Шпаргалка по "Биотехнологии"

Аминотрансферазы – двухкомпонентные ферменты, их простетической группой  служит пиридоксальфосфат – производное  витамина B6. К ферментам этого подкласса относятся аспартатаминотрасфераза. В большей части реакций трансаминирования акцептором аминогруппы служит альфа-кетоглутаровая кислоты, т.е. аминогруппы от многих разных аминокислот собираются в одной форме – в виде L-глутаминовой кислоты( L-глутамата).

Гексокиназа (КФ 2.7.1.1.; АТФ: D-гуксоза 6-фосфотрансфераза) катализирует реакцию фосфорилирования глюкозы, маннозы и фруктозы у 6-го углеродного атома. Гексокиназа обнаружена как у животных, так и растительных организмах; из дрожжей получена в виде белковых кристаллов.

Фосфофруктокиназа Этот фермент характерен для организмов с распадом глюкозы по пути гликолиза.

Глицеролкиназа (КФ 2.7.1.30; АТФ:глицерол 3-фосфотрансфераза) катализирует фосфорилирование глицерола.

Протеинкиназа (КФ 2.7.1.37; АТФ:протеин  фосфотрансфераза) катализирует реакцию  фосфорилирования гидроксильных групп  некоторых сериновых, треониновых  и тирозиновых остатсвок в  ряде белков по схеме

АТФ+протеин=АДФ+ фосфопротеин.

 

 

16. Классификация гидролаз, в зависимости от природы субстрата.

Ферменты, содержащиеся в  лизосомах, относятся к классу гидролаз. Они ускоряют реакции расщепления  органических соединений при участии  воды. В зависимости от характера  субстрата, подвергающегося гидролизу, гидролазы делятся на подклассы:

1. Эстеразы, ускоряющие реакции гидролиза сложных эфиров спиртов с органическими и неорганическими кислотами. Важнейшими подподклассами эстераз являются гидролазы эфиров карбоновых кислот и фосфатазы. В качестве представителя первого подподкласса рассмотрим липазу. Липаза ускоряет гидролиз внешних, т.е. а-сложноэфирных, связей в молекулах триацилглицеринов (жиров). Фосфатазы катализируют гидролиз фосфорных эфиров. Особенно широко распространены фосфатазы, действующие на сложные эфиры фосфорной кислоты углеводов, например глюкозо-1-фосфотаза. Действие фосфатаз проявляется в широком спектре рН от 3 до 9, поэтому выделяют щелочную и кислую фосфатазы. Нас интересует в данном случае кислая фосфатаза, являющаяся маркерным ферментом лизосом. Большинство из них обладает широкой субстратной специфичностью.

2. Пептид–гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза белков, пептидов и других соединений, содержащих пептидные связи. Специфичность протеолитических ферментов определяется природой аминокислотных боковых групп, находящихся по соседству с гидролизуемой связью. Также важной характеристикой специфичности пептидаз является положение гидролизуемой связи; по этому признаку различают две главные группы пептидаз. Экзопептидазы – это ферменты подгруппы 3.4.11 – 15, для действия которых требуется либо свободная концевая аминогруппа (аминопептидазы), либо свободная концевая карбоксильная группа (карбоксипептидазы). Остальные пептидазы, или эндопептидазы, гидролизуют определенные связи внутри цепи; действие некоторых из них тормозится, если около гидролизуемой связи находится свободная концевая группа. Катепсины (от гр. kathepso – перевариваю), протеолитические ферменты из группы эндопептидаз. Локализованы в лизосомах клеток животных. Осуществляют внутриклеточное переваривание белков. Обладают широкой специфичностью, оптимум активности – при слабокислом значении рН.

3. Нуклеазы, ускоряющие реакции расщепления фосфодиэфирных связей в полинуклеотидной цепи нуклеиновых кислот с образованием моно - и олигонуклеотидов. Концевые мононуклеотиды отщепляются экзонуклеазами, расщепление внутри полинуклеотидной цепи осуществляется эндонуклеазами. Нуклеазы могу расщеплять РНК (рибонуклеазы) и ДНК (дезоксирибонуклеазы) либо те и другие (т.е. неспецифичные нуклеазы). Нуклеазы широко распространены в природе и играют важную роль в распаде и синтезе нуклеиновых кислот. Нуклеазы характеризуется широкой и перекрывающейся специфичностью; классификация этих ферментов весьма трудна и протиречива.

4. Гликозидазы, ускоряющие реакции гидролиза гликозидов, в том числе углеводов. В зависимости от того, на какой пространственный изомер (а или в) действует фермент, его относят к а- или в-гликозидазам. Таким образом, гликозидазы обладают ярко выраженной пространственной специфичностью, которая определяется конфигурацией каждой – СНОН-групп. Кроме гликозидов субстратами, на которые распространяется действие тех или иных гликозидаз, являются олиго - и полисахариды. Ферменты этой большой и важной группы расщепляют в основном субстраты, в молекуле которых не содержится заряженных групп. В этих субстратах доминирующую роль играет расположение гидроксильных групп и атомов водорода. Как правило, гликозидазы проявляют высокую степень специфичности по отношению к определенному моносахаридному кольцу; однако присоединенная агликоновая группа также может оказывать более или менее заметное влияние. В некоторых случаях (например, у нуклеозидаз) это влияние агликона бывает выражено сильнее, чем влияние моносахаридного компонента. Инозиназа, например, гидролизует гипоксантинрибозид, но не действует на ксантинрибозид.

5. Гидролазы, действующие на С – N-связи, отличающиеся от пептидных, т.е. ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важную роль в организме играют уреаза, аспарагиназа и глутаминаза. Уреаза ускоряет гидролиз мочевины до NH₃ и СО₂. Аспарагиназа и глутаминаза ускоряют гидролиз амидов дикарбоновых аминокислот – аспарагиновой и глутаминовой. К гидролазам, действующим на С – N-связи, отличающиеся от пептидных, кроме амидаз относятся ферменты, катализирующие гидролиз С - N-связей в линейных амидинах. К их числу принадлежит аргиназа.

 

17. Реакции, катализируемые лиазами.

Для деградации пектиновых веществ  наряду с пектингидролазами применяют  ферменты, относящиеся к классу лиаз, — пектинтрансэлиминазы. Эти ферменты расщепляют α-1,4-гликозидную связь  между остатками галактуроновой кислоты в полигалактуронидах, с  образованием двойной связи между  атомами С4 и С5 одного из остатков (рис. 3.3).

 

Различают пектатлиазы, деградирующие  деметоксилированный и низкоэтерифицированный пектин, и пектинлиазы, расщепляющие метоксилированный пектин.

 Эндопектатлиазы (КФ 4.2.2.2) катализируют неупорядоченное расщепление пектатов с образованием в качестве конечных продуктов реакции ненасыщенной дигалактуроновой кислоты и небольших количеств ненасыщенной тригалактуроновой кислоты, насыщенных ди- и моногалактуроновой кислот.

Эндопектатлиазу синтезируют  бактерии, микроскопические грибы и  растения. Фермент имеет молекулярную массу в пределах 30-100 кДа, представлен  одной полипептидной цепью. Оптимум  действия при pH 7-9. Активаторы эндопектатлиазы  — ионы кальция и других двухвалентных  металлов, хелат ЭДТА полностью ингибирует фермент. В комплексах некоторых  бактерий обнаружено по несколько представителей эндопектатлиаз.

Экзопектатлиазы (КФ 4.2.2.9) катализируют расщепление предпоследней гликозидной связи от восстанавливающего конца пектатов, с образованием единственного продукта реакции — ненасыщенной дигалактуроновой кислоты. Эти ферменты присутствуют в комплексах пектинрасщепляющих ферментов бактерий. Некоторые бактерии синтезируют экзопектатлиазы, деградирующие пектаты с образованием ненасыщенной тригалактуроновой кислоты.

Из бактериальных культур  выделен фермент заключительного  этапа расщепления полигалактуроновой кислоты — олигогалактуронидлиаза (КФ 4.2.2.6), которая катализирует расщепление олигогалактуронидов, образующихся под действием эндопектатлиазы и эндополигалактуроназы. Расщепляется первая гликозидная связь от восстанавливающего конца субстратов, то есть продуктами реакции являются мономеры. Олигогалактуронидлиазы из различных бактериальных культур отличаются по специфичности в отношении насыщенных и ненасыщенных субстратов.

Пектинлиазы (КФ 4.2.2.10) предпочтительно расщепляют высокоэтерифицированный пектин. Эти ферменты широко распространены у грибов. Важная роль пектинлиаз определяется их способностью непосредственно воздействовать на высокоэтерифицированный субстрат без его предварительной деэтерификации, которая обычно предшествует гидролитическому расщеплению пектина. Наличие пектинлиазы обеспечивает грибам быстрое проникновение в ткани фруктов и овощей, сопровождающееся их мацерацией и порчей.

Активность пектинлиазы  наиболее выражена у микроорганизмов, не синтезирующих пектинэстеразы, поскольку  при действии пектинэстеразы образуется низкометоксилированный субстрат, к  которому пектинлиаза имеет малое  сродство.

В комплексных ферментных препаратах из культур грибов пенициллов (P. adametzii, P. citrinum и P. janthinellum) найдены пектинлиазы  с оптимумами действия в интервалах pH 6-8,5 и температуры 35-60 °С (субстрат — яблочный пектин со степенью этерификации 84 %). Конечные продукты гидролиза субстрата  — моно- и дигалактуроновые кислоты. Препараты не содержат полигалактуроназы, целлюлазы, ксиланазы и протеазы. Они вызывают мацерацию тканей клубней  картофеля предпочтительно в  кислой среде (pH 5).

В отечественном препарате  «Пектоклостридине», выделяемом из культуры анаэробной бактерии Clostridium pectinofermentans пектинтрансэлиминаза присутствует в  комплексе с пектингидролазами  — экзополигалактуроназой и пектинэстеразой. Комплекс проявляет максимальную активность при температуре 40-45 °С, для действия пектинтрансэлиминазы оптимален pH 8. 

 

18. Представителя класса синтетаз.

Эти ферменты катализируют реакции присоединения друг к  другу двух молекул, сопряженные  с гидролизом пирофосфатной связи  в АТФ или другом нуклеозидтрифосфате. Образуемые в этих реакциях связи  часто являются высокоэнергетическими. В зависимости от типа вновь образуемой связи ( - С- О-, -С-S-, -С-N- и др.) лиазы  разделили на пять подклассов. Подподклассы выделены в зависимости от природы образующегося соединения. Систематическое название составляется по схеме Х: У лигазы (образующая Z ), где Х и У - соединяющие молекулы; в скобках указывается продукт расщепления нуклеозидтри- фосфата, участвующего в данной реакции в качестве источника энергии. В рекомендуемых названиях применяется термин “синтетаза”.

Ацетил-КоА-синтетаза (КФ 6.2.1.1.; ацетат: КоА лигаза

Глутаминсинтетаза((КФ 6.3.1.2.; л-глутамат: аммиак лигаза

Пируваткарбоксилаза (КФ 6.4.1.1.; пируват:двуокись углерода лигаза

Эти лигазы играют важную роль в процессе биосинтеза белка и  обладают абсолютной специфичностью.

 

 

19. Практическое использование микробных ферментов.

 

Использование микробных  ферментов в некоторых отраслях промышленности началось достаточно давно. Основными группами ферментных препаратов являются:

Амилолитические ферменты (α-амилаза, β-амилаза, глюкоамилаза). Их действие проявляется при гидролизе крахмала и гликогена.

Протеолитические  ферменты относятся к гидролазам, образуя класс пептидгидролаз. Их действие заключается в ускорении гидролиза пептидных связей в белках. Важная их особенность – выборочный, селективный характер действия на пептидные связи в белковой молекуле. Например, пепсин действует только на связь с ароматическими аминокислотами, трипсин – только на связь между аргинином и лизином. Применяются в пищевой промышленности для смягчения мяса; кожевенной промышленности при мягчении шкур; в косметической промышленности при производстве паст, кремов; также применяют при создании моющих средств как добавку для удаления загрязнений белковой природы; в медицине при лечении воспалительных процессов, ожогов, тромбозов.

Целлюлолитические ферменты очень специфичны, их действие проявляется лишь в деполимеризации молекул целлюлозы, такие ферменты способствуют гидролизу целлюлозы до глюкозы. Используют в гидролизной промышленности, в медицине для выделения лекарственных веществ из растений; в сельском хозяйстве как добавка в комбикорма для жвачных животных.

Пектолитические ферменты объединены в одну группу по внешнему проявлению своего действия – уменьшению молекулярной массы и снижению вязкости пектиновых веществ. Все пектиназы делятся на 2 вида – гидролазы и трансэлиминазы. Первые отщепляют метильные остатки (пектинэстеразы) или разрывают α-1→4-гликозидные связи (полигалактуроназы). Вторые ускоряют негидролитическое расщепление пектиновых веществ с образованием двойных связей. Применяются в текстильной промышленности для вымачивания льна; в виноделии для осветления вин, уничтожения мутности; в консервировании для приготовления фруктовых соков. Ферментная технология включает продукцию, выделение, очистку, использование в растворенной форме и, наконец, применение в иммобилизованном виде ферментов в широком круге реакторных систем.

а-Амилаза	Пивоварение, производство спирта
Каталазае	Антиоксидант в готовых к употреблению пищевых продуктах
Целлюлаза	Получение спирта и глюкозы
Глюкоамилаза	Пивоварение, производство спирта
Глюкозоизомераза	Производство сиропов с высоким  содержанием фруктозы
Инвертаза	Инверсия сахарозы
Лактаза	Утилизация сыворотки, гидролиз лактозы
Липаза	Сыроварение, получение ароматизаторов
Пектиназа	Осветление соков, производство спирта
Протеаза	Детергент, производство спирта

20. Спиртовое брожение. Химизм спиртового  брожения

Брожение - это наиболее простой  способ получения энергии. Это анаэробный процесс, поэтому выход АТФ невысок  от 1 до 4 молекул в зависимости  от вида брожения.

Спиртовое брожение — химическая реакция брожения, осуществляемая дрожжами, в результате которой одна молекула глюкозы преобразуется в 2 молекулы этанола и в 2 молекулы углекислого газа.