تشكر و قدرداني

«هركس به من كلمه اي بياموزد، مرا عمري بندة خويش مي‌سازد»

حضرت علي (ع)

سپاس خداي تعالي را كه منت نهاد و توفيق آن داد كه ياراي اين تحقيق را داشته باشيم. سپس جاي آن دارد كه از زحمات بي شائبه و راهنماييهاي اساتيد راهنماي اين پروژه آقايان مهندس خسرو فريزاده و مهندس محسن حسين خاني كه در انجام اين تحقيق ما را بسيار ياري نمودند تشكر و قدرداني نموده و از خداوند متعال براي همة آن عزيزان توفيق در امور علمي و تحقيقي مسألت داريم.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه
۱-۱) مقدمه
۱-۲) اهداف پروژه
۱-۳) اهميت پروژه
۱-۴) كارهاي انجام شده قبل
۱-۴-۱) هيدروليز آنزيمي سلولز و عوامل مؤثر در شدت هيدروليز
۱-۴-۲) اثر آنزيم سلولاز بر رنگ پذيري الياف سلولزي
۱-۴-۳) تأثير رنگ به كار رفته روي پارچه در شدت هيدروليز آنزيمي
فصل دوم: تجربيات
۱-۲) مواد مورد استفاده
۲-۲) وسايل مورد استفاده
۲-۳) روش انجام آزمايشات
۲-۳-۱) رنگرزري پارچه هاي پنبه اي قبل از هيدروليز آنزيمي
۲-۳-۲) هيدروليز آنزيمي پارچه هاي پنبه اي قبل از رنگرزي
فصل سوم: نتايج و بحث
فصل چهارم: نمونه ها
فصل پنجم: مقالات لاتين

فصل يكم
۱-۱) مقدمه
همگام با رشد فزايندة استفاده از فرآيندهاي بيوتكنولوژي در صنعت، استفاده از آنزيم‌ها در صنايع نساجي نيز گسترش چشمگيري داشته است. به عنوان مهمترين نمونه از اين موارد مي‌توان هيدروليز كتنرل شده آنزيمي كالاهاي سلولزي توسط سلولازها را نام برد.
اين عمليات اولين بار در ژاپن تحت عنوان بيوپوليشينگ (۱) براي تكميل پارچه هاي تاري ـ پودي بكار گرفته شد. اين تكميل خاص پارچه هاي پنبه اي نبوده و مي‌تواند براي پارچه هاي بافته شده از كتان، رامي و ديگر الياف سلولزي و مخلوط آنها با الياف مصنوعي و پروتئيني نيز بكار برده شود.
هيدروليز آنزيمي منسوجات سلولزي، توسط ايزوآنزيم هاي سلولاز انجام مي‌شود. سلولاز به سيستمي از آنزيم ها اطلاق مي‌شود كه باهم به صورت زنجيره اي عمل كرده و قادر به شكستن پليمرهاي سلولزي بسيار آرايش يافته هستند. اجزاء سلولاز عبارت از:
الف) اكسو ـ بتا ـ ۱و۴ ـ گلوكانيز (E.C.3.2.1.91)
ب) اندو ـ بتا ـ ۱و۴ ـ گلوكانيز (E.C.3.2.1.4)
ج) بتا ـ گلوكزايداز (E.C.3.2.1.21)
مي‌باشد (۳و۲) به طور خلاصه مكانيزم هيدروليز پليمرهاي سلولزي توسط اين آنزيم‌‌ها را مي‌توان به اين صورت در نظر گرفت كه:
 اكسو گلوكانيزها (اكسوسلولازها) واحدهاي سلوبيوز را از انتهاي غيراحيايي زنجيره‌هاي سلولزي جدا مي‌كنند.
 اندوگلوكانيزها (اندوسلولازها) پيوندهاي بتا ـ ۱و۴ ـ گلوكزايدها را به صورت تصادفي هيدروليز مي‌كنند و سبب كاهش درجه پليمريزاسيون زنجيره هاي سلولزي مي‌شود.

 بتاگلوكزايدها يا سلوبيازها واحدهاي سلوبيوز را به گلوكز تجزية مي‌كنند.
 اگرچه يك همكاري گروهي بين اين تركيبات مشاهده شده است ولي جزئيات نحوة فعاليت آنها كاملاً مشخص نمي‌باشد. (۳و۲)
سلولاز قابل استفاده در صنعت نساجي از حدود ۱۲ منبع مختلف تهيه مي‌شود. دسته‌بندي آنزيم هاي سلولاز معمولاً باتوجه به محدودهpH آنان صورت مي‌گيرد كه منظور آن است كه در اين pH بالاترين فعاليت را دارند و براين اساس آنزيم هاي سلولاز به سه دسته اسيدي، بازي و خنثي تقسيم مي شوند.
آنزيمهاي خنثي در pH حدود ۷-۶ بالاترين فعاليت را داشته و آنزيمهاي اسيدي در pH محدوده ۵/۵-۵/۴ فعال تر مي باشند در حاليكه آنزيم هاي قليايي در محيط هاي قليايي فعالند. رايج ترين آنزيم هاي مورد استفاده جهت پارچه هاي پنبه اي آنزيم‌هاي اسيدي و خنثي مي باشند. آنزيم هاي قليايي در مواد شوينده خانگي بكار مي روند كه به خارج شدن لكه ها و بهبود سطح پارچه بعد از چند بار شستشو كمك مي‌كنند.

آنزيم سلولاز در سالهاي اخير در تكميل منسوجات پنبه اي در جهت كاهش پرزها در پارچه‌هاي حلقوي و در شستشوي پارچه‌هاي كتاني به طور وسيع استفاده شده اند. اين آنزيم ها در تكميل هاي نساجي و در ماشين هايي كه در آنها فعاليت مكانيكي وجد دارد مانند جت ها، وينچ ها و ماشين هاي شستشويي بكار مي روند. آن نكته كه افزايش فعاليت مكانيكي، شدت هيدروليز توسط آنزيم را در طول فرآيند هيدروليز افزايش مي‌دهد مورد تاكيد قرار گرفته است.
آنزيمها پروتئينهاي ويژه اي هستند كه به عنوان كاتاليزورهاي بيولوژيكي عمل مي‌‌نمايند يعني بدون ايجاد تغييري در نقطه تعادل , واكنشهاي بيوشيميايي را كاتاليز مي‌كنند . (۲۷)

كوهن كلمه آنزيم ] از دو كلمه يوناني En ( داخل ) و Zyme ( مخمر ) تشكيل شده است يعني در مخمر [ را ابداع نموده و اولين بار در سال ۱۸۳۵ توسط شخصي بنام برزليوس ( J.berzelius ) نام آنزيم بكار برده شد و توضيح داد كه تبديل نشاسته به مالتوز توسط يك آنزيم كاتاليز مي شود ( در زبان آلماني به جاي آنزيم از كلمه دياستاز نيز استفاده مي شد . ) همچنين آقاي پاستور تشخيص داد كه عمل تخمير توسط آنزيمها انجام مي گيرد , اين دانشمند در سال ۱۳۶۰ پيش بيني كرد كه آنزيمها بطور پيچيده اي به داخل سلولهاي مخمر متصل شده اند . در سال ۱۹۲۶ توسط شخصي به نام سومنر ( Sumner ) آنزيم اوره آز از دندانه هاي باقلا مانند ( Jack bean ) جدا و تقريباً تخليص گرديد , و بعدها كشف پپسين و ترپسين از لوزالمعده و معده بعمل آمده و با استفاده از اين آنزيمها كاملاً متوجه شدند كه آنزيمها از پروتئين تشكيل شده اند . امروزه تقريباً ۲۰۰۰ نوع آنزيم مختلف شناسايي شده و تعداد زيادي از آنها تخليص گرديده و در حدود ۲۰۰ نوع آن بصورت كريستاله تهيه شده است . (۲۵)

وزن ملكولي آنزيمها بين تا بيشتر از دالتون است . ساختمان اين تركيبات از نوع ساختمان پروتئين مي باشد . و تنها اختلاف آنزيمها با پروتئينها نحوه عمل بيولوژيكي آنها مي باشد , بدين معني كه به علت داشتن ساختمان سه بعدي و دارا بودن عوامل فعال اسيدهاي آمينه كه در قسمتهائي از مولكول مجتمع شده اند داراي خواص ويژه آنزيمي مي باشند . اين عوامل فعال كه بعضي از ريشه هاي اسيدهاي آمينه مي باشند بصورتي در كنار هم قرار گرفته اند كه قادرند جمعاً در يك واكنش بيوشيميايي شركت كنند. بنابراين ساختمان سه بعدي آنزيمها را مي توان يكي از شرايط لازم براي فعاليت آنزيم دانست . (۲۷)

اصول واكنشهاي آنزيمي
در واكنشهاي آنزيمي تركيبي كه تحت تأثير آنزيم قرار مي گيرد سوبسترا (substrate) و تركيبي كه در جريان واكنش توليد مي شود محصول Product)) ناميده مي شود كه بطور كلي مي توان پروسه واكنش آنزيمي را با علامات اختصاري زير نمايش داد :
E+ P S
در واكنش فوق S مخفف سوبسترا , E مخفف آنزيم و P مخفف محصول مي باشد . البته لازم به ذكر است كه در بعضي از واكنش ها بيش از يك محصول توليد مي شود .
در يك واكنش آنزيمي در حين تبديل سوبسترا به محصول مراحل متعددي وجود دارد كه بطور كلي مي توان آن را در سه مرحله زيرخلاصه كرد .
E+S EP E+P

مرحله اول : آنزيم و سوبسترا با هم پيوند شيميايي برقرار نموده و كمپكس آنزيم ـ سوبسترا را بوجود مي آورند .
E+S  ES
مرحله دوم : توسط عوامل شيميايي مشخصي در قسمت خاصي ( محل فعال يا جايگاه فعال ) از ملكول آنزيم , سرعت تبديل سوبسترا به محصول افزايش يافته كه منجر به تشكيل كمپلكس آنزيم ـ محصول مي گردد .
ES  EP
مرحله سوم : محصول از آنزيم جدا شده و آنزيم بدون آنكه فرم ساختماني خود را از دست داده باشد به حالت اول باز مي گردد .
EP E+P

همچنان بطور شماتيك نشان داده شده است , آنزيمها در جريان واكنش هيچ گاه مصرف نشده و در پايان واكنش بدون تغيير آزاد مي گردند . همچنين مقدار بسيار كم و جزئي آنزيم براي تبديل مقدار زيادي از سوبسترا به محصول كافي است , به عنوان مثال ۰٫۰۰۰۱µ mole از يك آنزيم مي تواند هزاران مولكول از سوبسترا را در عرض چند ثانيه به محصول تبديل بنمايد .
آنزيمها فقط در افزايش سرعت واكنش تبديل سوبسترا به محصول مؤثر بوده و در عوامل ديگر از قبيل نوع محصول دخالتي ندارند , يعني در حقيقت آنزيم ها موجب كاهش انرژي فعال كننده واكنش مي شوند . (۲۷)
شكل ۱ : انرژي فعال كننده براي واكنش بدون آنزيم و واكنشي كه توسط آنزيم كاتاليز مي شود .

ساختمان آنزيمها
آنزيمها ساختمان پروتئيني دارند . ساختمان بعضي از آنزيمها فقط از پروتئين تشكيل يافته كه فعاليت اين نوع آنزيمها تنها به ساختمان پروتئيني آن بستگي دارد و آنزيم ساده ناميده مي شوند ( به عنوان مثال بعضي از پروتئازها از قبيل تريپسين ) . اما اغلب آنزيمها براي انجام فعاليت كاتاليزوري علاوه بر ساختمان پروتئيني خود به تركيبات فعال كننده غير پروتئيني نياز دارند كه اين نوع آنزيمها را آنزيمهاي مركب ( هالو آنزيم ) مي نامند .
قسمت پروتئيني آنزيم را آپوآنزيم ( Apoenzyme ) , تركيب فعال كننده غير پروتئيني را كوفاكتور , و كمپلكس كوفاكتور و قسمت پروتئيني را هالوآنزيم Holoenzyme) ) مي نامند . آپوآنزيم غير فعال است و فعال شدن آن مستلزم وجود كوفاكتور مي باشد . (۲۷)
هالوآنزيم = كوفاكتور + آپوآنزيم
(فعال) (غيرفعال)
واحد سازنده آنزيمها آمينو اسيدهاي متفاوتي هستند كه به فرم عمومي ذيل مي توان آنها را نشان داد : .
اين ملكولهاي ساده در عدم حضور آب متراكم شده توليد زنجيرهاي پلي پيتايدي بلندتر مي كنند .

در حين افزايش طول زنجير پليمري و فعل و انفعالات عملاً باعث مي شوند تا ملكول پيچيده حاضر شكل سه بعدي مخصوص به خود بگيرد . وقتي اين آرايش يافتگي حاصل شود جرم پليمري درهم رفته تبديل به يك پروتئين مي شود و بعضي از اين پروتئينها به عنوان آنزيم عمل مي كنند . (۲۷)

چگونگي عمل كردن آنزيمها
يك آنزيم داراي يك شكل سه بعدي مشخص است . اين شكل و ساير فاكتورها از قبيل محل قرار گرفتن مكان فعال آنزيم ويژگي ملكولي را كنترل مي كنند . همانطوريكه در شكل ۲ نشان داده شده است ,‌يك آنزيم جذب سطح كالاي داده شده بصورت قفل و كليد مي شود . با قرار گرفتن در روي سطح كالا به سريع شدن واكنش بين كالا و محيط و توليد محصولات واكنش كمك مي كند . از آنجائيكه آنزيمها به عنوان كاتاليست عمل مي كنند خودشان تحت تأثير واكنشي كه كالا با آن مواجه مي شود قرار نمي گيرد و تغيير نمي يابند . بعد از وقوع واكنش آنزيم رها مي شود تا در قسمت ديگري از سطح كالا جذب شود . اين فرآيند ادامه پيدا مي كند تا آنزيم تا توسط يك جز شيميايي مسموم شود و يا در اثر دما و يا H Pنامناسب و
يا هر شرايط منفي ديگري در محيط پروسه فعاليت خود را از دست بدهد . (۲۷)

شكل ۲ : مكانيزم « قفل و كليد » براي عمل آنزيم .
آنزيم جذب سطح كالا شده و منجر به آزاد شدن محصولات واكنش و آنزيم مي‌شود .
نامگذاري و طبقه بندي آنزيمها
بعضي از آنزيمها را با نام قديمي آنها ذكر مي كنند به عنوان مثال پپسين و ترپپسين , اما روش كلي براي نام گذاري آنزيم اين است كه ابتدا كلمه سوبسترا و به دنبال آن كلمه آز ( asc ) را ذكر مي نمايند به عنوان مثال : آنزيمهايي كه ليپيدها را هيدروليز مي نمايند ليپاز , آزيمهايي كه پروتئينها را هيدروليز مي نمايند پروتنئاز , آنزيمهايي كه اوره را كاتاليز نموده اوره آز و آنزيمي كه كاتاليز آرژنين را بر عهده دارد آرژيناز مي نامند .( ۴ )
از سال ۱۹۶۱ كميته بين المللي آنزيمها ( EC=Enzymc Commision ) آنزيمها را بر حسب نوع واكنشي كه كاتاليز مي كنند به شش طبقه اصلي تقسيم نموده و هر طبقه خود به چند گروه و هر گروه به چند دسته تقسيم شده اند , بطوريكه هر آنزيم با علامت EC و چهار عدد شناسايي مي شود , كه عدد اول معرف طبقه , و عدد دوم گروه , عدد سوم دسته و عدد چهارم شماره رديف هر آنزيم در دسته خود مي باشد . به عنوان مثال EC 2.7.1.40 طبقه, گروه, دسته و رديف آنزيم پيروات كيناز را مشخص مي نمايد.(۲۷)
شش طبقه اصلي آنزيمها عبارتند از : (۲۷)
۱ ـ اكسيد و ردوكتازها ( Oxidoreductases ) : كه موجب اكسيداسيون يك جسم و احياء جسم ديگر مي شوند .

XH+Y YH+X
مهمترين آنزيمها اين طبقه عبارتند از : اكسيدازها , هيدروكيلازها , دهيدروژنازها و سيتوكروم ها .
به عنوان مثال لاكتات د هيدروژناز ( LD ) كه كاتاليز تبديل اسيدلاكتيت به اسيد پيروئيك و بالعكس را بر عهده دارد .

OH O

H NAD NADH, H+
2 ـ ترانسفرازها ( Transfrases ) : كه عمل انتقال يك عامل شيميايي از يك جسم به جسم ديگر را كاتاليز مي نمايد و بر اساس نوع ريشه انتقال يافته اين طبقه را گروه بندي مي نمايند .
X+A-Y →A-X-Y
مثال : فسفوفروكتوكيناز آنزيمي است كه انتقال يك ريشه فسفات را از يك مولكول ATP بر روي فروكتوز ـ ۶ ـ فسفات كاتاليز مي نمايد .

فروكتوز – او ۶ – دي فسفات + ADP فروكتوز – ۶ – فسفات +ATP

۳ ـ هيدرولازها ( Hydrolases ) : موجب هيدروليز پيوندهاي مختلف مي‌شوند . به عنوان مثال : پروتئازها موجب هيدروليز پيوندهاي پپتيدي , ليپازها موجب هيدروليز پيونداستري و آميلازها موجب هيدروليز پيوندهاي گليكوزيديك مي شوند .
۴ ـ ليازها ( Lyases ) : با جدا كردن پيوندهايي مانند C – C , C – S , C – N و
C-O موجب پيدايش پيوند دوگانه مي گردند . گروه بندي اين طبقه بر اساس انواع پيوند دوگانه مي باشد .
مثال :
OH

HOOC – CH = CH – COOH HOOC – CH – COOH
5 ـ آيزومرازها ( Isomerases ) : اين آنزيمها كاتاليز تبديل سوبسترا به ايزومر اپتيك خود را بر عهده دارند . مثال :

گليسرآلدئيد – ۳ – فسفات دي هيدروكسي استون فسفات
۶ ـ ليگازها ( Ligases ) : به اين آنزيمها سنتتازها (sunthetases ) نيز گفته مي شود . كاتاليز پيوند دو جسم را به عمل مي آورند كه البته براي انجام اين عمل احتياج به انرژي داشته كه آن را از ATP و يا شكستن پيوندهاي پر انرژي تأمين مي نمايند ,
به عنوان مثال :

واحد فعاليت آنزيم :
مقدار غلظت آنزيمها در درون سلولهاي بافتهاي مختلف و يا سرم بسيار كم و ناچيز است , به همين دليل تعيين غلظت آن با استفاده از روشهاي بكار برده شده براي تعيين ساير پروتئينها ( به عنوان مثال روش بيوره ) امكان پذير نبوده و ساير روشهاي شيميايي نيز طولاني و پر خرج مي باشد . ( با استفاده از راديو ايمنواسي و دستگاه گاما كانتر مي توان غلظت بعضي از آنزيمها را در سرم اندازه گيري نمود ) لذا براي سنجش ميزان يك آنزيم در يك محلول بيولوژيكي از فعاليت آن استفاده مي شود . كميته بين المللي آنزيمها ( EC ) براي تعيين فعاليتهاي آنزيم واحدي را به شرح زير تعريف نموده است كه آن را واحد بين المللي ( IU ) مي نامند : ( ۴ )
يك واحد بين المللي عبارتست از مقدار آنزيمي كه بتواند در مدت زمان يك دقيقه و در شرايط اپتيمم يك ميكرو مول سوبسترا را كاتاليز بنمايد (IU = molein ) .
شرايط اپتيمم عبارتست از PH و درجه حرارت معين و موجود بودن سيستم تامپوني و كوفاكتورهايي كه سبب مي شوند آنزيم حداكثر فعاليت را از خود نشان دهد .
واحد حجم محلول براي سنجش فعاليت آنزيم يك ميلي ليتر و در برخي مواد يك ليتر مي باشد , لذا موقع نوشتن واحد فعاليت , واحد حجم محلولي كه آنزيم در آن قرار دارد را نيز ذكر مي كنند :
Iui= µ mole min I
1 واحد = يك ميكرو مول در دقيقه ( µ mole min )
1 ميلي واحد ( mu ) = يك ميلي ميكرون مول در دقيقه (m µ mole / min )
1 ميكرو واحد ( µu ) = يك ميكرو ميكرو مول در دقيقه (mole/ min µ µ )
در برخي موارد فعاليت آنزيم را با روش هاي ويژه اي ( بر اساس نام محقق يا ابداع كننده روش ) اندازه گيري مي نمايند , در اين حالت براي تبديل واحد بين المللي از ضرايبي استفاده مي شود . به عنوان مثال هر واحد بودانسكي ۳۵/۵ برابر واحد بين المللي در ليتر و هر واحد آرمبنسترانگ ۲/۷ برابر واحد بين المللي درليترمي باشند . ( ۴ )
اثر غلظت آنزيم و غلظت سوبسترا بر واكنش آنزيمي :
غلظت سوبسترا و آنزيم بطور مستقيم در سرعت واكنش آنزيمي دخالت دارند .
شكل۳: اثر غلظت آنزيمي در واكنش هاي مختلف آنريمي نشان داده شده است .
در اين شكل مقدار سوبستراي تبديل يافته بر حسب زمان در چهار واكنش مختلف آنزيمي نشان داده شده است . اين واكنشها همگي به مقادير مازاد سوبسترا انجام گرفته است .
نمودار ۱ و ۲ و ۳ و ۴ مربوط به چهار واكنش آنزيمي است كه در هر يك غلظت آنزيم به ترتيب افزايش يافته است . همانطور كه ملاحظه مي شود مقدار سوبستراي تغيير يافته در هر زمان براي غلظت هاي بيشتر آنزيم زيادتر است . اثر غلظت سوبسترا نيز به همين ترتيب است , بدين معني كه در غلظت هاي ثابت آنزيم , سرعت آنزيمي نسبت مستقيم با غلطت سوبسترا دارد. هرچه مقدار سوبسترا براي مقدارآنزيم معيني بيشتر گردد سرعت واكنش آنزيمي زيادتر مي شود . خلاصه اثر غلظت سوبسترا و آنزيم در شماي زير نشان داده شده است .
E + S  ES →E + P