एंजाइम जैव उत्प्रेरक हैं जो चयापचय और जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के सभी चरणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे विशेष रुचि के हैं और कई औद्योगिक पैमाने की प्रक्रियाओं में कार्बनिक उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाते हैं। यह लेख माइक्रोबियल एंजाइम और उनके वर्गीकरण का अवलोकन प्रदान करता है।
परिचय
विभिन्न जैव उद्योगों को सब्सट्रेट और कच्चे माल के प्रसंस्करण में उनके उपयोग के लिए विशिष्ट विशेषताओं वाले एंजाइम की आवश्यकता होती है। माइक्रोबियल एंजाइम रासायनिक उत्प्रेरक के उपयोग की तुलना में एक किफायती और पर्यावरण के अनुकूल तरीके से जैविक प्रक्रियाओं में प्रतिक्रिया करने के लिए जैव उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं। उनकी विशेष विशेषताओं का उपयोग व्यावसायिक हित और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। एंजाइम बहुत विशिष्ट हैं, वे लगभग 4000 जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। नोबेल पुरस्कार विजेता एमिल फिशर ने सुझाव दिया कि ऐसा इसलिए है क्योंकि एंजाइम और सब्सट्रेट दोनों में विशिष्ट पूरक ज्यामिति हैं जो ठीक हैंएक दूसरे में फिट।
परिभाषा
एंजाइम बड़े जैविक अणु होते हैं जो उन सभी महत्वपूर्ण रासायनिक आदान-प्रदान के लिए जिम्मेदार होते हैं जो जीवन को बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं। वे अत्यधिक चयनात्मक उत्प्रेरक हैं जो चयापचय प्रतिक्रियाओं की दर और विशिष्टता दोनों को तेज कर सकते हैं जो भोजन के पाचन से लेकर डीएनए संश्लेषण तक होते हैं। उनमें होने वाली सभी चयापचय प्रक्रियाएं इस बात पर निर्भर करती हैं कि सूक्ष्मजीवों की कोशिकाओं में कौन से एंजाइम बनते हैं।
इतिहास
1877 में, हीडलबर्ग विश्वविद्यालय में शरीर विज्ञान के प्रोफेसर विल्हेम फ्रेडरिक कुएने ने पहली बार "एंजाइम" शब्द का इस्तेमाल किया, जो लैटिन शब्द फेरमेंटम से आया है, जिसका अर्थ है "खमीर में"। सूक्ष्मजीवों के एंजाइम प्राप्त करना प्राचीन ग्रीस में शुरू हुआ। उनका उपयोग खाने-पीने की चीजों को संरक्षित करने के लिए किया जाता था।
1783 में, प्रसिद्ध इटालियन कैथोलिक पादरी लाज़ारो स्पल्लनज़ानी ने पहली बार बायोजेनेसिस पर अपने काम में इस बायोमोलेक्यूल के महत्व का उल्लेख किया।
1812 में, गोटलिब सिगिस्मंड किरचॉफ ने स्टार्च को ग्लूकोज में बदलने की प्रक्रिया की जांच की। अपने प्रयोग में उन्होंने उत्प्रेरक के रूप में एंजाइमों के उपयोग पर प्रकाश डाला।
1833 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ एंसलम पायन ने पहले एंजाइम, डायस्टेस की खोज की।
दशकों बाद, 1862 में, शराब में चीनी के किण्वन का अध्ययन करते हुए, लुई पाश्चर इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि यह खमीर कोशिकाओं में निहित जीवन शक्ति द्वारा उत्प्रेरित किया गया था।
प्रकृति में पाए जाने वाले जैव अणुलिनेन, चमड़ा और नील जैसे उत्पादों के निर्माण में प्राचीन काल से व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है। ये सभी प्रक्रियाएं सूक्ष्मजीवों - एंजाइम उत्पादकों के कारण हुईं।
अर्थ
रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुविधाजनक बनाने के लिए एंजाइमों की आवश्यकता होती है। सूक्ष्मजीवों के जीवन में उनकी भूमिका बहुत महत्वपूर्ण है। इसमें चयापचय प्रक्रियाओं, श्वसन, पाचन और अन्य प्रकार के जीवन को सुनिश्चित करना शामिल है। जब एंजाइम ठीक से काम करते हैं, तो होमोस्टैसिस बनाए रखा जाता है। सूक्ष्मजीवों में एंजाइमों की एक अन्य भूमिका चयापचय को तेज करना है।
विशेष सुविधाएँ
सूक्ष्मजीव एंजाइम गुणों में शामिल हैं:
- गर्मी प्रतिरोध;
- थर्मोफिलिक प्रकृति;
- पीएच रेंज बदलने के लिए सहिष्णुता;
- तापमान और पीएच बदलते समय गतिविधि स्थिरता;
- अन्य कड़ी प्रतिक्रिया की स्थिति।
उन्हें थर्मोफिलिक, एसिडोफिलिक या अल्कलीफिलिक के रूप में वर्गीकृत किया गया है। थर्मोस्टेबल एंजाइम सिस्टम वाले सूक्ष्मजीव लंबी अवधि के बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रतिक्रियाओं में माइक्रोबियल संदूषण की संभावना को कम करते हैं। माइक्रोबियल एंजाइम कच्चे माल की हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान बड़े पैमाने पर स्थानांतरण को बढ़ाने और सब्सट्रेट की चिपचिपाहट को कम करने में मदद करते हैं।
वर्गीकरण
उनकी प्रतिक्रिया की प्रकृति के आधार पर गतिविधियों की विस्तृत श्रृंखला के कारण, एंजाइमों को उत्प्रेरण के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:
- ऑक्सीडोरक्टेसेस। ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में एक अणु से इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण शामिल होता हैदूसरे करने के लिए। जैविक प्रणालियों में, यह सब्सट्रेट से हाइड्रोजन को हटाना है।
- स्थानांतरण। एंजाइमों का यह वर्ग परमाणुओं के समूहों के एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरण को उत्प्रेरित करता है। Aminotransferases या transaminases एक एमिनो समूह को एक एमिनो एसिड से एक अल्फा-ऑक्सो एसिड में स्थानांतरित करने की सुविधा प्रदान करते हैं।
- हाइड्रोलेज। हाइड्रोलिसिस उत्प्रेरित करें, पानी के साथ सबस्ट्रेट्स का विभाजन। प्रतिक्रियाओं में प्रोटीन में पेप्टाइड बॉन्ड की दरार, कार्बोहाइड्रेट में ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड और लिपिड में एस्टर बॉन्ड शामिल हैं। आम तौर पर, बड़े अणु छोटे टुकड़ों में टूट जाते हैं।
- धोखा। पूर्व को हटाकर समूहों के जुड़ने को दोहरे बंधन या बाद के गठन के लिए उत्प्रेरित करें। उदाहरण के लिए, बीटा एलिमिनेशन द्वारा पेक्टेट लाइसेस ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड को क्लीव करते हैं।
- आइसोमरेज़। वे एक ही अणु में समूहों के एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरण को उत्प्रेरित करते हैं। सब्सट्रेट की संरचना को बदलें, इसके परमाणुओं को पुनर्व्यवस्थित करें।
- लिगेज। सहसंयोजक बंधों के साथ अणुओं को आपस में जोड़ें। वे बायोसिंथेटिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं, जहां नए बंधन समूह बनते हैं। ऐसी प्रतिक्रियाओं के लिए सहकारकों के रूप में ऊर्जा के निवेश की आवश्यकता होती है।
आवेदन
किण्वन का उपयोग कई खाद्य पदार्थों को बनाने में किया जाता है। खाद्य उद्योग में माइक्रोबियल एंजाइमों का उपयोग एक लंबे समय से चली आ रही प्रक्रिया है। निम्नलिखित प्रकार व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं:
- एमाइलेज। स्टार्च का द्रवीकरण, ब्रेड की गुणवत्ता में सुधार, फलों के रस का स्पष्टीकरण।
- ग्लूकोएमाइलेज। उच्च ग्लूकोज और फ्रुक्टोज सामग्री के साथ बीयर और सिरप का उत्पादन।
- प्रोटीज। निविदाकरणमांस, दूध का जमाव।
- लैक्टेज। मनुष्यों में लैक्टोज असहिष्णुता में कमी, प्रीबायोटिक पोषक तत्वों की खुराक।
- लाइपेस। चेडर चीज़ का उत्पादन।
- फॉस्फोलिपेज। लिपोलीज्ड दूध वसा का उत्पादन।
- एस्टरेज़। फलों के रस में स्वाद और सुगंध में सुधार। आहार फाइबर का डीस्टरीफिकेशन। लघु श्रृंखला एस्टर का उत्पादन।
- सेल्यूलस। पशु चारा।
- ग्लूकोज ऑक्सीडेज। खाद्य शेल्फ जीवन में सुधार।
- लक्कड़। शराब से पॉलीफेनोल्स को हटाना।
- कैटालेस। खाद्य संरक्षण। पनीर उत्पादन से पहले दूध से हाइड्रोजन पेरोक्साइड को हटाना।
- पेरोक्सीडेज। भोजन के स्वाद, रंग और गुणवत्ता का विकास।
प्रोटीज
माइक्रोबियल सिस्टम से प्राप्त प्रोटीज तीन प्रकार के होते हैं: अम्लीय, तटस्थ और क्षारीय। जैव उद्योग में क्षारीय सेरीन प्रोटीज का सबसे बड़ा अनुप्रयोग है। अत्यधिक शारीरिक मापदंडों की असामान्य परिस्थितियों में उनके पास उच्च गतिविधि और स्थिरता है। डिटर्जेंट में उपयोग किए जाने पर क्षारीय प्रोटीज में एंजाइमेटिक गतिविधि की उच्च स्थिरता की संपत्ति होती है। उन्होंने जैव उद्योग में व्यापक आवेदन पाया है:
- वाशिंग पाउडर का उत्पादन;
- खाद्य उद्योग;
- चमड़ा प्रसंस्करण;
- फार्मास्युटिकल्स;
- आणविक जीव विज्ञान और पेप्टाइड संश्लेषण में अनुसंधान।
एमाइलेज
यह सूक्ष्मजीवों का एक एंजाइम है जो स्टार्च के शर्करा में टूटने को उत्प्रेरित करता है। वह था1833 में एंसलम पेयन द्वारा खोजा और अलग किया गया। सभी एमाइलेज ग्लाइकोसाइड हाइड्रॉलिस हैं। वे उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं और एंजाइम बाजार के लगभग 25% के लिए खाते हैं। उद्योगों में उपयोग किया जाता है जैसे:
- खाना;
- बेकरी;
- कागज और कपड़ा;
- मिठाई और फलों का रस;
- ग्लूकोज और फ्रुक्टोज सिरप;
- डिटर्जेंट;
- स्टार्च से इथेनॉल ईंधन;
- मादक पेय;
- पाचन सहायता;
- ड्राई क्लीनिंग में दाग हटानेवाला।
नैदानिक, चिकित्सा और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में भी प्रयोग किया जाता है।
ज़ाइलनेज़
हेमिकेलुलोज सेल्यूलोज, लिग्निन और पेक्टिन के साथ कृषि अवशेषों के मुख्य घटकों में से एक है। जाइलन इसका मुख्य घटक है। पेन्टोज़ के उत्पादन, फलों के रस के शुद्धिकरण, पाचन में सुधार, और लिग्नोसेल्यूलोसिक कृषि अपशिष्ट के ईंधन और रसायनों में जैवसंक्रमण के लिए इसके जैव-प्रौद्योगिकीय अनुप्रयोगों के कारण ज़ाइलानेज़ का महत्व काफी बढ़ गया है। इसने खाद्य, कपड़ा और लुगदी और कागज उद्योग, कृषि अपशिष्ट निपटान, इथेनॉल उत्पादन और पशु चारा में अपना आवेदन पाया है।
लैकेस
लिगिनोलिटिक एंजाइम लिग्नोसेल्यूलोसिक कृषि अवशेषों के हाइड्रोलिसिस में उपयोगी होते हैं, विशेष रूप से जटिल और गैर-पंपिंग घटक लिग्निन के क्षरण के लिए। वे प्रकृति में बहुत बहुमुखी हैं और कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जा सकते हैं।लिग्नोलिटिक एंजाइम प्रणाली का उपयोग सेल्युलोज बायोडेकोलरेशन और अन्य उद्योगों जैसे वाइन और फलों के रस के स्थिरीकरण, डेनिम लॉन्ड्रिंग, सौंदर्य प्रसाधन और बायोसेंसर में किया जाता है।
लाइपेस
यह सूक्ष्मजीवों का एक एंजाइम है जो वसा के टूटने और हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करता है। लाइपेस एस्टरेज़ का एक उपवर्ग है। वे वसा के पाचन, परिवहन और प्रसंस्करण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। अधिकांश लाइपेस वसायुक्त सब्सट्रेट के ग्लिसरॉल बैकबोन पर एक निश्चित स्थिति में शामिल होते हैं, विशेष रूप से छोटी आंत में। उनमें से कुछ संक्रामक रोग के दौरान स्रावित रोगजनक जीवों द्वारा व्यक्त किए जाते हैं। लाइपेस को जैव-तकनीकी रूप से मूल्यवान एंजाइमों का मुख्य समूह माना जाता है, मुख्य रूप से उनके लागू गुणों की बहुमुखी प्रतिभा और बड़े पैमाने पर उत्पादन में आसानी के कारण।
लाइपेज आवेदन
ये एंजाइम विभिन्न प्रकार की जैविक प्रक्रियाओं में शामिल होते हैं, आहार में नियमित ट्राइग्लिसराइड चयापचय से लेकर सिग्नलिंग और सेल सूजन तक। कुछ लाइपेस गतिविधियां कोशिकाओं के भीतर कुछ डिब्बों तक सीमित होती हैं, जबकि अन्य बाह्य अंतरिक्ष में काम करती हैं:
- अग्नाशयी लिपेज को बाह्य कोशिकाओं में स्रावित किया जाता है जहां वे आहार लिपिड को सरल रूपों में परिवर्तित करने का काम करते हैं जो पूरे शरीर में ले जाया जाता है।
- पर्यावरण से पोषक तत्वों के अवशोषण की सुविधा।
- बढ़ी हुई लाइपेस गतिविधि की जगहबायोडीजल प्रसंस्करण में पारंपरिक उत्प्रेरक।
- जैविक उत्प्रेरक के रूप में बेकिंग, लॉन्ड्री डिटर्जेंट जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।
- कपड़ा उद्योग में, रंगाई के समय कपड़े की शोषकता और समरूपता बढ़ाने के लिए इसका उपयोग किया जाता है।
- शॉर्ट चेन फैटी एसिड और अल्कोहल के एस्टर को संश्लेषित करके भोजन के स्वाद को संशोधित करने के लिए।
- लाइपेस की उपस्थिति या उच्च स्तर एक विशिष्ट संक्रमण या बीमारी का संकेत दे सकता है और इसे निदान उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
- जीवाणुनाशक प्रभाव है। घातक ट्यूमर के उपचार में इस्तेमाल किया जा सकता है।
- सौंदर्य प्रसाधन और फार्मास्यूटिकल्स (त्वचा देखभाल उत्पाद, बाल कर्लर) में बहुत अच्छा व्यावसायिक मूल्य है।
