تثبیت و بهبود عملکرد آنزیم ها با فناوری نانو

محققان دانشگاه اصفهان با بهره‌گیری از نانوصفحات اکسید گرافن موفق به بهبود عملکرد کاتالیستی و پایداری آنزیم پرکاربرد زایلاناز شده‌اند.

کد خبر: ۱۲۱۱۳۵۹

تاریخ: ۰۶ تير ۱۳۹۵ - ۱۱:۴۸

به گزارش خبرگزاری دانا، این آنزیم اصلاح‌شده‌ در مقیاس آزمایشگاهی می‌تواند در صنایع مختلفی مانند صنایع غذایی، کشاورزی، تولید کاغذ و غیره کاربرد داشته باشد.

آنزیم به کاتالیستی اطلاق می‌شود که سرعت فرایندهای زیستی را افزایش می‌دهد. مهندسی آنزیم در واقع اصلاح آنزیم‌ها است به نحوی که در عملکرد آن بهبود حاصل شود. یکی از خصوصیات آنزیم‌ها عمر کوتاه آنها است که می‌توان با اصلاح آن و یا به عبارتی با مهندسی آنزیم بر این عیب غلبه کرد.

در سال‌های گذشته از مواد گوناگونی از جمله ذرات مغناطیسی، مواد پلیمری و نانولوله‌های کربنی برای مهندسی آنزیم و افزایش کارایی آنها استفاده شده است.

اصغر طاهری کفرانی با اشاره به آنزیم زایلانار و کاربردها و محدودیت‌های آن، به تبیین اهداف دنبال شده در این طرح پژوهشی پرداخت و گفت: آنزیم زایلاناز در فرایندهای صنعتی مختلفی مانند شفاف‌ سازی آب میوه، رنگ‌ زدایی خمیر کاغذ، بهبود خمیر نان، شیرین‌کننده‌ نوشابه و کمک به استخراج روغن از گیاهان کاربرد دارد.

وی افزود: عمر کوتاه، پایداری کم، بازیابی مجدد دشوار و فرایند خالص ‌سازی پر زحمت محصول از محدودیت‌های اصلی آنزیم‌ها هستند. ازاین‌رو هدف اصلی این پژوهش اصلاح آنزیم است، به ‌نحوی‌ که عمر آنزیم افزایش ‌یافته و بازیابی آن نیز آسان شود.

این پژوهشگر تاکید کرد: روش اصلاح آنزیم در این پژوهش بر پایه تثبیت آنزیم بر روی نانوحامل بوده است.

طاهری کفرانی خاطرنشان کرد: آنزیم تثبیت شده پایداری بالاتری نسبت به آنزیم آزاد و هزینه‌ سنتز پایین‌تری نسبت به دیگر روش های تثبیت آنزیمی دارد. همچنین استفاده از این آنزیم در صنایع مختلف، اثرات جانبی مضر و سمی نخواهد داشت.

به گفته‌ وی، کوچکی و نظم صفحات گرافن و همچنین ظرفیت بالای اتصال گروه‌های کربنی و مساحت سطح بالای آنها موجب شده است از این ماده به‌عنوان بستر تثبیت آنزیم استفاده شود. به‌علاوه نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن جهت اعطای قابلیت بازیابی و استفاده مجدد به آنزیم اضافه شده است.

این پژوهشگر اضافه کرد: ابتدا با تبدیل صفحات گرافیت به گرافن اکسید به‌ وسیله‌ واکنش هامر و مغناطیسه کردن بستر توسط نانوذرات اکسید آهن، تغییراتی در سطح ایجاد کردیم. آنزیم به‌ وسیله‌ گروه‌های سیانوریک کلراید به صورت کووالانسی بر بستر متصل شد.

طاهری کفرانی گفت: در طول مراحل سنتز از روش‌های میکروسکوپی SEM و TEM و روش‌های VSM، FT-IR، XRD و TGA برای بررسی مواد سنتز شده استفاده شد و همچنین شرایط بهینه‌ دمایی و pH با فعالیت بیشینه آنزیمی برای هر دو آنزیم آزاد و تثبیت شده تعیین شد.

وی عنوان کرد: برای باز فرآوری و استفاده‌ مجدد آنزیم تثبیت شده، میزان فعالیت آن طی سیکل‌های متناوب آزمایش و میزان پایداری آنزیم مشخص شد.

این پژوهشگر تاکید کرد: نتایج نشان داده‌اند که آنزیم اصلاح شده در pH=۶/۵ و دمای ۶۰ درجه سانتی گراد بیشترین فعالیت و پایداری خود را به نمایش می‌گذارد. همچنین این آنزیم در طی سه ماه و نیم نگهداری در دمای ۴ درجه سانتی گراد، ۷۰ درصد فعالیت کاتالیتکی خود را حفظ کرده است.

طاهری کفرانی خاطرنشان کرد: از آنزیم تثبیت شده می توان طی ۱۰ چرخه فعالیت آنزیمی استفاده کرد به نحوی که میزان کاهش فعالیت آنزیم در استفاده مجدد محسوس نباشد. این نانوصفحات می توانند برای تثبیت آنزیم های دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های اصغر طاهری کفرانی و امیر لندران اصفهانی اعضای هیات علمی دانشگاه اصفهان و شیما محمدی و مریم رویوران دانشجویان کارشناسی ارشد این دانشگاه است.