الإنزيمات الصناعية

تعتمد عملية امتزاز الإنزيمات على الحوامل على ظواهر كيميائية وفيزيائية، مثل قوى فان دير فالس ، والتفاعلات الأيونية ، والروابط الهيدروجينية . هذه القوى ضعيفة، وبالتالي لا تؤثر على بنية الإنزيم. يمكن استخدام مجموعة واسعة من حوامل الإنزيمات، ويعتمد اختيار الحامل على مساحة السطح، وحجم الجسيمات، وبنية المسام، ونوع المجموعة الوظيفية. ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام العديد من طرق الربط الكيميائي لتثبيت الإنزيم على سطح ما ، بنسب نجاح متفاوتة. تشمل أنجح تقنيات الربط التساهمي الربط عبر الغلوتارالدهيد بمجموعات الأمين وإسترات N-هيدروكسي سكسينيد . تتم هذه التقنيات في درجات حرارة محيطة وفي ظروف معتدلة، مما يحد من قدرتها على تعديل بنية الإنزيم ووظيفته. ^{[ 7 ]}

تعتمد عملية التثبيت باستخدام الألفة على خصوصية الإنزيم في ربط ربيطة ذات ألفة عالية بالإنزيم لتكوين معقد إنزيم-ربيطة مرتبط تساهميًا. يُوضع هذا المعقد في مادة داعمة تتمتع الربيطة بألفة ارتباط عالية بها، ويتم تثبيت الإنزيم من خلال تفاعلات الربيطة مع المادة الداعمة. ^{[ 4 ]}

تعتمد عملية التثبيت باستخدام الحصر على حصر الإنزيمات داخل المواد الهلامية أو الألياف، باستخدام تفاعلات غير تساهمية. تشمل الخصائص التي تحدد مادة الحصر الناجحة مساحة سطحية عالية، وتوزيع متجانس للمسام، وإمكانية ضبط حجم المسام، وقدرة امتصاص عالية. ^{[ 4 ]}

يجب اختيار الإنزيم بناءً على التفاعل المطلوب. ويحدد الإنزيم المختار الخصائص التشغيلية المطلوبة، مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة والنشاط وتقارب الركيزة. ^{[ 13 ]}

يُعدّ اختيار مصدر الإنزيمات خطوةً مهمةً في إنتاجها. ومن الشائع دراسة دور الإنزيمات في الطبيعة وعلاقتها بالعملية الصناعية المطلوبة. تُستخلص الإنزيمات في أغلب الأحيان من البكتيريا والفطريات والخميرة. وبمجرد اختيار مصدر الإنزيم، يمكن إجراء تعديلات جينية لزيادة التعبير عن الجين المسؤول عن إنتاجه. ^{[ 13 ]}

عادةً ما يتم تطوير العملية بعد التعديل الوراثي للكائن الحي الأصلي، ويتضمن ذلك تعديل وسط الاستنبات وظروف النمو. في كثير من الحالات، يهدف تطوير العملية إلى تقليل تحلل الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) والتحلل البروتيني . ^{[ 13 ]}

يتطلب توسيع نطاق إنتاج الإنزيمات تحسين عملية التخمير. تُنتَج معظم الإنزيمات في ظروف هوائية، وبالتالي، تتطلب إمدادًا مستمرًا بالأكسجين، مما يؤثر على تصميم المُخَمِّر. ونظرًا للاختلافات في توزيع الأكسجين المذاب، فضلًا عن درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والمغذيات، يجب مراعاة ظواهر النقل المرتبطة بهذه العوامل. وتُحقَّق أعلى إنتاجية ممكنة للمُخَمِّر عند بلوغه أقصى قدرة نقل. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

تختلف إجراءات استخلاص الإنزيمات باختلاف الكائن الحي المصدر، وما إذا كانت الإنزيمات داخلية أم خارجية. عادةً، تتطلب الإنزيمات الداخلية تحلل الخلايا وفصل المخاليط الكيميائية الحيوية المعقدة. أما الإنزيمات الخارجية فتُطلق في وسط الاستنبات، ويسهل فصلها. يجب أن تحافظ الإنزيمات على بنيتها الأصلية لضمان قدرتها التحفيزية. ونظرًا لحساسية الإنزيمات الشديدة لدرجة الحموضة ودرجة الحرارة والقوة الأيونية للوسط، يجب استخدام ظروف عزل معتدلة. ^{[ 13 ]}

تختلف مستويات النقاء المطلوبة باختلاف الاستخدام المقصود للإنزيم. فعلى سبيل المثال، يجب فصل الإنزيمات المستخدمة لأغراض التشخيص بدرجة نقاء أعلى من تلك المطلوبة للإنزيمات الصناعية بكميات كبيرة، وذلك لمنع النشاط التحفيزي الذي قد يؤدي إلى نتائج خاطئة. أما الإنزيمات المستخدمة لأغراض علاجية، فتتطلب عادةً فصلاً دقيقاً للغاية. وفي أغلب الأحيان، تُستخدم مجموعة من خطوات الاستشراب لتحقيق هذا الفصل. ^{[ 13 ]}

يتم بيع الإنزيمات المنقاة إما في شكلها النقي وبيعها لصناعات أخرى، أو إضافتها إلى السلع الاستهلاكية.