ФЕРМЕНТЫ — БИОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАЛИЗАТОРЫ

В клетке микробов происходят два противоположных и вместе с тем единых процесса: ассимиляция (усвоение питательных веществ) и диссимиляция (разрушение органических веществ). Обмен веществ и другие химические процессы, протекающие в микробной клетке, совершаются при участии ферментов. Ферменты (энзимы), вырабатываемые живыми клетками, обладают свойствами биологических катализаторов — они способны резко повышать интенсивность химических реакций, но сами не входят в состав конечных продуктов этих реакций и по их завершении обнаруживаются в свободном состоянии.

Для них характерно:

  • 1) большое несоответствие между количеством действующего фермента и самим действием, например, 1 г фермент амилазы может превратить в сахар 1 т крахмала;
  • 2) один и тот же фермент в зависимости от условий может участвовать и в расщеплении и в синтезе веществ. Наилучшая температура для действия ферментов — 30—40°С, а для некоторых — даже 50°С. При 80°С почти все ферменты разрушаются. На ход энзиматических процессов сильно влияют различные химические вещества, например, NaCI, витамины, двухвалентные катионы (Са, Mn, Mg) способны активизировать ферменты (активаторы). Соли тяжелых металлов, особенно серебра, ртути, меди, свинца, а также кислоты и щелочи снижают активность ферментов или полностью парализуют их действие (ингибиторы). Влияет на активность ферментов и реакция среды. Одним подходит кислая среда, другим — нейтральная, а некоторым — слабощелочная.

Ферменты в основном белковые вещества, однако в ряд ферментов кроме белка входят другие соединения.

По химическому составу все микробные ферменты можно разделить на три группы:

  • 1) ферменты, состоящие только из сложных белковых веществ;
  • 2) ферменты, содержащие кроме белковой молекулы ионы какого-либо металла (меди, цинка, железа и др.); ионы указанных металлов повышают их активность;
  • 3) ферменты, имеющие наряду с белковыми соединениями обособленную молекулу органического вещества, без которой белковая часть в процессах превращения остается инертной. Эти активные соединения (коферменты, или простатические группы) без белкового носителя не могут выполнять каталитической реакции. В образовании некоторых коферментов участвуют витамины.

Каждый фермент действует на определенное вещество. Микробные клетки обладают значительным набором ферментов. Например, плесневый гриб аспергилл содержит около 20 различных ферментов.

Принято различать экзоферменты (экзоэнзимы) и эндоферменты (эндоэнзимы). Первые, выделяясь клеткой в окружающую среду, растворяют питательные вещества и подготавливают их к усвоению клеткой. Эндоферменты прочно связаны с цитоплазмой и проявляют деятельность внутри микробной клетки. Поступившие в клетку питательные вещества превращаются эндоферментами в ее составные части.

По характеру действия ферменты разделены на шесть основных групп.

  • 1. Гидролазы — ферменты, расщепляющие органические вещества (белки, углеводы и жиры) на более простые путем присоединения воды и отщепления ее элементов; они синтезируют сложные молекулы. К гидролазам относятся следующие:
    • карбогидразы — ферменты, катализирующие гидролиз и синтез различных углеводов. В эту группу входят: а) амилаза, превращающая крахмал в сахар — мальтозу; б) целлюлаза, гидролизующая целлюлозу (клетчатку) до глюкозы; в) пектиназы — комплекс ферментов, катализирующих распад пектиновых веществ на более простые; г) мальтаза, расщепляющая мальтозу на две части глюкозы; д) сахараза, расщепляющая сахарозу на глюкозу и фруктозу; е) лактаза, расщепляющая молочный сахар — лактозу — на две гек- созы (галактозу и глюкозу);
    • протеазы — ферменты, катализирующие гидролиз белков, пептонов, полипептидов и аминокислот. К ним принадлежат: а) протеиназы, расщепляющие белки на полипептиды и дипептиды; б) пептидазы, расщепляющие политептиды на дипептиды и аминокислоты; д) дезаминазы и амидазы, расщепляющие аминокислоты и амиды до аммиака;
    • эстеразы — ферменты, вызывающие превращения сложных эфиров. К эстеразам относятся: а) липазы, расщепляющие жиры на глицерин и свободные жирные кислоты; б) фосфатазы, расщепляющие сложные эфиры, фосфорсодержащие соединения с освобождением фосфорной кислоты; в) фосфорилазы, возбуждающие ферментативные реакции наподобие реакции гидролиза, где вместо воды активную роль играет фосфорная кислота. Эти превращения именуются реакциями фосфоролиза.
  • 2. Трансферазы (феразы) — ферменты переноса групп атомов между различными соединениями. К ним относятся:
  • фосфоферазы, переносящие фосфатный остаток с аденозин- трифосфата (АТФ) на глюкозу; аденозинтрифосфат превращается в аденозиндифосфат (АДФ) или аденозинмонофосфат (АМФ);
  • аминоферазы, переносящие аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту, например, переаминиронание глютаминовой кислоты с пировиноградной. Эти ферменты играют большую роль в обмене веществ.
  • 3. Оксидоредуктазы — ферменты окисления и восстановления. В названную группу входят ферменты, которые ускоряют окислительно-восстановительные процессы, обусловливающие ферментацию и дыхание. Среди них различают дегидразы, оксидазы, пероксид азы:
    • дегидразы переносят водород от одной молекулы органического вещества к другой. Вещество, отдающее водород, называется донатором водорода, а вещество, получающее этот элемент, — акцептором водорода;
    • оксидазы — аэробные дегидрогеназы, переносящие активированный водород от окисляемого субстрата на кислород, в результате чего образуется вода или перекись водорода;
    • пероксидаза окисляет органические соединения за счет активного атомарного кислорода, отщепляемого ею от органических перекисей.
  • 4. Лиазы — ферменты расщепления. Разрывая связь между углеродными атомами, отщепляя воду, аммиак и углекислый газ, они вызывают глубокий распад веществ. Например, карбоксилаза расщепляет пировиноградную кислоту до уксусного альдегида с выделением углекислого газа. Каталазы под действием этого фермента разлагают перекись водорода на воду и молекулярный кислород.
  • 5. Изомеразы — ферменты изомеризации. Они участвуют в расщеплении углеводов на первых стадиях их окисления. Например, фермент изомераза фосфотриоз катализирует превращение фосфо- диоксиацетона и 3-фосфоглицеринового альдегида.
  • 6. Лигазы (синтетазы) — ферменты, катализирующие расщепление белков, жиров, углеводов, а также синтез этих веществ. К данной группе относится около 30 различных ферментов. Характерным примером синтеза является действие фермента пируваткарбокси- лазы, который переводит пировиноградную кислоту в щавелевоуксусную при участии АТФ.

Своеобразием и активностью ферментов определяются все жизненные проявления микроорганизмов и их роль в круговороте веществ в природе, повышении плодородия почвы, гниении, производстве кормов при силосовании и т.д. Ферментативные особенности микробов широко применяются в бродильной промышленности, обработке льна, шкур, земледелии и консервировании многих пищевых продуктов.

Возможность быстрого получения больших количеств микроорганизмов в искусственных условиях позволила использовать их для изготовления ферментных препаратов. Так, амилолитические препараты, выделенные из некоторых видов грибов, применяют в пивоварении, хлебопечении, производстве спирта.

Знание ферментативной способности различных бактерий и грибов помогло использовать их в виноделии, пивоварении, силосовании, для приготовления уксусной, молочной, щавелевой, лимонной кислот и молочных продуктов (сыра, ацидофилина, кумыса и пр.) [3,4].

 
Посмотреть оригинал