такива реакции изискват енергия под формата на кофактори.
![Синтез на ДНК](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_5.webp)
Приложения
Ферментацията се използва при приготвянето на много хранителни продукти. Използването на микробни ензими в хранително-вкусовата промишленост е дългогодишен процес. Широко използвани са следните видове
- Амилаза. Втечняване на нишестето, подобряване на качеството на хляба, избистряне на плодови сокове.
- Глюкоамилази. Производство на бира и сироп с високо съдържание на глюкоза и фруктоза.
- Протеаза. Омекотяване на месото, коагулация на млякото.
- Лактаза. Намаляване на непоносимостта към лактоза при хора, пребиотични хранителни добавки.
- Липаза. Производство на сирене Чедър.
- Фосфолипази. Производство на липолизирана млечна мазнина.
- Естераза. Подобряване на вкуса и аромата на плодов сок. Деестерификация на диетични фибри. Производство на късоверижни естери.
- Целулаза. Животински фуражи.
- Глюкозна оксидаза. Подобряване на срока на годност на храните.
- Laccases. Отстраняване на полифеноли от вино.
- Каталази. Съхраняване на храни. Премахване на водороден пероксид от млякото преди производството на сирене.
- Пероксидаза. Подобряване на вкуса, цвета и качеството на храната.
![Производство на сирене Чедър](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_6.webp)
Протеаза
Протеазите, получени от микробни системи, биват три вида: киселинни, неутрални и алкални. Алкалните серинови протеази намират най-голямо приложение в биоиндустрията. Те имат висока активност и стабилност при анормални условия на екстремни физиологични параметри. Алкалните протеази имат много стабилна ензимна активност, когато се използват в детергенти. Те са намерили широко приложение в биоиндустрията:
- производство на детергенти;
- хранително-вкусовата промишленост;
- обработка на кожата;
- фармацевтични продукти;
- изследвания в областта на молекулярната биология и синтеза на пептиди.
![Пречиствател на сок](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_7.webp)
Амилаза
Това е микробен ензим, който катализира разграждането на нишестето в захари. Открит и изолиран е от Анселм Пейен през 1833 г. Всички амилази са гликозидни хидролази. Те намират широко приложение в промишлеността и представляват почти 25 % от пазара на ензими. Използва се в отрасли като:
- преработка на храни;
- хлебопроизводство;
- хартиената и текстилната промишленост;
- Подсладители и плодови сокове;
- глюкозни и фруктозни сиропи;
- детергенти;
- Горивен етанол от нишесте;
- алкохолни напитки;
- помощ за храносмилането;
- препарат за отстраняване на петна при химическо чистене.
Използва се също в клиничната, медицинската и аналитичната химия.
![Обработка на месото](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_8.webp)
Ксиланаза
Хемицелулозата е една от основните съставки на селскостопанските остатъци заедно с целулозата, лигнина и пектина. Ксиланът е неговият основен компонент. Значението на ксиланазата е нараснало значително поради биотехнологичните ѝ приложения за производство на пентози, пречистване на плодови сокове, подобряване на храносмилането и биоконверсия на лигноцелулозни селскостопански отпадъци в горива и химикали. Намира приложение в хранително-вкусовата, текстилната и хартиената промишленост, при управлението на селскостопански отпадъци, производството на етанол и фуражи за животни.
Lakkaza
Лигнинолитичните ензими са приложими при хидролизата на лигноцелулозни селскостопански остатъци, особено за разграждане на сложния и непредаваем компонент лигнин. Те са много гъвкави по природа и могат да се използват в редица промишлени процеси. Лигнолитичната ензимна система се използва за биобезцветяване на целулоза, както и в други отрасли, като стабилизиране на вино и плодови сокове, пране на деним, козметика и биосензори.
![Съхраняване на храни](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_9.webp)
Липаза
Това е микробен ензим, който катализира разграждането и хидролизата на мазнини. Липазите са подклас на естеразите. Те играят важна роля в храносмилането, преноса и преработката на мазнини. Повечето липази участват в определена позиция върху глицероловия гръбнак на мастния субстрат, особено в тънките черва. Някои от тях се експресират от секретирани патогени по време на инфекциозно заболяване. Липазите се считат за основна група биотехнологично ценни ензими, главно поради техните универсални свойства и лесното им масово производство.
![Производство на детергенти](https://cdn2.faqukr.com/fimg/fermenty-mikroorganizmov-sposoby-obrazovanija-kla_10.webp)
Приложения на липазата
Тези ензими участват в различни биологични процеси, вариращи от рутинния метаболизъм на триглицеридите в храната до предаването на сигнали и клетъчното възпаление. Някои липазни активности са ограничени до специфични отделения в клетките, докато други действат в извънклетъчните пространства
- Панкреатичните липази се отделят в извънклетъчните пространства, където служат за рециклиране на хранителните липиди в по-прости форми, които се пренасят в тялото.
- Улесняване на усвояването на хранителни вещества от външната среда.
- Повишената активност на липазата замества традиционните катализатори при преработката на биодизел.
- Използва се в области като продукти за печене, перилни препарати и като биокатализатори.
- В текстилната промишленост се използва за увеличаване на абсорбиращата способност на тъканите и равномерността при боядисване.
- За модифициране на вкуса на храните чрез синтез на естери на късоверижни мастни киселини и алкохоли.
- Наличието или високите нива на липаза могат да показват специфична инфекция или заболяване и могат да се използват като диагностичен инструмент.
- Може да има бактерициден ефект. Може да се използва при лечение на злокачествени тумори.
- Козметичните и фармацевтичните продукти (продукти за грижа за кожата) са от голямо търговско значение, препарати за къдрене коса).