ساختار آنزیم و پارامترهای موثر بر فعالیت آن

چکیده: از گذشته خیلی دور، فرآیندهای تکمیلی نساجی از مواد شیمیایی استفاده کرده است که ضمن کسب تکمیل مورد نظر، به کالا و تجهیزات نساجی خسارت وارد می­کرد. همچنین پساب آلوده کننده محیط زیست و شرایط ناامن کار این فرآیندها سبب شده که صنعت نساجی رویکرد جدیدی را در فرآیندهای تکمیلی آغاز کند و از مواد طبیعی سازگار با محیط زیست استفاده کند.

آنزیم، میکروارگانیزم طبیعی است که از مواد زنده نشأت می­گیرد و در شرایط ملایم حرارتی و PH عمل می­کند. ضمن اینکه عملکرد آن کاملاً اختصاصی است و تنها بر سابسترات مخصوص عمل کرده و به بقیه اجزا ترکیب خسارتی وارد نمی­کند. علاوه بر آن، پساب  تکمیل­های صورت گرفته، سازگار با محیط زیست است. امروزه در عملیات تکمیلی از قبیل پخت، سفیدگری، پولیش، ضد چروک، ضد جمع شدگی، سنگ­شور کردن، صمغ زدایی و ... کاربرد فراوان دارد.

مقدمه : بسیاری از فرآیندهای تبدیلی شیمیایی به کار رفته در صنایع مختلف، از نقطه نظر محیط زیستی دارای معایب ذاتی است که پساب این فرآیندها، سبب آلودگی و تخریب محیط زیست می­گردد. در فرآیندهای تکمیلی نساجی، از مواد شیمیایی قلیایی، اسیدی، احیا کننده و اکسید کننده تحت دما و فشار بالا و اغلب در شرایط حاد استفاده می­شود. این فرآیندها علاوه براینکه تکمیل مورد نظر را کسب می­کردند به کالا و تجهیزات نساجی خسارت وارد می­کردند. ضمن اینکه پساب این فرآیندها به دلیل ماهیت شیمیایی، ناسازگار با محیط زیست بود و سبب آلودگی و تخریب محیط زیست می­گردید. چند سالی است که صنعت نساجی همانند صنایع بزرگ دیگر به سراغ فرآیندهای سازگار با محیط زیست رفته است و در فرآیندهای شیمیایی خود از میکروارگانیزم­های طبیعی تحت نام آنزیم استفاده می­کند.[1]

آنزیم، کاتالیست بیولوژیکی با ساختاری پروتئینی و ترکیبات پیچیده بر پایه زنجیر آمینو اسید می­باشد که با پیوندهای پپتیدی ( آمیدی) به هم متصل است(شکل 1-1).[2]

آنزیمها عملکرد اختصاصی دارند و تنها به سابسترات(زمینه) معین حمله می­کنند. در نتیجه تنها بر پیوندهای مشخصی عمل کرده و به دیگر پیوندها و ترکیبات کالا صدمه­ای وارد نمی کنند. بدین سبب، زمانیکه از آنزیم در فرآیندهای تکمیلی کالای نساجی استفاده می­شود، با وجود دستیابی به تکمیل مورد نظر،تخریب کالا و دستگاه نساجی ناچیز است[3]. شکل 1-2 نمایی شماتیک از عملکرد آنزیم بر سابسترات را نشان می­دهد که طی آن، آنزیم سابستراتی را می­پذیرد که مکمل سایت فعال آن باشد.[5]

1-                 پارامترهای موثر بر فعالیت آنزیم

1-1-      دما : در بیشتر واکنشهای شیمیایی، نرخ واکنش کاتالیستی آنزیم با افزایش دما افزایش می­یابد . اما هر آنزیمی در یک محدوده خاص حرارتی فعالیت دارد و در خارج از این محدوده، فعالیت کاتالیستی آن کاسته یا از بین می­رود. به همین دلیل، هنگام استفاده از آنزیم در واکنشهای کاتالیستی، حتماً باید به محدوده حرارتی ذکر شده در کاتالوگ آنزیم توجه کرد.[4]

فعالیت آنزیمها با مروز زمان، حتی در دمای اتاق نیز کاسته می­شود و نگهداری آنها در دمای 8-2 درجه سانتیگراد توصیه شده است.

 PH: فعالیت کاتالیستی آنزیمها علاوه بر اینکه به درجه حرارات واکنش بستگی دارد، به PH محلول واکنشی نیز وابسته است. در حقیقت همانند محدوده حرارتی، هر آنزیم، در محدوده PH خاصی بیشینه فعالیت کاتالیستی دارد و خارج از این محدوده فعالیت آن کاسته یا از بین می رود. به همین دلیل، از محلول بافری برای ساختن PH استفاده می­شود تا تغییرات PH ناچیز باشد.[4]

1-2-  غلظت آنزیم : غلظت آنزیم اثر چشمگیری بر واکنش دارد. در یک میزان ثابت سابسترات حاضر در محلول واکنشی، میزان آنزیم بیشتر درمحلول، نرخ واکنش را بالاتر خواهد برد.

1-3-  غلظت سابسترات: از لحاظ تجربی نشان داده شده است که اگر میزان آنزیم ثابت نگه داشته شود و غلظت سابسترات به تدریج افزایش یابد، سرعت واکنش افزایش می­یابد تا به حد ماکزیمم برسد، سپس با افزایش بیشتر در غلظت سابسترات، افزایشی در سنتیک واکنش مشاهده نخواهد شد. به دلیل اینکه کل آنزیم در محلول با سابسترات واکنش داده و آنزیمی باقی نمی­ماند که با سابسترات بیشتر واکنش دهد.[4]

1-4-    بازدارنده رقابتی : زمانی اتفاق می­افتد که سابسترات و ماده مشابه سابسترات هر دو در محلول آنزیمی حضور داشته باشند که در اصطلاح " قفل کردن مناطق کلیدی" گفته می­شود. [4]

1-5-   بازدارنده غیر رقابتی : ماده ای در نظر گرفته می­شود که به آنزیم اضافه می­شود و آنزیم را به روشی تغییر می­دهد که نتواند سابسترات را قبول کند. در شکل 1-7  تغییر فرم سایت فعال آنزیم در اثر حمله ماده به سایت موثر آنزیم، نشان داده شده است. [6]

نتیجه­گیری:

آنزیم،  میکروارگانیزم طبیعی است که در یک واکنش شرکت می­کند و واکنش را با کاهش انرژی فعالسازی آن، تسریع می­بخشد و در نهایت بدون اینکه مصرف وتغییری یابد از واکنش خارج می­شود. به منظور انجام واکنشهای کاتالیستی آنزیمی توجه به درجه حرارت و PH و مواد بازدارنده از اهمیت خاصی برخوردار است. باید توجه کرد که برخلاف عملیات تکمیلی شیمیایی که با افزایش دما نرخ واکنش افزایش می­یافت، در عملیات آنزیمی، هر آنزیم تنها در یک محدوده خیلی کوچک فعال است و در خارج از این محدوده فعالیت آن کاسته می­شود. ضمن اینکه PH محلول از اهمیت بالاتری برخوردار است و واکنش کاتالیستی باید تحت PH بافری ذکر شده برای هر آنزیم صورت گیرد. در غیر اینصورت، فعالیت کاتالیستی آنزیم کاهش یافته و دستیابی به تکمیل مورد نظر با مشکل مواجه خواهد گردید.