קיימות הפכה לעדיפות לא ניתנת להשגה עבור המגזר ייצור כימי.במשך עשרות שנים, תהליכים כימיים מסורתיים המבוססים על טמפרטורות גבוהות, לחצים גבוהים, ומזהמים רעילים כדי להניע תגובות, משאירים מאחור עקבות סביבתיים משמעותיים בצורה של צריכת אנרגיה, מסוכנים על ידי תוצרי לוואי, ופסולת.הלחץ הגדל כדי להפחית את פליטות גזי החממה, לציית לתקנות מחמירות יותר, ולעמוד בביקוש למוצרים ירוקים יש לעתים קרובות פתרונות כימיים מורכבים של חומרים כימיים.

שוק האנזים העולמי, מוערך ביותר מ -10 מיליארד דולר, מתרחב במהירות כמו תעשיות מתרופות לפלסטיק, לזהות את היתרונות התפעוליים והקיימות של ביו-קטאליזה.חדשנות בהנדסת חלבון, ביולוגיה סינתטית, ועיצוב תהליכים דוחקים את הגבולות של מה אנזימים יכולים להשיג, המאפשר תגובות שנחשבו בעבר לא מעשי או לא כלכלי.

התפקיד של Catalysts ביוכימי בכימיה ירוקה

אנזים הם זרזי הטבע - מולקולות חלבונים המזרזות תגובות כימיות עם ספציפי ויעילות יוצאת דופן.בניגוד זרז כימי קונבנציונלי כגון מתכות או חומצות חזקות, אנזימים פועלים בצורה אופטימלית בטמפרטורות סמומביות ו pH, לעתים קרובות במים כמו ה-Sate. חלון הפעלה מתון זה ישירות מפחית את דרישות האנרגיה, חותך את השימוש של פותרים אורגניים תנודתיים, ומפחית את הדור של מוצרי מזון לא רצויים, לדוגמה, ב-C, תוך 30-40 מעלות צלזיוס, תוך כדי טיפול ב-אונקציה.

הסלקטיביות הגבוהה של אנזימים היא יתרון קריטי.הזרזים המסורתיים מייצרים לעיתים קרובות תערובת של חומרי אטום או מוצרי צד, הדורשים צעדים טיהור יקרים. Enzymes, לעומת זאת, מזהים תת-שכבות ספציפיות וקטאליסזה רק את הטרנספורמציה הרצויה.דיוק זה חיוני לתעשיות כמו תרופות, שבו טוהר אנפירמי יכול לקבוע יעילות ובטיחות של תרופות, יתר על כן, אנזימים ביולוגיים הם מקודמים יותר ממקורות מתחדשים, ומאובטחים יותר, אשר מקורם של כימיקלים, ומאובטחים, אשר מקורבים יותר, ופתרונות יותר, אשר נמצאים בכימיה ירוקה, ומאובטחים, ומאובטחים יותר, אשר מקורם, ומאובטחים יותר, ומאובטחים יותר, עם עקרונות למניעת פסולת ירוקים יותר, ומאובטחים יותר, ומאובטחים יותר, עם עקרונות למניעת טוהרים יותר, ומאובטחים יותר, עם עקרונות אקלים, ואקלים ירוק, אשר מקורו של כימיקלים, אשר מקורם, אשר מקורבים, עם עקרונות למניעת טוהר האנגנטימיים יותר, ומאובטחים יותר, אשר מקורם, אשר מקורם, אשר מקורם, אשר מקורם של כימיקלים ירוקים, אשר מקורם, אשר מקורם של כימיקלים, אשר מקורו של כימיקלים

זרזים ביוכימיים נופלים למספר שיעורים המבוססים על סוג התגובה הם קטזזות. Oxidoreductas (כגון אלכוהול dehydrogenases ו laccases) להקל על תגובות חמצון אדומות, בשימוש יותר ויותר בסינתזה של כימיקלים בסדר ובביו-remediation. Hydrolass (lipasesscale, esterases, proteases) הם מעשי מזון, אנזימים, ורטיאז הם לעתים קרובות, יש מגבלות תעשייתיות.

היישום של אנזימים בייצור תומך כמה משנים עקרונות של כימיה ירוקה: זה מקטין את השימוש בחומרים מסוכנים, מוריד אנרגיה אינטנסיביות, ולעתים קרובות מאפשר תחלופה קטליטית עם יעילות גבוהה.דוגמה ציונית היא הייצור האנזומטי של אקרילימיד על ידי Mitsubishi Rayon, אשר החליף תהליך נחושת-catazed עם אנזים ניטריטאזאז, חיתוך אנרגיה על ידי 40% רעילים זה יכול לספק שיתוק כלכלי.

חידושים ב- Biochemical Catalysts

שני העשורים האחרונים היו עדים למהפכה בהנדסת אנזימים, המונעת על ידי טכניקות המאפשרות לחוקרים להתאים את הביוקטאליסיסטים לתנאים תעשייתיים.שלוש זרמי חדשנות עיקריים הופיעו: אבולוציה מכוונת, אי-יציבות האנזים וביולוגיה סינתטית.

התפתחות ישירה

האבולוציה הישירה, חלוצית על ידי צרפת ארנולד במכון הטכנולוגי של קליפורניה, מחקה ברירה טבעית במעבדה לפיתוח אנזימים עם פונקציות משופרות או חדשותיות.התהליך כולל סיבובים של mutagenesis (הפחתת שינויים אקראיים בגן ⁇ האנזים) ואחריו בדיקות עבור תכונות הרצויות כגון פעילות גבוהה, תרמוסטטיביות, או סובלנות לפתרונות אורגניים בשנת 2018, ארנולד הוענק פרס נובל לכימיה, כדי להפוך את ההשפעה שלה.

דוגמאות תעשייתיות בשפע. Codexis, חברת ביו-קטאליזה, המשמשות את האבולוציה כדי ליצור קטורטטאז עבור הסינתזה של התרופה המופחת כולסטרול-התאווסטטין. האנזים המהנדס פועל בריכוזים גבוהים והשגתם > 99% enantiomeric עודף, מפשט את תהליך הייצור וצמצום הפסולת.

המונחים: zyme Immobilization

בעוד אנזימים חופשיים פעילים בפתרון, ההתאוששות וההחזרות שלהם יכולים להיות מאתגרים, במיוחד בתהליכים רצופים. Enzyme Immobilization מצמיד את האנזים לתמיכה מוצקה - כגון משחתות אחיקה, חלקיקים מגנטיים, או חזרות פולימריות - באמצעות מודעות פיזיקליות, קישור שווה ערך, או אפילציה לעתים קרובות משפרת יציבות על ידי מניעת התגלות, ולהפחית את התגובה של פסולת, ומאפשרת לעתים קרובות.

חידושים בחומרי תמיכה הרחיבו את האפשרויות. חומרים פוריים כמו מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) מספקים שטח משטח גבוה וגודלי טונה, הגנה על אנזימים מפני סביבות קשות תוך מתן אנזימים תת-קרקעיים (Polstrate diffusion) הם שיטה יעילה נוספת, מה שהופך חלקיקים בלתי פתיר עם פעילות גבוהה.

ביולוגיה סינתטית ו de novo Enzyme Design

ביולוגיה סינתטית מרחיבה את הנדסת האנזים משינוי חלבונים קיימים כדי לעצב חדשים לחלוטין.על ידי שילוב של דומיינים חלבון מודולרי, מודלים חישוביים, ואת היכולת להרכיב גנים סינתטיים, החוקרים יכולים ליצור אנזימים לתגובות שאין להן מקביל טבעי. לדוגמה, מדענים באוניברסיטת וושינגטון השתמש בחבילת מודלים מולקולרית רוזטה לתכנון אנזים מלאכותיים כי קטזזת חיסול קמפ - תגובה לא נמצא בטבע כזה עדיין לא להפגין עיצובים מוקדמים.

גבול נוסף הוא הבנייה של ארקדיות מרובות-אנזימים, שבו כמה אנזימים עובדים ברצף בתוך כלי תגובה יחיד, חיקוי מסלולים מטבוליים. גישה זו יכולה להמיר חומרים פשוטים למוצרים מורכבים בסיר אחד, ממזער בידוד ביניים ופסולת. לדוגמה, קערה של חמישה אנזים מטבוליים פותחה כדי לייצר הידרוקוזון כאבים ממתיקים פשוטים בשלב אחד, להחליף מסלול רב-סינמי של גלקסיות כימיות עם גלקסיות המכילות גדולות של גלקסיות.

הנדסה אנזים

למידת מכונה ואינטליגנציה מלאכותית הופכים הכרחיים בפיתוח ביו-קטאליסט.במקום לבדוק מיליוני גרסאות ניסיוניות, מודלים חישוביים יכולים לחזות אילו מוטציות ישפרו פעילות, יציבות או בחירה.מודלים בשפת חלבונים, שהוכשרו על מסדי נתונים עצומים של רצפים ידועים, יכולים להציע שינויים מועילים עם דיוק יוצא דופן.

יישומים בתעשייה

החידושים המתוארים לעיל עברו ממעבדות אקדמיות לכורים מסחריים, המאפשרים ייצור ירוק יותר על פני מגזרים רבים.

דלקים וכימיקלים חדשים

ייצור של אתנול תאואוליוסי - שמקורו שאריות חקלאיות וביומסה מעץית - מתנוססות על אנזימים של תאים אשר שוברים את התאוז לסוכרים מותסים. חברות כמו נובונזים ודופונט (כיום חלק מ- Dow) מסתמך על נתיבי שפכים המופעלים על ידי גזים אנזימים פעילים ויציבים תחת תנאים תעשייתיים, ומפחיתים את העלות של המרה של הביומסה קיצונית של 80% מהת של תאים מתחת ל-מולקוליום.

תרופות

ביוקטאליזה הפכה אבן הפינה של סינתזת התרופות המודרנית. תרופות רבות של קופות, כולל Januvia של Merck (Sicksstin), Lipitor של Pfizer (atorvastatin), ואת התרופה HIV הואlatravir, מיוצרים באמצעות אנזימים שדה, תהליך אנזימים הכולל, שפותח על ידי Merck ו Codexis, משתמשת ב 80% transaminase שנוצר באמצעות סגסוגת מימן מופחתת על ידי סגסוגת מתכתית אחת, 000 רחב יותר, 000.

פלסטיק Recycling

אולי אחד היישומים המרגשים ביותר הוא מחזור האנזימטי של פלסטיק. PETase, אנזים שהתגלה החיידקים:0Ideonella sakaiensis FLT 1 ו- 1 , יכול לשבור את פוליאתילן terephthalate (PET) לתוך monomers שלה, חומצה terephlic ו ethyleneol גליקול, אשר יכול להיות להוכיח את הפולימוסים מכניים של ET MHos אמיתי של מחקר MHos.

כימיקלים וצמחים

Enzymes משמשים יותר ויותר לייצר טעמים, ניחוחות, ו ביניים גואהכימיים. Lipases הם מועסקים כדי לסנתז esters המשמשים כמו טעם ו immunollients, החלפת זרזים כימיים הדורשים טמפרטורות גבוהות ולהשאיר שאריות מתכתיות. בהפקה של glyphosate herbicide, מסלול zy באמצעות glyphosate oxreduct זה היה יכול במקור כדי להפחית את הלחץ ה-xreducticerati.

מזון, בדידות וטרגנטינים

בעוד תעשיות אלה לא תמיד נחשבות ל"ייצור כימי", הן מסתמכות על ייצור בקנה מידה גדול של מרכיבים וסוכני ניקוי. Enzymes כבר בשימוש במשך עשרות שנים במגזרים אלה, אבל חידושים אחרונים הם שיפור ביצועים וקיימות.למשל, amylases ו proteases המשמשים בגרות, מבשלות חלב, וכעת הם מנדסים להיות פעילים בטמפרטורות נמוכות יותר, לחסוך אנרגיה.

אתגרים והזדמנויות

למרות התקדמות מרשימה, מכשולים משמעותיים נשארים לפני הביוקטאליזה הופכת ברירת המחדל של ייצור כימי.Enzyme יציבות בתנאים תעשייתיים - ריכוזים תת-קרקעיים גבוהים, פותרים לא-אקים, pH קיצוני וטמפרטורות גבוהות - הוא עדיין מגבלה. בעוד מספרים מכוונים של התפתחות ויציבות מוגברת יש שיפור יציבות, אנזימים רבים צריכים אופטימיזציה נוספת כדי להתאים את עמידותם של זרזים מסורתיים הוא עדיין תרופה זולה, אם כי הם לעתים קרובות צריכת כימיקלים זולים (דלקת).

הבנת קינטיקה אנזים והעברה המונית במערכות heterogeneous (למשל, כאשר אנזימים הם immobilized) היא קריטית עבור בקנה מידה.תהליכים תעשייתיים רבים דורשים שיעורי מעוררים גבוהים או מולקולנטיות גבוהה, אשר יכול להזיק אנזים מטבוליים או להגביל את הגישה substrate בתכנון הכור - כגון זרמים עם טורים לא יציבים - עוזר להתגבר על בעיות קוסמטיות אלה, למרות אנזימים קוסמטיים קוסמטיים באופן כללי.

עם זאת, ההזדמנויות הכרוכות בפליטת אפס נטו עד שנת 2050, הן מניעות חברות כימיות גדולות להשקיע בביוטכנולוגיה.שותפות בין חברות גילוי אנזימים (למשל, Codexis, נובאזיס, BASF) ויצרנים כימיים (למשל, DSM, DuPont, Evonik) מאיצים מימון ממשלתי לתעשיות מבוססות ביולוגי, כגון נתיב אלקטרו-ביוכימיה של האיחוד האירופי, אשר עשוי לשלב את התומחדש של נוסחאות עם אנליזה משותפת של תעשיות אלקטרוניות, אשר יכולות להיות מסוגלות, כמו גם אנליזה, לעומת זאת, מתודולוגיה, כמו גם אינטגרציות, לעומת זאת, מתודולוגיות, לעומת זאת, מתודולוגיה, אנליזה משותפת של אנליזה של אנליזה של אנליזה משותפת של אינטגרציות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מתודולוגיה, אנליזה של אנליזה של אנליזה של אנליזה של אנליזה משותפת של אנליזה משותפת של אנליזה של אנליזה משותפת של אנליזה של אנליזה של אנליזה של אנליזה של אנליזה של אנליזה של אנליזה של תעשיות אלקטרוניות, לעומת זאת, לעומת זאת, אנליזה של אנליזה משותפת של אנליזה משותפת של אנליזה משותפת של אנליזה משותפת

פרספקטיבה עתידית

העתיד של זרזי ביוכימי בייצור כימי ירוק הוא בהיר, עם כמה מגמות בעיצוב העשור הבא. הראשון, בינה מלאכותית ועיצוב חישובי ימשיך להאיץ תגליות אנזימים ואופטימיזציה. כלים כמו אלפאפלור 2, מודלים בשפת חלבון, מחזורי למידה עיצוב אוטומטיים יאפשר יצירת מהירה של אנזים מותאמים אישית עבור תגובות תעשייתיות ספציפיות.

שנית, הרעיון של הכלכלה המעגלית יגרור חדשנות נוספת במחזור האנזימטי ולמעלה. Enzymes שמטילה זרמי פסולת מורכבים - כולל פלסטיקים מעורבים, טקסטיל ופסולת אלקטרונית - במונומרים טהורים יהיה חיוני לסגת לולאות חומרים מתעוררים (חומרים המכילים פחמן) לאנזימים המכילים פחמן (אילוקס) עבור פוליאולפין, פוליפרלין) הוא בטכניקות הגלולות שלה, אך אנזימים האחרונים של פחמן-חמצני, כמו אנזימים (דלקתיים) לשילובים-פחמיים-פחמיים (D) עם אנזימים) של פחמן-חמצני, אך ורק אנזימים (D-חמצני) אנזימים (D) כדי לייצר אנזימים) אנזימים (מדומים (מדומים (D) אנזימים) אנזימים) אנזימים המכילים אנזימים כימיים-חמצני) אנזימים (מחדשניים (מחדשניים (מחדשניים (מחדשניים) ו-מחדשניים) עבור אנזימים המכילים אנזימים דיגיטליים (מחדשניים) עבור תרופות המכילים) עבור אנזימים) עבור אנזימים) אנזימים) אנזימים המכילים פחמן-ידי פחמן-ידי פחמן-פחמי

לבסוף, המעבר לעבר ייצור מבוזר ורכזות ביו-מנפיקינג, אשר מופעל על ידי פורמולות אנזים יציבים ונקראים על המדף, יכול להפחית את הצורך בצמחים כימיים גדולים, מרכזיים.זה תואם את התנועה הרחבה יותר לכיוון שרשראות אספקה בר קיימא וייצור מקומי.עם המשך השקעה במחקר, שיתוף פעולה בין האקדמיה והתעשייה, ומסגרות מדיניות תומך, זרזי ביוכימיים ישחקו תפקיד מרכזי בהשגת האו"ם לפיתוח אקלים, במיוחד, ואקלים יציב, ופעולה נקייה, ובמיוחד בתחום האקלים.

המסע מסקרנות מעבדה לעבודות תעשייתיות היה מדהים. Enzymes הוכיחו את עצמם כזרזים תכליתיים, יעילים וסביבתיים שפירים .כפי שהתעשייה הכימית מתמודדת עם הצורך להדהיר ולרחוץ, חידושים בזרזים ביוכימיים שדנו כאן מציעים מסלול ברור קדימה - אחד שהוא לא רק ירוק יותר אלא גם רווחי יותר.