loading...

مجله علمی کافه زیرو

بیوکاتالیزورها,خواص بیوکاتالیزورها,مزایای بیوکاتالیست ها,معایب بیوکاتالیست ها,

یکشنبه 02 شهريور 1399

http://rozup.ir/view/3189230/biocatalysis.jpg

تبدیلات بیوتکنولوژی فرایندهای بسیارمتنوعی را در برمی گیرد که در ادامه به ترتیب تعداد فرایندهای انجام شده و پیچیدگی سوبسترها آمده اند:

تخمیر: مواد خامی چون شکر، نشاسته یا متانول را در مخلوط های صنعتی مانند ملاس ها یا لیکورذرت به عنوان منبع کربنی توسط سولهای زنده به محصولات هدف پیچیده تر تبدیل می کند.

تخمیر پیش ماده ها: پیش ماده های خاص و معینی باز هم توسط سلولهای زنده به محصولات معین تبدیل می شوند.

زیست تبدیل : پیش ماده های مشخص در یک سری مراحل معین (البته همیشه مشخص نیست) توسط سلولهای زنده یا آنزیم ها به محصولات هدف تبدیل می شوند.

کاتالیز توسط آنزیم : اغلب عصاره خام یا آنزیم های تا حدی خالص که تنها باید عاری از فعالیت های جانبی باشند برای تبدیل سوبستراهای معین به محصولات هدف به کار می روند.

آنزیم های خالص : بندرت برای تولید مواد شیمیایی به کار می روند و تنها برای تهیه مواد شیمیایی بسیار گرانی چون داروها استفاده می شوند.

خواص بیوکاتالیزورها

در طی بیست سال گذشته شروط و استثناءهای زیادی در رابطه با بیوکاتالیز شنیده می شود که در آنها ادعاهای زیر مطرح می شوند:

  • آنزیم ها در برابر سوبسترهای خاص و محدودی عمل می کنند.
  • دسترسی به آنزیم ها محدود است .
  • تعداد محدودی از آنزیم ها وجود دارند.
  • پایداری پروتئین کاتالیست محدود است.
  • محدودیت هایی از جمله راندمان واکنش در واکنش های آنزیمی وجود دارد.
  • آنزیم ها در مواردی برای عملکرد مناسب با کوفاکتوز نیاز دارند.

در سالهای اخیر با کشف تعداد بسیار زیادی از آنزیم های جدید توسط تکنولوژی DNA القاشده که هم باعث تولید کارآمد و هدفمندتر آنزیم ها به جای آنزیم های منفرد می شود و هم امکان دستیابی به پایداری بالاتر و تولید در حجم انبوه توسط آنزیم ها را فراهم می آورد، باعث گردیده است که روش های سنتزی که در آن یکی یا تمام مراحل، بیوکاتالیستی هستند پیشرفت چشمگیری داشته باشند. قواعد طراحی واکنش ها برای بیوکاتالیست های بهبود یافته بسیاردقیق و در عین حال آسان هستند.

قوانین حاکم بر عملکرد بیوکاتالیست ها با قوانین کاتالیست های آلی تفاوتی ندارد. تمامی عملکرد آنزیم ها با قوانین فیزیکی و شیمیایی قابل توجیه است و امروز آنزیم ها به طور فزاینده ای تقریباٌ هر نوع واکنش در شیمی آلی را کاتالیز می کنند و در صنایع شیمیایی نیز کاربرد گسترده ای یافته اند. در یک مطالعه، ۱۳۴ زیست تبدیل در مقیاس صنعتی با تولید بیشتر از صد کیلوگرم، توسط سلولهای کامل یا آنزیم، شناسایی شده است در این میان هیدرولازها (%۴۴) دارای فراوان ترین کاربردهای بیوکاتالیستی بوده اند.

http://rozup.ir/view/3189231/biocatalysis2.png

 انواع آنزیم های مورد استفاده در زیست تبدیل های صنعتی

 مزایای بیوکاتالیست ها

بزرگترین مزیت بیوکاتالیست ها اغلب گزینش پذیری آنهاست. در حالی که بیوکاتالیست ها اغلب برای افزایش گزینش پذیری شیمیایی یا مکان گزینی یک واکنش استفاده می شوند، بزرگترین مزیت آنها همان تفاوت قابل شدن میان آنانیتومرهای یک سوبستراست که تفاوت آنتالپی آزاد گیبس میان انانتیومر S و R در آنها KJmol۱۳-۱ است. با استفاده از بیوکاتالیست ها انانتیو گزینی بالاتر از %۹۹ را می توان به دست آورد. این امر به ویژه برای سنتز حد واسط های مهم دارویی بسیارمهم است زیرا صنایع دارویی برای هر ناخالصی که به میزانی بیشتر از یک درصد در دارو وجود داشته باشد نیازمند مطالعات سمیت شناسی جداگانه­ای هستند. علاوه بر سمیت، خواص فارماکوکینتیک و فراهمی زیستی نیز می‌تواند متأثر از کایرالیته مولکول باشد.

امروزه این حقیقت که آنزیم های موجود در بیوکاتالیست ها در شرایط ملایم و نزدیک به شرایط محیط یعنی دما، pH و محیط آبی عمل می کنند یک مزیت محسوب می شود و نه یک عیب، رسیدن به اهداف فرایندهای صنعتی مانند «توسعه پایدار»، «شیمی سبز» یا «تولیدات سازگار با محیط زیست» که در سراسر جهان دنبال می شوند بدون بیوکاتالیست هایی که به این شرایط نیازدارند و آن را تحمل می کنند بسیارسخت خواهد بود. بیوکاتالیست ها قادر به کاتالیز دسته بسیارگسترده ای از واکنش ها هستند که همین باعث کاربردهای وسیع روبه رشد بیوکاتالیست ها در مقیاس صنعتی می شود. امروزه هم به طور فزاینده ای بیوکاتالیست ها با کاتالیزورهای شیمیایی تواماً استفاده می شوند یا در یک شبکه واکنش ها استفاده می شوند.

 معایب بیوکاتالیست ها

برای بیوکاتالیست هایی که امروزه مورد استفاده قرارمی گیرند سه عیب اساسی می توان برشمرد :

۱- اغلب این بیوکاتالیست ها در محیط واکنش موردنظر پایدار نیستند.

همانگونه که قبلاٌ ذکر شد این یک ایراد اساسی است حتی تغییرات صورتبندی کمتر از آنگستروم می تواند باعث کاهش سریع فعالیت شود. حفظ فعالیت یک معیار بسیارمهم برای حفظ تمامیت مولکولهای یک پروتئین است. آنزیم ها تحت شرایط خاصی چون افزایش دما یا pH غیرفعال می شوند.

۲- برای واکنش موردنظر از سوبسترهای موجود تا محصولات موردنظر بیوکاتالیست های بسیارکمی وجوددارد. با آن که همانطور که قبلاٌ گفته شد تقریباً برای هر واکنشی بیوکاتالیست مناسبی وجوددارد اما اغلب بیوکاتالیست ها (اکنون بیشتر از ۴۰۰۰ مورد) خواصشان به خوبی مشخص و تعریف نشده اند و یا حداقل به صورت تجاری در دسترس نیستند. البته این وضعیت به آرامی در حال بهبود است. ده سال پیش تنها تعداد کمی از آنزیم ها به صورت تجاری در دسترس بودند اما امروزه تعداد به بیش از ده ها برابر رسیده است و پیشرفت های بیشتری نیز مورد انتظار است.

۳- چرخه توسعه برای بیوکاتالیست های جدید و تغییر شکل یافته بسیارطولانی است. توسعه برخی از فرایندهای بیوکاتالیستی امروزه بین ده تا بیست سال طول می کشد. برای مثال توسعه فرایند آکریلامید بیش از بیست سال و فرایند لونزا (Lonza process) برای تهیه –L کارنیتین پانزده سال طول کشید یک دلیل این زمان طولانی دانش ناکافی در مورد پایه بیوتکنولوژی است و کاهش این زمان یکی از موضوعات بسیارداغ مورد بررسی است.

ارسال نظر برای این مطلب

نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی