Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow БИОХИМИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГОВ в 2 ч. Часть 1.
Посмотреть оригинал

Гидролазы

Гид рол азы катализируют разрыв (иногда синтез) связей с участием молекулы воды.

Это единственный класс, в котором все ферменты однокомнонентные. Называя гидролазы, придерживаются принципа:

субстратютщепляемая группа-гидролаза.

Однако именно для ферментов этого класса сохраняются тривиальные названия. Часто название образуют, просто добавляя суффикс -аза к названию субстрата: протеииаза, лактаза, липаза.

Гидролазы подразделяют на несколько подклассов в зависимости от субстрата, на который они действуют.

Эстеразы ускоряют гидролиз сложноэфирных связей. Важнейшие подклассы эстераз — гидролазы эфиров карбоновых кислот и фосфатазы. Примером гидролаз эфиров карбоновых кислот может служить липаза (рис. 6.32), которая катализирует разрыв внешних, так называемых а-слож- ноэфирных связей триглицеридов. Систематическое название ТАГ-липа- зы — триацилглицерол.ацил-гидролаза.

По такой схеме протекает гидролиз простых липидов при переваривании жиров у человека под влиянием липазы поджелудочной железы. Обра-

Действие липазы

Рис. 632. Действие липазы

зующиеся p-моноглицериды направляются на ресинтез жира в стенке кишечника либо полностью гидролизуются до глицерина и жирных кислот при участии эстеразы печени.

В производстве молочных продуктов липазы могут оказывать как положительное, так и незапланированное отрицательное воздействие. Продукты гидролиза молочного жира содержат низкомолекулярные жирные кислоты, обладающие характерным и часто неприятным резким вкусом и запахом. В значительных количествах они придают молоку, сливкам, маслу и другим молочным продуктам такие пороки вкуса, как несвежий, прогорклый и мыльный привкус. Эти нежелательные эффекты появляются, если липаза имеет контакт со свободным жиром, т.е. наиболее характерны для сливочного масла, а также в производстве любых молочных продуктов, поскольку повреждение оболочек жировых шариков может произойти при различных технологических операциях, связанных с быстрым перепадом температур, замораживанием, гомогенизацией, активным механическим воздействием.

Положительное действие липаза оказывает при созревании различных твердых, полутвердых сыров и сыров с плесенью, для которых наличие тех же самых продуктов гидролиза жира — низкомолекулярных жирных кислот является залогом характерного аромата.

В молоко липаза попадает двумя путями: из клеток, синтезирующих молоко, — нативная липаза, и из клеток микроорганизмов — бактериальная. Их особенности показаны в табл. 6.7.

Таблица 6.7

Сходство и различие нативной и бактериальной липазы

Происхождение

липазы

Свойства

Нативная

Синтезируется в крови для каталитического гидролиза ЛИ. Вместе со СЖК попадает в клетки, синтезирующие молоко, а оттуда в молоко. Количество поступающей в молоко липазы возрастает при повреждении продуцирующих молоко клеток, при различных воспалительных процессах, например при мастите. Полностью разрушается при соблюдении режимов пастеризации

Бактериальная

Синтезируется различными микроорганизмами, включая плесневые грибы и дрожжи. Наибольшую опасность представляют исихротро- фы, липаза которых может восстанавливать активность даже после У ВТ-обработки

Из табл. 6.7 ясно, что появление липолитических пороков в жидких и сухих молочных продуктах, а также продуктах, подвергнутых УВТ-обра- ботке, — результат действия липаз бактериального происхождения или несоблюдения надлежащих режимов пастеризации.

Фосфатазы катализируют гидролиз фосфорноэфирных связей. Большое значение имеют фосфатазы, действующие на сложные эфиры фосфорной кислоты и углеводов (рис. 6.33).

В молоке обнаружены фосфатазы, отличающиеся pH оптимумом действия: кислая и щелочная. Кислая фосфатаза наиболее активна при pH 4,9, а щелочная — в диапазоне pH 9—10.

Оба фермента катализируют гидролиз фосфорных остатков от молекулы казеина. В результате ухудшается способность казеина связывать ионы Са,

Дефосфорилирование глюкозо-1-фосфата

Рис. 6.33. Дефосфорилирование глюкозо-1-фосфата:

реакция катализируется /3-глюкозо-1 -фосфат:фосфогидролазой

а следовательно, и возможность образовывать мультимерные комплексы казеина. Однако гидролитические свойства в молоке реализует только кислая фосфатаза, поскольку оптимум pH щелочной фосфатазы не достигается при получении или переработке молока. Тем не менее, щелочная фосфатаза играет значительную роль в производстве молочных продуктов. Это объясняется тем, что она разрушается при температурах несколько больших, чем температуры, обеспечивающие уничтожение патогенных микроорганизмов. Поэтому щелочная фосфатаза отсутствует в молоке, если режимы его пастеризации соблюдались.

Гликозидазы (гликозилгидролизы) ускоряют гидролиз гликозидов, например ди- и полисахаридов. В пищевых технологиях это одни из самых востребованных ферментов, поскольку в ценовом выражении на их долю приходится примерно 50% стоимости всех ферментов, применяемых в производстве продуктов питания. Они применяются для изготовления подсластителей, загустителей, модификации углеводов и пр. [291.

Ферменты высокоспецифичны и различают а- и p-формы сахаров, как, например, малътаза на рис. 6.34, которая расщепляет только а-гликозид- ные связи. Систематическое название этого фермента — о.,0-шоко:шд:гдюко- гидролаза (3.2.1.20).

Гидролиз мальтозы мальтазой (а-глюкозидазой)

Рис. 6.34. Гидролиз мальтозы мальтазой (а-глюкозидазой)

Гликозидазы достаточно хорошо изучены. По предложению Ш. Дамода- рана их можно разделить на две разновидности: инвертирующие и удерживающие, в зависимости от того, в каком положении остается гликозидный гидроксил после гидролиза. Инвертирующие ферменты катализируют только гидролиз. Удерживающие гликозидазы катализируют и гидролиз, и перенос гликозильного остатка, сохраняя ту аномерную конфигурацию гидроксила, которая была при образовании гликозидной связи [291.

По месту действия гликозидазы делят на экзо-и эндоферменты. Экзо- гликозидазы обычно, но не всегда гидолизуют связи с нередуцирующей стороны полисахарида.

Пеитидгидролазы катализируют гидролиз пептидных связей в пептидах и белках. Пеитидгидролазы разделяют но месту действия на иротеиназы и пептидазы. Протеиназы расщепляют внутренние пептидные связи, т.е. являются эндопептидазами. Пептидазы действуют на внешние пептидные связи, и следовательно, являются экзопептидазами. Экзопептидазы, в свою очередь, делятся на амино- и карбоксииеитидазы, в зависимости от того, с какого конца гидролизуют пептидную связь. Аминопептидазы отщепляют N-концевые аминокислоты, карбоксипептидазы ускоряют гидролиз С-концевых аминокислот (рис. 6.35).

Область действия различных пептидаз

Рис. 6.35. Область действия различных пептидаз

С открытием экзопеитидаз связан большой прорыв в биохимии. Эти ферменты позволили устанавливать последовательность аминокислот в белках. До этого в результате гидролиза белков получалась смесь аминокислот и выяснить их чередование, т.е. первичную структуру белка, не представлялось возможным.

Например, за открытие первичной структуры гормона пептидной природы инсулина Ф. Сенгеру[1] была присуждена Нобелевская премия.

Распад белков под действием всей этой группы ферментов называют протеолиз. Он сопровождается образованием пептидов разной длины цепи. Низкомолекулярные пептиды часто обладают горьким вкусом, что может привести к появлению органолептических пороков в пищевом продукте.

В молоке есть два вида протеиназ — нативные и бактериальные.

Нативные иротеиназы — плазмин и катепсин открыты сравнительно недавно, во второй половине XX в. Поводом к их исследованию служило сохранение протеолитических процессов, протекающих в молоке, несмотря на улучшение его санитарно-микробиологических показателей.

Наибольшее значение на технологические характеристики молока и молочных продуктов оказывает плазмин. Он выделяется в молоко из крови в виде неактивного предшественника плазминогена и связывается с казеиновыми коллоидными частицами. В состав плазминогена входят непосредственно плазмин, а также его активатор и ингибитор. В такой форме и под «защитой» казеина плазмин относительно стабилен в большом интервале pH — от 4 до 9 ед., но наибольшую активность проявляет при pH 7,5. Температурный оптимум плазмина 35°С, но и при охлаждении до 5°С его активность составляет 20% максимальной [26].

По характеру действия плазмин относится к эндоиротеиназам. Он специфичен к внутренним связям р-казеина (Лиз28-Лиз29, Лиз105-Гис106 и Лиз107-Глу108) и в меньшей степени действует на а-казеин. Сывороточные белки и к-казеин устойчивы к воздействию плазмина.

При сычужном сквашивании плазмин локализуется в сырном зерне в составе казеиновых частиц и проявляет свою активность в начальной стадии созревания сыров.

Вследствие того, что плазмин находится в составе казеиновых коллоидных частиц, он выдерживает высокотемпературный нагрев и полностью инактивируется лишь при 142°С в течение 15 с. Поэтому в продуктах, прошедших высокотемпературную обработку и имеющих длительный срок хранения, например в УВТ-молоке, плазмин проявляет свою активность. Результатом его действия становится изменение консистенции с характерным гелеобразованием.

Прогеиназы бактериального происхождения по своим свойствам более разнообразны. Среди них есть и эндо- и экзопептидазы, вследствие чего гидролиз может происходить очень глубоко с образованием пептидов разной длины, дипептидов и свободных аминокислот. Такие процессы могут протекать как результат восстановления активности бактериальных ферментов или как результат непосредственного развития нежелательной микрофлоры в молоке и молочных продуктах. Последствиями обязательно являются пороки вкуса, запаха, а иногда и консистенции.

Регулируемый гидролиз белков протеиназами бактериального происхождения осуществляется в производстве сыров. Выбор чистых культур, создание различных комбинаций заквасок, направленное действие температур, контроль уровня pH и других технологических показателей - все эго выделяет сыроделие в крупнейшую отрасль молочной промышленности.

В молочной промышленности большое значение имеет сычужный фермент (пепсин или реннин[2]) — нротеиназа, сычуга сельскохозяйственных животных, которая высокоспецифична по отношению к основному белку молока — к-казеину. И пепсин, и реннин избирательно действуют на связь, образованную 105-й и 106-й аминокислотами Фен и Мет. В результате гидролиза этой связи в к-казеине от него отщепляется большой гидрофобный фрагмент, казеин денатурирует и выпадает в осадок (рис. 6.36).

Схема гидролиза казеина сычужным ферментом

Рис. 636. Схема гидролиза казеина сычужным ферментом

В производстве мясных продуктов, напитков, хлебопечении находят применение иротеиназы растительного происхождения. Для умягчения мяса используют папаш, выделенный из млечного сока дынного дерева, или бро- мелин (бромелайн), получаемый из сока стеблей ананасов. При брожении теста и пива большое значение имеют иротеиназы злаковых, под влиянием которых готовые продукты приобретают необходимые потребительские свойства.

Амидазы катализируют гидролиз С—N-связей, но не пептидных. Например, синтез мочевины в орнитиновом цикле протекает при участии L-арги- нин'.урео-гидролизы (рис. 6.37).

Действие амидазы

Рис. 637. Действие амидазы

  • [1] Ф. Сснгср — дважды лауреат Нобелевской премии но химии: 1958 г. «За установлениеструктур белков, особенно инсулина» и 1980 г. «За фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК».
  • [2] Пепсин — фермент взрослых животных; реннин (химозин) — фермент молодняка жвачных.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы