ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 33
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
которые не встречаются ни в растениях, ни у животных. Ферменты, присущие данному микроорганизму, входящие в число компонентов его клетки, называют конститутивными. Существуют ферменты индуцируемые (адаптивные), которые вырабатываются клеткой только при добавлении к среде вещества (индуктора), стимулирующего синтез данного фермента. Например, микроорганизм, не ассимилирующий мальтозу, можно приучить к использованию ее, культивируя в среде с этим сахаром как единственным источником углерода. В этих условиях микроорганизм синтезирует фермент мальтазу, которым ранее он не обладал. В живой клетке действие ферментов происходит упорядочение, строго согласованно. Ферменты локализованы в различных клеточных структурах (в мезосомах, митохондриях, цито-плазматической мембране и др.). Некоторые ферменты выделяются микроорганизмами наружу (в среду); их принято называть экзоферментами. Они играют большую роль в подготовке пищи к ее поступлению в клетку. Происходит внеклеточное «переваривание» пищи — расщепление сложных веществ субстрата (крахмала, белков и др.) на более простые, способные проникать в клетку. Ферменты, не выделяющиеся при жизни клетки в окружающую среду, называют эндоферментами (внутриклеточными). Они участвуют во внутриклеточных процессах обмена веществ. Хотя ферменты вырабатываются клеткой, но и после ее смерти временно_остаются в активном состоянии и может произойти автолиз (от греч. autos — сам, lysis — растворение) — саморастворение, или самопереваривание, клетки под влиянием внутриклеточных ферментов. При разрушении клеток ферменты поступают в среду — в субстрат, в котором развивались микро‐ организмы. При хранении пищевых продуктов, значительно обсемененных микроорганизмами, даже в условиях, исключающих их развитие, возможно снижение качества продуктов за счет 'ферментов автолизированных микробных клеток. Классификация ферментов Номенклатура ферментов складывалась постепенно, по мере их открытия и изучения. Названия ферментов вначале носили случайный характер. Например, фермент, расщепляющий крахмал, был назван диастазом, а фермент желудочного сока, расщепляющий белки, — пепсином. Позднее название фермента стали составлять из корня слова, обозначающего вещество, на которое действует фермент, добавляя к нему окончание «аза». Фермент, расщепляющий крахмал (амилум), стали называть амилазой, фермент, разлагающий мальтозу, — мальтазой и т. п. Наряду с этим ферменты называют и по функции — по химическим процессам, которые они катализируют. Например, ферменты, катализирующие отщепление водорода от субстрата (дегидрогенерирование), называют дегидрогеназами, а расщепляющие сложные органические соединения путем гидролиза — гидролазами и т. д. В соответствии с принятой в настоящее время классификацией ферментов (Правила номенклатуры ферментов, 1972) все ферменты делят на 6 классов: 1 — оксидоредуктазы; 2 — транс-феразы; 3 — гидролазы; 4 — лиазы; 5 — изомеразы; 6 — лигазы. Классы подразделяют на подклассы, которые делят на подподклассы. Каждый фермент имеет название и шифр из четырех цифр. Первая цифра обозначает класс, вторая — подкласс, третья — подподкласс, четвертая — порядковый номер данного фермента. В настоящее время известно более 1000 ферментов. Ниже рассматриваются только некоторые наиболее распространенные ферменты микроорганизмов. I Оксидоредуктазы — окислительновосстановительные ферменты. В этот класс входят многочисленные ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции процессов дыхания и брожения микроорганизмов. Среди оксидоредуктаз. различают следующие ферменты. Дегидрогеназы — ферменты, катализирующие реакцию де-гидрогенерирования органических соединений: отщепление водорода. Отнятый водород' передается дегидрогеназой какому-либо другому веществу (промежуточному — временному или конечному акцептору водорода). Одновременно одно вещество окисляется, а другое восстанавливается. Дегидрогеназы специфичны по отношению к донору водорода (веществу, подвергающемуся дегидрогенерированию) и к акцептору водорода. Их делят на анаэробные и аэробные. Анаэробные (первичные) дегидрогеназы передают отнятый от окисляемого субстрата водород другим дегид-рогеназам или молекулам каких-либо органических веществ. Эти дегидрогеназы являются двухкомпонентными ферментами. Их простетическая группа при диализе легко отделяется в виде кофермента. Коферменты анаэробных дегидрогеназ построены по типу ди-нуклеотидов. Каждый нуклеотид содержит органическое основание (чаще гетероциклическое), которое через пентозу соединено с фосфорной кислотой. Коферментом многих анаэробных дегидрогеназ является никотинамид-аденин-дийуклеотид (сокра‐ щенно НАД). Кофермент, присоединяя водород от окисляемого вещества, превращается в восстановленную форму — НАД • Нг. Передавая затем водород другому веществу, он восстанавливает его, а НАД • Нг снова превращается в НАД (окисляется). Анаэробные дегидрогеназы имеются как у анаэробов, так и у аэробов (см. с. 65). Аэробные (вторичные) дегидрогеназы передают активированный водород, отнятый у окисляемого вещества или от восстановленной анаэробной дегидрогеназы, кислороду воздуха непосредственно либо через промежуточных переносчиков. Аэробные дегидрогеназы, передающие водород субстрата только непосредственно кислороду, называют оксидазами. К оксидазам относится, например, полифенолоксидаза, катализирующая реакцию окисления полифенолов с образованием тем-ноокрашенных соединений меланинов. Этот фермент имеется у многих плесневых грибов. Действие полифенолоксидазы проявляется в потемнении тканей плодов и овощей, пораженных этими плесенями. К аэробным дегидрогеназам относятся флавиновые ферменты, коферментом которых является флавин-аденин-дину-клеотид (ФАД). Поскольку в состав кофермента входит рибоПримерами карбогидраз, расщепляющих дисахариды,
распространенных у микроорганизмов, являются следующие ферменты. Мальтаза (а-глюкозидаза) расщепляет мальтозу (солодовый сахар) на две молекулы глюкозы. Сахараза (инвертаза, р-фруктофуранозидаза) расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Л акта за (р-галактозидаза) расщепляет молочный сахар (лактозу) на галактозу и глюкозу. Из гидролаз, действующих на полисахариды, наибольшее значение имеют следующие. Амилазы — ферменты, катализирующие гидролиз крахмала. Известно три типа амилаз: а-амилаза, р-амилаза и глю-коамилаза. Они отличаются между собой по свойствам и способу действия на крахмал. Амилазы находятся в плесневых грибах и многих бактериях. Дрожжи не содержат амилаз. а-Амилаза расщепляет крахмал преимущественно на сравнительно низкомолекулярные декстрины. Мальтозы получается мало. Р-Амилаза расщепляет крахмал с образованием главным образом мальтозы и небольшого количества декстринов (высокомолекулярных) . Глюкоамилаза расщепляет крахмал, образуя преимущественно глюкозу и небольшое количество декстринов. Целлюлаза — фермент, гидролизующий целлюлозу (клетчатку) с образованием дисахарида целлобиозы, который в дальнейшем при участии фермента целлобиазы (р-глюкозидазы) расщепляется на две молекулы глюкозы. Целлюлаза встречается в грибах и некоторых бактериях. Пектолитические ферменты — это комплекс ферментов, гидролизующих пектиновые вещества. Пектиновые вещества в виде нерастворимого протопектина находятся в растениях в качестве межклеточного вещества и входят в состав клеточных оболочек. При участии пектолитических ферментов (про-топектиназы, пектинэстеразы, полигалактуроназы) протопектин и растворимый пектин гидролизуются с образованием метилового спирта, галактуроновых кислот, пентоз, гексоз. Пектолитические ферменты имеются у многих плесеней и у некоторых бактерий. Развитие этих микроорганизмов в растительном пищевом сырье (плодах, овощах) приводит к мацерации (размягчению) их тканей. Пептидазы (протеолитические ферменты) катализируют гидролиз белков, пептидов, расщепляя пептидные связи. Пептидазы обладают специфичностью, которая обусловлена структурой молекулы белка, наличием и расположением определенных химических групп. Каждая пептидаза разрывает пептидные связи между определенными аминокислотами. Дезаминазы и амидазы — ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление аминокислот и амидов с отщеплением азота в виде аммиака. Из амидаз существенную роль в азотном обмене микроорганизмов играют аспарагиназа, катализирующая гидролиз ас-парагина на аспарагиновую кислоту и аммиак, а также глу-таминаза, вызывающая гидролиз глутамина с образованием аммиака и глутаминовой кислоты. Эстеразы — ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров (эстеров). Они широко распространены у микроорганизмов. Важную роль в обмене веществ микроорганизмов играют следующие эстеразы. Липазы — ферменты, вызывающие гидролиз жиров на глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты. Фосфатазы — многочисленные ферменты, расщепляющие эфироподобные фосфорсодержащие органические соединения с освобождением фосфорной кислоты. ^Лиазы. К классу лиаз относятся ферменты, которые катализируют реакции негидролитического расщепления органических веществ, сопровождаемые отщеплением от субстрата тех или иных групп: СОг, НгО, Ш3 . Альдолаза — фермент, обратимо расщепляющий шести-углеродную молекулу фруктозодифосфата на два трехуглерод-ных соединения: фосфодиоксиацетон и фосфоглицериновый альдегид. Этот фермент участвует в начальной стадии превращения сахара в процессе дыхания и брожения. Декарбоксилазы— ферменты, катализирующие декар-боксилирование (отщепление СО2) органических кислот. Во многих микроорганизмах содержится, например, пиру-ватдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СО2 от пировиноградной кислоты с образованием уксусного альдегида. В состав кофермента этой декарбоксилазы входит витамин Вь Декарбоксилазы аминокислот участвуют в отщеплении СОг от аминокислот с выделением аминов. Микроорганизмы, особенно гнилостные бактерии, богаты де-карбоксилазами аминокислот. уИзомеразы. Ферменты этого класса катализируют превращение органических соединений в их изомеры — внутримолекулярное перемещение радикалов, атомов, атомных группировок. Примерами могут служить следующие ферменты. Триозофосфатизомераза катализирует взаимное превращение фосфотриоз: фосфодиоксиацетона и фосфоглицерино-вого альдегида. Глюкозофосфатизомераза катализирует обратимое превращение глюкозо-6- фосфат во фруктозо-б-фосфат. Оба этих фермента участвуют на первых стадиях превращения сахара в процессах дыхания и брожения. ^Лигазы (синтетазы). В этот класс входят ферменты, катализирующие реакции синтеза сложных органических соединений из более простых. Эти реакции требуют затрат энергии и обычно протекают одновременно с расщеплением пирофосфатной (мак-роэргической) связи в АТФ Рибофлавин (витамин В2 ), флавиновые ферменты окрашены в желтый цвет. Одни флавиновые ферменты могут переносить водород непосредственно на кислород, т. е. являются оксидазами; другие передают водород от окисляющихся веществ кислороду через ряд промежуточных переносчиков. В таких случаях участвуют системы ферментов, а водород многократно переносится от одного вещества к другому, пока не достигнет своего конечного акцептора — кислорода. Последний подвергается восстановлению с образованием воды или перекиси водорода. Особо важное значение в процессах аэробного дыхания имеет цитохромная ферментная система, состоящая из цитохро-мов и фермента цитохромоксидазы. Цитохромы представляют собой гемопротеиды. В состав простетической группы (гема) входит двухвалентное железо. Роль цитохромов в процессе дыхания заключается в последовательном переносе электронов от водородного атома восстановленной дегидрогеназы на цитохромоксидазу. Цитохромоксидаза — двухкомпонентный гемосодержа-щий фермент, катализирует окислительно-восстановительную реакцию между восстановленным цитохромом (последним в цепи цитохромов) и кислородом Цитохромная система содержится в клетках всех микроорганизмов, за исключением облигатно-анаэробных бактерий
распространенных у микроорганизмов, являются следующие ферменты. Мальтаза (а-глюкозидаза) расщепляет мальтозу (солодовый сахар) на две молекулы глюкозы. Сахараза (инвертаза, р-фруктофуранозидаза) расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Л акта за (р-галактозидаза) расщепляет молочный сахар (лактозу) на галактозу и глюкозу. Из гидролаз, действующих на полисахариды, наибольшее значение имеют следующие. Амилазы — ферменты, катализирующие гидролиз крахмала. Известно три типа амилаз: а-амилаза, р-амилаза и глю-коамилаза. Они отличаются между собой по свойствам и способу действия на крахмал. Амилазы находятся в плесневых грибах и многих бактериях. Дрожжи не содержат амилаз. а-Амилаза расщепляет крахмал преимущественно на сравнительно низкомолекулярные декстрины. Мальтозы получается мало. Р-Амилаза расщепляет крахмал с образованием главным образом мальтозы и небольшого количества декстринов (высокомолекулярных) . Глюкоамилаза расщепляет крахмал, образуя преимущественно глюкозу и небольшое количество декстринов. Целлюлаза — фермент, гидролизующий целлюлозу (клетчатку) с образованием дисахарида целлобиозы, который в дальнейшем при участии фермента целлобиазы (р-глюкозидазы) расщепляется на две молекулы глюкозы. Целлюлаза встречается в грибах и некоторых бактериях. Пектолитические ферменты — это комплекс ферментов, гидролизующих пектиновые вещества. Пектиновые вещества в виде нерастворимого протопектина находятся в растениях в качестве межклеточного вещества и входят в состав клеточных оболочек. При участии пектолитических ферментов (про-топектиназы, пектинэстеразы, полигалактуроназы) протопектин и растворимый пектин гидролизуются с образованием метилового спирта, галактуроновых кислот, пентоз, гексоз. Пектолитические ферменты имеются у многих плесеней и у некоторых бактерий. Развитие этих микроорганизмов в растительном пищевом сырье (плодах, овощах) приводит к мацерации (размягчению) их тканей. Пептидазы (протеолитические ферменты) катализируют гидролиз белков, пептидов, расщепляя пептидные связи. Пептидазы обладают специфичностью, которая обусловлена структурой молекулы белка, наличием и расположением определенных химических групп. Каждая пептидаза разрывает пептидные связи между определенными аминокислотами. Дезаминазы и амидазы — ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление аминокислот и амидов с отщеплением азота в виде аммиака. Из амидаз существенную роль в азотном обмене микроорганизмов играют аспарагиназа, катализирующая гидролиз ас-парагина на аспарагиновую кислоту и аммиак, а также глу-таминаза, вызывающая гидролиз глутамина с образованием аммиака и глутаминовой кислоты. Эстеразы — ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров (эстеров). Они широко распространены у микроорганизмов. Важную роль в обмене веществ микроорганизмов играют следующие эстеразы. Липазы — ферменты, вызывающие гидролиз жиров на глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты. Фосфатазы — многочисленные ферменты, расщепляющие эфироподобные фосфорсодержащие органические соединения с освобождением фосфорной кислоты. ^Лиазы. К классу лиаз относятся ферменты, которые катализируют реакции негидролитического расщепления органических веществ, сопровождаемые отщеплением от субстрата тех или иных групп: СОг, НгО, Ш3 . Альдолаза — фермент, обратимо расщепляющий шести-углеродную молекулу фруктозодифосфата на два трехуглерод-ных соединения: фосфодиоксиацетон и фосфоглицериновый альдегид. Этот фермент участвует в начальной стадии превращения сахара в процессе дыхания и брожения. Декарбоксилазы— ферменты, катализирующие декар-боксилирование (отщепление СО2) органических кислот. Во многих микроорганизмах содержится, например, пиру-ватдекарбоксилаза, катализирующая отщепление СО2 от пировиноградной кислоты с образованием уксусного альдегида. В состав кофермента этой декарбоксилазы входит витамин Вь Декарбоксилазы аминокислот участвуют в отщеплении СОг от аминокислот с выделением аминов. Микроорганизмы, особенно гнилостные бактерии, богаты де-карбоксилазами аминокислот. уИзомеразы. Ферменты этого класса катализируют превращение органических соединений в их изомеры — внутримолекулярное перемещение радикалов, атомов, атомных группировок. Примерами могут служить следующие ферменты. Триозофосфатизомераза катализирует взаимное превращение фосфотриоз: фосфодиоксиацетона и фосфоглицерино-вого альдегида. Глюкозофосфатизомераза катализирует обратимое превращение глюкозо-6- фосфат во фруктозо-б-фосфат. Оба этих фермента участвуют на первых стадиях превращения сахара в процессах дыхания и брожения. ^Лигазы (синтетазы). В этот класс входят ферменты, катализирующие реакции синтеза сложных органических соединений из более простых. Эти реакции требуют затрат энергии и обычно протекают одновременно с расщеплением пирофосфатной (мак-роэргической) связи в АТФ Рибофлавин (витамин В2 ), флавиновые ферменты окрашены в желтый цвет. Одни флавиновые ферменты могут переносить водород непосредственно на кислород, т. е. являются оксидазами; другие передают водород от окисляющихся веществ кислороду через ряд промежуточных переносчиков. В таких случаях участвуют системы ферментов, а водород многократно переносится от одного вещества к другому, пока не достигнет своего конечного акцептора — кислорода. Последний подвергается восстановлению с образованием воды или перекиси водорода. Особо важное значение в процессах аэробного дыхания имеет цитохромная ферментная система, состоящая из цитохро-мов и фермента цитохромоксидазы. Цитохромы представляют собой гемопротеиды. В состав простетической группы (гема) входит двухвалентное железо. Роль цитохромов в процессе дыхания заключается в последовательном переносе электронов от водородного атома восстановленной дегидрогеназы на цитохромоксидазу. Цитохромоксидаза — двухкомпонентный гемосодержа-щий фермент, катализирует окислительно-восстановительную реакцию между восстановленным цитохромом (последним в цепи цитохромов) и кислородом Цитохромная система содержится в клетках всех микроорганизмов, за исключением облигатно-анаэробных бактерий