آنزیم چیست ؟ علوم هفتم + هشتم
آنزیم یه چیزیه که سرعت واکنش شیمیایی رو زیاد میکنه، یعنی انرژی فعال سازی واکنش رو کاهش میده. پس هرچقدر انرژی فعالسازی کمتر باشه اون واکنش سریعتر انجام میشه. مثلا ببنید یه کیلو شکر انرژی بیشتری نسبت به بنزین آزاد میکنه اما چون انرژی فعال سازی خیلی زیادی میخواد هیچموقع ما شکر رو بجای بنزین نمیتونیم استفاده کنیم.
آنزیم چیست و چگونه عمل میکند؟
آنزیمها ساختار پروتئینی دارند. آنزیم کاتالیزگر زیستی در بدن جانداران است که سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش میدهد برای مثال در شکافتن گلوکوز در بدن انزیم نقش موثری در سرعت بخشیدن به این کار ایفا میکند که گلوگز در حضور آنزیم با اکسیژن خون ترکیب شده و دی اکسید کربن و انرژی آزاد میکند. در مقاله دیگری به طور کامل کاتالیزگر چیست را بررسی کردیم.
گلوکز در حضور آنزیم ها در بدن چه عملی انجام میدهد
بعضی از آنزیمها تجزیه مواد غذایی را سرعت میبخشند و آنزیم بزاقی در تجزیه نشاسته به قند ساده نقش دارد.
- انزیم های روده باریک یا روده کوچک بخشی از دستگاه گوارش است که بین معده و روده بزرگ قرار دارد و بیشترِ گوارش و جذب مواد غذایی در آن، انجام میشود. مواد شیره روده، لوزالمعده و صفرا به آن میریزند.انزیم ها در لوزالمعده ساخته میشود .انزیم باعث افزایش سرعت فعالیت شیمیایی در بدن میشوند. مواد غذایی در کل بدن پخش میکند باعث بر طرف شدن نیاز های بدن.
- مولکول هایی هستند که سرعت واکنش ها یا تجزیه شیمیایی را زیاد می کنند. مثال آنزیم بزاق که در تجزیه نشاسته به قند ساده نقش دارد.
- آنزیم ها ساختار پروتئینی دارند. در بدن به عنوان کاتالیزگرهای زیستی عمل کرده و واکنش های بدن را سرعت می بخشند. در خارج از بدن موجودات زنده هم کاتالیزگرهای غیر زیستی کاربردهای مختلفی دارند مانند آنزیم های مختلف لیپاز و پروتئاز در پودر رخت شویی که وظیفه از بین بردن چربی ها و پروتئین های روی لباس را بر عهده دارند. یا سلولاز که برای تجزیه ی سلولز به کار می رود و یا آنزیم هایی که در تهیه پارچه و چرم به کار می روند.
آنزیم چیست ؟ علوم هفتم
در کتاب علوم هفتم آنزیم به صورت کاتالیزگر زیستی تعریف شده است که توانایی افزایش سرعت واکنش های شیمیایی را در بدن موجودات بر عهده دارد. به عنوان مثال آنزیم می تواند نقش مهمی در شکافتن گلوکز در بدن و افزایش سرعت این عملکرد داشته باشد. در حضور آنزیم، گلوکز با اکسیژن ترکیب شده و تولید دی اکسید کربن و انرژی می کند.
آنزیم چیست و چه نقشی در بدن دارد ؟ علوم هشتم
آنزیم به در نقش کاتالیزور در بدن بوده که سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهد. وجود کاتالیزگرها در انجام فرایندهای بیولوژیکی بسیار مهم و ضروری است. به طوری که در انجام کلیه اعمال و فعالیت های زیستی، آنزیم ها نقش مهمی دارند. فعالیت هایی مانند گوارش، از بین رفتن بافت ها، منقبض شدن ماهیچه ها و تنفس سلولی فرایندهایی هستند که انجام آن ها به وجود آنزیم ها وابسته است. آنزیم در بدن توسط سلول زنده ایجاد می شود و چندین نوع آنزیم در بدن وجود دارد. برخی از این آنزیم ها در داخل سلول بوده و برخی دیگر در خارج از سلول ها فعال هستند. در دستگاه گوارشی آنزیم هایی که وجود دارد، نمونه ای از این آنزیم های فعال در خارج سلول ها هستند.
آنزیم چیست ؟ علوم هشتم فصل دوم
کاتالیزورهایی که در بدن موجودات زنده وجود دارند با نام آنزیم ها شناخته می شوند که علاوه بر این که انرژی آزاد می کنند به دی اکسید کربن و بخار آب تبدیل می شوند.
انواع آنزیمهای صنعتی مورد استفاده در فرمولاسیون مواد شوینده لباسشویی
در صنعت جهانی دترجنت، آنزیمها مهمترین عامل تمایز عملکردی بین برندهای معمولی و پریمیوم محسوب میشوند. طبق آمار Novozymes و DuPont (بازار ۲۰۲۴–۲۰۲۵) بیش از ۹۲٪ پودرها و مایعهای لباسشویی در اروپا و آمریکا و بیش از ۷۵٪ در آسیا حاوی آنزیم هستند.
طبقهبندی صنعتی و علمی آنزیمهای دترجنت (بر اساس شماره EC و عملکرد)
| ردیف | نام علمی و شماره EC | نام صنعتی رایج | سوبسترا (لکه هدف) | محدوده بهینه عملکرد | تولیدکنندگان اصلی |
|---|---|---|---|---|---|
| ۱ | Subtilisin (EC 3.4.21.62) | Alkaline Protease | پروتئین (خون، عرق، شیر، تخممرغ، چمن، غذا کودک) | pH ۸–۱۱ , دما ۲۰–۶۰°C | Novozymes, DuPont, BASF |
| ۲ | α-Amylase (EC 3.2.1.1) | Termamyl®-type Amylase | نشاسته و پلیساکاریدهای نشاستهای | pH ۶–۱۰ , دما ۳۰–۹۰°C (مدلهای مقاوم به حرارت) | Novozymes (Stainzyme®, Duramyl®) |
| ۳ | Lipase (EC 3.1.1.3) | Triacylglycerol lipase | تریگلیسیرید، چربی حیوانی و گیاهی، سبوم، روغن خوراکی | pH ۷–۱۱ , فعال حتی در ۱۵–۴۰°C | Novozymes (Lipex®), BASF (Lipomod®) |
| ۴ | Cellulase (EC 3.2.1.4) – ترکیبی | Endoglucanase-rich Cellulase | سلولز، خاک و گل سلولزی، پرز و پیلینگ، احیای رنگ | pH ۵–۹ , دما ۳۰–۶۰°C | Novozymes (Celluclean®, Carezyme®) |
| ۵ | Pectinase (EC 3.2.1.15) | Polygalacturonase / Pectate lyase | پکتین و پلیگالاکتورونات (مربای میوه، سبزیجات) | pH ۶–۹ | DuPont, Novozymes |
| ۶ | Mannanase (EC 3.2.1.78) | β-Mannanase | گوارگام، لوبیا گوار، صمغ لوکاست (بستنی، سس، مایونز) | pH ۶–۱۰ , دما ۳۰–۷۰°C | Novozymes (Mannaway®), BASF |
| ۷ | Xylanase (EC 3.2.1.8) + Hemicellulase | Endo-1,4-β-xylanase | همیسلولز و زایلان (لکههای گیاهی پیچیده) | pH ۵–۹ | DuPont, AB Enzymes |
| ۸ | Cutinase (EC 3.1.1.74) & Polyesterase | Cutin hydrolase / PET hydrolase | پلیاستر (چربی روی لباس ورزشی، سبوم پلیاستری) | pH ۷–۹ , دما ۴۰–۶۵°C (مدلهای ۲۰۲۴–۲۰۲۵) | Novozymes, Carbios (همکاری ۲۰۲۵) |
| ۹ | Peroxidase (در برخی فرمولاسیونهای خاص) | Lignin peroxidase (آزمایشی) | حذف رنگ اکسیداتیو و لکههای فنولی | فقط در دترجنتهای سفیدکننده آنزیمی آینده | در مرحله تحقیقاتی |
سازگاری و پایداری آنزیمها در فرمول دترجنت
| عامل مخرب | آنزیم حساس | راهکار صنعتی |
|---|---|---|
| بوراکس/بورات | پروتئاز | استفاده از گرانول آنزیم مقاوم به بورات |
| پربورات/پر کربنات | همه آنزیمها (بهویژه لیپاز و سلولاز) | پوشش گرانول ۲ یا ۳ لایه (Novozymes T-Granuulate) |
| دمای بالا در خشککن اسپری | آمیلاز و پروتئاز | استفاده از سویههای ترمواستابل (Termamyl® SC) |
| LAS و سورفکتانت آنیونی | لیپاز و ماناناز | انکپسولاسیون یا انتخاب سویه مقاوم |
آنزیمها و مکانیزم عمل آنزیمها (سلولاز، آمیلاز، لاکاز، کاتالاز)
آنزیم چیست؟
آنزیم موجود زنده نیست،بلکه مولکول بیولوژیکی سادهای میباشد که زنده بودن یا مردن در مورد آن معنایی نداشته و تا زمانیکه بوسیله آنزیمهای دیگر حل نشده باشد، به فعالیت خود ادامه میدهد. خاصیت کاتالیزوری آنزیمها بدین معناست که آنها بخشی از محصول نهایی نخواهند شد و بعد از انجام واکنش، محصول را ترک میکنند. سپس آنزیم برای انجام واکنشی مشابه بر مولکول دیگر آماده میگردد و در صورت وجود شرایط مساعد در طول فرایند، آنزیم تا مدت طولانی قادر به فعالیت خواهد بود.
آنزیمها کاتالیزورهای بسیار پایدارتری نسبت به مواد شیمیایی و مولکولهای بیولوژیکی دیگر هستند، در دمای پایین و PH متوسط فعالیت میکنند، در صورتیکه این شرایط برای اکثر مواد شیمیایی با فرآیندهای مشابه صدق نمیکند، به همین دلیل آنزیمها روشهایی سازگار با محیط زیست برای حل مشکلات صنعتی میباشند. این عوامل طبیعتا سبب ایجاد مولکولهایی با خاصیت کاتالیستی بیش از کاتالیزورهای مصنوعی میشوند. آنزیم و زمینه Substrate یک کمپلکس قفل و کلید تشکیل میدهند به گونهای که آنزیم باید آرایش مولکولی ویژهای داشته باشد تا بتواند به عنوان یک کاتالیزور عمل کند.
انواع آنزیمها
- آمیلاز: برای فرآیندهای آهارگیری در درجه حرارت پایین، برای آهارگیری در درمای 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 سفیدکنندهها مانند آب اکسیژنه.
- کالاز: 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 میکروارگانیسمهای خاص مانند باکتریها، مخمر و بافت قارچی است. نتیجه آن ترکیبی متنوع از فعالیت آنزیم است که به روشها مختلف بر روی الیاف سلولز عمل میکند.
آنزیم طبیعی هیدرولیزکننده سلولز در قارچهای Trichomderma و humicola یافت میشود. اتصالات (4-1) B بین واحدهای تکراری مجاور در رنجیره پلیمری سلولز، مکانهای آسیب پذیر نسبت به هیدرولیز کاتالیز شده توسط سلولاز هستند.
حداقل چهار ترکیب به عنوان مهمترین تولیدکننده گلوکز شناخته شده است. اندو گلوکاناز، سلولز را در موقعیتهای تصادفی در طول زنجیز پلیمری هیدرولیز میکند. بتاگلوکاناز 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 سلوبیا را به گلوکز تبدیل میسازد.
مطالعات زیادی درباره مکانیزم واکنش سلولاز با سلولز منتشر شده است. مکانیزم متداولقابل قبول، جذب سطحی ترکیبات اندو گلوکناز، بتا گلوکاناز و یا سلوبیوهیدرولاز در سطح لیف و سپس تشکیل کمپلکس با زنجیر پلیمر سلولزی و آب میباشد. پس از هیدرولیز پیوند (4-1) B آنزیم جذب 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 بتاگلوکاناز، سلوبیوهیدرولاز باز میکند. در حقیقت این دو ترکیب از مناطق در معرض واکنش ، بخشهای محلول در آب تولید میکنند. این واکنش هم افزایی منجر به کاهش شدید استحکام لیف میشود.
غیرفعال کردن سلولاز پس از کسب نتایج مطلوب بسیار مهم است. اگر آنزیم بطور کامل از پارچه حذف یا بی اثر نگردد، واکنش هیدرولیزی هر چند با سرعت کم ادامه خواهد یافت. سلولاز به دلیل داشتن مولکولهای بزرگ، تنها بر سطح لیف اثر کرده و نمیتواند درون بخشهای بلوری الیاف سلولزی نفوذ کند، بنابر این 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 هنگام واکنش کاهش نمییابد، برای جلوگیری از آسیب دیدگی شدید لیف باید از روش موثر برای هیدرولیز استفاده کرد. آرایش فیزیکی مولکولها تعیین کننده قابلیت کاتالیزوری میباشد. بنابر این برای غیر فعال کردن کاتالیزور و توقف عمل هیدرولیز، میتوان از روشهای تغییر دهنده ساختار مولکولی سولاز استفاده کرد که در ادامه گفته شده است.
تمام آنزیمهای سلولاز باید پس از عملیات شست غیر فعال شوند در غیر این صورت اثر آن بر روی پوشاک باقی مانده و در دراز مدت باعث اثرات نامطلوبی مثل پوسیدگی بر روی کالا میشود. از این رو آنزیم در شرایط زیر غیر فعال میگردد.
- قرار دادن در حمام در حضور یک گرم در لیتر کربنات سدیم و PH بالاتر از 10 در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه.
- استفاده از یک صابون قلیایی.
- استفاده از صابونهای نانیونیک.
عملکردن پارچه رنگرزی شده با آنزیم سلولاز بخصوص در دنیم تابع عوامل مختلفی است:
- درجه تاثیر شست با سنگ
- تنوع جنس و وزن پارچه جین
- زمان پروسه
- میزان آبگیری دستگاه
- PH و دمای پروسه شست
- نوع شستشو و تجهیزات
یک آنزیم خوب باید دارای ویژگیهای زیر باشد
کیفیت بالای کنتراست، کمترین مقدار لکه گذاری( بر روی آستری جین)، حفظ قدرت مطلوب و درجه بالایی از تکرار پذیری.
آهارگیری با آنزیم آمیلاز treatment with enzymes
یکی از بهترین روشهای برطرف کردن آهار از روی کالا استفاده از آنزیم است. این آنزیمها از نوع کاتالیزورهای بیوشیمی یعنی بیوکاتالیستها Biocatalysts هستند و از نظر شیمیایی پروتئینهایی هستند که با کاتالیزورهای شیمیایی معمولی متفاوتند زیرا در حرارت و PH محدودی عمل میکنند.
آنزیمهایی که برای تجزیه مواد آهار بکار میروند به دو گروه کلی تقسیم میشوند:
- آنزیمهای دکستروژنیک Dextrinogenic – آلفا آمیلازها
- آنزیمهای ساکاروژنیک Saccharogenic – بتا آمیلازها
آمیلاز آلفا مولکول آمیلو پکتین را به صورت رندوم به واحدهای کوچکتر تبدیل میکند اما بتا آمیلاز فقط شاخههای جانبی مولکول آمیلوکتین را از انتهای مولکول هیدرولیز میکند و برای آهارگیری سریع مناسب نیست.
عملکرد : آهاربری
هرچقدر پایداری حرارتی heat stability آنزیم زیاد باشد نشاسته را با سرعت زیادی تجزیه میکند. از طرف دیگر PH نیز مهم است چرا که بسته به نوع آنزیم در PH مشخصی بیشتری 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
روش آهارگیری:
رنگبری با آنزیم لاکاز – عملکرد رنگبری
آنزیم لاکاز laccases
لاکاز یک آنزیم اکسید کننده حاوی مس میباشد که در بسیاری از گیاهان، قارچها و میکروارگانیسمها یافت میشود و در صنایع مختلفی مانند نساجی، رنگرزی صنایع غذایی و… کاربرد گستردهای دارد.
استفاده از آنزیم laccases در صنعت نساجی در حال رشد بسیار سریعی است، زیرا علاوه بر این به دکلرینه کردن فاضلاب نساجی، جهت سفیدکنندگی پارچهها استفاده میشود، 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 فرآیند رنگبری در چندین مرحله اتفاق میافتد و از طرفی مقدار رنگ خارج شده بیش از حد مجاز میباشد.
عمدتا در فرایندهای قدیمی و گذشته پارچههای جین جهت رنگبری از شنگشور کردن استفاده میشد که منجر به فرسایش مورد نظر از پارچه میشود.
پس از ای فرایند عمل سفیدگری با سدیم هیپوکلریت انجام میشود که این عمل منجر به یک مرحله شستشو و میزان قابل توجهی آلودگیهای زیست محیطی میگردد.
همانطور که گفته شد رنگبرداری نوسط آنزیم نوسط 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.
نسخه:
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
معایت
- در مقایسه با هیپوکلریت گرانتر است.
- عدم توانایی در تحریب و رنگبری رنگزای مشکی گوگردی
- میزان حجم آب دستگاه و نوع مکانیک دستگاه میتواند بر عملکرد آنزیم تاثیر گذار باشد.
آنزیم کاتالاز catalase : عملکرد:
کاتالاز آنزیمی است که تقریبا در همه 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 مهمترین آنزیمها در محافظت از سلول در مقابل آلوذگی اکسیدی بوسیله آبب اکسیژنه را دارد. به علاوه این آنزیم یکی از آنزیمهایی است که دارای قدرت تجزیه بالا میباشد، بطوری که یک مولکول کاتالتز قادر به تجزیه میلیونها مولکول آب اکسیژنه به آب و اکسیژن در هر ثانیه میباشد.
سوال: در نظر گرفتن اینکه حاله طوسی روی پارچه میمونه این آنزیم برای سفیدگری چندان مناسب نیست؟
آنزیمهایی از این دست با دو ته رنگ طوسی و آبی بکار میبرند و در واقع این چنین افکتهایی از مزایاشون محسوب میشه. برای دنیم بله درسته اما به عنوان یک جایگزین برای سفیدگری پنبه هست؟
من تا به حال نسخهای درمورد سفیدگری پنبه با لاکاز ندیدم البته امروزه بهسمت سفیدگری و پخت پنبه با آنزیم پکتاز رفتند اما در مورد لاکاز بیشترین کاربرد در دنیم است نه سفیدگری پنبه.
پارچههای تهیه شده از الیاف طبیعی از قبلی پنبه معمولا قبل از رنگرزی با پراکسید هیدروژن سفیدگری میشوند. کالای سفیدگری شده حاوی مواد شیمیایی بسیار فعال هستند و هر گونه پراکسیدی که بر روی پارچه برجای بماند میتواند فرایند رنگرزی را با تداخل مواجه کند، لذا تصفیه و پاکسازی پس از عملیات سفیدگری نیاز است.
روش متداول، خنثی کردن کالای سفیدگری شده با عوامل احیا کننده است اما این کار نیازمند دقت فراوانی است درحالی که آنزیم عملکرد راحتتری دارد زیرا مصرف آنها راحتتر و سریعتر است. میزان اندکی از آنزیم کاتالاز توانایی تجزیه پراکسید هیدروژن 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 پاکتر نیکند، برای مثال آنزیم Palkoperox محصول شرکت MAPS آنزیم کاتالازی است که در تصفیه پارچه سفیدگری شده استفاده میشود.
سوال: آیا تستی وجود دارد که نشان دهد آنزیم سلولاز غیر فعال شده؟ مقدار آسیبی که به سلولز وارد شده رو به چه صورت تعیین میکنند؟
شما وقتی دما را بالا ببرید یا محیط را قلیایی میکنید میتوانید مطمئن باشید که آنزیم از بین رفته است. در مورد مقدار آسیب به سلولز هم معمولا توسط چشم میزان تخریب کالا مخصوصا در مکانهایی که تراکم مالا زیاد است تعیین میشود. البته اندازهگیری استحکام کالا هم میتواند کمک کند.
من آهارگیری با آنزیم آمیلاز روی پنبه انجام دادم. در دیتا شیت آنزیم، دمای مناسب و PH ذکر شده که در اون محدوده آنزیم فعال و بهترین عملکرد را دارد. من نمیدانم در حین آزمایش راه حلی وجود دارد یا نه ، اما بعد از عمل آهارگیری با استفاده از تستهای مشخصی میتوانید میزان آهارگیری را بررسی کنید.
خانم مهندس نساجی، دقت کنید که برای آنزیمی مثل آمیلاز استاندارد AATCC TEST METHOD 103 وجود دارد اما چون آنزیم سلولاز شرکت به شرکت عملکرد متفاوتی دارد روش تست مشخصی تعیین نشده.
فقط شما میتوانید مقدار HD (هیدرولیز) رو با توجه به وزن اولیه و ثانویه (بعد از عمل دهی با آنزیم) بدست بیارید. HD=(M0-M1)/M0
خانم مهندس شما منظورتون اینه که عملیاتی رو توی دمای بالا میخوایید انجام دهید و میخواهید در آن دما تستی رو انجام بدید که بدونید آنزیم هنوز فعال هست یا نه؟ اگر منظورتون اینه من از یه نفر میکروبیولوژیست میتونم بپرسم، واگه جوراب گرم
