شکل1- نحوه عمل آنزیم ها
4 - انواع آنزیم ها و نامگذاری آنها
به
طور کلی آنزیمها با توجه به نوع واکنش خاصی که کاتالیز می کنند نامگذاری
میشوند و برا همین اساس به شش دسته به شرح زیر طبقه بندی شدهاند.
4-1 اکسیدورداکتازها (Oxidoreductase)
این دسته از آنزیم ها واکنش های اکسید و احیا را کاتالیست می کنند.
4-1-1دهیدروژناز (Dehydrogenase): انتقال هیدرید
4-1-2 پراکسیداز (Peroxidase): انتقال الکترون به پراکسیدها
4-1-3 اکسیژناز(Oxygenase): انتقال الکترون از مولکول اکسیژن
4-2 ترانسفرازها (Transferase)
انتقال گروههای عاملی را انجام می دهند. اکثر آنها به حضور کوآنزیم
نیاز مند هستند و یک قسمت از مولکول اولیه (پیش ماده) به آنزیم یا کوآنزیم
آن به صورت کووالانسی متصل می شود.
4-3 هیدرولازها (Hydrolase):
این
دسته از آنزیم ها واکنش های هیدرولیز را کاتالیز می کنند. دسته ای از
ترانسفرازها هستند که در آن آب به عنوان گیرنده گروه منتقل شده عمل می کند.
بسته به نوع پیوندی که می شکنند به پروتئاز، آمیلازها، آسیلازها، لیپازها و
استرازها تقسیم بندی می شوند.
4-4 لیازها (Lyase):
واکنش های
حذفی غیراکسنده و غیرهیدرولیتیک را کاتالیز می کنند. همچنین علاوه بر واکنش
حذفی میتوانند شکست ماده اولیه یا تولید پیوند دوگانه را نیز انجام دهند.
به بیان دیگر واکنش های حذفی برای تولید پیوند دوگانه را کاتالیز می کنند.
همچنین لیاز می تواند افزایش یک گونه به پیوند دوگانه در ماده اولیه را
کاتالیز نماید که این نوع لیاز "سیتاز" نامیده می شود.
4-5 ایزومرازها (Isomerase)
واکنش
های ایزومریزاسیون را کاتالیز می کنند. چون این دسته واکنش ها ماده اولیه و
محصول یکی هستند ساده ترین واکنش های آنزیمی را شامل می شوند.
4-6 لیگازها(Ligase)
اتصال دو ماده اولیه را کاتالیز می کنند. در این واکنش ها انرژی پتانسیل
شیمیایی به صورت یک نوکلئوزید تری فسفات یا ATP خارج می شوند. لیگازها تحت
سینتتاز هم نامیده می شوند.
5- اجزای ساختاری آنزیم
آنزیم نیاز
به مولکول های افزودنی دارند که به عملکرد آنها کمک می کنند. این مولکول ها
از جنس پروتئین نبوده و کوآنزیم یا کوفاکتور نامیده می شوند. کوآنزیم
معمولا یک مولکول آلی کوچک و کوفاکتور یون های معدنی می باشند. کوآنزیم یا
کوفاکتور به فعالیت کاتالیتیکی آنزیم کمک می کند. کوفاکتورها از طریق حمله
نوکلئوفیلی یا الکتروفیلی به ماده اولیه واکنش را آغاز می کننند. به بخش
پروتئینی آنزیم بدون کوفاکتور، آپوآنزیم گویند.
عوامل محیطی مختلفی عمل آنزیم را تحت تاثیر قرار می دهد:
دما:
سرعت حرکت مولکولی را افزایش می دهد. همچنین میتواند باعث تغییر شکل آنزیم
شود. افزایش دما بیش از حد خاص فعالیت بیولوژیکی آنزیم را از بین برده و
آنزیم غیر فعال می شود. هر آنزیم با توجه به ساختار خود یک دمای بهینه
دارد.
pH: ساختار سه بعدی آنزیم دارای زنجیرهای جانبی زیادی است که یون
هیدروژن با آنها پیوند داده است. پس شکل بهینه آنزیم از طریق تعداد یون
های هیدروژن متصل شده به آن مشخص می شود. در نتیجه هر آنزیم در یک pH مشخص
فعال می باشد.
6-منبع آنزیم ها
آنزیم ها در سلول های گیاهان،
جانوران یا میکروارگانیسم ها سنتز می شوند. آنزیم ها می توانند از منابع
میکروبی (سلول های یوکاریوت و پروکاریوت که به راحتی در محیط کشت رشد کرده
در مقیاس وسیع تهیه می شوند، باکتری ها، قارچ ها و کپک ها) گیاهی یا حیوانی
بدست آیند. بیش از 90 درصد آنزیم ها از تخمیر میکروارگانیسم ها به دست می
آیند.
7-تثبیت نمودن آنزیم (Immobilization)
از مزایای تثبیت
نمودن آنزیم می توان به تکرار پذیری و استفاده مکرر ، جداسازی بهتر و
راحتتر آنزیم از مواد اولیه، افزایش سطح تماس آنزیم با مواد اولیه،
جلوگیری از تجمع آنزیم ، افزایش پایداری ساختار سه بعدی و جلوگیری ازغیر
فعال شدن فعالیت آنزیم در شرایط محیطی مانند دما و pH بالا و یا حضور
اکسیدانها اشاره کرد.
اما تثبیت کردن آنزیم بر روی بستر معایبی نیز به
همراه خواهد داشت که از جمله آنها میتوان به قیمت بالای حامل، کاهش
راندمان پیوند پروتئین یاد کرد. در این روش احتمال کاهش فعالیت آنزیم به
دلیل تغییرات شیمیایی پروتئین، ممانعت فضایی و محدودیت انتقال جرم نیز وجود
دارد. همچنین نسبت آنزیم به نگهدارنده به 5 تا 10 درصد وزنی خواهد بود که
این مقدار موجب کاهش فعالیت کاتالیتیکی آنزیم می گردد.
7-1 روش های تثبت نمودن آنزیم بر بستر
7-1-1 جذب غیرکوالانسی آنزیم روی بستر
در
این روش پروتئین و سطح جامد به صورت غیرکووالانسی و برگشت پذیر پیوند می
دهند. این پیوندها شامل پیوندهای قوی یونی و هیدروژنی تا پیوندهای ضعیف تر
واندروالسی و برهمکنش های آبگریز می باشد. اگر پیوند بین آنزیم و بستر
خیلی ضعیف باشد ساختار نوع سوم آنزیم نسبت به محلول پایداری کمتری دارد و
میتوان با تغییر pH آنزیم جذب شده را از سطح بستر جدا کرد. در این روش
میتوان آنزیم خراب شده را با آنزیم سالم روی بستر تعویض نمود که یک مزیت
به شمار میآید. همچنین اگر فرایند اتصال به صورت گزینشی روی سطح بستر
انجام شود تثبیت کردن می تواند روش مناسبی برای خالص سازی آنزیم باشد (شکل
2).

شکل 2- جذب غیرکوالانسی آنزیم روی بستر
7-2-2 اتصال کووالانسی آنزیم بروی بستر جامد
این
پیوند کووالانسی بین باقیمانده زنجیر جانبی آمینو اسید آنزیم و گروه های
فعال سطح بستر انجام می شود و به دلیل پیوند کووالانسی قوی زیست کاتالیست
با بسترهای ناهمگن پایداری زیادی خواهند داشت. (شکل 3)
شکل 3- برهم کنش بین انزیم و سطح نانوفیبر [2]
7-2-3- به دام افتادن آنزیم در ژل پلیمری غشا یا کپسول (Encapsulation)
در
این روش آنزیم یا کل سلول به صورت فیزیکی در یک پلیمر به دام انداخته
میشود. اما در این روش محدودیت نفوذ (Diffusion Limitation) وجود دارد. ژل
های پلی آکریل آمید و پلی آکریلات که هیدروفیلهای مناسبی می باشند
توانایی به دام اندازی آنزیم ها را دارند. شایان ذکر است در مورد کپسوله
شدن، پروتئین با دیواره کپسول برهمکنش کووالانسی ندارد (شکل 4).
شکل 4 -به دام افتادن آنزیم در ژل پلیمری غشا یا کپسول
7-4- اتصال متقاطع آنزیم به ماده ای با چند گروه عاملی (Crosslinking)
در
این روش اتصال متقاطع شیمیایی بدون افزایش حامل بی اثر یا ماتریکس انجام
می شود. معمولا جامد بی شکل با کارایی مکانیکی و فعالیت پایین از آنزیم
تولید میگردد که این به عنوان یک محدودیت برای این روش معرفی میشود. به
همین دلیل استفاده از این روش زیاد متداول نیست (شکل 5).
شکل 5 -اتصال متقاطع آنزیم به ماده ای با چند گروه عاملی
7-2- عوامل موثر در فرایند تثبیت کردن
7-2-1 انتقال جرم (Mass Transfer)
این
اثر به معنی انتقال مواد اولیه به کاتالیزور آنزیمی و جدا شدن محصولات
ماتریکس از کاتالیزور می باشد و به طور معمول دو نوع انتقال جرم درونی و
بیرونی خواهیم داشت. در انتقال جرم درونی، ماده اولیه درون سوراخ های
ماتریکس به دام میافتد در حالی که در انتقال جرم بیرونی، مواد اولیه از
محلول اولیه به سطح آنزیم تثبیت شده متصل خواهند شد. در هر حال انتقال جرم
باعث کاهش فعالیت کلی کاتالیزور می شود.
7-2-2 تقسیم (Partition)
تقسیم یعنی چه مقدار از مواد اولیه، محصولات و فلزات بین آنزیم ناهمگن و محلول اولیه پخش شده اند.
8- روشهای جدید تثبیت کردن آنزیم
در
عمل تثبیت کردن علاوه بر روش های بیان شده که دارای معایبی چون: قیمت
بالای حامل، غیرفعال شدن پروتئین در اثر اتصال، نفوذ محدود ماده اولیه و
غیر فعال شدن آن می باشند، روش های جدیدی ابداع و معرفی شده اند که بطور
خلاصه در زیر ارائه شده است.
8-1 کریستال های آنزیم با اتصال متقاطع
در
این روش یک ماده اولیه با چند گروه عاملی که توانایی اتصال متقاطع را دارد
به درون کریستال پروتئین افزوده می شود. در این حالت هر مولکول آنزیم با
مولکول آنزیم دیگر اتصال متقاطع داده به این معنی که آنزیم هر دو نقش
کاتالیست و حامل را ایفا میکند. پس در این روش پروتئین اول باید کریستاله
شود و برای هر آنزیم یک روش کریستاله کردن خاص وجود دارد.
8-2 سل- ژل
در این روش یک ژل سیلیکا از آنزیم تهیه می شود.
8-3 پلیمرهای هوشمند
پلیمر
با تغییر یکی از پارامترهای محیطی مثل pH، قدرت یونی یا دما به صورت محلول
در می-آید. در حالت کلی آنزیم های تثبیت شده غیر محلول هستند.
9 - رو شهای تثبیت آنزیم ها بر نانوذرات
9-1- به دام انداختن نانو
به دام انداختن نانو (Nanoentrapment) با استفاده از سیستم میکروامولسیون
آب در روغن، که منجر به جدا شدن نانوذرات از میان پلیمر در فاز آبی-روغن یا
فاز آبی میشود روش متداولی برای تهیه نانوذرات حاوی آنزیم است. اما یکی
از معایب این روش کنترل اندازه ذرات میسل معکوس ایجاد شده است. در سال 2003
روش سنتزی جدیدی تحت عنوان نانوذرات آنزیمی واحد گزارش شد. روش سنتزی
نانوذرات آنزیمی واحد سه مرحله می باشد: الف) سطح آنزیم توسط آکریلیشن در
آب بهینه می شود. ب) پلیمر وینیل از سطح آنزیم رشد می کند. ج) زنجیره
پلیمری تحت پلیمریزاسیون ارتوگونال متصل می شود.
در شکل 6 روش های مختلف برای به دام انداختن استفاده می شود آورده شده است.

شکل 6 روش های مختلف برای به دام انداختن آنزیم [2]
در
شکل 6 روش a روش های به دام انداز نانو آنزیم ها آورده شده است i-روش
استفاده میسل معکوس بدون تشکیل هیچ پیوند کوالانسی بین آنزیم و کره به دام
انداز ii-شامل دو قسمت در ابتدا پلیمر بروی سطح آنزیم و سپس دنباله های
پلیمری به همدیگر متصل می شوند. روش b به صورت شماتیک پایداری آنزیم برای
سنتز نانوذرات آنزیمی واحد i- در غیاب میسل معکوس، هر مولکول آنزیم جفت یون
می شود با با تعداد کمی مولکول های سورفکتانت که دارای بار مخالف با سطح
آنزیم هستند. ii-مانع از قرار گرفتن سطح آنزیم با حلال آلی می شود. مولکول
های آنزیم به صورت میسل وارونه توسط آب احاطه می شوند.
9-2 کشتی در بطری (Ship-in-a-bottle)
روش
کشتی در بطری (Ship-in-a-bottle) روشی برای تثبیت آنزیم ها در محیط نانو
ذرات با ساختار گردن-بطری می باشد. در شکل a7 تصویر TEM مزوپروس سیلیکا
نشان داده شده است در قسمت b اولین مرحله از این روش جذب آنزیم برروی سطح
نانوپروس می باشد که با اتصال آنزیم ها به همدیگر همراه است.
شکل 7 - روش تثبیت آنزیم کشتی در بطری (Ship-in-a-bottle)و [2]
10- نتیجه گیری
نانو
زیست کاتالیستها در واقع وارد کردن آنزیم ها در داخل ساختارهای نانو می
باشد. آنزیم ها پروتئین هایی هستند که واکنش بیولوژیکی درون سلول زنده را
کاتالیز می کنند. در این مقاله راجع به آنزیم ها ساختار و نام گذاری آنها و
همچنین در مورد روش های تثبیت کردن آنزیم ها و معایب و مزایا آن بحث شد.
همچنین روش های تثبیت آنزیم ها برروی نانوذرات نیز اشاره شد.
با سلام و خسته نباشید،ممنون از مطلب مفیدتون
یه درخواستی داشتم :میشه آدرس این مقاله رو ذکر کنید؟