 |
|
АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология |
Общие сведения о ферментахПрименение ферментов нельзя назвать достижением современности: они использовались на протяжении веков при дублении кож, изготовлении сыра, в производстве солода для пивоварения, в заквасках для хлеба и т.д. В этих процессах ферменты применялись в составе животных и растительных тканей или целых микроорганизмов. Начало применения промышленных ферментов в виде частично очищенных препаратов относится к концу XIX столетия. Из более чем 2000 известных в настоящие время ферментов в промышленности используется около 30. Основная часть ферментов, поступающих на мировой рынок, приходится на долю гидролаз, из которых 60% составляют пептидогидролазы (в основном щелочные и нейтральные протеазы), использующиеся в качестве детергентов а производстве синтетических моющих средств, а 30% – гликозидазы, применяющиеся в производстве кондитерских изделий, фруктовых и овощных соков. Ферменты находят применение в текстильной, кожевенной, целлюлозно-бумажной, медицинской, химической промышленности (табл. 7.1). По прогнозам ученых, основным потребителем ферментов в ближайшем будущем остается пищевая промышленность. Главное место среди этих энзимов занимают гликоизомераза и глюкоамилаза, применяющиеся для приготовления обогащенных фруктозой кукурузных сиропов и составляющие около 50% рынка пищевых энзиматических препаратов. В настоящие время многие отрасли промышленности – хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство спирта, сыроделие, производство органических кислот, чая, аминокислот, витаминов, антибиотиков – основано на использовании различных ферментативных процессов. В связи с этим возникла и развивается новая отрасль промышленности – производство ферментных препаратов. Производство ферментных препаратов занимает одно из ведущих мест в современной биотехнологии и относится к тем её отраслям, объем продукции которых постоянно растет, а сфера применения неуклонно расширяется. По объему производства ферментов доминируют страны Западной Европы. Резкий рост этой индустрии наблюдается в США и Японии. Ферменты присущи всем живым существам, однако для их выделения используют те природные продукты, в которых содержание искомого энзима составляет не менее 1 %. Для крупномасштабного получения ферментов пригодны только некоторые растительные организмы на определенной фазе их развития (проросшие зерно различных злаков и бобовых, латекс и сок зеленой массы ряда растений), а также отдельные ткани и органы животных (поджелудочная железа, слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта, сычуг крупного рогатого скота, семенники половозрелых животных). Практически не ограниченный источник ферментов – микроорганизмы (бактерии, грибы, дрожжи), содержащие набор большинства известных в настоящие время энзимов, количество которых можно повысить в десятки и сотни раз методами мутагенеза, селекции и индукции биосинтеза. Таблица 7.1 Применение ферментов
Ферменты – биологические катализаторы белковой природы. Они значительно повышают скорость химической реакции, которые в отсутствии ферментов протекают очень медленно. При этом ферменты не расходуются и не претерпевают необратимых изменений. Важнейшее биологическое свойство ферментов – специфичность. Специфичность ферментов характеризует их способность катализировать определенные типы превращений тех или иных субстратов. Фермент может катализировать более одного типа превращений. Так, многие карбогидразы (целлюлазы, β-глюказидазы, глюкоамилаза, β-галактозидаза) катализируют как гидролиз полисахаридов, так и перенос гликозильных остатков на углеводные субстраты. Ряд ферментов обладает абсолютной субстратной специфичностью, то есть катализирует превращение только одного субстрата. Примеры таких ферментов – глюкозооксидаза, многие дегидрогеназы. Известны ферменты широкой субстратной специфичности, такие как липазы, эстеразы, фосфатазы. Распространены ферменты так называемой групповой специфичности, то есть такие, которые превращают ряд субстратов, обладающих характерным признаком. Так, α-амилаза гидролизирует линейные и разветвленные полимеры α-1,4-связанной глюкозы, химотрипсин – пептидные связи в белках, образованные остатками ароматических аминокислот. Большинство ферментов проявляют абсолютную стереоспецифичность, превращая только L- или только D-форму субстрата. Стереоспецифичность проявляется также в отношении цис- и транс-формы изомеров. Современная классификация ферментов делит их на шесть классов по типу катализируемых реакций. Деление внутри классов основано на более подробной характеристике катализируемой реакции и её субстратной специфичности. Классы ферментов: 1 класс – оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции (присоединение О2, отнятие и перенос Н2, перенос электролитов); 2 класс – трансферазы – ферменты переноса. Катализируют перенос целых атомных группировок с одного соединения на другое (например, остатков моносахаридов, аминокислот, остатков фосфорной кислоты, метильных и аминных групп и т.д.); 3 класс – гидролазы – ферменты, катализирующие реакции гидролиза, то есть расщепления сложных органических соединений на более простые с участием воды. 4 класс – лиазы – ферменты, катализирующие реакции негидролитического отщепления каких-либо групп от субстрата с образованием двойной связи или присоединение группировок по месту разрыва двойной связи (например, Н2О, СО2, NH3 и т.д.); 5 класс – изомеразы – ферменты, катализирующие реакции изомеризации, то есть внутримолекулярного переноса химических группировок и образования изомерных форм различных органических соединений; 6 класс – лигазы (синетазы) – ферменты, катализирующие реакции синтеза, сопряженные с разрывом высокоэнергетической связи АТФ и других нуклеозидрифосфатов (при этом возможно образование С–С-; С–S-; С–О-; и C–N- связей). В табл. 7.2 представлены шифры, принятые для различных ферментов, их систематические и тривиальные названия. В таблицу включены лишь ферменты, имеющие принципиальное значение при хранении, переработке сырья и в производстве пищевых продуктов. В дальнейшем, везде где это возможно, будут применяться тривиальные названия. Внимание технологов, перерабатывающих биологическое сырье, привлекают прежде всего ферменты первого класса – оксидоредуктазы, а также третьего класса – гидролазы, поскольку при переработке пищевого сырья происходит разрушение клеточной структуры биологического материала, повышается доступ кислорода воздуха к измельченным тканям и создаются благоприятные условия для действия ферментов типа оксигеназ, а также освобождаются гидролитические ферменты, которые активно расщепляют все основные структурные компоненты клетки (белки, липиды, полисахариды), в связи с чем процессы клеточного содержимого (процессы автолиза, самопериваривания) становятся преобладающими. Остановимся на рассмотрении отдельных представителей этих двух важнейших для пищевой промышленности классов ферментов Таблица 7.2. Номенклатура ферментов, имеющих значение в пищевой промышленности
Дата добавления: 2015-08-06 | Просмотры: 1049 | Нарушение авторских прав |