دلار آمریکا و در سال 2008، حدود 3 میلیون دلار آمریکا و در دهه ی اخیر رشد متوسط سالیانه، 9درصد بوده است.در این میان سه دسته آنزیم شناسایی شده است:
1. آنزیم های صنعتی (آمیلازها، پروتئازها، کاتالازها، ایزومرازها، لیپازها، سلولازها و …)
2. آنزیم های مورد استفاده در تشخیص طبی ( گلوکز اکسیداز، الکل دهیدروژناز، هگزوکیناز، کلسترول اسیلاز و غیره)
3. آنزیم های مورد استفاده در داروسازی ( آسپاراژیناز، پروتئاز، لیپاز، استرپتوکیناز و غیره) (Crueger& Crueger, 1990).

1-2-6 پروتئاز ها
تاریخچه
حدود 30 سال قبل پروتئازها را به عنوان آنزیم های تجزیه کننده ای معرفی کردند که فقط می توانند هیدرولیز کلی پروتئین ها را انجام دهند. پیشرفت های اخیر در روش های اندازه گیری و استفاده از سوبسترا های اختصاصی مشخص کرده است که آنزیم های هیدرولیز کننده پروتئین تغییرات انتخابی و خیلی اختصاصی را در پروتئینها با هیدرولیز محدود انجام می دهند. بعلاوه پروتئازها نقش مهمی را در آزمایشگاه و کلینیک و همچنین در فرآیند های صنعتی ایفا می کنند.
پروتئازها از دهه 1960 به عنوان مواد افزودنی به شوینده ها مطرح شدند و استفاده تجارتی از آنها به سرعت توسعه پیدا کرد. به عنوان مهمترین آنزیم های صنعتی، پروتئاز ها حدود 60 درصد کل تجارت آنزیم ها را شامل می شوند که دو سوم پروتئاز های تجاری تولید شده منشا میکروبی دارند.
از مهمترین پروتئازهای میکروبی که به صورت تجاری موجود می باشند، پروتئازهای قلیایی حاصل از
Bacillus licheniformis هستند که در تولید شوینده ها استفاده می شوند، پروتئازهای حاصل از Mucor که در تولید پنیر کاربرد دارند و پروتئازهای حاصل از Aspergillus oryzae که در تغییر خمیر نان و تولید سس سویا استفاده می شوند، اهمیت دارند. این پروتئاز ها به عنوان مهمترین آنزیم های دارای تولید بالا در جهان مطرح می باشند. به هر حال، پروتئاز های دیگر ی نیز در فرآیندهای مختلفی بخصوص در صنایع غذایی نقش دارند و بکار می روند که در بین آنها پروتئاز های قارچی اهمیت خاصی دارند.

1-2-6-1 اعمال پروتئازها
خصوصیات کلی:
دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و کاتالیتیکی متفاوتند.
نقش در فرآیند متابولیکی و تنظیمی درارگانیسم های پروکاریوت و یوکاریوت دارند.
.پروتئازهای خارج سلولی با تجزیه سوبستراهای پلی پپتیدی بزرگ به مولکولهای کوچک باعث تامین پپتید ها و اسید آمینه های ضروری برای رشد میکروارگانیسم ها می شوند.
پروتئاز های داخل سلولی نقش کلیدی در تنظیم فرآیندهای متابولیکی و همچنین نقش حیاتی در بازیابی پروتئین دارند که تعادل بین سنتز و تخریب پروتئین را حفظ می کند.
در کنترل بسیاری از اعمال فیزیولوژیکی از جمله هضم مواد، تغییرات هورمونی، تجمع پروتئین های ویروسی، پاسخ ایمنی بدن، التهاب، باروری، انعقاد خون، از بین بردن لخته خون، کنترل فشار خون، بازیابی دیواره سلولی در باکتری ها، تشکیل اسپور در باکتری، تندش اسپور، جدا شدن کنیدی از کنیدیوفور در قارچ ها و بیماری زایی نقش دارند. پروتئازها همچنین در تنظیم بیان ژن ها، ترمیم DNA و سنتز DNA نقش دارند (Kalisz, 1988).

منابع تولید کننده پروتئاز
گیاهان: گیاهان پروتئازهای متعددی با خواص فیزیکوشیمیایی متفاوت تولید می کنند. از میان پروتئازهایی که توسط گیاهان تولید می شوند و بیشترین اهمیت را در بین آنها دارند، می توان به پروتئازهای پاپائین، برومولین و کراتیناز اشاره نمود. مشکل اصلی در تولید پروتئازهای گیاهی احتیاج به زمان زیاد در روند تولید می باشد که کاربرد آنها را محدود نموده است.
پاپائین: یک سیستئین پروتئازی است که از شیره خام میوه گیاه Papayacarica که درمناطق استوایی میروید استخراج می شود. این پروتئاز گیاهی در محدوده pH بین 5 تا 9 مقاوم است و تا دمای 80 یا 90 در حضور سوبسترا پایدار استو کاربرد وسیع در صنایع غذایی برای تهیه پروتئین هیدرولیز شده دارد.
برومولین: نوعی سیستئین پروتئاز می باشد که از ساقه و آب آناناس تهیه می شود.(از ریشه و آب آناناس) و در محدوده pH بین 5 تا 9 فعال است و در دمای C°70 غیر فعال می شود.
کراتیناز: پروتئاز گیاهی می باشد که در هضم آنزیمی پشم و مو به منظور تولید اسید آمینه ضروری لیزین و کمک به سیستم هضم فاضلاب کاربرد دارد.
جانوران:
پروتئازهای تولید شده توسط سلولهای حیوانی در صنعت کاربردهای وسیعی دارند. از جمله مهمترین آنزیم های کاربردی در صنعت می توان به مواردی همچون تریپسین، کیموتریپسین، پپسین و رنین اشاره نمود.
Trypsin: تریپسین آنزیم اصلی دستگاه گوارش است که مسئول هیدرولیز پروتئین های غذا است. نوعی سرین پروتئاز با وزن مولکولی 23 کیلودالتون می باشد و در کنترل بیولوژیک آفات حشرات، تولید هیدرولیزات پروتئینی و در تهیه ی محیط کشت میکروبی و بعضی کاربردهای تخصصی پزشکی استفاده می شود.
Chymotrypsin: آنزیم کیموتریپسیناز پانکراس در روده ترشح می شود.pH مناسب برای فعالیت آن 8 می باشد. این آنزیم تنها پیوندهای پپتیدی را مورد حمله قرار می دهد که گروه های کربوکسیل در آنها از اسید آمینه تیروزین یا فنیل آلانین و یا تریپتوفان تامین شده باشد. دارای وزن مولکولی 23 کیلو دالتون می باشد که استفاده در تشخیص پزشکی دارد.
Pepsin: پپسین پروتئاز اسیدی از نوع آسپارتیل پروتئاز می باشد. فعالیت بهینه بین pH 1 و 2 است و در pH بالاتر از 6 غیر فعال می شود و وزن مولکولی 34 کیلودالتون دارد.
Renin: آنزیمی با وزن مولکولی 30 کیلودالتون می
باشد که در صنایع لبنی به هنگام تهیه ماست و پنیر مورد استفاده قرار می گیرد (Rao et al, 1998).
آنزیم های میکروبی
میکروارگانیسم های تولید کننده پروتئاز، به دلایلی همچون قابلیت کشت در سطحی وسیع، تولید آنزیم در مقیاس بالا و داشتن نیمه عمری بیشتر نسبت به سایر پروتئازها اهمیت خاص دارند. اغلب این آنزیم ها را می توان هفته ها بدون تغییر آشکار در فعالیت آنزیمی نگهداری نمود. در ضمن به دلیل تولید آنزیم خارج سلولی، بر خلاف پروتئازهای حیوانی و گیاهی که باعث سهولت روند مراحل عملیات پایین دستی4 و مراحل خالص سازی آنزیم می شود، هدف اصلی در مطالعات علمی برای کاربرد در صنعت قرار دارند (Kumar& Takagi, 1999).
باکتری ها
پروتئازهای باکتریایی یکی از بزرگترین کلاس آنزیم های صنعتی می باشد که در حدود 40% از کل فروش آنزیم ها در سراسر جهان به شمار می روند. ناتوانی پروتئازهای گیاهی و جانوری در از بین بردن مطالبات جهانی استفاده از آنزیم ها، باعث توجه ویژه به پروتئازهای میکروبی شده است (Claudia et al 1993) و (Rao et al, 1998). در صنعت منابع گیاهی و جانوری برای تولید آنزیم به ترتیب مقادیر 8% و4% از کل آنزیمها را شامل می شوند و سایر آنزیمهای استفاده شده منشأ میکروبی دارند (Bronscheuer& Pohl, 2001). منابع میکروبی به دلیل ویژگی های زیر به منابع گیاهی و حیوانی ترجیح داده می شوند.
دارای تنوع بیوشیمیایی گسترده ای هستند.
برای تولید ارزان هستند.
دارای قابلیت بهتر در دستکاری ژنتیکی برای تولید آنزیم های جدید به منظور کاربرد های مختلف می باشند.
مواد مضری که ممکن است فعالیت آنزیم را کاهش دهد یا تخریب کند در گیاهان و جانوران بیشتر است.
میکروارگانیسم ها دارای رشد سریع و. نیاز به فضای محدود برای کشت سلول می باشد.
پایداری پروتئین های میکروبی نسبت به همتاهای گیاهی وجانوری خود بیشتراست (Waites et al, 2001) و (Chaplin& Bucke, 1990).
قارچ ها
از دیگر منابع اصلی تولید کننده پروتئازها می توان قارچ ها را نام برد. قارچ ها نسبت به باکتری ها، پروتئازهای متنوع تری را تولید می کنند که در محدوده pH وسیع 4 تا 11 فعال هستند. در ضمن دامنه هضم سوبسترایی وسیع تری نسبت به پروتئازهای باکتری ها دارند. با وجود تمامی مزیت های مذکور، پروتئاز های قارچی به دلیل فعالیت پایین آنزیم و عدم پایداری در برابر حرارت کمتر از پروتئازهای باکتریایی در صنعت استفاده می شوند. در میان قارچ های تولید کننده پروتئاز، آسپرژیلوس ها بالاترین میزان پروتئاز را تولید می کنند و از لحاظ تجاری حائز اهمیت هستند. از پروتئازهای قارچی به دلیل فعالیت بهینه در pH های اسیدی بین 4 تا 5/4 و پایداری و فعالیت در pH بین5/2تا 6، در صنایع غذایی به منظور لخته نمودن شیر و تخمیر پنیر استفاده می شود.
ویروس ها
ویروس ها پروتئازهای متعددی را برای پردازش پروتئین های کپسیدی و آنزیم های پلیمرازی تولید می نمایند. دانشمندان توانسته اند از پروتئازهای ویروسی علیه پروتئین های ویروسی ایجاد کننده بیماری های مهلک همچون سرطان و AIDS استفاده نمایند. ویروس ها انواع پروتئازها شامل سرین پروتئازها، آسپارتیک پروتئازها و سیستئین پپتیدازها را تولید می نمایند ولی تا به حال هیچ متالوپروتئازهای در بین پروتئازهای ویروسی مشاهده نشده است (Lu et al, 1969).

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منبع مقاله دربارهسلامت روان، انسان سالم، ناخودآگاه، عشق و محبت

1-2-6-2 دسته بندی پروتئازها
راه های گوناگونی برای طبقه بندی پروتئاز ها وجود دارد اما به طور کلی پروتئازها را بر اساس سه اصل اساسی زیر طبقه بندی می کنند.
الف) نوع واکنشی که کاتالیز می نمایند ب) طبیعت شیمیایی جایگاه فعال آنزیم ج) ارتباطات تکاملی بر اساس ساختار آنزیم.
در مجموع پروتئازها با توجه به محل اثرشان به دو گروه اگزوپپتیداز و آندوپپتیداز دسته بندی می شوند و هر کدام را نیز با توجه به جایگاه فعالشان به زیرگروه هایی تقسیم می نمایند.

اگزوپپتیداز ها
این گروه از پروتئازها در یکی از دو انتهای کربوکسیل یا آمینی پروتئین عمل می نمایند و بر همین اساس نیز به دو گروه آمینوپپتیداز و کربوکسی پپتیداز دسته بندی می شوند.

آمینوپپتیدازها
این دسته از پروتئازها، اسیدهای آمینه را به شکل تک تک، دوتایی و یا سه تایی از انتهای آمینی پروتئین آزاد می سازند. آمینو پپتیدازها توسط گستره وسیعی از میکروارگانسیم ها شامل باکتری ها و قارچ ها تولید می شوند. به طور کلی آمینوپپتیدازها، آنزیم های داخل سلولی می باشند و در آسپرژیلوس اوریزه نوع خارج سلولی آن نیز گزارش شده است (Labbe et al, 1974).
کربوکسی پپتیدازها
این دسته از پروتئازها اسیدهای آمینه را به صورت تک تک یا دو تایی از انتهای کربوکسیل پروتئین آزاد می نمایند و بر اساس جایگاه فعال آنزیمی به سه گروه سرین کربوکسی پپتیداز، متالوکربوکسی پپتیداز و سیستئین کربوکسی پپتیداز تقسیم می شوند.
اندوپپتیدازها
این دسته از پروتئازها در جایگاه های داخل پلی پپتید عمل می نمایند و بر اساس اسید آمینه موجود در جایگاه فعالشان به چهار دسته تقسیم می شوند.
1.سرین پروتئازها
2. سیستئین پروتئازها
3. آسپارتیک پروتئازها
4 . متالوپروتئازها
سرین پروتئازها
این گروه از پروتئازها در تعداد کثیری از ارگانیسم ها از قبیل ویروس ها، باکتری ها و یوکاریوت ها مشاهده شده است و جزء آنزیم های حیاتی برای ارگانیسم ها می باشند. سرین پروتئاز به اشکال گوناگون اگزوپپتیداز، الیگوپپتیداز و امگا پپتیدازی در ارگانیسم های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. این آنزیم ها در ناحیه فعال
خود یک سرین دارند و عموما” بوسیله DFP(Diisopropyl fluorophosphates) یا Phenylmethylsulphonyl fluoride) PMSF ) مهار می شوند. به طور کلی به چند گروه اصلی تقسیم می شوند که شامل کیموتریپس(SA)، سابتیلیزین(SB)، کربوکسی پپتیداز C(SC)، D-Ala-D-Ala پپتیدازA در اشرشیاکلی (SE) و مهار کنندهLex A (SF) می باشند (S=Subtilisin). در سه گروه اول یعنی SA، SB، SC توالی همسان سه تایی (Triad) شامل اسید های آمینه سرین (نوکلئوفیل)، آسپارتیک اسید (الکتروفیل) و هیستیدین در جایگاه فعال قرار می گیرد. نکته دیگر حائز اهمیت، حضور مناطق کاملا محافظت شده اسیدآمینه گلایسین (GLY) در کنار توالی همسان سه تایی می باشد که تشکیل موتیف (GLY-Xaa-Ser-Yaa-Gly) را داده است (Shimogaki et al, 1991).
سرین پروتئازها عموما” در pH خنثی یا قلیایی فعال هستند و فعالیت بهینه آنها در pH بین 7 تا 11 می باشد. آنها دارای اختصاصیت وسیعی در سوبسترا بوده و از آن جمله فعالیت استرولیتیک قابل ملاحظه ای در برابر سوبستراهای استری دارند. وزن مولکولی آنها معمولا” کم (5/18 تا 35 کیلودالتون) است ولی بزرگترین سرین پروتئاز گزارش شده در میکروارگانیسمها پروتئاز موجود در Blakeslea trispora با وزن مولکولی 126 کیلودالتون بوده است. بیشتر آنها نقطه ایزوالکتریک بین 4/4 تا 2/6 دارند (Kalisz, 1988).

سیستئین پروتئازها
این دسته از پروتئازها در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها تولید می شوند و فعالیت پروتئولیتیک آنها به جایگاه دوگانه حاوی سیستئین و هیستیدین بستگی دارد. عامل اصلی تمایز در این دسته آنزیم ها ترتیبcys-his، His-cys می باشد که باعث تفاوت در عملکرد آنها می شود (Gupta et al,2002). سیستئین پروتئازها نسبت به محلولهای سولفیدریل مانند pCMB، TLCK، اسید ایدواستیک، ایدواستامید و فلزهای سنگین حساس بوده و در حضور محلولهای احیاکننده مانند سیانید پتلسیم یا سیستئین و EDTA فعال می شوند. بیشتر این آنزیم ها در pH بین 5 تا 8 فعال بوده و بعضی از آنها بوسیله مواد احیاکننده تحریک می شوند (Kalisz, 1988). پپتیداز گیاهی پاپائین شناخته شده ترین سیستئین پروتئاز می باشد در سیستئین پروتئازها یک مجموعه کاتالیک سه تایی سیستئین-هیستیدین-آسپارتات وجود دارد که در واقع آنالوگ سرین-هیستیدین-آسپارتات در سرین پروتئازها است.

آسپارتیک پروتئازها
بیشتر آسپارتیک پروتئازها به خانواده پپسین تعلق دارند. خانواده دیگری که در این گروه قرار می گیرد پروتئازهای ویروسی مانند رتروپپسین5 (پروتئاز ویروس ایدز) هستند. آسپارتیک پروتئازها برای فعالیت کاتالیک احتیاج به گروه آسپارتیک اسید دارند. مطالعات کریستالوگرافی نشان داده است که این آنزیم به صورت دو قطعه ای (دو لوبی6) است که سایت فعال بین دو لوب همولوگ قرار می گیرد. هر لوب یک گروه آسپارتات را ارائه می دهد. این دو باقیمانده آسپارتیل در مولکول فعال در فضا کاملا در نزدیکی هم قرار دارند و یکی از آنها یونیزه شده در حالیکه دیگری یونیزه نشده است.در این بین رتروپپسین دارای یک ریشه آسپارتات (مونومریک) است که برای فعال شدن آنزیم باید دیمریزه شدن صورت گیرد. در کاتالیز با آسپارتیک پروتئازها برخلاف سایر گروه های پروتئازها (سرین و سیستئین پروتئازها) شکل گیری واسطه ای با پیوند کووالانسی (آنزیم- سوبسترا) دیده نمی شود و حمل


دیدگاهتان را بنویسید