Enzim adalah biokatalis yang memainkan peran penting pada semua tahap metabolisme dan reaksi biokimia. Mereka sangat menarik dan digunakan sebagai katalis organik dalam berbagai proses skala industri. Artikel ini memberikan gambaran umum tentang enzim mikroba dan klasifikasinya.
Pengantar
Bioindustri yang berbeda membutuhkan enzim dengan karakteristik khusus untuk digunakan dalam pengolahan substrat dan bahan baku. Enzim mikroba berperan sebagai biokatalis untuk melakukan reaksi dalam proses biologi secara ekonomis dan ramah lingkungan dibandingkan dengan penggunaan katalis kimia. Karakteristik khusus mereka digunakan untuk kepentingan komersial dan aplikasi industri. Enzim sangat spesifik, mereka mengkatalisis sekitar 4000 reaksi biokimia. Peraih Nobel Emil Fischer menyarankan bahwa ini karena enzim dan substrat memiliki geometri komplementer spesifik yang tepat.cocok satu sama lain.
Definisi
Enzim adalah molekul biologis besar yang bertanggung jawab atas semua pertukaran kimia penting yang diperlukan untuk menopang kehidupan. Mereka adalah katalis yang sangat selektif yang dapat sangat mempercepat laju dan spesifisitas reaksi metabolisme yang berkisar dari pencernaan makanan hingga sintesis DNA. Semua proses metabolisme yang terjadi di dalamnya bergantung pada enzim apa yang terbentuk di dalam sel mikroorganisme.
Sejarah
Pada tahun 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, profesor fisiologi di Universitas Heidelberg, pertama kali menggunakan istilah "enzim", yang berasal dari kata Latin fermentum, yang berarti "dalam ragi". Mendapatkan enzim mikroorganisme dimulai di Yunani kuno. Mereka digunakan untuk mengawetkan makanan dan minuman.
Pada tahun 1783, imam Katolik Italia terkenal Lazzaro Spallanzani pertama kali menyebutkan pentingnya biomolekul ini dalam karyanya tentang biogenesis.
Pada tahun 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff menyelidiki prosedur untuk mengubah pati menjadi glukosa. Dalam eksperimennya, ia menyoroti penggunaan enzim sebagai katalis.
Pada tahun 1833, ahli kimia Prancis Anselm Payen menemukan enzim pertama, diastase.
Beberapa dekade kemudian, pada tahun 1862, saat mempelajari fermentasi gula menjadi alkohol, Louis Pasteur sampai pada kesimpulan bahwa gula dikatalisis oleh daya hidup yang terkandung dalam sel ragi.
Biomolekul ditemukan di alamtelah banyak digunakan sejak zaman kuno dalam pembuatan produk seperti linen, kulit dan nila. Semua proses ini disebabkan oleh mikroorganisme - penghasil enzim.
Arti
Enzim diperlukan untuk memfasilitasi reaksi kimia. Peran mereka dalam kehidupan mikroorganisme sangat penting. Ini terdiri dalam memastikan proses metabolisme, respirasi, pencernaan dan jenis kehidupan lainnya. Ketika enzim berfungsi dengan baik, homeostasis dipertahankan. Peran lain enzim dalam mikroorganisme adalah untuk mempercepat metabolisme.
Fitur Khusus
Sifat enzim mikroorganisme meliputi:
- tahan panas;
- sifat termofilik;
- toleransi terhadap perubahan rentang pH;
- stabilitas aktivitas saat mengubah suhu dan pH;
- kondisi reaksi ketat lainnya.
Mereka diklasifikasikan sebagai termofilik, asidofilik atau alkalifilik. Mikroorganisme dengan sistem enzim termostabil mengurangi kemungkinan kontaminasi mikroba dalam reaksi industri skala besar dengan durasi yang lama. Enzim mikroba membantu dalam meningkatkan perpindahan massa dan mengurangi viskositas substrat selama proses hidrolisis bahan baku.
Klasifikasi
Karena berbagai aktivitas berdasarkan sifat reaksinya, enzim diklasifikasikan menurut katalisis:
- Oksidoreduktase. Reaksi oksidasi melibatkan transfer elektron dari satu molekulke yang lain. Dalam sistem biologis, ini adalah penghilangan hidrogen dari substrat.
- Transfer. Kelas enzim ini mengkatalisis transfer gugus atom dari satu molekul ke molekul lain. Aminotransferase atau transaminase memfasilitasi transfer gugus amino dari asam amino ke asam alfa-okso.
- Hidrolase. Mengkatalisis hidrolisis, pemisahan substrat dengan air. Reaksi tersebut meliputi pemutusan ikatan peptida pada protein, ikatan glikosidik pada karbohidrat, dan ikatan ester pada lipid. Umumnya, molekul yang lebih besar terurai menjadi fragmen yang lebih kecil.
- Liase. Mengkatalisis penambahan kelompok untuk ikatan rangkap atau pembentukan yang terakhir dengan menghilangkan yang pertama. Misalnya, liase pektat memecah ikatan glikosidik dengan eliminasi beta.
- Isomerase. Mereka mengkatalisis transfer kelompok dari satu posisi ke posisi lain dalam molekul yang sama. Ubah struktur substrat, atur ulang atomnya.
- Liga. Menghubungkan molekul bersama-sama dengan ikatan kovalen. Mereka berpartisipasi dalam reaksi biosintetik, di mana kelompok ikatan baru terbentuk. Reaksi tersebut membutuhkan masukan energi dalam bentuk kofaktor.
Aplikasi
Fermentasi digunakan dalam persiapan banyak makanan. Penggunaan enzim mikroba dalam industri makanan adalah proses yang sudah berlangsung lama. Jenis berikut ini banyak digunakan:
- Amilase. Pencairan pati, peningkatan kualitas roti, penjernihan sari buah.
- Glukoamilase. Produksi bir dan sirup dengan kandungan glukosa dan fruktosa tinggi.
- Protease. Tenderisasidaging, koagulasi susu.
- laktase. Pengurangan intoleransi laktosa pada manusia, suplemen nutrisi prebiotik.
- Lipase. Produksi keju cheddar.
- Fosfolipase. Produksi lemak susu terlipolisasi.
- Esterase. Peningkatan rasa dan aroma pada jus buah. Deesterifikasi serat makanan. Produksi ester rantai pendek.
- Selulase. Pakan ternak.
- Glukosa oksidase. Meningkatkan umur simpan makanan.
- Laccases. Penghapusan polifenol dari anggur.
- Katalase. Pengawet Makanan. Penghapusan hidrogen peroksida dari susu sebelum produksi keju.
- Peroksidase. Perkembangan rasa, warna dan kualitas makanan.
Protease
Protease yang berasal dari sistem mikroba terdiri dari tiga jenis: asam, netral dan basa. Protease serin alkali memiliki aplikasi terbesar dalam bioindustri. Mereka memiliki aktivitas tinggi dan stabilitas di bawah kondisi abnormal parameter fisiologis ekstrim. Protease alkali memiliki sifat stabilitas aktivitas enzimatik yang tinggi bila digunakan dalam deterjen. Mereka telah menemukan aplikasi luas di bioindustri:
- produksi bubuk pencuci;
- industri makanan;
- pengolahan kulit;
- farmasi;
- penelitian biologi molekuler dan sintesis peptida.
Amilase
Ini adalah enzim mikroorganisme yang mengkatalisis pemecahan pati menjadi gula. dia adalahditemukan dan diisolasi oleh Anselm Peyen pada tahun 1833. Semua amilase adalah hidrolase glikosida. Mereka banyak digunakan dalam industri dan menyumbang hampir 25% dari pasar enzim. Digunakan dalam industri seperti:
- makanan;
- toko roti;
- kertas dan tekstil;
- pemanis dan jus buah;
- sirup glukosa dan fruktosa;
- deterjen;
- bahan bakar etanol dari pati;
- minuman beralkohol;
- bantuan pencernaan;
- penghilang noda dalam dry cleaning.
Juga digunakan dalam kimia klinis, medis dan analitik.
Xylanase
Hemiselulosa adalah salah satu konstituen utama residu pertanian bersama dengan selulosa, lignin dan pektin. Xilan adalah komponen utamanya. Pentingnya xilanase telah meningkat secara signifikan karena aplikasi bioteknologi untuk produksi pentosa, pemurnian jus buah, perbaikan pencernaan, dan biokonversi limbah pertanian lignoselulosa menjadi bahan bakar dan bahan kimia. Ini telah menemukan aplikasinya dalam industri makanan, tekstil dan pulp dan kertas, pembuangan limbah pertanian, produksi etanol dan pakan ternak.
Laccase
Enzim liginolitik berguna dalam hidrolisis residu pertanian lignoselulosa, terutama untuk degradasi lignin penyusun kompleks dan non-pemompaan. Mereka sangat serbaguna di alam dan dapat digunakan dalam sejumlah proses industri. Sistem enzim lignolitik digunakan dalam biodecoloration selulosa dan industri lainnya seperti stabilisasi anggur dan jus buah, pencucian denim, kosmetik dan biosensor.
Lipase
Ini adalah enzim mikroorganisme yang mengkatalisis pemecahan dan hidrolisis lemak. Lipase adalah subkelas dari esterase. Mereka memainkan peran penting dalam pencernaan, transportasi dan pengolahan lemak. Sebagian besar lipase terlibat dalam posisi tertentu pada tulang punggung gliserol dari substrat lemak, terutama di usus kecil. Beberapa di antaranya diekspresikan oleh organisme patogen yang disekresikan selama penyakit menular. Lipase dianggap sebagai kelompok utama enzim yang bernilai secara bioteknologi, terutama karena keserbagunaan dari sifat terapannya dan kemudahan produksi massal.
Aplikasi Lipase
Enzim ini terlibat dalam berbagai proses biologis, mulai dari metabolisme trigliserida rutin dalam makanan hingga sinyal dan peradangan sel. Beberapa aktivitas lipase terbatas pada kompartemen tertentu di dalam sel, sementara yang lain bekerja di ruang ekstraseluler:
- Lipase pankreas disekresikan ke ruang ekstraseluler di mana mereka berfungsi untuk mengubah lemak makanan menjadi bentuk yang lebih sederhana yang diangkut ke seluruh tubuh.
- Memudahkan penyerapan nutrisi dari lingkungan.
- Peningkatan aktivitas lipase menggantikankatalis konvensional dalam pengolahan biodiesel.
- Digunakan dalam aplikasi seperti memanggang, deterjen, sebagai biokatalis.
- Dalam industri tekstil, digunakan untuk meningkatkan daya serap kain dan pemerataan saat pewarnaan.
- Untuk memodifikasi rasa makanan dengan mensintesis ester asam lemak rantai pendek dan alkohol.
- Ada atau tingginya kadar lipase dapat mengindikasikan infeksi atau penyakit tertentu dan dapat digunakan sebagai alat diagnostik.
- Memiliki efek bakterisida. Dapat digunakan dalam pengobatan tumor ganas.
- Memiliki nilai komersial yang besar dalam kosmetik dan obat-obatan (produk perawatan kulit, pengeriting rambut).
