تثبیت آنزیم‌ها برای بهبود عملکرد آنها در دانشگاه اصفهان

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، نحوی که در عملکرد آن بهبود حاصل شود. یکی از خصوصیات آنزیم‌ها عمر کوتاه آنهاست 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 جهت مهندسی آنزیم و افزایش کارایی آنها استفاده شده است.

دکتر اصغر طاهری کفرانی با اشاره به آنزیم زایلانار و کاربردها و محدودیت‌های آن، به تبیین اهداف دنبال شده در این طرح پرداخت: «آنزیم زایلاناز در فرایندهای صنعتی مختلفی مانند شفاف‌سازی آب میوه، رنگ‌زدایی خمیر کاغذ، بهبود خمیر نان، شیرین‌کننده نوشابه و کمک به استخراج روغن از گیاهان کاربرد دارد. عمر کوتاه، پایداری کم، بازیابی مجدد دشوار و فرایند خالص‌سازی پرزحمت محصول، از محدودیت‌های اصلی آنزیم‌ها هستند. از این ‌رو هدف اصلی از این پژوهش اصلاح آنزیم است، به‌ نحوی‌ که عمر آنزیم افزایش یابد و بازیابی آن نیز آسان شود. روش اصلاح آنزیم در این پژوهش بر پایه تثبیت آنزیم روی نانوحامل بوده است».

وی در ادامه خاطرنشان کرد: «آنزیم تثبیت‌شده پایداری بالاتری نسبت به آنزیم آزاد و هزینه سنتز پایین‌تری نسبت به دیگر روش‌های تثبیت آنزیمی دارد. همچنین استفاده از این آنزیم در صنایع مختلف، اثرات جانبی مضر و سمی نخواهد داشت».

به گفته این محقق، 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.

طاهری کفرانی مراحل اصلاح و بررسی عملکرد آنزیم زایلاناز را به شرح ذیل بیان کرد: «ابتدا با تبدیل صفحات گرافیت به گرافن اکسید به‌وسیله واکنش‌هامر 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. در طول مراحل سنتز از روش‌های میکروسکوپی SEM و TEM و روش‌های VSM، FT-IR، XRD و TGA جهت بررسی مواد سنتز شده استفاده شد. همچنین شرایط بهینه دمایی و pH با فعالیت بیشینه آنزیمی برای هر دو آنزیم آزاد و تثبیت شده تعیین شد. جهت باز فرآوری و استفاده مجدد آنزیم تثبیت‌شده، میزان فعالیت آن طی سیکل‌های متناوب آزمایش و میزان پایداری آنزیم مشخص شد».

نتایج نشان داده‌اند که آنزیم اصلاح شده در pH=6/5 و دمای 60 درجه سانتی‌گراد بیشترین فعالیت و پایداری خود را به نمایش می‌گذارد. همچنین این آنزیم در طی 3/5 نگهداری در دمای 4 درجه سانتی‌گراد، 70 درصد فعالیت کاتالیتکی خود را حفظ کرده است. از آنزیم تثبیت شده می‌توان طی 10 چرخه فعالیت آنزیمی استفاده کرد به نحوی که میزان کاهش فعالیت آنزیم در استفاده مجدد محسوس نباشد. این نانوصفحات می‌توانند جهت تثبیت آنزیم‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد.

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