ביוטכנולוגיה/מבוא
אנזים – מולקולת חלבון בעלת תפקיד מוגדר וידוע. לכל אנזים פעילות מיוחדת לו. הפעילות האנזימטית מאפשרת הורדה של אנרגית האקטיבציה (כמה אנרגיה צריך להשקיע כדי שהתהליך יתרחש) ובכך מאפשרת ביצוע התהליך.
הערה : אנזים הוא חלבון ולכן אינו מסוכן לאדם כיוון שהוא יודע לעכלו.
שלבי הפעילות האנזימטית
עריכההמפגש
עריכההמפגש בין הסובסטרט לאנזים הוא אקראי. רק כאשר הסובסטרט (S) יכנס לאתר הפעיל של האנזים תתרחש הפעילות האנזימטית. האנזים (E) יכול לקשור מולקולה נוספת בעלת דימיון מרחבי לסובסטרט אך רק מולקולת הסובסטרט תעבור את השינוי.
הפעילות האנזימטית
עריכהבעקבות קישור הסובסטרט לאנזים מתרחשים שינוי במבנה השלישוני של האנזים. השינויים הללו מאפשרים ביצוע הפעולה האנזימטית. שלב זה מהיר מאוד וכמעט ולא ניתן לעקוב אחר השלבים המתרחשים תוך כדי הפעילות.
יצירת התוצר ושחרורו מהאנזים
עריכהבעקבות הפעילות האנזימטית שני חלקים מתחברים לתוצר סופי שונה מכשהיו בנפרד. הסובסטרט עובר שינוי והופך להיות התוצר (P). התוצר שונה מהסובסטרט ובגלל השינוי, התוצר אינו יכול להקשר לאנזים והוא משתחרר ממנו.
השבחת הגבינה
עריכההשבחת טעם הגבינה אפשרי ב-2 צורות:
- הוספת HCl בטמפ' גבוהות.
- הוספת האנזים ליפאז המבצע הידרוליזה של ח' שומן.
יתרונות להוספת האנזים על פני השימוש בחומצה :
- האנזים הספציפי- פועל רק על ח' השומן ואינו משפיע על מרכיבים אחרים בגבינה.
- האנזים אינו רעיל - ניתן להשאיר אותו כחלק מהתוצר הסופי.
- שימוש בטמפ' מתונות לפעילות אנזימטית עדיף על פני טמפ' גבוהות אשר עלולות לפגוע בטעמו של התוצר.
יתרונות עיקריים לשימוש באנזימים
עריכה- ספציפיות- ניתן לעבוד על תערובות הטרוגניות כיוון שהאנזים מבצע פעילותיו באופן ספציפי על הסובסטרט.
- תנאי עבודה מתונים- טמפרטורה, PH ולחץ המכנים חסכון באנרגיה ושמירה על איכות המוצר.
- אין יצירה של תוצרי לוואי- הפעילות האנזימטית ספציפית ואין לה תוצרי לוואי.
חסרונות עיקריים לשימוש באנזימים:
עריכה- רגישות - כל שינוי בתנאים עלול לפגוע בפעילות האנזים.
- נוכחות מעכבים - חומרים הדומים מרחבית לסובסטרט ועלולים להיקשר באתר הפעיל ובכך למנוע פעילותו האנזימטית. העיכוב יכול להיות הפיך או לא הפיך.
שני סוגי מעכבים :
- עיכוב תחרותי - המעכב נקשר באתר הפעיל בשל הדמיון לסובסטרט.
- עיכוב לא תחרותי - המעכב נקשר באזור באנזים שאיננו האתר הפעיל, אך הוא פוגע בפעילות בשל מניעת תנועת השלד החלבוני.
חלוקת אנזימים לקטגוריות
עריכה- אנזימים "עצמאיים"- יכולים לפעול גם כשהם מוצאים מהסביבה התאית. רובם המוחלט הם אנזימים חוץ תאיים. חלקם הגדול הם אנזים הידרוליטיים המבצעים פירוק של הסובסטרט באמצעות הכנסת מולק' מים.
- אנזימים תלותיים – אנזים הנזקקים למערכת תומכת על מנת לפעול. למשל, נוכחות קופקטורים או דרישה לחומרים מחזרים או מחמצנים ועוד. בידוד אנזימים כאלה מותנת בקיום הסביבה התומכת.
- אנזימים הפועלים בקבוצות – אלה דורשים פעילות של מספר רב של אנזימים על מנת לייצר את התוצר, כמו למשל אנזימי הגליקוליזה הפועלים יחד בידוד מספר רב של אנזימים אינו משתלם ולכן כאשר יש צורך באנזים מסוג זה מפעילים את האנזימים מתוך התא השלם.
הקושי בהפקה מסחרית של סוגים רבים של אנזימים
עריכה- קושי בהפרדת אנזימים (בעיקר אנזימים תוך תאיים) - יקר ומורכב.
- תאים מייצרים את הכמות הנדרשת לפעילות ביולוגית ולא לייצור מסחרי גדול- קושי בייצור כמויות מסחריות. ישנן שיטות לייצור יתר : ביוכימיות או גנטיות.
- הרבה מאוד אנזימים אינם יציבים ופעילותם אינה נשמרת אם הם נמצאים מחוץ לתא.
הפקת אנזימים בקנה מידה מסחרי
עריכה- רוב האנזימים מופקים ממיקרואורגניזמים – קל , מהיר ובכמויות גדולות. * זמן הדור של המיקרואורגניזמים הוא 20 דקות.
- האנזימים מופקים מאורגניזמים שונים
איך נחליט באיזה אנזימים (מאיזה מקור) להשתמש
עריכה- עלות
- ספציפיות - אנזימים שונים (גם אם הם שייכים לאותה משפחה ומבצעים את אותה פעילות), בעלי רמת ספציפיות שונה בזיהוי הסובסטרט שונה, זיהוי כמה סובסטרטים דומים וכדומה.
- יציבות תפעולית ואכסונית- כמה האנזים יציב כאשר הוא נקי ומחוץ לתא.
- ערכי טמפ' ו-ph- אנזימים שונים דורשים תנאים שונים, צריך להתאים את התנאים לאנזים.
- מידע - מתוך הספרות המקצועית ; כמה מכירים את האנזים.
- שיטות אנליטיות - למעקב אחר התוצר : האם קיימות? כמה שיטות וכדומה.
- מעכבים ביוכימיים - האם קיימים חומרים אשר מעכבים / מזרזים פעילות אנזימטית? האם ניתן לווסת את הפעילות? (כלומר לקבוע מתי ייווצר האנזים? באיזה כמות? ועוד).
- מאפיינים קינטיים Km ו-Vmax :
- Km - מידת האופייניות (= אהבה, חיבור, קשר) של האנזים לסובסטרט (ככל שהאנזים מזהה את הסובסטרט שלו בריכוזים נמוכים יותר - ניתן לומר שהוא יותר אופייני).
- Vmax- כמה מהיר מבצע האנזים את פעילותו.
לסיכום, מתוך מאפיינים אלה אנו לומדים כמה מולקולה של סובסטרט הופכות לתוצר ביחידת זמן אחת ע"י מולק' אחת של אנזמים - ככל שהמספר גדול יותר, האנזים יעיל יותר.