G. Enzimi Sono catalizzatori biologici, alcuni dei quali agiscono su substrati specifici. Gli enzimi possono essere

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1 G. Enzimi Sono catalizzatori biologici, alcuni dei quali agiscono su substrati specifici. Gli enzimi possono essere utilizzati per aiutare i conservatori, ma sono anche strumenti essenziali dei microrganismi nell attacco ed assimilazione dei vari materiali.

2 Enzimi nel biodeterioramento e nella conservazione

3 Cosa sono gli enzimi? Sono proteine, polimeri composti di amino-acidi, prodotti da tutti gli organismi viventi. Agiscono come catalizzatori in tutte le reazioni delle cellule di piante, animali, uomo e microorganismi. Normalmente necessitano di ACQUA per la loro attività. Gli enzimi sono essenziali per tutti i processi metabolici ma non sono in grado di autoprodursi e si distinguono dalle altre proteine per la loro attività catalitica.

4 Cosa fanno gli enzimi? Sono molecole proteiche naturali che agiscono come catalizzatori ad elevata efficienza nelle reazioni biochimiche. Un catalizzatore è un facilitatore delle reazioni, che avvengono molto più velocemente in sua presenza e che non cambia, anche dopo la fine della reazione. Alcune razioni sono velocizzate dalla presenza degli enzimi (in assenza in circa 24 ore mentre in presenza dell enzima in 4 ore) Gli enzimi sono specifici: ognuno catalizza un ristretto range di reazioni spesso una sola. Il primo step è la formazione di un complesso tra il substrato e l enzima.

5 Nel campo del biodeterioramento gli enzimi sono normalmente dei nemici Essi catalizzano la digestione di: proteine es. Pelle, uova usate nella pitture a tempera grassi es. olii zuccheri es. cellulosa (carta) polimeri es. vernici, plastica Nella vignetta è scritto che questo libro della biblioteca sia restituito prontamente. Sembra che il fungo lo possa distruggere grazie alla presenza di enzimi cellulosolitici!

6 Ma a volte gli enzimi lavorano PER noi: ci sono alcuni esempi in tutto il mondo Sostituiscono gli acidi nel settore di trasformazione dell amido Sostituiscono acidi, alcali e agenti ossidanti nella fabbricazione dei tessuti; Rimuovono il perossido di idrogeno dai tessuti prima della tintura; Riducono l'impiego di solfuri nelle concerie; Sostituiscono la pomice per " jeans stone wash", e quindi riducono i rifiuti ("biostoning"); Predigeriscono cibi per animali per aumentare l efficienza di conversione in carne; Agiscono come smacchiatori-detersivi biologici nei prodotti per il bucato

7 Enzimi nei detersivi Proteasi Amilasi Lipasi Cellulasi Rimuovono macchie di natura proteica sangue, uova Rimuovono le macchie di amido patata, riso, crema pasticcera Rimuovono le macchie grasse olio, burro, rossetto Ammorbidiscono e rischiarano i tessuti, eliminando la sporcizia intrappolata nelle fibre.

8 Poichè gli enzimi sono così importanti è necessario conoscere quali sono le loro attività e come si possono controllare.

9 Che tipi di enzimi ci sono? Gli enzimi vengono classificati in base ai composti sui quali agiscono: le proteasi attaccano le proteine, le cellulasi la cellulosa, le lipasi trasformano i grassi in glicerolo e acidi grassi, le amilasi gli amidi in zuccheri semplici. Alcuni enzimi agiscono su un vasto range di substrati (es. le proteasi), mentre altri sono meno specifici (es. collagenasi, che idrolizza il collagene della pelle e cheratinasi, che attacca la cheratina delle piume). Solo gli enzimi di vecchia scoperta non finiscono in asi es. rennina, pepsina, tripsina.

10 Cosa condiziona l azione degli enzimi? Condizioni fisico-chimiche - come temperatura, ph e forza ionica. Tutti gli enzimi hanno un OPTIMUM di temperatura e ph, al di fuori del quale sono meno (o per nulla) efficienti. Possono essere inibiti (o distrutti) da talune sostanze chimiche.

11 Effetti della temperatura Molti enzimi animali hanno un optimum di temperatura intorno ai 37 o C e sono rapidamente denaturati (distrutti) a 40 o C. Agiscono debolmente a temperatura ambiente e possono essere conservati a 4 o C. Per gli enzimi microbici invece i valori sono molto più vari.

12 Effetti del ph Il valore ottimale del ph varia molto tra gli enzimi. La lipasi dello stomaco ha un optimum a 4-5, mentre quella del pancreas a ph 8. L optimum ph degli enzimi microbici non è necessariamente uguale a quello della crescita cellulare.

13 Inibitori degli Enzimi Possono essere specifici o non-specifici. Poiché l'enzima deve reagire con il suo substrato, tutto ciò che "sembra" substrato reagisce con l'enzima e così inibisce il vero substrato. Questa è l inibizione specifica - gli enzimi che agiscono su altri substrati non sono coinvolti. Si chiama "inibizione competitiva", perché l'inibitore compete con il substrato.

14 Inibizione competitiva dell enzima REAZIONE Enzima Substrato Enzima rilasciato Complesso Enzima-substrato Substrato degradato INIBIZIONE Inibitore Substrato bloccato dalla reazione con l enzima

15 Inibizione non-specifica dell enzima Calore (come abbiamo già visto!!) Le sostanze chimiche che reagiscono con l'enzima cambiano la sua configurazione ad esempio i solventi. Poiché tutti gli enzimi sono proteine, molte di queste sostanze agiscono su tutti gli enzimi. Questa è "l'inibizione non-competitiva".

16 Inibizione non-competitiva dell enzima L inibitore causa un cambiamento nella conformazione dell enzima che previene la formazione di un legame col subbstrato. Due esempi: 2 1 Substrato Denaturazione dell inibitore che cambia la forma della proteina (enzima) Enzima Inibitore L Inibitore non reagisce (ma induce un cambiamento) nel sito di legame del substrato e quindi blocca il legame col substrato.?

17 Si possiono usare le conoscenze sull'azione degli enzimi per cercare di prevenire il degrado ed il deterioramento di materiali importanti. Anche se non si può fermare la crescita dei microrganismi, si potrebbero inibire gli enzimi che causano il danno. Questa parte della conservazione non è stata ancora sviluppata adeguatamente ma rappresenta forse il futuro. C'è un ulteriore tipo di inibizione degli enzimi, ma è improbabile che possa essere utile per questi scopi:

18 Inibizione del Substrato A volte può succedere che l'enzima venga "inondato" da grandi quantità di substrato, allora non può agire. L'unico modo per aumentare la sua attività è allora di aumentare la quantità di enzima (o di ridurre la quantità di substrato). Ricordare che il substrato deve essere in soluzione perchè l'enzima possa agire su di esso: un blocco di legno massello non è "sommerso" dalla Cellulasi!!

19 Ora che conoscete un pò più gli enzimi diamo un'occhiata a come questi influenzano il mondo dell'arte. In primo luogo, i loro effetti NEGATIVI - biodeterioramento e biodegradazione

20 Sculture in cera di Degas alla National Gallery of Art di Washington Più del 50% dei batteri in coltura produce enzimi in grado di attaccare la cera (lipasi), quasi il 60% produce enzimi che possono digerire l amido (amilasi) e il 24% produce entrambi i tipi di enzimi. Nelle sculture sono presenti sia le cere sia gli amidi..

21 La contaminazione da funghi su questa pellicola fotografica ha portato alla rottura della gelatina da parte degli enzimi della gelatinasi fungina.

22 Indirettamente gli enzimi sono anche responsabili della corrosione dei metalli. Questo foglio di alluminio mostra la presenza di ife fungine. Il metabolismo cellulare (con la produzione di ENZIMI) ha portato al rilascio di acidi organici, concentrati sotto i filamenti, che hanno causato la corrosione.

23 Verranno forniti specifici esempi di enzimi che causano biodeterioramento nei seguenti moduli: Legno - cellulasi e lignina Tessili - cellulasi, proteasi e lipasi Vetro - enzimi manganese-ossidanti Film fotografici - gelatinasi, cellulasi, esterasi, lipasi, proteasi Muffe all'interno degli edifici - una vasta gamma di enzimi prodotti da funghi.

24 Ora il modo POSITIVO uso degli enzimi nella pratica della conservazione.

25 La Saliva umana è usata da sempre per rimuovere macchie difficili da materiali sensibili come i quadri. Non c'è stato alcun particolare studio scientifico, ma, ovviamente, gli enzimi della saliva (lipasi, proteasi) sono efficaci.. Enzimi non processati Qui la saliva viene utilizzata per eliminare i segni su una pittura acrilica. La parte sul lato destro è già stata pulita..

26 Vantaggi e svantaggi di talune soluzioni (naturali) di enzimi Gli enzimi si trovano in soluzione alle giuste condizioni per l'attività - ph, ecc - senza il nostro intervento Sono a buon mercato MA: Non vi è alcuna standardizzazione. Non sappiamo che cos è esattamente la soluzione. Ad esempio la saliva varia da persona a persona. Materiali sconosciuti vengono aggiunti alla pittura e questi possono avere effetti negativi. Un problema potenziale è che le proteine e gli zuccheri nella saliva possono aumentare la crescita microbica.

27 Enzimi nella cellula microbica I batteri Pseudomonas stuzeri sono stati utilizzati per avviare la degradazione della resina organica, in parte lasciati sulla superficie dell'affresco Conversione di S. Efisio e Battaglia del 14 secolo. Dopo il trattamento con i batteri, per completare il processo, è stato utilizzato un cocktail misto di isolati di enzimi proteasi e collagenasi

28 Enzimi estratti da cellule viventi (che possono essere microorganismi): Collagenasi - utilizzata per la rimozione di colla animale Proteasi e amilasi per la rimozione di colle e dimensionamento degli agenti di carta Gli enzimi possono essere utilizzati sia in soluzione acquosa sia come pasta o gel. In entrambi i casi i residui dell'enzima, o dei suoi prodotti, devono essere rimossi dopo il trattamento, col lavaggio o con strategie alternative

29 Gel o liquidi? Gel: Applicazione controllata Facilità di diffusione omogenea su un'area selezionata La rimozione richiede un'azione meccanica che potrebbero danneggiare la superficie Liquidi: Più economici e facili da usare Difficili da distribuire uniformemente Hanno una maggiore diffusione sull'oggetto. Alcuni solventi per la rimozione delle vernici penetrano nel dipinto solo circa 10 millimetri al secondo e possono rapidamente essere rimossi dal sito d azione

30 Rimozione degli enzimi dopo trattamento della carta Acqua (almeno 2 lavaggi) Tampone - acetato o fosfato. Generalmente più efficaci Alcool - non è meglio del tampone verso 2 amilasi I danni provocati da piccole quantità di enzima residuo (circa l'1%, equivalente a toccare la superficie 10 volte con un dito), non sono stati quantificati. Gli enzimi non continuano a lavorare a lungo, ma loro, o loro resti, possono influenzare negativamente il materiale.

31 Conclusioni Gli enzimi possono lavorare per noi o contro di noi. Se vogliamo impedire la loro attività, o usarli per i nostri scopi, è necessario sapere come agiscono e quali sono le condizioni necessarie per un attività ottimale. Quando si utilizza un preparato enzimatico per la pulizia, la mancanza di efficienza può essere dovuta o a una non corretta applicazione delle condizioni fisico-chimiche, o alla presenza di una sostanza che influenza l'azione degli enzimi (vedi diapositive su azione enzimatica e inibizione). Se si desidera prevenire la biodegradazione, può essere efficace la modificazione delle condizioni ambientali, ma dobbiamo ricordare che pur impedendo la crescita microbica, non necessariamente interrompono l'attività enzimatica. I processi di decomposizione continueranno fino a quando gli enzimi liberi non verranno inattivati.

32 Fine Modulo G: Enzimi