Гидролиз белков

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………..3

1.Действие  гидролитических ферментов……………………………...4

1.1.Гидролиз  пектиновых веществ…………………………………….4

1.2.Гидролиз  крахмала…………………………………………………..8

1.3.Гидролиз  целлюлоз и  гемицеллюлоз………………………………11

1.3.1. Целлюлолитические микроорганизмы и ферменты…………13

2.Гидролиз  белков………………………………………………………14

2.1.Преимущества  ферментативного способа получения  белковых гидролизатов……………………………………………………………16

3.Значение  гидролиза………………………………………………….20

Заключение ……………………………………………………………..21

Список литературы…………………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Гидролиз (греч. hydor вода + lysis разложение) – разложение веществ, проходящее с обязательным участием воды.

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов[12].

Реакции гидролиза подвергаются самые различные вещества. Так в процессе пищеварения высокомолекулярные вещества (белки, жиры, полисахариды и др.) подвергаются ферментативному гидролизу с образованием низкомолекулярных соединений (соответственно, аминокислот, жирных кислот и глицерина, глюкозы и др.).

Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевых продуктов, так как высасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы. Так, например, усвоение полисахаридов и дисахаридов становится возможным лишь после полного их гидролиза ферментами до моносахаридов [4].

Человек получает энергию как за счёт многостадийного процесса окисления пищи – белков, жиров и углеводов, так и за счёт гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов, пептидов и гликозидов.

        Гидролиз – также основа синтеза мочевины.

Среди многочисленных способов проведения гидролиза выделяют основные - кислотный и ферментативный гидролиз. Ферментативный гидролиз в настоящее время представляется более перспективным[8].

 

 

 

 

 

 

1.Действие гидролитических ферментов

       Гидролазы - класс ферментов, катализирующих реакции гидролиза. К гидролазам относятся многие пищеварительные ферменты. Некоторые гидролазы используются в пищевой промышленности.

Большинство промышленно важных ферментов относятся к классу гидролаз, потребность в которых исчисляется десятками тысяч тонн. К гидролазам относятся пектолитические, амилолитические, протеолитические, цитолитические и другие ферменты[10].

 

1.1.Гидролиз пектиновых веществ

Гидролиз пектиновых веществ происходит под действием пектолитических ферментов. Эти ферменты имеют наибольшее значение в консервной промышленности.

Пектиновые вещества __ высокомолекулярные соединения углеводной природы, полисахариды, состоящие из остатков галактуроновой или глюкуроновой кислот, соединенных связями α-1,4. При этом образуется цепочка полигалактуроновой кислоты.

В составе этой цепочки могут быть ответвления в виде остатков метилового спирта СН3О-, часть водородных атомов карбоксильных групп может быть замещена катионами металлов. К этой же цепи могут присоединяться остатки сахаров: галактозы, арабинозы, рамнозы в виде полисахаридной цепочки. Сахаридный комплекс образует нейтральную фракцию пектиновых веществ, а полигалактуроновая цепочка с метоксильными группами - кислую фракцию[11].

К пектиновым веществам относят протопектин, пектин, пектиновые кислоты.

Протопектин или нерастворимый пектин – нерастворимое  в воде природное соединение растительного происхождения со сложным химическим составом, недостаточно хорошо изучено. Возможно это соединение пектина с другими веществами: целлюлозой, гемицеллюлозой, белками.

Пектин или растворимый пектин – водорастворимые полигалактуроновые кислоты, карбоксильные группы которых в различной степени соединены с остатками метилового спирта, т.е. этерифицированы. Молекулярная масса от 25 до 360000. Растворяется в горячей воде. В присутствии сахара и кислот образует студни. Это свойство используется при приготовлении джемов, повидла.

Пектиновые кислоты – высокомолекулярные полигалактуроновые кислоты, не содержащие этерифицированных групп. Плохо растворяются в воде, студни не образуют. Пектиновые кислоты могут образовывать соли с ионами многовалентных металлов, в результате образуются нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок[8].

Пектиновые вещества уменьшают выход соков из  плодово-ягодного сырья, затрудняют их осветление.

Гидролиз пектиновых веществ происходит под действием пектолитических ферментов: протопектиназы, пектинэстразы, полигалактуроназы.

Протопектиназа расщепляет в протопектине связи между метоксилированной полигалактуроновой кислотой и связанными с ней арабаном и галактаном. В результате образуется метоксилированная полигалактуроновая кислота, которая представляет собой растворимый пектин.

Арабан               Метоксилированная               Галактан

                          полигалактуроновая

                                        кислота

 

Рисунок 1- Действие протопектиназы

Пектинэстераза (пектаза) принадлежит к группе эстераз и гидролизует эфирные связи растворимого пектина, отщепляя метоксилъные группы  от  метоксилированной полигалактуроновой кислоты.

 При этом образуется  метиловый спирт   (СН3ОН) и полигалактуроновая  кислота.

Полигалактуроназа (пектиназа) действует на растворимый пектин, катализируя расщепление α-1,4-глюкозидных связей между остатками галактуроновой кислоты, которые не содержат метоксилъных групп. В результате образуются галактуроновая и полиуроновые кислоты. По  характеру гидролиза и механизму действия различают эндо- и экзополигалактуроназы.

Эндополигалактуроназа действует «беспорядочно», разрывает цепь внутри молекулы субстрата, приводит к резкому снижению вязкости растворов, количество восстанавливающих (альдегидных) групп незначительное.

Экзополигалактуроназа действует с конца цепи, отщепляя по молекуле галактуроновой кислоты. Под действием этого фермента вязкость снижается незначительно, но высвобождается большое количество восстанавливающих групп[14].

Полнота ферментативного гидролиза пектина зависит от действия каждого из ферментов, расщепляющих пектин. Кроме вышеуказанных ферментов в состав пектолитического комплекса входят также и другие, которые недостаточно полно изучены.

Полигалактуроназа содержится, в основном, в различных видах грибов и бактерий, пектинэстераза – плесневых грибах, высших растениях и бактериях.

Оптимальные условия действия пектолитических ферментов; рН 3,7-4,0, температура 40-50 °С[11].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Гидролиз крахмала

 

Гидролиз крахмала осуществляется амилолитическими ферментами.

Крахмал - полисахарид, состоящий в свою очередь из двух полисахаридов, которые отличаются степенью полимеризации и типом строения – амилозой. Структурной единицей крахмала, а, следовательно, амилозы и амилопектина, является глюкоза, остатки которой соединены между собой α-1,4 и α-1,6- глюкозидньми связями[1].

Амилоза имеет линейное строение (рисунок 3), связь между остатками глюкозы  α-1,4 (между 1-м и 4-м углеродными атомами). Растворима в горячей воде без набухания. Образует растворы невысокой вязкости. Молекулярная масса от 60 до 600. С йодом дает синее окрашивание.

Амилопектин  представляет собой разветвленную цепь, состоящую из большого числа глюкозных остатков (около 2500, рисунок 5 А). Главная цепочка состоит из 25-30 остатков, а боковые _ из 15-18. В амилопектине остатки глюкозы на линейных участках связаны α-1,4- связью, а в местах ветвления - связью  α-1,6. В воде не растворяется. При нагревании образует клейстер. С йодом дает фиолетовое окрашивание.

Содержание амилозы и амилопектина в крахмале различно и зависит от сорта растения. Например, в картофельном крахмале амилозы содержится 19-22 %, а амилопектина – 81-78 %.

Гидролиз крахмала осуществляется амилазами (α-амилазой, β-амилазой, глюкоамилазой и другими амилолитическими ферментами).

α- амилаза (декстриногенамилаза) — по механизму действия относится к эндоферментам, т.е. действует на молекулу субстрата изнутри, беспорядочно, что приводит к быстрому снижению вязкости раствора крахмала. Гидролизует связи α-1,4 в полисахаридах, содержащих три и более остатков D-глюкозы[2].

 

 

 

Амилоза под действием α-амилазы (рисунок 3) сначала распадается на декстрины среднего размера, которые затем расщепляются на низкомолекуляр-ные декстрины  и мальтозу. При длительном действии фермента амилоза практически полностью превращается в мальтозу и небольшое количество глюкозы.

                                                                                                                                    Действие α-амилазы на амилопектин (рисунок 4) приводит к                                                                                                                образованию мальтозы и низкомолекулярных декстринов.

Оптимальные условия дейст-вия фермента: рН 5,7, темпе-ратура  70 °С.

β-амилаза (сахарогенамилаза) __ экзофермент, катализирует гидролиз связей α -1,4 в полисахаридах, последовательно отщепляя остатки мальтозы от нередуцирующего (где отсутствует свободная альдегидная группа)  конца цепей. β-амилаза расщепляет амилозу полностью   (если количество молекул глюкозы  в ней четное) в мальтозу, если нечетное, то наряду с мальтозой образуется мальтотриоза (рисунок 5А).

В амилопектине β-амилаза дей-ствует лишь на свободные нередуцирую-щие  концы глюкозных цепочек с обра-зованием маль-тозы и высоко-молекулярных декстринов (рисунок 5 Б). Действие ее прекращается при приближении к разветвлению (где имеется связь α-1,6) на расстоянии одной молекулы глюкозы. Образовавшиеся декстрины гидролизуются дальше α-амилазой до декстринов меньшей молекулярной массы. Степень гидролиза пектина, таким образом, составляет около 50 %.

Оптимальные условия действия β-амилазы: рН  4,7, температура 63 °С.

Таким образом, ни α-, ни β-амилаза не могут полностью гидролизовать    крахмал, при совместном действии обоих амилаз степень гидролиза крахмала составляет 95 %[5].

Глюкоамилаза __ экзофермент,  гидролизует    связи   α-1,4    и α-1,6    в полисахаридах, последовательно отщепляя по одному остатку глюкозы с нередуцирующих концов цепей. Связи α-1,4 в крахмале разрушаются быстрее, чем α-1,6. Оптимальные условия: рН 4,5-4,6, температура 55-60°С.

В консервной промышленности гидролиз крахмала проводят для увеличения выхода соков из крахмалсодержащего сырья[3].

1.3. Гидролиз целлюлоз и гемицеллюлоз

 

Целлюлоза - высокомолекулярный   полисахарид. Представляет собой длинную неразветвленную цепь остатков глюкозы, соединенных связями β-1,4. Нерастворима в воде. Входит в состав клеточных стенок растений, прочно связана в растительных материалах с другими соединениями: крахмалом, гемицеллюлозой, пектином.

В настоящее время в промышленности полный гидролиз целлюлозы может быть проведен только концентрированными кислотами в очень жестких условиях (высокой температуре и давлении). При этом образуется только D-глюкоза, загрязненная различными примесями, от которых следует освобождаться[6].

Оптимальным является ферментативный гидролиз. Но провести глубокий ферментативный гидролиз целлюлозы невозможно из-за ее нерастворимости и содержания большого количества примесей.