پاورپوینت آنزیم های صنعتی ,تولیدوکاربرد

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بسم الله الرحمن الرحیم

اسلاید 2 :

آنزیمولوژی

اسلاید 3 :

عنوان
آنزیم های صنعتی ,تولیدوکاربرد

اسلاید 4 :

آنزیم ها
آنزیم ها به عنوان کاتالیست های زیستی صنعتی مزایای زیادی نسبت به فرایندهای شیمیایی سنتی از نقطه نظر پایداری و بهره وری فرایندهادارند. خواص منحصر به فرد آنزیمها، از جمله دقت بالا، عمل سریع و زیست تخریب پذیری، امکان انجام فرایندهای کمک-آنزیم را در صنعت و تحت شرایط ملایم واکنش، همراه با بهبود بازده ها وکاهش تولید پسماند فراهم میسازد. آنزیمها در حدود 4000 واکنش بیوشیمیایی را درموجودات زنده کاتالیز میکنند. با وجود اینکه این آنزیمها از لحاظ زیست محیطی بی خطر و طبیعی هستنداماممکن است همچون سایر پروتئینها سبب بروز واکنشهای آلرژیک شوند.ازاین رواقدامات حفاظتی در روند تولید و کاربردهای آ نها ضروری است. از میان 3000 آنزیم شناخته شده تنها حدود 150 تا 170 آنزیم ازلحاظ صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند.

اسلاید 5 :

تولید آنزیم

آنزیم های جدید برای فرایندهای صنعتی غالبا به وسیله یک دیدگاه متاژنومیک یافت میشوند. زیرا برخی میکروارگانیسم های محیط های خشن نمیتوانند در آزمایشگاه کشت داده شوند . میکروارگانیسم های مختلف شامل سیستم های یوکاریوتی مانند مخمرو قارچ ها و سیستم پروکاریوتی شامل باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی برای تولید آنزیم صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. تفاو تهایی اساسی مابین موجودات پروکاریوتی و یوکاریوتی وجوددارد.

این آنزیم ها در ساختار مولکولی، تعداد زنجیره های پلی پپتیدی، درجه گلیکوزیلاسیون و نقطه ایزوالکتریک متفاوت هستند. برخی رو ش هامانند تثبیت و نشاندن میتواند خواص کاربردی آنزیمها را از جهاتی بهبود بخشد، اما این تکنیک ها تنها بر روی آنزیم های طبیعی کارمیکنند. نیاز است ویژگیهای آنزیمهای طبیعی بهینه شود. بنابراین روشهای مهندسی مولکولی مانند، تکامل جهت دار ، جهش زایی هدایت شده ، ترمینال فیوژن و برش توسعه یافته اند.

اسلاید 7 :

تولید به روش تخمیر
طراحی فرایند تخمیراز زمینه های بین رشته ای بوده و برای تولید صنعتی موفق، نیازمند دانش علوم مهندسی شیمی و فیزیولوژی میکروبی است. هدف از فرایندهای تخمیر، تولید یک محصول آنزیمی فرمول بندی شد ه است که در معرض تک عملیا ت های پس از تخمیر بسیاری قرارمیگیرد. تخمیر غوطه ور به اختصار "SmF"وبه تخمیر حالت جامداختصار" SSF" دو فناوری مهم تخمیری در دسترس هستند. بیشتر صنایع جهت تولید آنزیم از فرایند SmF استفاده میکنند.


تخمیری که در حضور مازاد آب آزاد انجام میشود، تخمیر غوطه ورنامیده می شود. استفاده از یک محیط کشت آزمایشگاهی هوازی غوطه ور در رئاکتوری با مخزن همز ن دار، یک فرایند صنعتی معمول جهت تولید آنزیم از میکروارگانیسم هایی با توانایی تولید آنزیم برون سلولی است. چهار روش اصلی برای رشد میکروارگانیسم ها در SmF وجود دارد که شامل کشت بسته ، کشت بسته تغذیه ای، کشت بسته پرفیوژنی ، کشت پیوسته است. ظروف تخمیردر این نوع فرایند در مقیا س های عظیم حجم های هزار تا صدها هزارلیتر بسیار خوب ساخته شده و کنترل آنلاین چندین پارامتر نظیر ، دما، غلظت اکسیژن محلول و تشکیل حباب و کف را فراهم کرده است, همچنین هیچ مشکلی در زمینه انتقال مواد و حذف گرما وجود ندارد.
.
تخمیر غوطه ور

اسلاید 8 :

این روش درفرایندهایی که درآن ها محصولات تخمیری خام به طور مستقیم به عنوان منابع آنزیم مورد استفاده قرار میگیرند. پسماندهای کشاورزی-صنعتی به طور کلی بهترین سوبسترا برای فرایندهای SSF هستندکه برخی از آ نها عبارتند از تفاله نیشکر، سبوس گندم، سبوس برنج، پوسته ذرت، پوسته نخود، پوشال گندم، پوشال برنج، پوسته برنج، پوسته سویا، خاک اره، ضایعات وغیره. این سیستم مزایای بسیاری از جمله چگالی محلول بالا، غلظت نسبتا بالاتر محصولات، تولید کمتر پساب، نیازبه تجهیزات ساده تخمیر، کارگر تعلیم یافته کمتر و غیره در مقایسه با سیستم SmF دارد. عوامل اصلی تأثیرگذار بر سنتز میکروبی آنزیم ها در سیستم SSFعبارتند از: انتخاب سوبسترا یا بستر و میکروارگانیسم مناسب, پیش تیمار سوبسترا؛ اندازه ذرات (فضای میان ذرات و مساحت سطح) سوبسترا؛ محتوا، مقدار و فعالیت آب سوبسترا؛ رطوبت نسبی؛ نوع و اندازه ماده کشت (نظیر باکتری)؛ کنترل دما ماده تخمیری/حذف حرارت متابولیکی (فرایند سوخت و ساز), دوره کشت؛ حفظ یکنواختی در محیط سیستم SSF ؛ و فضای گازی، یعنی میزان مصرف اکسیژن و دفع دی اکسیدکربن. در حالت ایده آل، تقریبا تمام آنزیم های میكروبی شناخته شده می توانند تحت سیستم های SSF تولید شوند.
تخمیرحالت جامد

اسلاید 9 :

استراتژی دستیابی به سطح بیان بالا درمیزبان های پروتیین نوترکیب

اسلاید 10 :

افزایش سطح بیان آنزیم های میکروبی در باکتر ی های لاکتیک اسیدباکتری های لاکتیک اسید میزبان های بالقوه نویدبخش برای بیان آنزیم های نوترکیب هستند. از آن جا که این باکتری ها در غشاهای خود اندوتوکسین ندارند، میزبا نهای بیانی ایمن تر برای تولید نوترکیب پروتیین های غذایی و دارویی به حساب می آیند. لاکتوباسیلوس لاکتیس برای بیان برخی از پروتیین های نوترکیب جذاب است. سویه L. lactis MGبه عنوان یک سیستم زنده نوترکیب تحویل بتاگالاکتوزیداز با استفاده از تکنیک های بیان پروتئین رده ی غذایی و پروبیوتیک های انتخابی به عنوان ابزار، مهندسی شد ه است. گسترد ه ترین سیستم بیانی قابل القا در L. lactis یک سیستم ژنی کنتر ل شد ه ی قابل القا با نیاسین است.

اسلاید 11 :

افزایش سطح بیان آنزیم های میکروبی در میزبان های مخمری  آنزیم های مختلفی از جمله کاتالاز در H. polymorpha تولیدشده اند. تولید آنزیم در H. polymorpha در طی ساعات پایانی تخمیر میتواند به وسیله ترکیبی از گلیسرول و متانول افزایش یابد. مزیت Y. lipolytica ترشح آنزیم هایی با وزن مولکولی بالا است همچنین S. pombeمیزبانی جذاب برای بیان آنزیم نوترکیب به شمار می آید.

اسلاید 12 :

فرایند پایین دستی آنزیم های صنعتی

اسلاید 13 :

ویژگی ها وروش های جداسازی اصلی درخالص سازی آنزیم

اسلاید 15 :

فرمول بندی های محصول
وظیفه اصلی و اولیه فرمول بندی، به حداقل رساندن صدمات به فعالیت آنزیمی در حین انتقال، ذخیره سازی و استفاده است. بنابراین آنزیم ها به عنوان عصار ه های مایع پایدار شده و یا ذرات جامدفروخته میشوند. آنزیم ها اغلب در کاربردهای صنعتی در معرض محیط های مرطوب، گرم و یا اکسایشی قرار میگیرند. پایدار کننده های شیمیایی برای محافظت از آنزیم های ناپایدار حرارتی به صورت حرارتی و شیمیایی در دسترس هستند. لذا، انتخاب آنزیم هایی که در حین غربالگری از لحاظ ساختاری پایدارتر یا مقاوم در برابر اکسیداسیون هستند، ترجیح داده میشوند. به منظور به حداقل رساندن باز شدن تاخوردگی پروتئین، فرمولاتور میتواند محیط پروتئین را تغییر داده و اصلاح نماید تا یک ساختار پروتئینی منسجم ایجاد شود. بهترین روش جهت مقابله با غیرفعال کردن جایگاه فعال، اطمینان از سطوح کافی هر هم عامل (cofactor )مورد نیاز، برای افزودن مهارکنند ه های برگشت پذیر و حذف گونه های واکنش پذیر یا اکسیدکننده ازفرمول بندی است فرمولاسیون باید مواردی شامل حفاظت در مقابل آلودگی میکروبی اجتناب از تشکیل رسو ب فیزیکی یا بخار، به حداقل رساندن تشکیل گرد و غبار یا افشانه های حساس و بهینه سازی معیارهای ظاهری نظیر رنگ و بو را نیز در برگیرد.

اسلاید 16 :

استراتژی مهندسی مولکولی جهت افزایش عملکرد آنزیم ها

اسلاید 17 :

استراتژی های مهندسی مولکولی
تکامل جهت دار مؤثرترین و عملی ترین وسیله برای اصلاح آنزیم هابرای بهبود عملکرد کاتالیستی است.این فناوری جهش زایی تصادفی از طریق واکنش زنجیره ای پلیمراز متمایل به خطاو رو شهای غربالگری یا انتخاب توان بالا راترکیب میکند. موتانت ها با ویژگی های دلخواه مانند افزایش فعالیت آنزیمی، اصلاح پایداری محیطی و حتی فعالیت های کاتالیستی جدیدمی تواند با این استراتژی به دست آید. تکامل جهت دار و طراحی منطقی میتواند خواص آنزیمها را نیز بیشتر اصلاح کند. پیشنهاد شده که معماری دامنه پروتئینی از طریق اتصال ترکیبی یاتبادل بخش های پلی پپتیدی موجود از قبل تکامل پیدا کند. واحدهای مولکولی نوترکیب شده ممکن است عناصر ساختاری ثانویه ساده یا قطعات بزرگتر زیردامنه باشند. این فرایند ممکن در نتیجه exonshuffling ,نوترکیبی غیر همولوگ یا alternative splicin باشد ومیتواند از طریق انتخاب پروتئین های تاخورده از کتابخانه های ترکیبی یا عناصر ساختاری ثانویه به هم آمیخته حاصل شودعلی رغم این واقعیت که تکامل جهت دار یک روش مؤثر و کاربردی برای اصلاح ویژگی های آنزیم ها است یک نوسان بین ویژگی هدف و دیگر ویژگی های اساسی غالبا از کارامد بودن این روش ممانعت میکند.
تکامل جهت دار

اسلاید 18 :

یک روش ارزشمند برای اصلاح ژ ن ها و مطالعه ویژگی های ساختاری و عملکردی یک پروتئین بر اساس ساختار، عملکرد، مکانیسم کاتالیتیک و دنباله های کاتالیتیک آنزیمها است.این روش شامل جهش های منفرد و ترکیبی است.معمولابا روش های بیوانفورماتیکی تحلیل میشود. جهش زایی هدایت یافته تک مکانه و جهش های چندگانه برای تسریع و ساده سازی رو شهای جهش زایی به کار رفته اند.
جهش زایی مکان ویژه

اسلاید 19 :

یک روش منحصر به فرد برای تکامل آزمایشگاهی سریع پروتئین ها است. هر آمینواسید از یک پروتئین باهر 19 آمینواسید طبیعی دیگر جایگزین میشود. مکا نهای حساس آنزیمها تحت جهش زایی اشباع قرار میگیرند و پایداری حرارتی یا بازده کاتالیستی واریانت ها افزایش می یابد.
جهش زایی اشباع

اسلاید 20 :

بیشتر آنزیمهای کایمریک از طریق فیوژن کردن دامنه کاتالیتیک و اتصال به دامنه سوبسترای آنزیم های مختلف ساخته میشوند. برای مثال آنزیم های فعال بر کربوهیدرات غالبا حاوی یک ماژول کاتالیتیک و یک ماژول اتصال به کربوهیدرات "CBM "هستندکه با یک اتصال دهنده انعطاف پذیر به هم متصل شده اند. یک به عنوان یک توالی آمینواسیدی همجوار از یک آنزیم فعال کربوهیدرات تعریف میشود که به عنوان یک دامنه جداگانه تا میخوردو قابلیت اتصال به کربوهیدرات را از خود نشان می دهد.براساس مشابهت های آمینواسیدی 54 خانواده مشخص CBM وجوددارد که اختلافات اساسی در اختصاصیت لیگاند دارند.
فیوژن