Les enzymes sont des biocatalyseurs qui jouent un rôle important à toutes les étapes du métabolisme et des réactions biochimiques. Ils présentent un intérêt particulier et sont utilisés comme catalyseurs organiques dans de nombreux procédés à l'échelle industrielle. Cet article donne un aperçu des enzymes microbiennes et de leur classification.
Présentation
Différentes bioindustries ont besoin d'enzymes aux caractéristiques spécifiques pour leur utilisation dans le traitement des substrats et des matières premières. Les enzymes microbiennes agissent comme des biocatalyseurs pour effectuer des réactions dans les processus biologiques d'une manière économique et respectueuse de l'environnement par rapport à l'utilisation de catalyseurs chimiques. Leurs caractéristiques particulières sont utilisées pour des intérêts commerciaux et des applications industrielles. Les enzymes sont très spécifiques, elles catalysent environ 4000 réactions biochimiques. Le lauréat du prix Nobel Emil Fischer a suggéré que cela est dû au fait que l'enzyme et le substrat ont des géométries complémentaires spécifiques qui sont préciséments'emboîtent les uns dans les autres.
Définition
Les enzymes sont de grosses molécules biologiques responsables de tous ces échanges chimiques importants qui sont nécessaires au maintien de la vie. Ce sont des catalyseurs hautement sélectifs qui peuvent considérablement accélérer à la fois la vitesse et la spécificité des réactions métaboliques allant de la digestion des aliments à la synthèse de l'ADN. Tous les processus métaboliques qui s'y déroulent dépendent des enzymes qui se forment dans les cellules des micro-organismes.
Histoire
En 1877, Wilhelm Friedrich Kuehne, professeur de physiologie à l'Université de Heidelberg, utilise pour la première fois le terme "enzyme", qui vient du mot latin fermentum, qui signifie "dans le levain". L'obtention d'enzymes de micro-organismes a commencé dans la Grèce antique. Ils servaient à conserver les aliments et les boissons.
En 1783, le célèbre prêtre catholique italien Lazzaro Spallanzani mentionna pour la première fois l'importance de cette biomolécule dans ses travaux sur la biogenèse.
En 1812, Gottlieb Sigismund Kirchhoff a étudié la procédure de conversion de l'amidon en glucose. Dans son expérience, il met en évidence l'utilisation d'enzymes comme catalyseur.
En 1833, le chimiste français Anselm Payen découvre la première enzyme, la diastase.
Des décennies plus tard, en 1862, alors qu'il étudiait la fermentation du sucre en alcool, Louis Pasteur arriva à la conclusion qu'elle était catalysée par la force vitale contenue dans les cellules de levure.
Biomolécules trouvées dans la naturesont largement utilisés depuis l'Antiquité dans la fabrication de produits tels que le lin, le cuir et l'indigo. Tous ces processus ont été causés par des micro-organismes - producteurs d'enzymes.
Signification
Les enzymes sont nécessaires pour faciliter les réactions chimiques. Leur rôle dans la vie des micro-organismes est très important. Il consiste à assurer les processus métaboliques, la respiration, la digestion et d'autres types de vie. Lorsque les enzymes fonctionnent correctement, l'homéostasie est maintenue. Un autre rôle des enzymes dans les micro-organismes est d'accélérer le métabolisme.
Caractéristiques spéciales
Les propriétés enzymatiques des micro-organismes incluent:
- résistance à la chaleur;
- nature thermophile;
- tolérance aux changements de plage de pH;
- stabilité de l'activité lors des changements de température et de pH;
- autres conditions de réaction strictes.
Ils sont classés comme thermophiles, acidophiles ou alcalinophiles. Les micro-organismes avec des systèmes enzymatiques thermostables réduisent la possibilité de contamination microbienne dans les réactions industrielles à grande échelle et de longue durée. Les enzymes microbiennes aident à augmenter le transfert de masse et à réduire la viscosité du substrat pendant le processus d'hydrolyse de la matière première.
Classification
En raison du large éventail d'activités en fonction de la nature de leur réaction, les enzymes sont classées en fonction de la catalyse:
- Oxidoréductases. Les réactions d'oxydation impliquent le transfert d'électrons d'une seule moléculeà un autre. Dans les systèmes biologiques, il s'agit de l'élimination de l'hydrogène du substrat.
- Transférases. Cette classe d'enzymes catalyse le transfert de groupes d'atomes d'une molécule à une autre. Les aminotransférases ou transaminases facilitent le transfert d'un groupe amino d'un acide aminé à un acide alpha-oxo.
- Hydrolases. Catalyser l'hydrolyse, le fractionnement des substrats avec de l'eau. Les réactions comprennent le clivage des liaisons peptidiques dans les protéines, des liaisons glycosidiques dans les glucides et des liaisons ester dans les lipides. Généralement, les molécules plus grosses se décomposent en fragments plus petits.
- Liase. Catalyser l'ajout de groupes aux doubles liaisons ou la formation de ces dernières en supprimant les premières. Par exemple, les pectate lyases clivent les liaisons glycosidiques par élimination bêta.
- Isomérases. Ils catalysent le transfert de groupes d'une position à une autre dans la même molécule. Modifiez la structure du substrat en réorganisant ses atomes.
- Ligases. Reliez les molécules entre elles par des liaisons covalentes. Ils participent aux réactions de biosynthèse, où de nouveaux groupes de liaison sont formés. De telles réactions nécessitent un apport d'énergie sous forme de cofacteurs.
Demande
La fermentation est utilisée dans la préparation de nombreux aliments. L'utilisation d'enzymes microbiennes dans l'industrie alimentaire est un processus de longue date. Les types suivants sont largement utilisés:
- Amylase. Liquéfaction de l'amidon, amélioration de la qualité du pain, clarification des jus de fruits.
- Glucoamylases. Production de bière et sirops à haute teneur en glucose et fructose.
- Protéase. Attendrissementviande, coagulation du lait.
- Lactase. Réduction de l'intolérance au lactose chez l'homme, compléments nutritionnels prébiotiques.
- Lipase. Production de fromage cheddar.
- Phospholipases. Production de matière grasse laitière lipolysée.
- Estérase. Amélioration du goût et de l'arôme des jus de fruits. Désestérification des fibres alimentaires. Production d'esters à chaîne courte.
- Cellulases. Alimentation animale.
- Glucose oxydase. Améliorer la durée de conservation des aliments.
- Laccases. Élimination des polyphénols du vin.
- Catalases. La conservation des aliments. Élimination du peroxyde d'hydrogène du lait avant la production de fromage.
- Peroxydase. Développement du goût, de la couleur et de la qualité des aliments.
Protéase
Les protéases dérivées de systèmes microbiens sont de trois types: acides, neutres et alcalins. Les sérine-protéases alcalines ont la plus grande application dans la bio-industrie. Ils ont une activité et une stabilité élevées dans des conditions anormales de paramètres physiologiques extrêmes. Les protéases alcalines ont la propriété d'une grande stabilité de l'activité enzymatique lorsqu'elles sont utilisées dans des détergents. Ils ont trouvé une large application dans la bio-industrie:
- production de lessives;
- industrie alimentaire;
- travail du cuir;
- produits pharmaceutiques;
- recherche en biologie moléculaire et synthèse de peptides.
Amylase
Il s'agit d'une enzyme de micro-organismes qui catalyse la décomposition de l'amidon en sucres. Il étaitdécouvert et isolé par Anselm Peyen en 1833. Toutes les amylases sont des glycoside hydrolases. Ils sont largement utilisés dans l'industrie et représentent près de 25 % du marché des enzymes. Utilisé dans des industries telles que:
- nourriture;
- boulangerie;
- papier et textile;
- édulcorants et jus de fruits;
- sirops de glucose et de fructose;
- détergents;
- éthanol carburant à partir d'amidons;
- boissons alcoolisées;
- aide à la digestion;
- détachant dans le nettoyage à sec.
Également utilisé en chimie clinique, médicale et analytique.
Xylanase
L'hémicellulose est l'un des principaux constituants des résidus agricoles avec la cellulose, la lignine et la pectine. Xylane est son composant principal. L'importance de la xylanase a considérablement augmenté en raison de ses applications biotechnologiques pour la production de pentose, la purification des jus de fruits, l'amélioration de la digestion et la bioconversion des déchets agricoles lignocellulosiques en carburants et produits chimiques. Il a trouvé son application dans les industries alimentaires, textiles et des pâtes et papiers, l'élimination des déchets agricoles, la production d'éthanol et l'alimentation animale.
Laccase
Les enzymes liginolytiques sont utiles dans l'hydrolyse des résidus agricoles lignocellulosiques, en particulier pour la dégradation du constituant complexe et non pompant de la lignine. Ils sont très polyvalents par nature et peuvent être utilisés dans un certain nombre de processus industriels. Le système d'enzymes lignolytiques est utilisé dans la biodécoloration de la cellulose et dans d'autres industries telles que la stabilisation du vin et des jus de fruits, le blanchiment du denim, les cosmétiques et les biocapteurs.
Lipase
Il s'agit d'une enzyme de micro-organismes qui catalyse la dégradation et l'hydrolyse des graisses. Les lipases sont une sous-classe des estérases. Ils jouent un rôle important dans la digestion, le transport et la transformation des graisses. La plupart des lipases sont impliquées à une certaine position sur le squelette glycérol du substrat graisseux, notamment dans l'intestin grêle. Certains d'entre eux sont exprimés par des organismes pathogènes sécrétés au cours d'une maladie infectieuse. Les lipases sont considérées comme le principal groupe d'enzymes de valeur biotechnologique, principalement en raison de la polyvalence de leurs propriétés appliquées et de la facilité de leur production de masse.
Application Lipase
Ces enzymes sont impliquées dans une variété de processus biologiques, allant du métabolisme de routine des triglycérides dans l'alimentation à la signalisation et à l'inflammation cellulaire. Certaines activités de lipase sont limitées à certains compartiments au sein des cellules, tandis que d'autres agissent dans des espaces extracellulaires:
- Les lipases pancréatiques sont sécrétées dans les espaces extracellulaires où elles servent à convertir les lipides alimentaires en formes plus simples qui sont transportées dans tout le corps.
- Faciliter l'absorption des nutriments de l'environnement.
- L'augmentation de l'activité de la lipase remplacecatalyseurs conventionnels dans le traitement du biodiesel.
- Utilisé dans des applications telles que la pâtisserie, les détergents à lessive, comme biocatalyseurs.
- Dans l'industrie textile, il est utilisé pour augmenter la capacité d'absorption du tissu et l'uniformité lors de la teinture.
- Modifier le goût des aliments en synthétisant des esters d'acides gras à chaîne courte et d'alcools.
- La présence ou des niveaux élevés de lipases peuvent indiquer une infection ou une maladie spécifique et peuvent être utilisés comme outil de diagnostic.
- Avoir un effet bactéricide. Peut être utilisé dans le traitement des tumeurs malignes.
- Avoir une grande valeur commerciale dans les cosmétiques et les produits pharmaceutiques (produits de soins de la peau, bigoudis).
