Eiwitsplitsende enzymen in wasmiddelen

Annelies Kuypers en Marleen Kok

Philips van Horne Scholengemeenschap

Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren. Er bestaan 20 natuurlijke aminozuren die in de restgroep van elkaar verschillen. Door polymerisatie van aminozuren, waarbij de aminogroep reageert met de zuurgroep van een naastliggend aminozuur, wordt onder afsplitsing van water een peptidebinding gevormd. De volgorde van de aminozuren bepaalt de structuur en functie van de keten en wordt de primaire structuur van het eiwit genoemd. De eiwitketen kan zich opvouwen en wordt dan door waterstofbruggen in deze conformatie gehouden; de secundaire structuur, die de ruimtelijke bouw beschrijft van delen van de polypeptideketen. De totale ruimtelijke bouw van een eiwit wordt de tertiaire structuur genoemd. Hierin spelen naast de vorming van H-bruggen ook het hydrofobe karakter van de restgroepen een rol. Tevens is er sprake van electrostatische interacties en zweavelbruggen. De secundaire en tertiaire structuur worden volledig bepaald door de primaire structuur.
Eiwitten kunnen gedenatureerd worden, wat wil zeggen dat de tertiaire en secundaire structuur verbroken worden, wat kan plaatsvinden door bijvoorbeeld temperatuurverhoging of pH-verandering.

Enzymen zijn biokatalysatoren die biochemische reacties in het lichaam katalyseren. Een enzym is opgebouwd uit twee componenten, het apoënzym en het coënzym. Het apoënzym is een eiwit en het coënzym is het niet-eiwitdeel, bijvoorbeeld een metaal-ion of vitamine.
In een bepaald deel van het enzymmolecuul bevindt zich het actieve centrum waarin de eigenlijke reactie plaatsvindt. Een substraatmolecuul past precies in het actieve centrum waardoor er een enzym-substraat-complex ontstaat. Enzymen zijn zeer specifiek; niet alle substraten kunnen binden, alleen diegenen die precies in de holte passen, die zich in de buurt van het actieve centrum bevindt. Op deze manier kan het enzym als het ware substraten herkennen.
Het functioneren van enzymen kan worden beïnvloed door moleculen die met enzymen kunnen binden. Door deze bindingen kan de ruimtelijke structuur en chemische eigneschappen van het enzym veranderd worden. Het gevolg kan een verhoogde enzymactiviteit zijn, wat betekent dat de gebonden stof een activator is. Ook remstoffen of inhibitors kunnen binden en daardoor de enzymactiviteit verlagen. Zij gaan concurrentie aan met substraatmoleculen om het actieve centrum.
Enzymatische reacties zijn reversibel. Bij een bepaalde enzymconcentratie zal als de concentratie van het substraat toeneemt de snelheid van de enzymreactie ook toenemen totdat bij een bepaalde sutbstraatconcentratie de snelheid niet meer toeneemt. De reactiesnelheid heeft dan een maximale waarde bereikt en blijft constant. Een enzym functioneert binnen een bepaald temperatuurbereik met een optimum temperatuur waarop het enzym het beste functioneert. Ditzelfde geldt ook voor de pH. Elk enzym heeft een pH-optimum.

Een wasmiddel bestaat niet alleen maar uit zeep, er worden tegenwoordig veel meer stoffen toegevoegd om het wasgoed maar zo schoon mogelijk te maken. Ingrediënten van wasmiddelen zijn detergenten oftewel zepen, wasversterkers, bleekmiddelen en spooringrediënten zoals optische witmakers, geurstoffen en enzymen.
De enzymen in wasmiddelen zijn proteasen, eiwitsplitsende enzymen, om eiwitvlekken als bloed en etensresten te verwijderen en enzymen, die vetvlekken hydrolyseren.

Onderzoek werd verricht naar de volgende vragen. Welke onderzochte wasmiddelen bevatten enzymen die eiwitten afbreken? Komt dit overeen met wat er op de verpakking staat? Welke wasmiddelen zijn bij de gehanteerde temperaturen nu het best in staat om eiwitten af te breken? Heeft de tijdsduur waarin de enzymen met het eiwit in contact gebracht worden, invloed op de waswerking?
Verder werd onderzocht of de activiteit van eiwitsplitsende enzymen afhangt van de temperatuur en of de pH invloed heeft op de werking van deze proteasen.

Er werd gebruik gemaakt van de filmstrookjesmethode. Op een filmstrookje of fotonegatief van een zwart-wit film bevindt zich een afbreekbare eiwitlaag. Doordat de dikte van de eiwitlaag op verschillende plaatsen op het negatief varieert ontstaan er verschillen tussen licht en donker. Eiwitsplitsende enzymen zijn op dezelfde manier in staat de eiwitlaag op zwart-wit negatieven af te breken. Verschillen in activiteit van de enzymen zijn goed te bepalen. Indien de eiwitlaag op het negatief na reactietijd doorzichtige plekken vertoont dan hebben de enzymen eiwitten gesplitst, maar de waswerking was dan niet optimaal. Is er na een bepaalde tijd geen eiwitlaag meer zichtbaar op het negatief en zijn de fotocontouren verdwenen, dan hebben de enzymen in voldoende mate gewerkt. Als na bepaalde tijd de contouren van de foto nog steeds te onderscheiden zijn dan hebben de enzymen niet of nauwelijks gewerkt.
Zes verschillende waspoeders werden getest door negatieven in de verschillende wasmiddel-oplossingen te leggen voor bepaalde tijd. De tijdsduur van blootstelling aan de wasmiddel-oplossingen en de temperatuur werden gevarieerd. Het bleek dat temperatuur een erg grote invloed heeft op de werking van de enzymen. Bij een lage temperatuur, 20C, werkten de enzymen niet voldoende om de eiwitlaag af te breken. Bij hoge temperatuur, 90C, was de activiteit ook niet optimaal. Bij deze hoge temperatuur worden de enzymen gedenatureerd. Bij 40C werkten ze net iets beter dan bij 60C. Het optimum ligt bij 50C. Er werden niet veel verschillen tussen de wasmiddelen onderling gevonden. Na een half uur blootstelling aan wasmiddel werd het beste resultaat verkregen.
De pH afhankelijkheid werd gemeten in fosfaatbuffers met een pH variërend tussen 5 en 8. Ook de pH heeft grote invloed op de activiteit van de enzymen. Bij pH 7.7 vertoonden de enzymen de hoogste activiteit. De enzymen in de zogenaamde compacte wasmiddelen hadden de beste werking, want deze bevatten hogere enzymconcentraties.