Амілолітичні ферменти

Зміст

1. Вступ:
1. Важливість амілолітичних ферментів.
2. Літературний облік:
1. Властивості та структура амілолітичних ферментів.
2. Класифікація амілолітичних ферментів.
3. Джерела одержання амілолітичних ферментів.
4. Механізм дії амілолітичних ферментів.
3. Промислове одержання амілолітичних ферментів.
4. Використання амілолітичних ферментів.
5. Методика визначення ферментативної активності амілолітичних ферментів.
6. Визначення залежності дії ферментів від рН середовища.
7. Висновок.

Список  використаної літератури.

 

Вступ

1. Важливість амілолітичних ферментів

     В останні роки розширюються можливості використання крохмальдеградуючих ферментів. Зокрема амілаз, що на сам перед привертають увагу дослідників завдяки їх технологічній важливості і економічній вигідності. Вони характеризуються широким спектром застосування в різних галузях, таких як клінічна, фармацевтична, медична і аналітична хімія, у цукрофікації  крохмалю та інших галузях промисловості. Амілази становлять близько 30% світової продукції ферментів.

     На сьогоднішній день амілолітичні ферментні препарати мають широкий спектр застосування в різних галузях промисловості. Великий відсоток застосування ферментів припадає на харчову промисловість, наприклад на виробництво спирту як каталізатора процесу розрідження і оцукрювання сировини. Також ферменти застосовуються в технічний цілях, хімічної промисловості, фармацевтичних цілях, а також у якості діагностичних препаратів

     Амілолітичні  ферменти каталізують гідроліз високомолекулярних полісахаридів крохмалю і глікогену. Найважливішим джерелом амілаз є злакові, які містять їх як у не пророщеному, так і в пророщеному зерні. В останньому випадку амілази проявляють високу активність.

     Широко  застосовуються амілази у крохмале-патоковому, спиртовому, пивоварному і хлібопекарському виробництвах як головні ферменти, що каталізують процеси розщеплення крохмалю і утворення цукрів, що можуть зброджуватися. То постає питання про оптимізацію методу визначення активності ферментів. Амілолітичну активність характеризує здатність ферментів каталізувати гідроліз крохмалю до декстринів, які не забарвлюються йодом.

 

2. Літературний  облік
1. Властивості та структура амілолітичних ферментів

     Принципова  структура ферменту наступна: кожен  фермент складається з апофермента  і коферменту, які, кожен окремо, не активний, але виявляють свою дію в комплексі - холоферменті. Всі  ферменти мають білкову природу. Вони являють собою або прості білки, цілком побудовані з поліпептидних  ланцюгів і розпадаються при гідролізі  тільки на амінокислоти (наприклад, гідролітичні ферменти трипсин і пепсин, уреаза), або - в більшості випадків - складні  білки, що містять разом з білкової частиною (апоферментом) небілкової компонент (кофермент або простетичної групу). Багато ферменти з великою молекулярною масою проявляють каталітичну активність тільки у присутності специфічних  низькомолекулярних речовин, які називаються  коферментом (або кофактором). Роль коферментів грають більшість вітамінів  і багато мінеральних речовин. Вітаміни РР (нікотинова кислота, або ніацин) і рибофлавін, наприклад, входять  до складу коферментів, необхідних для  функціонування дегідрогеназ. Цинк - кофермент  карбоангідрази, ферменту, який каталізує  вивільнення з крові діоксиду вуглецю, який видаляється з організму  разом з повітрям, що видихається. Залізо і мідь служать компонентами дихального ферменту цитохромоксидази. Речовини, яка піддається перетворенню в присутності ферменту, називають  субстратом. Субстрат приєднується до ферменту, який прискорює розрив одних  хімічних зв'язків в його молекулі та створення інших; що утворюється  в результаті продукт від'єднується  від ферменту. Продукт теж можна  вважати субстратом, оскільки всі  ферментативні реакції в тій  чи іншій мірі оборотні.

     За  типом реакцій, що каталізуються  ферменти підрозділяються на 6 класів згідно ієрархічної класифікації ферментів (КФ, EC - Enzyme Comission code). Кожен клас містить підкласи, так що фермент описується сукупністю чотирьох чисел, розділених крапками. Перше число грубо описує механізм реакції, що каталізується ферментом:

     КФ 1: оксидоредуктаиз, каталізують окислення  або відновлення.

     КФ 2: трансферази, каталізують перенос  хімічних груп з однієї молекули субстрату  на іншу.

     КФ 3: Гідролази, каталізують гідроліз хімічних зв'язків. Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпопротеінліпаза

     КФ 4: Ліази, каталізують розрив хімічних зв'язків без гідролізу з утворенням подвійного зв'язку в одному з продуктів.

     КФ 5: Ізомерази, каталізують структурні або геометричні зміни в молекулі субстрату.

     КФ 6: Лігази, каталізують утворення  хімічних зв'язків між субстратами  за рахунок гідролізу АТФ.

     Будучи  каталізаторами, ферменти прискорюють  як пряму, так і зворотну реакції, тому, наприклад, ліази здатні каталізувати і зворотну реакцію - приєднання по подвійним зв'язкам.

     Ферменти  являють собою біокаталізатори  білкової природи. Каталізуючи переважна  більшість біохімічних реакцій  в організмі, ферменти регулюють  обмін речовин і енергії, граючи тим самим важливу роль у всіх процесах життєдіяльності. Всі функціональні  прояви живих організмів (дихання, м'язова  скорочення, передача нервового імпульсу, розмноження і т.д.) забезпечуються дією ферментних систем. Сукупністю ферментних реакцій, що каталізуються, є синтез, розпад та інші перетворення білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, гормонів та інших сполук.

     Активність  ферментів визначається їх тривимірної  структурою. Як і всі білки, ферменти синтезуються у вигляді лінійного ланцюжка амінокислот, яка згортається певним чином. Кожна послідовність амінокислот згортається особливим чином, і виходить молекула (білкова глобула) має унікальні властивості. Кілька білкових ланцюгів можуть об'єднуватися в білковий комплекс. Третинна структура білків руйнується при нагріванні або дії деяких хімічних речовин.

     Щоб каталізувати реакцію, фермент повинен  зв'язатися з одним або декількома субстратами. Білковий ланцюг ферменту згортається таким чином, що на поверхні глобули утворюється щілина, або  западина, де зв'язуються субстрати. Ця область називається сайтом зв'язування субстрату. Зазвичай він збігається з активним центром ферменту або  знаходиться поблизу нього. Деякі  ферменти містять також сайти  зв'язування кофакторів або іонів  металів.

Фермент, з'єднуючись з субстратом:

• очищає субстрат від водяної «шуби»
• має у своєму розпорядженні реагують молекули субстратів в просторі за потрібне для протікання реакції чином
• готує до реакції (наприклад, поляризує) молекули субстратів.

     Зазвичай  приєднання ферменту до субстрату відбувається за рахунок іонних або водневих зв'язків, рідше - за рахунок ковалентних. Наприкінці реакції її продукт (або продукти) відділяються від ферменту.

     У результаті фермент знижує енергію  активації реакції. Це відбувається тому, що в присутності ферменту реакція йде іншим шляхом (фактично відбувається інша реакція), наприклад:

     У відсутності ферменту:

     А + В = АВ

     У присутності ферменту:

     А + Ф = АФ

АФ + В = АВФ

     АВФ = АВ + Ф

де А, В - субстрати, АВ - продукт реакції, Ф - фермент.

     Ферменти  не можуть самостійно забезпечувати  енергією ендергонічні реакції (для  протікання яких потрібна енергія). Тому ферменти, що здійснюють такі реакції, сполучати їх з екзергонічними реакціями, що йдуть з виділенням більшої  кількості енергії.

2. Класифікація амілолітичних ферментів

     Амілолітичні  ферменти об'єднують велику групу  ферментів, які здійснюють гідроліз переважно б-(1,4)-Глікозидних зв'язків  амілози, амілопектину, глікогену та інших мальтоолігосахаридів. До групи амілолітичних ферментів відносяться наведені нижче і деякі інші ферменти:

КФ 3.2.1.1 б-амілаза

КФ 3.2.1.2 в-амілаза

КФ 3.2.1.3 Глюкоамілаза

КФ 3.2.1.41 Пуллуланаза

КФ 3.2.1.68 Ізоамілаза

КФ 3.2.1.20 б-глюкозидази

КФ 3.2.1.11 Декстраназа

КФ 2.4.1.19 Амілаза Bacillus macerans (циклодекстроглюканотрансфераза)

     Амілази бувають двох типів: ендо-і екзоамілази. Чітко вираженої ендоамілазой є  б-амілаза, здатна до розриву внутрішньомолекулярних зв'язків у полімерних ланцюгах субстрату. Глюкоамілаза і в-амілаза є екзоамілазами, тобто ферментами, що атакують субстрат з нередукуючого кінця.

     Субстратами для дії амілаз є крохмаль, що складається з амілози і амілопектину, продукти часткового гідролізу крохмалю і глікоген. Крохмаль - рослинний полісахарид з дуже складною будовою. Цей двокомпонентний з'єднання, що складається з 13-30% амілози і 70-85% амілопектину. Обидва компоненти неоднорідні, їх молекулярна маса (М. м.) коливається в широких межах і залежить від природи крохмалю. Амілоза - це необертающийся полімер, в якому залишки глюкози Сполучених б-1,4-Глікозидний зв'язком; ступінь полімеризації близько 2000. У «аномальних» амілози з однією-двома б-1,6-зв'язками полімеризація може зрости до 6000. Амілоза практично не має відновлюючої здатності, тому що в кожній молекулі амілози є тільки один вільна альдегідна группа.

     Реакції, що каталізуються амілазами, мають  дві стадії: коротку передстаціонарну і тривалу - стаціонарну. Під час першої стадії ендоамілаза швидко зменшує молекулярну масу субстрату, утворюючи суміш лінійних та розгалужених олігосахаридів. Другий етап реакції триває, поки продукти гідролізу не перестануть забарвлюватися йодом; він протікає значно повільніше і залежить від індивідуальних властивостей ферменту та його природи.

     б-амілаза (1,4-б-D-глюканглюканогідролаза) є ендоамілазою, що викликає гідролітичні розщеплення б-1,4-глікозидних зв'язків всередині полімерного субстрату. Це водорозчинний білок, що має властивості глобуліну і має молекулярну масу 45-60 кДа. Всі б-амілази відносяться до металоензимів, вміст у них Са коливається від 1 до 30 г-атом / 1 г-моль ферменту. Повне видалення Са приводить до інактивації ферменту. Глутамінова і аспарагінова кислоти становлять 25 мас. % Від маси білка. Залежно від виду мікроорганізму властивості б-амілаз можуть сильно відрізнятися не тільки за механізмом дії на субстрат і по кінцевим продуктам, але і за оптимальними умовами для прояву максимальної активності. Присутність в промислових препаратах протеїназ знижує каталітичну активність б-амілази. У результаті впливу б-амілази на перших стадіях в гідролізаті накопичуються декстрини, потім з'являються тетра- і тримальтоза, що не зафарбовуються йодом і які дуже повільно гідролізуються б-амілазою до ди- і моносахаридів.

       в-амілаза (в -1,4-глюкан мальтогідролаза, КФ 3.2.1.2) - активний білок, що володіє влатсивостями альбуміну. Каталітичний центр ферменту має сульфгідрильні і карбоксильні групи і імідозольний цикл залишків гістидину. в-Амілаза - екзофермент кінцевої дії, що виявляє спорідненість до передостаннього в -1,4-зв'язку з нередукуючого кінця лінійного ділянки амілози і амілопектину.

     На  відміну від б-амілази в-амілаза  практично не гідролізують нативний крохмаль, тоді як клейстеризований крохмаль гідролізуєтся нею з утворенням мальтози в-конфігурації. Якщо гідролізу  піддається амілоза, то гідроліз йде  повністю до мальтози. Незначна кількість  декстринів може здіснюватися при гідролізі  «аномальної» амілози, тому що гідроліз в-амілазою йде тільки по лінійній ланцюга  до б -1,6-зв'язків. Якщо субстратом для  в-амілази служить амілопектин, то гідроліз йде в значно меншому  ступені. в-Амілаза відщеплює фрагмент з нередукуючим кінцем ділянки від  зовнішніх лінійних гілок, які мають  по 20-26 глюкозних залишків, з утворенням 10-12 молекул мальтози. Гідроліз призупиняється на передостанній б -1,4-зв'язку, що межує  з б -1,6-зв'язком. У гідролізаті  накопичується 54-58% мальтози, решту  становлять високомолекулярні декстрини, що містять значну кількість б -1 ,6-зв'язків - так звані в -декстрини.