Сутність ферментів, їх завдання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Ферменти - це специфічні білки, які виконують в організмі роль біологічних каталізаторів. Являючись білками, ферменти мають первинну, вторинну, третинну і багато з них - четвертинну структуру.

У майбутньому відкриваються широкі можливості для конструювання нових ферментів. Одна з них - спрямована зміна окремих амінокислот шляхом зміни генів, які кодують ферменти. Ми все глибше пізнаємо закони,за якими білки беруть специфічну тривимірну конфігурацію,тому не виключена поява в найближчому майбутньому абсолютно нових сконструйованих ферментів. Цей напрямок називається білковою інженерією.

При гідролізі ферментів утворюється суміш амінокислот. Відомо більше, як 20 різних амінокислот, які входять в склад білків.

Ферменти мають загальні з білками фізично-хімічні властивості: при гідролізі розщеплюються на амінокислоти; мають високу молекулярну масу; утворюють високу молекулярну масу; створюють колоїдні розчини; погано кристалізуються; дуже нестійкі до високих температур солей, важких металів, кислот, лугів і т. п; мають антигенні властивості.



1. Історія вивчення

фермент каталізатор амінокислота

Термін фермент запропонований в XVII столітті хіміком ван Гельмонтом при обговоренні механізмів травлення.

В кінці ХVIII - поч. XIX ст. вже було відомо, що м'ясо перетравлюється шлунковим соком, а крохмаль перетворюється на цукор під дією слини. Однак механізм цих явищ був невідомий .

У XIX в. Луї Пастер, вивчаючи перетворення вуглеводів в етиловий спирт під дією дріжджів, дійшов висновку, що цей процес ( бродіння) каталізується якоюсь життєвою силою, що перебуває в дріжджових клітинах.

Більше ста років тому терміни фермент і ензим відображали різні точки зору в теоретичному спорі Л. Пастера з одного боку, і М. Бертло і Ю. Лібіха - з іншого, про природу спиртового бродіння. Власне ферментами (від лат. fermentum - Закваска) називали "організовані ферменти" (тобто самі живі мікроорганізми), а термін ензим (від греч. ?н- - В-і жэмз - дріжджі, закваска) запропонований в 1876. В. Кюне для "неорганізованих ферментів", секретується клітинами, наприклад, в шлунок ( пепсин) або кишечник ( трипсин, амілаза). Через два роки після смерті Л. Пастера в 1897 Е. Бухнер опублікував роботу "Спиртове бродіння без дріжджових клітин", в якій експериментально показав, що безклітинний дріжджовий сік здійснює спиртове бродіння так само, як і незруйновані дріжджові клітини. В 1907 за цю роботу він був удостоєний Нобелівської премії. Вперше високо очищений кристалічний фермент (уреаза) був виділений в 1926 році Дж. Самнером. Протягом наступних 10 років було виділено ще кілька ферментів, і білкова природа ферментів була остаточно доведена.

Каталітична активність РНК вперше була виявлена ??в 1980-і роки у пре-рРНК Томасом Чеком, що вивчав сплайсінг РНК у інфузорії Tetrahymena thermophila.

Рибозимів виявилася ділянка молекули пре-рРНК Tetrahymena, що кодується Інтрон позахромосомних гена РДНК; цю ділянку здійснював аутосплайсінг, тобто сам вирізав себе при дозріванні рРНК.

2. Номенклатура

Ферментологія дуже довго не мала строго наукової номенклатури ферментів. Найменування ферментам давали за випадковими ознаками (тривіальна номенклатура), за назвою субстрату (раціональна), за хімічним складом ферменту, нарешті, за типом реакції і характером субстрату.

Прикладами тривіальної номенклатури можуть служити назви таких ферментів, як пепсин (від грец. пепсис - травлення), трипсин (від грец. трипсис - розріджую) і папаїн (від назви динного дерева Carica papaja із соку якого він виділений).

Найбільшого поширення набула раціональна номенклатура, згідно з якою назва ферменту складається з назви субстрату характерного закінчення -аза. Так, фермент, прискорюючий реакцію гідролізу крохмалю, отримав назву амілаза (від грец. амілон - крохмаль), гідролізу жирів - ліпаза (від грец. ліпос - жир), сечовини - уреаза (від грец. уреа - сечовина) тощо.

Коли методами аналітичної хімії були досягнуті відомі успіхи в розшифровці хімічної природи простетичних груп, виникла нова номенклатура ферментів. Їх стали іменувати за назвою простетичної групи, наприклад, гемінфермент (простетична група - гем). Потім у назві ферменту стали позначати як на характер субстрату, так і на тип каталізуючої реакції. Наприклад, фермент, який забирає водень від молекули янтарної кислоти, називають сукцинатдегідрогеназою, підкреслюючи цим одночасно і хімічну природу субстрату, і відбирання атомів водню в процесі ферментативної дії.

У 1961 р. Міжнародна комісія за номенклатурою ферментів представила V Міжнародному біологічному конгресі проект номенклатури, побудований на строго наукових принципах. Згідно з цією номенклатурою назва ферментів складається з хімічної назви субстрату і назви реакції, яка здійснюється ферментом. Якщо хімічна реакція, прискорена ферментом, супроводжується перенесенням угрупування атомів від субстрату до акцепторів, назва ферменту включає також хімічне найменування акцептора.
Наприклад, піридоксаль фермент, каталізуючий реакцію переамінування між L-аланіном і кетоглутаровою кислотою, називається L-аланін: 2-оксоглутарат амінотрансфераза. У цій назві відзначені відразу три особливості:

1) субстратом є L-аланін;

2) акцептором служить 2-оксоглутарова кислота;

З) від субстрату до акцепторів передається аміногрупа.

3. Класифікація

Класифікація ферментів заснована на механізмі їх дії і включає 6 класів:

1) Оксиредуктази - каталізують окисно-відновні реакції:

а) дегідрогенази - ферменти, які переносять водень із одного субстрату на інший;

б) оксидази - ферменти, які переносять водень із субстрату, який окислився на інший.

2) Трансферази - ферменти, які прискорюють перенос атомів або груп атомів, радикалів з одного субстрату на інший:

а) метилтрансферази - ферменти, які переносять метильну групу з одного субстрату на інший;

б) ацетилтрансферази - ферменти, які переносять кислотні залишки з одного субстрату на інший;

в) амінотрансферази - ферменти, які переносять аміногрупи з одного субстрату на інший;

г) фосфотрансферази - ферменти, які переносять залишки фосфорної кислоти з одного субстрату на інший;

д) сульфідтрансферази - ферменти, які переносять залишки сульфогрупи з одного субстрату на інший;

3) Гідролази - ферменти, які каталізують за участі води; розщеплюють складні органічні сполуки по ефірному або пептидному зв'язку:

а) естерази - ферменти, які каталізують гідроліз складних ефірів;

б) гідролазифосфомоно- та диефірів - ферменти, які каталізують відщеплення фосфорної кислоти від різних сполук;

в) глюкозидази - ферменти, які приймають участь в гідролізі глюкозидів;

г) пептидази - ферменти, які каталізують розщеплення білків, дипептидів, що містять подвійний зв'язок;

д) амідази - ферменти, які каталізують відщеплення аміногрупи за допомогою води у амідів, нуклеотидів та інших сполук;

З них важливу роль в біохімічних процесах в організмі відіграють уреаза, аспарагіназа і глутаміназа. Аспарагіназа і глутаміназа прискорюють гідроліз амідів дикарбонових кислот - аспарагінової і глутамінової, наприклад:

е) поліфосфатази - ферменти, які гідролізують фосфоангідридні зв'язки.

4) Ліази - ферменти, які не гідролітичним шляхом відщеплюють ту чи іншу групу або розривають С-С зв'язок.

5) Ізомерази - ферменти, які каталізують процеси зміни геометричної або просторової конфігурації молекул.

Найважливішими ізомеразами є тріозофосфт-ізомераза, фосфогліцерат-фосфомутаза, альдозомутаротаза і ізопентенілдифосфат-ізомераза.

Тріозофосфт-ізомераза прискорює перенесення атомів Н в процесі перетворення 3-фосфогліцерінового алдегіда в фосфодиоксіацетон і назад:

6) Лігази (синтетази) - ферменти, які каталізують реакції біосинтезу за рахунок енергії АТФ або інших нуклеозидтрифосфатів.

Основну частину ферментів, одержуваних промисловим способом, складають гідролази. До них відносяться, в першу чергу амілолітичні ферменти: б-амілаза, в-амілаза, глюкоамілаза. Їх основна функція - гідроліз крохмалю і глікогену. Крохмаль при гідролізі розщеплюється на декстрини, а потім до глюкози. Ці ферменти застосовуються у спиртовій промисловості, хлібопеченні.

Протеолітичні ферменти утворюють клас пептидгідролаз. Їхня дія полягає у прискоренні гідроліз у пептидних зв'язків у білках і пептидах. Важлива їхня особливість - селективний характер дії на пептидні зв'язки в білковій молекулі. Наприклад, пепсин діє тільки на зв'язок з ароматичними амінокислотами, трипсин - на зв'язок між аргініном і лізином. У промисловості протеолітичні ферменти класифікують за здатністю проявляти активність у певній галузі рН:

рН 1.5 - 3.7 - кислі протеази;

рН 6.5 - 7.5 - протеази;

pH> 8.0 - лужні протеази.

Протеази находять широке застосування в різних галузях промисловості:

м'ясна - для пом'якшення м'яса;

шкіряна - пом'якшення шкір;

кіновиробництво - розчинення желатинового шару при регенерації плівок;

парфумерна - добавки в зубну пасту, креми, лосьйони;

виробництво миючих засобів - добавки для видалення забруднень білкової природи;

медицина - при лікуванні запалювальних процесів, тромбозів;

Пектолітичні ферменти зменшують молекулярну масу і знижують в'язкість пектинових речовин. Пектинази діляться на дві групи - гідролази і транселімінази. Гідролази відщеплюють метильні залишки або розривають глікозидні зв'язки. Транселіміназ прискорюють не гідролітичні розщеплення пектинових речовин з утворенням подвійних зв'язків. Застосовуються в текстильній промисловості (вимочування льону перед переробкою), у виноробстві - освітлення вин, а також при консервуванні фруктових соків.

Целюлолітичні ферменти дуже специфічні, їх дія виявляється в де полімеризації молекул целюлози. Зазвичай використовуються у вигляді комплексу, який доводить гідроліз целюлози до глюкози (у гідролізній промисловості). У медичній промисловості їх використовують для виділення стероїдів з рослин, у харчовій - для поліпшення якості рослинних олій, у сільському господарстві - як добавки до комбікормів для жуйних тварин.

4. Властивості ферментів

Будучи білками, ферменти володіють усіма їх властивостями. Разом з тим біокаталізатори характеризуються рядом специфічних якостей, теж які випливають з їх білкової природи. Ці якості відрізняють ферменти від каталізаторів звичайного типу. Сюди відносяться термолабільність ферментів, залежність їх дії від значення рН середовища, специфічність і, нарешті, схильність до впливу активаторів та інгібіторів.

Термолабільність ферментів пояснюється тим, що температура, з одного боку, впливає на білкову частину фермента, приводячи при дуже високих значеннях до денатурації білка і зниження каталітичної функції, а з іншого боку, впливає на швидкість реакції утворення фермент-субстратного комплексу і на всі наступні етапи перетворення субстрату, що веде до посилення каталізу.

Залежність каталітичної активності ферменту від температури виражається типовою кривою. До деякого значення температури (в середньому до 50°С) каталітична активність зростає, причому на кожні 10°С приблизно в 2 рази підвищується швидкість перетворення субстрату. В той же час поступово зростає кількість інактивованого ферменту за рахунок денатурації його білкової частини. При температурі вище 50°С денатурація ферментного білка різко посилюється і, хоча швидкість реакцій перетворення субстрату продовжує рости, активність ферменту падає.

Температура, при якій каталітична активність ферменту максимальна, називається його температурною оптимальністю. Температурний оптимум для різних ферментів неоднаковий. Загалом для ферментів тваринного походження він лежить між 40 і 50°С, а рослинного - між 50 і 60°С. Однак є ферменти з більш високим температурним оптимумом, наприклад, у папаїну (фермент рослинного походження, прискорюючий гідроліз білка) оптимум знаходиться при 8°С. У той же час у каталази (фермент, прискорюючий розпад Н2О2 до Н2О і О2) оптимальна температура дії знаходиться між 0 і -10°С, а при більш високих температурах відбувається енергійне окислення ферменту і його інактивація.

Залежність активності ферменту від значення рН середовища була установлена понад 50 років тому. Для кожного ферменту існує оптимальне значення рН середовища, при якому він проявляє максимальну активність. Більшість ферментів має максимальну активність в зоні рН поблизу нейтральної точки. У різко кислому або різко лужному середовищі добре працюють лише деякі ферменти.

Специфічність - одна з найбільш видатних якостей ферментів. Цю властивість було відкрито ще в минулому столітті, коли було зроблено спостереження, що дуже близькі за структурою речовини - просторові ізомери розщеплюються за ефірним зв'язком двома абсолютно різними ферментами. Виділяють такі види її:

а) абсолютна специфічність - фермент каталізує перетворення тільки одного субстрату (один фермент - один субстрат). Приклад - уреаза, аргіназа, сахараза, лактаза та ін.)

б) стереоструктурна - фермент каталізує перетворення певного стереоізомеру (лактатдегідрогеназа перетворює тільки L-лактат)

в) відносна - фермент каталізує перетворення групи речовин з одним типом хімічного зв'язку (один фермент - один зв'язок). Приклад пептидаза, естераза, глікозидаза.

Деякі ферменти, однак, володіють не дуже суворою специфічністю - так, фермент шлункового соку пепсин розщеплює пептидні зв'язки, утворені як ароматичними, так і кислими амінокислотами (зауважимо, що для виконання біологічної функції пепсину і не потрібна висока специфічність: навпаки, чим більше різних пептидних зв'язків він розщеплює, тим краще перетравиться їжа в шлунку).

Ферменти володіють надзвичайно високою ефективністю, значно перевершує ефективність звичайних каталізаторів. Так, одна молекула ферменту каталази, прискорюючого розкладання перекису водню на воду і кисень, встигає розщепити 200000 молекул субстрата за одну секунду.



5. Будова ферментів

За будовою ферменти можуть бути однокомпонентними, простими білками і двокомпонентними, складними білками. У другому випадку в складі ферменту виявляється додаткова група небілкової природи.

Додаткову групу, міцно пов'язану, не відокремлювану від білкової частини, називають простетичною групою; на відміну від цього додаткову групу, яка легко відділяється від білкової та здатна до самостійного існування, зазвичай іменують коферментом. Роль коферментів в двокомпонентних ферментах грають більшість вітамінів( Е, К, Q, В1, В2, В6 В12, Н і ін.) або з'єднань, побудованих за участю вітамінів (коензим А НАД+ тощо.).

Характерною особливістю двокомпонентних ферментів є те, що ні білкова частина, ні додаткова група окремо не володіють помітною каталітичною активністю. Тільки їх комплекс проявляє ферментативні властивості. Таким чином, хоча безпосереднім виконавцем каталітичної функції є простетична група, як каталітичний центр, її дія немислима без участі поліпептидних фрагментів білкової частини ферменту. Більш того, в апоферменті є ділянка, що характеризується специфічною структурою, вибірково зв'язує кофермент. Так званий кофермент зв'язує домен; його структура у різних апоферментів, що з'єднуються з одним і тим же коферментом, дуже схожа. Так, наприклад, просторові структури нуклеотид зв'язувальних доменів ряду дегідрогеназ.

Інакше йде справа у однокомпонентних ферментів, що не мають додаткових груп, які могли б входити в безпосередній контакт з перетворюваним з'єднанням. Цю функцію виконує частина білкової молекули, звана каталітичним центром. Припускають, що каталітичний центр однокомпонентного ферменту являє собою унікальне поєднання декількох амінокислотних залишків, розташованих в певній частині білкової молекули.

Найчастіше в каталітичних центрах однокомпонентних ферментів зустрічаються залишки сер, гіс, арг, асп. Радикали перерахованих амінокислот тут виконують ту ж функцію, що й кофермент у складі двокомпонентного ферменту.

Амінокислотні залишки, що утворюють каталітичний центр однокомпонентного ферменту, розташовані в різних точках єдиного поліпептидного ланцюга. Тому каталітичний центр виникає в той момент, коли білкова молекула набуває властиву їй третинну структуру. Отже, зміна третинної структури ферменту під впливом тих чи інших чинників може призвести до деформації каталітичного центру і зміни ферментативної активності.

Крім каталітичного центру, утвореного поєднанням амінокислотних радикалів або приєднанням коферменту, у ферментів розрізняють ще два центри: субстратний і алостеричний.

Під субстратним центром розуміють ділянку молекули ферменту, відповідальну за приєднання речовини (субстрату). Часто ця ділянка називають "якірним майданчиком" ферменту, де, як судно на якір, стає субстрат. У багатьох випадках прикріплення субстрату до ферменту йде за рахунок взаємодії з аміногрупою радикала ліз, розташованого в субстратному центрі. Цю ж роль може виконувати -СООН група глибинах, а також НS-група цис.

Алостеричний центр являє собою ділянку молекули ферменту, в результаті приєднання до якоїсь певної низькомолекулярної (а іноді - і високомолекулярного) речовини змінюється третинна структура білкової молекули. Внаслідок цього змінюється конфігурація активного центру, що супроводжується або збільшенням або зменшенням каталітичної активності ферменту. Це явище лежить в основі так званого алостеричного регулювання каталітичної активності ферментів.



6. Механізм дії

Передбачалося, що ферменти адсорбують на своїй поверхні реагуючі молекули, в результаті чого на ділянках сорбції концентрація молекул субстрату збільшується, і це підвищує ймовірність протікання реакції між ними. Поступово склалася думка, що фермент не сорбує субстрат на своїй поверхні, а вступає з ним у взаємодію, причому ця взаємодія на першому етапі полягає в утворенні неміцного з'єднання-комплексу між ферментом і субстратом. З кожною молекулою ферменту ( а точніше, з кожним його каталітичним центром) реагує одна молекула субстрату, причому реакція має незворотний характер. Якщо фермент позначити буквою Е, а субстрат буквою S, то реакцію можна написати у вигляді рівняння:

E+S-ES

Абсолютно очевидно, що ферментативний процес в цілому не може закінчитися утворенням фермент-субстратного комплексу. Цей комплекс являє собою лише проміжне з'єднання, яке піддається подальшим перетворенням. У найпростішому випадку - це хімічне перетворення комплексу, внаслідок якого субстрат (S) розпадається на продукти (позначимо їх буквою Р), а фермент виходить з реакції в незмінному вигляді. У цілому рівняння буде виглядати так:

E+S-ES-E+P

Саме таким чином уявляли собі протікання ферментативної реакції німецькі вчені Л. Міхаеліс і його співробітниця М. Ментен, які ще в 1913 році розвинули загальну теорію ферментативної дії, засновану на ідеї утворення проміжного фермент-субстратного комплексу як першої стадії реакцій.

Найчастіше розпаду комплексу передує його хімічне перетворення (активація), що становить ще одну проміжну стадію і знову ускладнює рівняння реакції:

E+S-ES-ES*-E+P

Тут активний комплекс позначений ES*

Швидкості протікання окремих стадій ферментативного процесу неоднакові.

Одні йдуть швидше, інші повільніше. Швидкість всієї реакції буде визначатися швидкістю самої повільної реакції. В ферментативному процесі швидкості різних стадій теж неоднакові. Перший етап цього процесу - утворення фермент-субстратного комплексу ES являє собою, як ми вже говорили, оборотну реакцію і в звичайних умовах протікає надзвичайно швидко, вочевидь, значно швидше, ніж наступні стадії. Тому загальна сумарна швидкість всього процесу визначається не цією реакцією. Але ця стадія найбільш відповідальна, так як сама важливість каталітичної дії ферменту залежить від того, утворюється фермент-субстратний комплекс чи ні. Всі наступні етапи - це тільки перетворення утвореного комплексу.

Ще наприкінці минулого століття відомий німецький хімік Еміль Фішер висловив припущення, що фермент повинен підходити до субстрату як ключ до замка. Це вираз став крилатим. Проте образ "ключ-замок" перестав задовольняти вчених. Цей образ передбачає жорсткість, незмінність структури, залізну міцність ферменту і субстрату. Такі властивості не типові для гнучких, рухливих молекул біологічних речовин. Тому, головним чином завдяки роботам американського біохіміка Д. Кашленда, виникла інша теорія, що доповнює і розширює подання Фішера. Згідно цієї гіпотези, повна відповідність між молекулою субстрату і каталітичним центром ферменту виникає лише тоді, коли вони зустрічаються один з одним. Субстрат викликає в молекулі ферменту таку зміну розташування хімічних груп у просторі, що раніше були відсутні відповідності з'являються і разом з цим з'являється можливість утворити фермент-субстратний комплекс. Його виникнення пов'язане з гнучкістю білкової молекули, з рухливістю її структури, але воно можливе, зрозуміло, тільки в тому випадку коли молекула субстрату має придатні для цієї властивості і форму.

Тільки після контакту ферменту з субстратом хімічні угрупування активного центру (А, В, С) в результаті зміни їх просторового розташування приходять в стан строгої відповідності молекулі субстрату.

7. Локалізація ферментів в клітині

Однією з принципових відмінностей ферментів від каталізаторів небіологічного походження є кооперативний характер їх дії. На рівні одиночної молекули ферменту кооперативний принцип реалізується у тонкій взаємодії субстратного, активного і алостерического центрів. Однак більше значення має кооперативне здійснення реакцій лише на рівні ансамблів ферментів. Саме завдяки наявністі систем ферментів - у вигляді мультиензимних комплексів або ще складніших утворень - метаболонів, які забезпечують каталітичні перетворення всіх учасників єдиного метаболічного циклу - у клітинах із швидкістю здійснюються багатостадійні процеси, як розпаду, і синтезу органічних молекул. Ферментативний каталіз в багатостадійних реакціях йде без виділення проміжних продуктів: лише виникнувши, вони відразу піддаються подальшим перетворенням.

Це можливе лише тому, що у клітинному вмісті ферменти розподілені не хаотично, а суворо упорядковано. З сучасної точки зору клітина є високоорганізованою системою, в окремих частинах якої здійснюються суворо визначені біохімічні процеси. У відповідність з приуроченістю їх до визначених субклітинним частинкам чи відсікам (компартментам) клітини в них локалізовані ті чи інші індивідуальні ферменти, мультиензимні комплекси, поліфункціональні ферменти чи найскладніші метаболони.

Різноманітні гідролази і ліази зосереджені переважно у лізосомах. Усередині цих порівняно невеликих (кілька нанометрів в діаметрі) пухирців, обмежених мембраною від гіалоплазми клітини, протікають процеси деструкції різних органічних сполук до тих найпростіших структурних одиниць, з яких вони побудовані. Складні ансамблі окисно-відновних ферментів, такі, наприклад, як цитохромна система, перебувають у мітохондріях. У цих субклітинних частинках локалізований набір ферментів циклу дикарбонових і трикарбонових кислот. Ферменти активування амінокислот розподілені в гіалоплазмі, але вони ж є і ядрі. У гіалоплазмі присутні численні метаболони гліколіза, структурно поєднані з такими пентозофосфатного циклу, що забезпечує взаємоперемикання дихотомічного і апотомічного шляхів розпаду вуглеводів. У той самий час ферменти, що прискорюють перенесення амінокислотних залишків на зростаючий кінець поліпептидної ланки і каталізуючі деякі інші реакції у процесі біосинтезу білка, зосереджені рибосомальному апараті клітини.

Нуклеотидилтрансферази, що прискорюють реакцію перенесення нуклеотидних залишків при новоутворенні нуклеїнових кислот, локалізовані переважно у ядерному апараті клітини. Отже, системи ферментів, зосереджені у тих чи інших структурах, беруть участь у здійсненні окремих циклів реакцій. Будучи тонко кординовані один з одним, ці окремі цикли реакцій забезпечують життєдіяльність клітин, органів, тканин та організму в цілому.

8. Значення ферментів

Ферменти необхідні для:

перетравлення харчових продуктів;

стимуляції діяльності мозку;

процесів енергозабезпечення клітин;

відновлення органів і тканин.

В залежності від того, які види реакцій організму каталізують ферменти, вони виконують різні функції. Найчастіше їх поділяють на дві основні групи:

травні;

метаболічні.

Травні ферменти виділяються в шлунково-кишковому тракті, руйнують поживні речовини, сприяючи їх абсорбції в системний кровотік.

Розрізняють три основні категорії таких ферментів:

Амілаза;

Протеаза;

Ліпаза.

Амілаза розщеплює вуглеводи і знаходяться в слині, панкреатичному секреті і у вмісті кишечника. Різні види амілази розщеплюють різні цукри.

Протеази, що знаходяться в шлунковому соку, панкреатичному секреті і у вмісті кишечника, допомагають перетравлювати білки.

Ліпаза, що знаходиться в шлунковому соку і панкреатичному секреті, розщеплює жири.

Метаболічні ферменти каталізують біохімічні процеси всередині клітин.

Ферменти є біологічними каталізаторами, вони присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, що відбуваються в живих організмах -- ними каталізується біля 4000 хімічно окремих біореакцій. Ферменти грають найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, скеровуючи та регулюючи обмін речовин організму.

Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в прямий, ні у зворотний бік. Відмінність ферментів від небілкових каталізаторів полягає у їхній високій специфічності -- константа дисоціації деяких субстратів з білком-ферментом може досягати менш ніж 10?10 моль/л.

Так, уреаза - фермент каталізує розщеплення сечовини, глюкозо-6-фосфатаза каталізує відщеплення фосфату від глюкозо-6-фосфату, ліпаза - розщеплює жири в травному тракті (а також усередині клітини), амілаза - фермент, що розщеплює крохмаль або глікоген. Кожна молекула ферменту здатна здійснювати від кількох тисяч до кількох мільйонів операцій на хвилину. У ході цих операцій ферментний білок не витрачається. Він з'єднується з реагуючими речовинами, прискорює їх перетворення і виходить із реакції незмінним.

Значення ферментів та коферментів в обміні речовин та м'язовій діяльності. В основі життєдіяльності організму лежать хімічні перетворення різних речовин, швидкість яких визначають ферменти - біологічні каталізатори. Травлення, використання всіх корисних речовин, які надійшли в організм, ріст, згортання крові, м'язові скорочення і багато інших фізіологічних процесів - все це побудовано на чіткій, послідовній роботі ферментних систем. Під час м'язової діяльності та відновлення організму значно змінюється швидкість біохімічних реакції, що пов'язано зі змінами активності або кількості ферментів. Оскільки ферменти відіграють ключову роль в регуляції процесів метаболізму, а їхня діяльність регулюється через регуляторний та активний центри, то можна певним чином змінювати обмін речовин та поліпшувати стан здоров'я, працездатність та прискорювати відновлення організму.

Вивчення фармакологічної активності коферментів показало, що ці речовини, з одного боку, мають низьку токсичність і, з іншого, досить широкий спектр впливу на організм.

До числа коферментних препаратів вітамінної природи відноситься кокарбоксилаза (коферментна форма тіаміну - вітамін В1), піридоксальфосфат, (вітамін В6), кобамамід (вітамін В12). Група препаратів, створених на основі вітамінів, представлена піридитолом (похідна піридоксина) - має м'який стимулюючий ефект на тканини головного мозку; пантогамом (гомолог пантотенової кислоти, що містить гаммааміномасляну кислоту); оксікобаламіном (метаболіт вітаміну В12).

Кокарбоксилаза - кофермент, що утвориться в організмі людини із постачальника ззовні тіаміну. У спортивній медицині застосовується для лікування перенапруги міокарда й нервової системи, при печінковому синдромі, невритах і радикулітах.

Кобамамід - має всі властивості вітаміну В12 і анаболічну активність. У спортивній медицині застосовується для тих же цілей, що й вітамін В12, а також при перенапрузі міокарда, печінковому синдромі. Сприяє збільшенню маси кістякових м'язів при інтенсивних фізичних навантаженнях, поліпшенню швидкісно-силових показників і прискоренню відбудовних процесів після інтенсивних фізичних навантажень.

Оксікобаламін - є метаболітом ціанкобаламіна (вітамін В12). За фармакологічною дією близький до вітаміну В12, але в порівнянні з ним швидше перетворюється в організмі в активну коферментну форму й довше зберігається в крові, тому що більш міцно зв'язується з білками плазми й повільніше виділяється із сечею. Показання до застосування такі ж, як для В12.

Піридоксальфосфат - є коферментною формою вітаміну В6 (піридоксина). Препарат має властивості вітаміну В6. Відрізняється тим, що робить швидкий терапевтичний ефект, може прийматися у випадках, коли порушено фосфорилювання піридоксина.

Піридітол, енцефабол (піритинол) - фармакологічний препарат, проявляє елементи психотропної активності, властивої антидепресантам, із седативною дією. Активує метаболічні процеси в ЦНС, сприяє прискоренню проникнення глюкози через гематоенцефалічний бар'єр, знижує надлишкове утворення молочної кислоти, підвищує стійкість тканин до гіпоксії.

Пантогам (гомолог пантотенової кислоти, що містить гамма-аміномасляну кислоту) - поліпшує обмінні процеси, підвищує стійкість до гіпоксії, зменшує реакції на болючі роздратування. Активізує розумову діяльність і фізичну працездатність. У складі комплексної терапії застосовують при черепно-мозковій травмі.

Карнітин - вітаміноподібна речовина, що частково надходить із їжею, частково синтезована в організмі людини. Сприяє окислюванню жирних кислот, синтезу амінокислот і нуклеїнових кислот. У спортивній медицині рекомендований для підвищення працездатності у видах спорту з переважним проявом витривалості для прискорення плину процесів відновлення. У швидкісно-силових видах спорту робить стимулюючу дію на ріст м'язів.

Флавінат - кофермент, що утвориться в організмі з рибофлавіну шляхом фосфорилювання при участі АМФ. Лікарська форма отримана синтетичним шляхом. Флавінат застосовують при відсутності ефекту від застосування вітаміну В2. Застосовують також при хронічних захворюваннях печінки, шлунково-кишкового тракту, шкірних захворюваннях.

Ліпоєва кислота - позитивно впливає на вуглеводний обмін. Прискорює окислювання вуглеводів і жирних кислот, сприяє підвищенню енергетичного потенціалу.

Бета-каротин - в організмі перетворюється у вітамін А, коли ми відчуваємо його недостачу. Бета-каротин, що надійшов з їжею, використовується організмом як антиоксидант. Завдяки своїм властивостям сприяє запобіганню від раку.

Дослідження ферментів, їхньої активності та кількості в тканинах організму є досить об'єктивним діагностичним показником як в медицині, так і в практиці спорту.

Обидві фази м'язової діяльності - скорочення і розслаблення - протікають при обов'язковому використанні енергії, яка виділяється при гідролізі АТФ:



АТФ + Н20 - АДФ + Н3Р04 + енергія

Однак запаси АТФ в м'язових клітинах незначні і їх достатньо для м'язової роботи протягом 1-2 с. Тому для забезпечення більш тривалої м'язової діяльності в м'язах має відбуватися поповнення запасів АТФ. Утворення АТФ в м'язових клітинах безпосередньо під час фізичної роботи називається ресинтез АТФ і йде зі споживанням енергії. Залежно від джерела енергії виділяють кілька шляхів ресинтезу АТФ.

Аеробний шлях ресинтезу АТФ - це основний, базовий спосіб утворення АТФ, що протікає в мітохондріях м'язових клітин. У ході тканинного дихання від окислюваної речовини віднімаються два атоми водню і по дихальному ланцюгу передаються на молекулярний кисень - О2, доставляється кров'ю в м'язи з повітря, в результаті чого виникає вода. За рахунок енергії, що виділяється при утворенні води, відбувається синтез АТФ з АДФ і фосфорної кислоти. Зазвичай на кожну молекулу води доводиться синтез трьох молекул АТФ.

Швидкість аеробного шляху ресинтезу АТФ контролюється вмістом у м'язових клітинах АДФ, який є активатором ферментів тканинного дихання. За рахунок аеробного шляху ресинтезу АТФ можливе виконання фізичних навантажень тільки помірної потужності.

Креатинфосфатний шлях ресинтезу АТФ

В м'язових клітинах завжди є креатинфосфат - з'єднання, що містить фосфатну групу, пов'язану із залишком креатину макроенергіческой зв'язком. Зміст креатинфосфату в м'язах у спокої - 15-20 ммоль / кг. Креатинфосфат володіє великим запасом енергії і високою спорідненістю до АДФ. Тому він легко вступає у взаємодію з молекулами АДФ, що з'являються в м'язових клітинах при фізичній роботі в результаті гідролізу АТФ. У ході цієї реакції залишок фосфорної кислоти з запасом енергії переноситься з креатинфосфату на молекулу АДФ з утворенням креатину та АТФ. Ця реакція каталізується ферментом креатинкінази. У зв'язку з цим даний шлях ресинтезу АТФ ще називається креатинкіназним.

Гліколітичні шлях ресинтезу АТФ

Цей шлях ресинтезу, так само як і креатинфосфатного, відноситься до анаеробних способів утворення АТФ. Джерелом енергії, необхідної для ресинтезу АТФ, в даному випадку є м'язовий глікоген, концентрація якого в саркоплазмі коливається в межах 0,2-3%. При анаеробному розпаді глікогену від його молекули під впливом ферменту фосфорилази по черзі відщеплюються кінцеві залишки глюкози у формі глюкозо-1-фосфату. Далі молекули глюкозо-1-фосфату через ряд послідовних стадій перетворюються на молочну кислоту, яка за своїм хімічним складом є як би половинкою молекули глюкози. У процесі анаеробного розпаду глікогену до молочної кислоти, що називають гліколізом, утворюються проміжні продукти, що містять фосфатну групу з макроергічних зв'язків, яка легко переноситься на АДФ з утворенням АТФ.

Всі ферменти гліколізу знаходяться в саркоплазмі м'язових клітин.

Регулювання швидкості гліколізу здійснюється шляхом зміни активності двох ферментів: фосфорилази і фосфофруктокінази. Фосфорилаза каталізує першу реакцію розпаду глікогену - відщеплення від нього глюкозо-1 - фосфату. Цей фермент активується адреналіном, АМФ та іонами кальцію, а інгібується глюкозо-6-фосфатом і надлишком АТФ. Другий регуляторний фермент гліколізу - фосфофруктокіназа - активується АДФ і особливо АМФ, а гальмується надлишком АТФ і лимонною кислотою. Наявність таких регуляторних механізмів призводить до того, що в спокої гліколіз протікає дуже повільно, при інтенсивній м'язовій роботі його швидкість різко зростає і може збільшуватися в порівнянні з рівнем спокою майже в 2000 разів, причому підвищення швидкості гліколізу може спостерігатися вже в передстартовому стані за рахунок виділення адреналіну.

Отже, з усього вищевказаного безсумнівно, що ферменти і коферменти мають надзвичайно важливе значення для обміну речовин і грають вирішальну роль в синтезі енергії для виконання м'язової роботи.

9. Антиоксидантні ферменти

До ферментних антиоксидантів відносяться: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, пероксидаза, глутатіон-редуктаза.

Антиоксидантні ферменти утворюють єдиний метаболічний ланцюг, у якому продукт першої реакції є субстратом наступної, у зв'язку з чим для нормального функціонування всієї системи важливе збереження певних співвідношень в активності окремих ферментів ланцюга. Перш за все це стосується СОД і глутатіонпероксидази, оскільки при незбалансованому підвищенні активності СОД може підвищитися стаціонарна концентрація перекисів, токсичних для клітини. Ферментативна антиокисна система організму діє в тісному зв'язку з неферментативною ланкою. Завдяки тому, що одні антиоксиданти є гідрофобними, а інші -- гідрофільними, комплексний антиоксидантний вплив дає можливість одночасного захисту клітин від продуктів ВРО у водній і в ліпідній фазах.

Реакції ферментних антиоксидантів:

Супероксиддисмутаза (різні форми містять Cu/Zn і Mn):

О2- + О2- + 2Н+ Н2О2 + О2

Каталаза:

2Н2О2 2Н2О + О2



Глутатіонпероксидаза (містить залишок селеноцистеїну):

2GSH + Н2О2 GSSG + 2Н2O

Глутатіонредуктаза (містить FAD):

GSSG + 2НАДФН 2GSH + 2НАДФ

Супероксиддисмутаза - фермент групи антиоксидантних ферментів. Разом з каталазою та іншими антиоксидантними ферментами, вона захищає організм від високотоксичних кисневих радикалів. Супероксиддисмутаза каталізує дисмутацію супероксиду в кисень і перекис водню. Таким чином, вона грає найважливішу роль в антиоксидантному захисті практично всіх типів клітин, що так або інакше знаходяться у контакті з киснем. Одним з рідкісних виключень є молочнокисла бактерія Lactobacillus plantarum і споріднені їй організми, що використовують інший механізм захисту від супероксиду.

Каталаза - фермент класу оксіредуктаз. Хромопротеїд, складається з чотирьох ідентичних субодиниць з молекулярною масою 62000. Каталізує розкладання H2O2 до води і кисню.

Токсичний перекис водню H2O2 розщеплюється на O2 і H2O (H2O2 = H2O +1 / 2 O2). Каталізатором реакції служить каталаза EC 1.11.1.6. Вона широко поширена в тканинах (особливо багато її в печінці).

Каталаза - один з основних ферментів руйнування активних форм кисню. Каталаза є основним первинним антиоксидантом системи захисту, який каталізує розкладання перекису водню до води, розділяючи цю функцію з GSH-PX. Обидва ферменти здійснюють детоксикацію активного кисневого радикала, каталізує утворення Н2О2 з супероксиду. Крім відмінностей в їх субстратній специфічності, ці два ферменти розрізняються спорідненістю до субстрату. При низькому вмісті Н2О2 органічні пероксиди переважно каталізуються пероксидазою. Однак, при високих концентраціях Н2О2 працюють каталази. Подібно СОД, СТ широко поширені в різних тканинах. Рівень активності розрізняється не тільки в різних тканинах, але і всередині самої клітини. Печінка, нирки і червоні кров'яні клітини містять високий рівень СТ. В гепатоцитах очікувано високий рівень активності спостерігається в пероксисомах, хоча СТ активний також у мікросомах і в цитозолі. Хоча каталаза не містить сигнальної послідовності, відрізуваної після використання, вона повинна мати якийсь сигнал, що спрямовує її в пероксисом. Згідно з останніми даними, цю роль, принаймні частково, грає специфічна послідовність з трьох амінокислот, розташована поблизу карбоксильного кінця багатьох пероксисомних білків.

Глутатіонпероксидаза - гомотетрамерний селенопротеїн, має молекулярну масу близько 74 кДа, складається з 4 ідентичних субодиниць, до складу активного центру входить селен, який міститься у вигляді Se-цистеїну. Селен необхідний для синтезу глутатіонпероксидази. Ген глутатіонпероксидази локалізован в 3-й хромосомі.

Глутатiонпероксидаза каталізує реакції, в яких фермент відновлює пероксид водню до води, а також відновлення органічних гідропероксидів (ROOH) до гідроксипохідних, і в результаті переходить в окислену дисульфідну форму GS-SG: 

2GSH + H2O2 = GS-SG + H2O

2GSH + ROOH = GS-SG + ROH + H2O

Глутатіонпероксидаза знешкоджує не тільки H2O2, але і різні органічні ліпідні пероксили, які утворюються в організмі при активації ПОЛ. Такі як гідропероксиди лінолевої і ліноленової кислот, холестерин-7в-гідропероксид і деякі синтетичні речовини (кумен-, трет-бутил-гідропероксиди).

Глутатіонпероксидаза захищає від окисної атаки білки, ліпіди, НАДФН, НАДН, відновлює ліпідні перекиси. 

Фермент глутатіонпероксидаза локалізована в цитозолі в невеликих кількостях, а також в мітохондріях. У тканинах ссавців максимальна активність глутатіонпероксидази в печінці, еритроцитах, наднирниках. Активність ферменту залежить від кількості утворених пероксидів. Функціонує сполучно з глутатіонредуктазою. Фермент стійкий до дії цианіду та азиду, особливо в присутності GSH. Хоча роль каталази і глутатіонпероксидази для клітини при відновленні H2O2 в печінці приблизно однакова, однак для клітини в цілому активність глутатіонпероксидази значно важливіше. Наприклад, каталаза локалізована в основному в пероксисомах, а глутатіонпероксидаза знешкоджує H2O2 в цитозолі і мітохондріях. Спорідненість глутатіонпероксидази до H2O2 вище, тому глутатіонпероксидаза захищає від низьких концентрацій H2O2, які виникають частіше.

У деяких тканинах (серце) каталаза майже відсутня, і тому там глутатіонпероксидаза відіграє основну роль. Недолік або інгібування глутатіонпероксидази призводить до пероксидації ліпідів.

Прикладом реакції, що каталізується ферментом глутатіонпероксидази є реакція:

2GSH + H2O2 > GS-SG + 2H2O

де GSH позначає відновлений мономерний глутатіон, а GS-SG - дисульфід глутатіону.

Фермент глутатіонредуктаза далі відновлює окислений глутатіон і завершує цикл:

GS-SG + NADPH + H + > 2GSH + NADP +

Глутатіонредуктаза - фермент, який відновлює дисульфідні зв'язки окисленого глутатіону GSSG до його сульфгідрильної форми GSH. Відновлення глутатіону відбувається за рахунок енергії НАДФ-Н, що утворюється в пентозном циклі. У таких клітинах як еритроцити, які постійно піддаються високому оксидативного стресу, до 10% споживаної глюкози використовується на відновлення глутатіону глутатіонредуктазою.

Реакція:

GSSG + НАДФН + Н + > 2GSH + НАДФ

Глутатіонредуктаза виділена з джерел тваринного, рослинного і мікробного походження. Її фізіологічна роль до кінця не з'ясована. Активність глутатіонредуктази в сироватці крові підвищується при інфаркті міокарда, онкологічних захворюваннях і гепатитах, а в еритроцитах - при спадковій недостатності ферменту глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, що дозволяє використовувати глутатіонредуктази в діагностичних цілях.

10. Біотехнологічне виробництво ферментів

Біотехнологічне виробництво ферментів реалізується двома способами - поверхневим і глибинним. Твердофазна поверхнева ферментація полягає у вирощуванні продуцента на поверхні тонкого шару твердого сипучого середовища. Глибинна ферментація в рідкому середовищі може бути реалізована як в умовах періодичного процесу, так і з застосуванням проточних систем.

Для отримання ферментних препаратів придатні тільки деякі рослини або окремі органи рослин і тварин, здатні накопичувати значну кількість ферментів. Ячмінь - амілаза, динне дерево - папаїн, ананас - бромелаїн. Кишечник великої рогатої худоби - лужна фосфатаза, сім'яники - гіалуронідаза, свиня- печінка - каталаза, свиня - шлунок - пепсин.

Ферменти в медицині

Деякі ферменти, проферменти і їх субстрати в нормі постійно циркулюють в крові людини і виконують фізіологічні функції. Прикладами функціональних ферментів плазми крові є ліпопротеїнліпаза, псевдохолінестераза, а також проферменти систем згортання крові та розчинення кров'яного згустку. Вони синтезуються в печінці, і їх концентрація в крові або така ж, як і в тканинах, або більш висока.

Ферменти крові

Нефункціональні ферменти плазми не виконують в крові ніяких відомих фізіологічних функцій. Їх субстрати в плазмі зазвичай не виявляються, і в нормі їх концентрація в крові людини майже в мільйон разів нижче, ніж у тканинах. Поява цих білків у плазмі в підвищених концентраціях вказує на підвищену швидкість деструкції тканин. Тому вимірювання в крові рівня нефункціональних ферментів плазми дуже цінно в медицині для діагностики. 

Нефункціональні ферменти плазми включають білкові секрети екзокринних залоз і істинно внутрішньоклітинні білки. Ферменти, які виділяються екзокринними залозами, - панкреатична амілаза, панкреатична ліпаза, лужна фосфатаза (з жовчі) і кисла фосфатаза з простати - надходять у плазму крові шляхом простої дифузії. 

Походження нефункціональних ферментів плазми крові 

Нефункціональні ферменти, зазвичай виявляються в плазмі крові в малих кількостях, з'являються в ній внаслідок нормальних процесів руйнування еритроцитів, лейкоцитів та інших клітин. При прискоренні загибелі клітин в кровотік надходять розчинні ферменти. Саме з цим процесом зазвичай пов'язують підвищення вмісту ферментів в плазмі крові. Проте надходження в плазму крові значних кількостей м'язових ферментів супроводжується і виконання важкої фізичної роботи.

Діагностичне значення ферментів у медицині 

При захворюваннях, що супроводжуються некрозом, маркерні (органоспецифічні) ферменти з пошкоджених клітин у великій кількості надходять в кров, і рівень їх активності збільшується, виникає гіперферментемія. Визначення рівня активності маркерних ферментів в сироватці крові має клінічне значення в діагностиці і прогнозі ряду захворювань.

Деякі ферменти застосовують в якості лікувальних препаратів:

* Пепсин - при порушенні синтезу і секреції пепсину в шлунку;

* Трипсин, хімотрипсин використовуються для лікування гнійних ран;

* Фібринолізин, стрептокіназа - для запобігання тромбоутворення при пересадці органів і інших операціях;

* Гіалуронідаза забезпечує розсмоктування рубців;

* Аспарагіназа застосовується при лікуванні деяких злоякісних утворень і т.д.

При відсутності або недоліку тих чи інших ферментів, пов'язаних з мутацією гена, відповідального за синтез білка - ферменту, виникають спадкові ензимопатії.

При фенілпіровиноградній олігофренії відсутній фермент гідроксилаза, що каталізує перетворення амінокислоти фенілаланіну в тирозин. Це призводить до підвищення рівня фенілаланіну в крові та сечі, крім того, з фенілаланіну утворюється фенілпіровиноградна кислота, що надає токсичну дію на центральну нервову систему, в результаті чого розвивається недоумство.

При галактоземії відсутній фермент галактоза-1-фосфат-уріділтрансфе-раза, що каталізує перетворення галактоза-1-фосфат у глюкоза-1-фосфату. Це є причиною збільшення галактози і галактоза-1-фосфату у крові, що супроводжується у дітей грудного віку блювотою, діареєю, здуттям живота і т.д.

Особливо багаті ферментами: паростки насіння і зерен, їх пагони; хрін, часник, авокадо, ківі, папайя, ананаси, банани, манго, соєвий соус.

У медицині використовують кількісне визначення деяких нефункціональних ферментів плазми крові. У таблиці наведено перелік ферментів, які використовуються в медицині для діагностики захворювань.

Таблиця Основні ферменти сироватки, використовувані в медицині для діагностичних цілей

Фермент	Захворювання
Амінотрансферази: Аспартатамінотрансфераза Аланінамінотрансфераза	інфаркт міокарда вірусний гепатит
Амілаза	гострий панкреатит
Церулоплазмін	гепатолентикулярна дегенерація (хвороба Вілсона)
Креатинфосфокіназа	захворювання м'язів та інфаркт міокарда
Гамма-глутамілтранспептидаза	різні захворювання печінки
Лактатдегідрогеназа	інфаркт міокарда
ліпаза	гострий панкреатит
кисла фосфатаза	метастазує карцинома передміхурової залози
лужна фосфатаза	різні захворювання кісток, закупорка протоків печінки

11. Використання ферментів у промисловості

Застосування ферментів в хімічній технології звичайно буває обумовлено їх високою вибірковістю і стереоспецифічністю, але ці властивості не завжди є бажаними. Наприклад, деколи необхідні ферменти з широкою субстратною специфічністю для виробництва аналогів основного продукту. Перевага технології на основі ферментів перед хімічними каталізаторами заключається в тому, що відносно в м'яких умовах можна досягти більш високих результатів. Також особливістю є невелика кількість шкідливих для біосфери відходів і побічних продуктів, що є в сьогоднішній час необхідним для збереження нормального екологічного стану навколишнього середовища.

На сьогоднішній день виявлено більше 3000 різних видів ферментів.

Біотехнологи вважають за краще використовувати позаклітинні ферменти. Вони простіше піддаються перетворенням в промислові препарати, оскільки в них не потрібно руйнувати стінки мікробних клітин.

В промислових технологіях дуже популярними є гідролітичні ферменти. Яскраво виражена специфічність гідролаз дозволяє отримувати готові продукти високої чистоти.

Сьогодні в промисловості використовуються різні ферментні препарати.

Протеази

Першим ферментом, який знайшов застосування в промисловості була б-амілаза із Aspergillus orizae. Ці продукти містили значні домішки протеази і їх рекомендували використовувати як засоби, що сприяли травленню. Ще одна галузь, де спостерігався бурний розвиток технологій на основі протеаз - це виробництво сиру. Тут всі зусилля були спрямовані на пошук замінників сичуга теляти. Ренін використовують для виробництва сиру (згортання молока (одержання згустку казеїну)).

Металопротеази використовуються в пивоварінні, при гідролізі білків ячменю, так як серинові протеази інгібуються речовинами солоду. Видалення з їх допомогою солоду запобігає помутнінню пива, яке проходить при взаємодії білків з танінами при охолодженні.

Кислі протеази. Вони синтезуються грибами. По своїм властивостям вони схожі на травні ферменти тварин - пепсин і ренін. Застосовують їх для гідролізу білку при виробництві соєвого соусу, в хлібопекарній промисловості, як засоби, які сприяють травленню і т.д.

Протеази знаходять застосування в обробці шкір при видаленні шерстинок і пом'якшенні. Така обробка робить шкіру м'якшою і еластичнішою.

Амілази і амілоглюкозидази

Сиропи, що добувають з крохмалю, містять багато мальтози (40-50%). Знаходять застосування в виробництві карамелі і заморожених десертів.

Глюкоамілази застосовуються в основному в виробництві концентрованого сиропу (90-97% D-глюкоза), з якого отримують кристалічну глюкозу. Також вони застосовуються при виробництві сиропів з високою ступінню конверсії (35-43% глюкози, 30-37% мальтози і 8-13 % мальтотріози) для харчової промисловості.



Висновки

Термін фермент запропонований в XVII столітті хіміком ван Гельмонтом при обговоренні механізмів травлення.

Ферменти - це специфічні білки, які виконують в організмі роль біологічних каталізаторів. Однією з принципових відмінностей ферментів від каталізаторів небіологічного походження є кооперативний характер їх дії.

Ферменти присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) на інші (продукти).

Ферменти грають найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, скеровуючи та регулюючи обмін речовин організму. Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в прямий, ні у зворотний бік.

До ферментних антиоксидантів відносяться: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, пероксидаза, глутатіон-редуктаза.

Біотехнологічне виробництво ферментів реалізується двома способами - поверхневим і глибинним.

ферменти каталізатор амінокислота



Список літератури

1. http://www.belki.com.ua/fermnti-glutation-peroxidaza.html

2. Безбородов А.М. Ферменты микроорганизмов и их применение // Биотехнология. М.: Наука, 1984. 157 С.

3. Березин И. В. Иммобилизованные ферментыТ. 7 // Биотехнология. М.: Высшая школа, 1987. 187 С.

4. http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt8_3.htm

5. Биотехнология органических кислот и белковых препаратов: учебное пособие / Е.И. Муратова, О.В. Зюзина, О.Б. Шуняева. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. - 80 с.

...