دانلود تحقیق تأثیر عملیات آنزیم ها برروی پرزهای سطحی پارچه پنبه‌ای

آنزیمها پروتئینهای هستند که با وزن ملکولی زیاد که واکنش های بیولوژیکی را کاتالیست می کنند ولی با کاتالیزورهای معمولی تفاوت دارند چون در حرارت و PH محدودی عمل می کنند .

ما در این پروژه با آنزیم سلولاز ، بر روی پارچه پنبه ای تحقیق کرده ایم که سلولاز ها کاتالیست های پروتئینی کلوئیدی با وزن ملکولی بالا است که دستخوش تغییر شده و از موادی چون Triehoderma ، fasariumsolani ، Aspergillusniger و Trichodermavride و غیره تشکیل می گردد که سرعت تغییر پذیری بالایی دارد .

طبقه بندی سلولاز ها معمولا بر اساس محدوده PH حداکثر فعالیت آن ها ،صورت می گیرد .

که به سه دسته تقسیم می شوند
1- پایدار در اسید
2- پایدار در محیط خنثی
3- پایدار در قلیا
سلولاز برای انجام عملیات نهایی بر روی لیف های سلولزی مورد استفاده است و قابلیت رنگ شدن لیف پنبه ای هیدرولیز شده با سایر الیاف تولید شده و هیدرولیز شده فرق دارد.

همچنین در مقالات علمی مطرح شد که نفوذ آنزیم در الیاف پنبه ای تا الیاف سلولز باز یافته راحتر است.

لیف پنبه ای برای تهیه لباس بسیار مناسب است بنابراین مطالعه تأثیر سلولاز روی ساختمان مورفولوژی پنبه حائز اهمیت است .

فصل اول
کلیات آنزیم ها





1-1- آنزیمها
آنزیمها پروتئین هایی هستند با وزن مولکولی زیاد( در حدود100،000 ) که واکنشهای بیولوژیکی راکاتالیز می کنند، ولی با کاتالیزورهای معمولی تفاوت دارند چون در حرارت و PH محدودی عمل می کنند و اصطلاحاً به آنها بیوکاتالیزور گفته می شود.

آنزیمها به علت ویژیگی فوق العاده کاتالیزی که دارند در زمره مهمترین مولکولهای حیاتی شناخته شده اند.

تا سال 1877 از نام آنزیم ( به معنی خمیر مایه) استفاده نمی شد ولی ازمدتها قبل از این تاریخ می دانستند که کاتالیزورهای بیولوژیکی در تخمیر قندها وتبدیل آنها به الکل نقش دارند واز این رو نام مایه را به آنها اطلاق می کردند.

اولین نظریه کلی راجع به کاتالیز شیمیایی توسط آنزیمها در سال 1835 به وسیله برزلیوس منتشر شد، که شامل مثالی بود از دیاستاز مالت که امروزه به عنوان یک آنزیم شناخته شده است و متذکر شد که هیدرولیز نشاسته تحت تأثیر این دیاستاز به طور مؤثری کاتالیز می شودتا بوسیله اسید سولفوریک .

در سال 1860 لوئی پاستور نظریه خود رادر مورد آنزیم اینطور عنوان کرد که آنزیمها جزئی از ساختمان سلولی ماده مخمر هستند تا این که در سال 1897 ادوارد بوخنر با جدا سازی آنزیمهای مسئول تخمیر الکلی از مخمر آن بزرگترین واقعه مهم در تاریخ تحقیقات آنزیم شناسی را انجام داد.

زیرا او به روشنی نشان داد که آنزیم های که یک واکنش را کاتالیز می کنند مستقل از ساختمان سلولی عمل می کنند.

در سال 1926 برای اولین بار یک آنزیم به صورت خالص و متبلور به دست آمد این آنزیم اوره آز بود که توسط J.B samaner از عصاره نوعی باقلا جدا شده بود.

سامنر ثابت کرد که بلورها پروتئینی اند ونتیجه گرفت که برخلاف نظریات دانشمندان آن زمان، آنزیمها از نوع پروتئین هستند.

در حال حاضر 2000نوع مختلف آنزیم شناخته شده واکثر آنها به صورت کاملاً خالص جدا شده اند ودر حدود 200 عدد از آنها به صورت متبلور به دست آمده اند.

اطلاعات زیادی در مورد عملکرد آنزیمها در دست نیست و بسیاری از چیزها درمورد آنها نا شناخته مانده است .

علاوه بر این هنوز مشخص نشده که چگونه آنزیمها
می توانند واکنش شیمیایی را با چنین بازده – دقت و ویژگی ،کاتالیز نمایند[1].

1-2- نامگذاری آنزیمها
نامگذاری و طبقه بندی آنزیمها بر مبنای نام ماده ای که باید تجزیه گردد مشخص می شود ماده ای که توسط آنزیم تجزیه می گردد را سوبسترا می گویند.

برای تعیین نام آنزیمها پسوند آز (Ase) را به نام سوبسترا اضافه می کنند مثلاً آنزیم اوره آز هیدرولیز اوره را به آمونیاک وگاز کربنیک کاتالیز می کند.

آنزیم فسفاتاز که باعث هیدرولیز نمکهای فسفات می شود.

آنزیم پروتاز که باعث هیدرولیز پروتئین ها می شود.

آنزیم آمیلاز که باعث هیدرولیز نشاسته می شود.

1-3- اثر PH بر فعالیت آنزیم
اغلب آنزیمها در یک PH مشخص دارای فعالیت ماکزیمم می باشند ودر PH بالاتر و یا پایین تر از آن فعالیتشان کاهش می یابد .

هرچند که نمودار فعالیت بر حسب تغییرات PH بسیاری ازآنزیمها زنگی شکل است ولی ممکن است بطور قابل ملاحظه‌ای با هم متفاوت باشند.

تاثیر PH بر فعالیت آنزیم برای هر آنزیم مشخص به رفتار اسیدی- بازی آنزیم و سوبسترا بستگی دارد و همچنین به بسیاری از عوامل دیگر که تجزیه و تحلیل آنها معمولاً مشکل است.

در اکثر مطالعاتی که بر روی آنزیمها صورت می گیرد PH در PH مطلوب یا نزدیک به آن ثابت نگه داشته می شود[1].

1-4- اثر دما بر واکنشهای آنزیمی
همانطور که برای بسیاری از واکنشهای شیمیایی صدق می کند معمولاً سرعت واکنش‌های کاتالیز شده به وسیله آنزیم با افزایش دما زیاد می شود واین افزایش در محدوده‌ای است که در آن آنزیم پایدار و دارای فعالیت کامل است.

هرچند غالباً به نظر می رسد که واکنشهای کاتالیز شده به وسیله آنزیم دارای یک دمای مطلوب باشند، لیکن وجود قله در اینگونه نمودارهای فعالیت کاتالیتیک برحسب دما، به این علت است که آنزیم ها به واسطه پروتئینی بودنشان با گرم شدن تغییر ماهیت می دهند و به محض اینکه دما از حدی فراتر رود غیر فعال می شوند.

بیشتر آنزیمها در دماهای بالای 55 تا60 درجه سانتی گراد غیرفعال می شوند، لیکن بعضی از آنها در دماهای بسیار بالاتر نیز پایدار و فعال باقی می مانند.

به عنوان مثال می توان از آنزیمهای گونه های مختلف باکتریای گرمادوست که درچشمه های آب گرم زندگی می کنند نام برد، این آنزیمها حتی در دماهای بالای 85 درجه سانتی گراد نیز فعالند.

1-5- بازدارندگی فعالیت آنزیم دو نوع باز دارندگی درمورد آنزیمها وجود دارد.

1- بازدارندگی برگشت پذیر 2- بازدارندگی برگشت نا پذیر 1-5-1- باز دارندگی برگشت پذیر دراین مورد باز دارنده به سرعت و به صورت بازگشت پذیر با آنزیم یا مجموعه آنزیم – سوبسترا ترکیب می شود.

سه نوع عمده باز دارندگی برگشت پذیر به وسیله اثر بازدارنده ها وجود دارد.

الف- باز دارندگی رقابتی Competitive ب- بازدارندگی نا رقابتی Uncompetitive ج- بازدارندگی غیر رقابتی Non Competitive [1].‍ 1-5-1-1- بازدارندگی رقابتی: نشانه باز دارندگی رقابتی این است که بازدارنده می تواند با آنزیم آزاد ترکیب شود به نحوی که با سوبسترا در پیوستن به آنزیم فعال رقابت کند.

بازدارنده رقابتی به صورتی برگشت پذیر با آنزیم واکنش می کند ومجموعه آنزیم – بازدارنده(EI) را تشکیل می دهد که مشابه مجموعه آنزیم – سوبسترا است E+I →EI بازدارندگی رقابتی به راحتی از طریق تجربی قابل تشخیص است .

1-5-1-2- بازدارندگی نارقابتی : در بازدارندگی نارقابتی باز دارنده با آنزیم آزاد ترکیب نمی شود و یا بر واکنش آنزیم با سوبسترای معمولی تأثیر نمی گذراد بلکه با مجموعه آنزیم – سوبسترا ترکیب می شود و یک مجموعه غیر فعال آنزیم – سوبسترا – بازدارنده ایجاد می کند که این مجموعه نمی تواند متحمل واکنش بعدی که فرآورده معمولی را بوجود می آورد بشود.

ES+I→ESI 1-5-1-3- بازدارندگیی غیر رقابتی: باز دارنده غیر رقابتی هم با آنزیم آ‍زاد وهم با مجموعه آنزیم – سوبسترا ترکیب می‌شود و در عمل هر دود مداخله می کند.

باز دارنده های غیر رقابتی در روی آنزیم به جایگاهی غیر از جایگاه فعال متصل می شوند و غالباً باعث تغییر شکل آنزیم می گردند و در نتیجه آنزیم مجموعه ES را به سرعت طبیعی تشکیل نمی دهد ودر صورت تشکیل این مجموعه تجزیه آن برای تولید فرآورده با سرعت طبیعی انجام نمی‌گیرد.

EI ES+I→ESI کلیه بازدارندگیهای برگشت پذیر فقط در شرایط خاصی قابل برگشت پذیری هستند.

1-5-2- بازدارندگی برگشت ناپذیر ( تغیر شکل آنزیمی ) در باز دارندگی برگشت پذیر آنزیمها، که درمورد آن بحث شد عامل بازدارنده با آنزیم یا مجموعه آنزیم- سوبسترا دریک تعادل شرکت می کنند که به سرعت بر قرار می شود وبه راحتی برگشت پذیر است.

ولی بعضی از آنزیمها به صورت برگشت ناپذیر غیر فعال می شوند و این هنگامی صورت می گیرد که آنزیمها تحت تأثیر عواملی قرار بگیرند که قادر باشند به طور کوالانسی و دائمی یک گروه عاملی لازم برای کاتالیز را تغییر شکل دهند وملکول آنزیم را غیر فعال کنند.

اصولاً واکنش بازدارندگی برگشت ناپذیر به آهستگی صورت می گیرد به طوریکه در ابتدا بازدارندگی نا کامل است ولی مداوماً در طول زمان افزایش می یابد.

1-6- خواص برجسته آنزیمها یکی از برجسته ترین خواص آنزیمها ویژگی عمل آنها است به طوریکه آنزیمها فقط بر روی بعضی از سوبسترا ها اثر می کنند وتنها یک نوع واکنش را کاتالیز می کنند، بدون آنکه واکنشهای جانبی انجام گیرد ویا فراورده های جنبی حاصل شود.

یکی دیگر از خواص برجسته آنزیمها قدرت فوق العاده کاتالیزی آنها است.

هرچند آنزیمها پروتئین هستند وبنابراین ملکولهای نسبتاً شکننده ای دارند، ولی می توانند قدرت زیاد کاتالیزی خود را در محلولهای رقیق آبی در PH بیولوژیکی ودمای متعادل نشان دهند واین شرایط با شرایط نسبتاً غیر عادی که اغلب جهت سرعت بخشیدن به واکنشهای شیمیایی در آزمایشگاه لازم است کاملاًمغایرت دارد.

1-7- ویژگی آنزیمها برای سوبسترا یکی ازنخستین مطالعات مهم راجع به ویژگی آنزیمها توسط Emil fischer انجام گرفت .او نشان داد که انزیمهایی که هیدرولیز گلیکوزیدها را کاتالیز می کنند، می توانند اشکال ایزومری فضائی آنها را تشخیص دهند .

در سال 1894 این مشاهده فیشر را بر آن داشت که اصل انطباق ملکول سوبسترا با مرکز فعال آنزیم را به صورت « قفل وکلید » ویا مکمل بیان کند.

بعضی از آنزیمها جهت یک سوبسترای خاص ویژگی تقریباً مطلق نشان می دهند و یا حتی بر ملوکولهای بسیار مشابه آن نیز بی اثرند .

در صورتیکه برخی از آنها بر روی تمامی گروه ملکولهای که دارای یک وجه مشترک ساختمانی باشند مؤثرند لیکن با سرعتهای متفاوت اثر می کنند.

مطالعات مربوط به ویژگی سوبسترا درمورد آنزیمهای متفاوت نشان داده که ملکول سوبسترا با پیروی از اصل مکمل بودن « قفل وکلید» به وسیله دو اصل زیر با مرکز فعال آنزیم ارتباط برقرار می کند.

1- ملکول سوبسترا باید حاوی یک پیوند شیمیائی حساس به آنزیم باشد.

2- ملکول سوبسترا معمولاً خصوصیات ساختمانی دیگر جهت اتصال به مرکز فعال آنزیم دارد.

این خصوصیت ساختمانی باعث می شود ملکول سوبسترا در موقعیت فضایی خاصی قرار گیرد که آنزیم بتواند پیوند مورد نظرش را تحت اثر قرار دهد.

1-8- آنزیمهای سلولاز سلولازها کاتالیستهای پروتئینی کلوئیدی با وزن مولکولی بالا است که دستخوش تغییر شده و از موادی چون Aspergillus Niger و Trichoderma وFusarium Solaniو Trichoderma Virideو غیره تشکیل می گردد که سرعت تغییر پذیری بالایی دارد، چنانکه می تواند در واحد زمان ،تعداد زیادی از ملکولها را در هر واحد مولکول آنزیم تغییر دهد.

سلولازهای صنعتی کمپلکسی از سلولازها،سلوبیازها و آنزیمهای وابسته ،به صورت ترکیباتی کاملاً غیریکسان بامحدوده وزن مولکولی از 10000 تا 4 میلیون است.

ساختمان ملکولی آنزیمها مشابه پروتئینها بوده وازنوع اول،دوم ،سوم وچهارم می باشند و درمقابل درجه حرارت ،تشعشعات یونی، نور، اسیدها، قلیایی ها ، و فاکتورهای مؤثر بیولوژیکی بسیار حساس است وتخریب می گردد.

محصولات سلولاز که درصنعت نساجی به کاربرده می شوند حداقل از 12 منبع مختلف بدست می آیند .طبقه بندی سلولازها معمولاً بر اساس محدوده PH حداکثر فعالیت آنها صورت می گیرد.

دراین دسته بندی سلولزهایی که در نساجی کاربرد دارند به سه دسته تقسیم می شوند.

1- پایدار در اسید 2- پایدار در محیط خنثی 3- پایدار درقلیا آنزیمهای خنثی درمحدوده PH 6 تا 7 و آنزیمهای اسیدی در محدوده 5/4 تا5/5 بهترین اثر را دارند.

این دو نوع آنزیم از مناسبترین آنزیمهایی است که دراصلاح پارچه مصرف می شود.بطور کلی سلولازهای خنثی در محدوده PH وسیع تری پایدار هستند.

سلولازهای بازی قسمتی از محصولات شوینده های خانگی را تشکیل می دهند تا به لکه گیری در شستشو کمک کرده، پس از چند بار شستشو باعث نرمی وبهبود سطحی پوشاک می شود.

بعضی از عواملی که سبب توقف بازگشت ناپذیر فعالیت آنزیمی می شوند (سموم آنزیم) عبارتند از : فرمالدئید،اسیدهای تانیک مانند تانن های طبیعی ،موادAfter Treatment برمبنای ساختمانی پلی فنولیک ها ، پروتازها ،مواد سطح فعال (انواع خاص آن ) و همچنین میکروبیو اسیدها.

1-9- کاربرد آنزیمها در صنعت نساجی 1-9-1-آهار زدایی از سالها قبل آنزیمها نقش مهمی را درصنعت نساجی ایفا می کنند که مهمترین آن استفاده از آنزیم آمیلاز جهت آهار زدایی پارچه هایی که آهار تار آنها پایه نشاسته ای دارد، می باشد.

آمیلاز یک ترکیب واحد نبوده وترکیبی است ازسه نوع آنزیم - آمیلاز ، - آمیلاز و آمیلو گلوکزیداز، که تفاوت این سه در نحوه عملکرد آنها جهت تجزیه زنجیر نشاسته می باشد.

- آمیلاز