عملکرد آنزیم ها در تصفیه فاضلاب
فرآیند کاتالیزاسیون در ارگانیزم های زنده به وقوع می پیوندد. کاتالیز تبدیل ترکیبات قندی به الکل توسط موادی انجام می پذیرد که در سلول های زنده مخمرها موجود می باشند. بر این اساس نیز این مواد را آنزیم نامیدند که کلمه ای یونانی به معنی ( از مخمر ) است.
اولین مرحله کاتالیز آنزیمی تشکیل کمپلکس آنزیم سوبستره است. قرارگیری گروه های واکنشگر آنزیم و سوبستره در فضای محدودی در مرکز فعال آنزیم بوقوع می پیوندد. عوامل موثر بر پیوند موقت و باثبات سوبستره به آنزیم شامل پیوند پل های هیدروژنی، نیروهای واندروالس یا پیوندهای کووالانسی می باشند. بدین ترتیب، وضعیت انتقالی برقرار می گردد. در نتیجه، واکنش کاتالیزوری میسر می شود. اصولا برهم کنش آنزیم و سوبستره به دو صورت ممکن است:
- قاعده کلید – قفل
- مدل induced fit
تبدیل مواد در داخل سلولها توسط آنزیم ها انجام می پذیرد. تبدیل هر متابولیت به متابولیت دیگر وظیفه یک آنزیم ویژه است. آنزیم ها، پروتئین هایی هستند که دارای عملکرد یک کاتالیزور می باشند. مهم ترین عملکردهای پروتئین آنزیم شامل شناسایی متابولیت موردنظر، انجام کاتالیز و هدایت فعالیت های کاتالیزوری هستند.
فرآیند تبدیل آنزیمی با اتصال متابولیت ( سوبستره آنزیم ) به پروتئین آنزیم آغاز می گردد. اصولا آنزیم با متابولیت واکنش انجام می دهد ( سوبستره خود ) و کاتالیز تبدیل آن به متابولیت دوم تا برقراری وضعیت تعادل انجام می پذیرد.
بنابراین می توان گفت که هر آنزیمی مربوط به یک سوبستره معین بوده و دارای یک تاثیرگذاری مشخص است.
پروتئین های آنزیم بعنوان کاتالیزورهای بیولوژیکی عمل می کنند و انرژی فعالسازی را کاهش می دهند. تبدیل شیمیایی متابولیت ها روی آنزیم در دمای نرمال انجام می پذیرد. بدین ترتیب آنزیم تبدیل مواد را میسر می سازد. فرآیندی که در غیر این صورت تنها تحت دمای بسیار زیاد یا تحت شرایز غیر فیزیولوژیک یعنی تحت شرایطی که برای سلول غیر قابل تحمل می باشد، قابل انجام می بود.
سرعن واکنش آنزیمی حدودا به اندازه توان 10 بیشتر از واکنش های غیرآنزیمی است. هر آنزیمی دارای گسترده محدود ویژه عملکردی مقدار بهینه pH است. در صورتی که مقدار pH واکنش خارج از گستره مذکور باشد، سرعت واکنش کاهش می یابد.
یکی از مشخصه های بسیار مهم آنزیم ها هدایت پذیری قابلیت تغییر فعالیت کاتالیزوری آنها می باشد. این هدایت پذیری فعالیت کاتالیزوری آنزیم ها ممکن است یکی از دلایل توازن فرآیند سوخت و ساز سلولی باشد.
شش گروه اصلی آنزیم ها به ترتیب زیر می باشند
| گروه | واکنش کاتالیزوری | مثال |
|---|---|---|
| Oxido-reductase | واکنش های اکسیداسیون و احیا ( انتقال هیدروژن و یا الکترون خا یا الحاق اکسیژن مولکولی ) | دی هیدروژنازها اکسیدازها مونواکسیژنازها دی اکسیژنازها |
| Transferase | انتقال درون سلولی گروه های عامل | کربوکسیل آمینو فسفوترانسفرازها |
| Hydrolase | واکنش های هیدرولیز | گلیکوسیدازها آمیدازها لیپازها فسفاتازها و دیگر استرازها |
| Lyase | تجزیه غیرهیدرولیزی ( بهمراه پیوند دوگانه باقیمانده ) یا قرارگیری گروه ها روی پیوند دوگانه | C-C- لیازها C-O- لیازها C-N- لیازها C-P- لیازها |
| Isomerase | تبدیل برون سلولی برگشت پذیر | ریس مازها اپی مرازها cis- ترانس - ایزومرازها |
| Ligase | پیوند کووالانسی دو مولکول متفاوت ( واکنش های سنتز وابسته به انرژی ) | تشکیل پیوندهای C-O- C-S- C-N- C-C |