التحول الحيوي
التحويل الحيوي هو تعديل كيميائي حيوي لمركب كيميائي واحد أو خليط من المركبات الكيميائية. يمكن إجراء التحويلات الحيوية باستخدام الخلايا الكاملة، أو مستخلصاتها، أو الإنزيمات النقية. [ 1 ] [ 2 ] ويتزايد استخدام الإنزيمات النقية في التحويلات الحيوية . وتعتمد صناعات رئيسية وتقنيات منقذة للحياة على التحويلات الحيوية. [ 3 ] [ 4 ]
المزايا والعيوب
بالمقارنة مع الإنتاج التقليدي للمواد الكيميائية، تُعدّ التحولات الحيوية جذابة في كثير من الأحيان نظرًا لانتقائيتها العالية، مما يحدّ من إنتاج المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها. ونظرًا لأنها تعمل عمومًا في درجات حرارة وضغوط معتدلة في محاليل مائية، فإن العديد من التحولات الحيوية تُصنّف ضمن "التحولات الخضراء" . كما أن المحفزات، أي الإنزيمات، قابلة للتحسين عن طريق التعديل الوراثي. [ 5 ]
عادةً ما تُقيّد التقنية الحيوية بنطاق المواد المتفاعلة. فالمواد البتروكيميائية، على سبيل المثال، غالباً ما تكون غير قابلة للتحويل الحيوي، خاصةً على النطاق المطلوب لبعض التطبيقات، مثل الوقود. قد تكون عمليات التحويل الحيوي بطيئة، وغالباً ما تتعارض مع درجات الحرارة العالية المستخدمة في التخليق الكيميائي التقليدي لزيادة سرعة التفاعل. تكون الإنزيمات مستقرة عموماً عند درجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية، وعادةً ما تكون أقل من ذلك بكثير. الإنزيمات، كغيرها من المحفزات، قابلة للتسمم. في بعض الحالات، يمكن تحسين الأداء أو إمكانية إعادة التدوير باستخدام إنزيمات مُثبّتة .
تاريخي
يُعدّ صنع النبيذ والبيرة مثالين على التحولات الحيوية التي تُمارس منذ القدم. يُنتج الخل منذ زمن طويل عن طريق التخمير، الذي يتضمن أكسدة الإيثانول إلى حمض الخليك . ويعتمد صنع الجبن تقليديًا على الميكروبات لتحويل المواد الأولية للألبان. أما الزبادي ، فيُصنع بتلقيح الحليب المُعالج حراريًا بكائنات دقيقة مثل المكورات العقدية المحبة للحرارة واللاكتوباسيلوس البلغاري .
أمثلة حديثة
المستحضرات الصيدلانية
تُنتَج المضادات الحيوية من نوع بيتا لاكتام ، مثل البنسلين والسيفالوسبورين ، عن طريق التحويل الحيوي في صناعة تُقدَّر قيمتها بمليارات الدولارات. وتُجرى هذه العمليات في أوعية يصل حجمها إلى 60,000 جالون. وتُستَخدَم السكريات والميثيونين وأملاح الأمونيوم كمصادر للكربون والكبريت والنيتروجين. ويُستخدم فطر البنسيليوم كريسوجينوم المُعدَّل وراثيًا لإنتاج البنسلين. [ 6 ]
يتم هيدروكسيل بعض الستيرويدات في المختبر لإنتاج الأدوية.
السكريات
يُنتج شراب الذرة عالي الفركتوز عن طريق التحويل الحيوي لنشا الذرة ، الذي يتحول إلى مزيج من الجلوكوز والفركتوز . إنزيم جلوكوأميليز هو أحد الإنزيمات المستخدمة في هذه العملية. [ 7 ]
يتم إنتاج السيكلودكسترينات بواسطة إنزيمات النقل .
الأحماض الأمينية
تُنتج الأحماض الأمينية أحيانًا صناعيًا بواسطة إنزيمات ناقلة الأمين . وفي حالات أخرى، تُستخلص الأحماض الأمينية عن طريق التحويلات الحيوية للببتيدات باستخدام إنزيمات الببتيداز .
أكريلاميد
باستخدام الأكريلونيتريل والماء كركائز، يتم استخدام إنزيمات هيدراتاز النتريل لإنتاج الأكريلاميد ، وهو مونومر ذو قيمة .
الوقود الحيوي
يتم إنتاج أنواع عديدة من الوقود ومواد التشحيم من خلال عمليات تتضمن التحولات الحيوية التي تبدأ من مواد أولية طبيعية مثل الدهون والسليلوز والسكريات .
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "التحول الحيوي" . كتاب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الذهبي . 2014. doi : 10.1351/goldbook.B00667 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 فبراير 2022 .
- ↑ "فهم التحول الحيوي - دار نشر نوفا ساينس" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-06-2025 .
- ^ أندرياس ليز؛ كارستن سيلباخ؛ كريستيان واندري (2006). ليز، أندرياس؛ سيلباخ، كارستن؛ واندري، كريستيان (محرران). التحولات الحيوية الصناعية (2 ed.). فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/3527608184 . رقم ISBN 978-3-527-31001-2.
- ^ كام ، بيرجيت. جروبر، باتريك ر. كام، مايكل (2016). “المصانع الحيوية – العمليات والمنتجات الصناعية”. موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. الصفحات من 1 إلى 38. دوى : 10.1002/14356007.l04_l01.pub2 . رقم ISBN 978-3-527-30673-2.
- ↑ "فهم التحول الحيوي - دار نشر نوفا ساينس" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-06-2025 .
- ↑ إيلاندر، آر بي (2003). "الإنتاج الصناعي للمضادات الحيوية من نوع بيتا لاكتام". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية . 61 ( 5-6 ): 385-392 . doi : 10.1007/s00253-003-1274-y . PMID 12679848. S2CID 43996071 .
- ↑ هوبز، لاري (2009). "21. المحليات من النشا: الإنتاج والخصائص والاستخدامات". في: بيميلر، جيمس ن.؛ ويستلر، روي ل. (محرران). النشا: الكيمياء والتكنولوجيا ( الطبعة الثالثة). لندن: أكاديميك برس/إلسيفير. الصفحات 797-832 . doi : 10.1016/B978-0-12-746275-2.00021-5 . ISBN 978-0-12-746275-2.
- المعالجة البيولوجية
- التكنولوجيا الحيوية
- التحلل البيولوجي
