Международная классификация и номенклатура ферментов.

Тип катализируемой химической реакции в сочетании с названием субстрата (субстратов) служит основой для систематизации ферментов по шести главным классам, в каждом из которых выделяют несколько подклассов.

1. Класс оксидоредуктаз включает ферменты, катализирующие с участием двух субстратов окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе биологического окисления:

- аэробные дегидрогеназы или оксидазы, катализирующие перенос протонов (электронов) непосредственно на кислород;

- анаэробные дегидрогеназы, ускоряющие перенос протонов (электронов) на промежуточный субстрат, но не на кислород;

- цитохромы, катализирующие перенос только электронов;

- гемсодержащие ферменты каталазу и пероксидазу, катализирующие реакции с участием перекиси водорода.

2. Класс трансфераз охватывает ферменты, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных атомов, групп атомов и радикалов. Наименование их составляется по форме «донор: транспортируемая группа-трансфераза».

Катализируют перенос одноуглеродных остатков, ацильных, гликозильных, альдегидных или кетонных, нуклеотидных остатков, азотистых групп, остатков фосфорной и серной кислот и др.

3. Класс гидролаз объединяет большую группу ферментов, катализирующих расщепление внутримолекулярных связей органических веществ при участии молекулы воды:

- эстеразы - ферменты, катализирующие реакции гидролиза и синтеза сложных эфиров;

- гликозидазы, ускоряющие разрыв гликозидных связей;

- фосфатазы и пептидгидролазы, катализирующие гидролиз фосфоангидридных и пептидных связей;

- амидазы, ускоряющие разрыв амидных связей, отличных от пептидных, и др.

4. Класс лиаз ферменты, катализирующие разрыв связей С-О, С-С,C-N и др., а также обратимые реакции отщепления различных групп от субстратов негидролитическим путем. Эти реакции сопровождаются образованием двойной связи или присоединением групп к месту разрыва двойной связи. В эту же группу входят декарбоксилазы (карбоксилиазы), амидинлиазы и др.

5. Класс изомераз - ферменты, катализирующие взаимопревращения оптических и геометрических изомеров. Если изомеризация включает внутримолекулярный перенос группы, фермент получает название «мутаза». К этому же классу относят рацемазы и эпимеразы, действующие на амино- и оксикислоты, углеводы и их производные; внутримолекулярные оксидоредуктазы, катализирующие взаимопревращения альдоз и кетоз; внутримолекулярные трансферазы, переносящие ацильные, фосфорильные и другие группы, и т. д.

6. Класс лигазы (синтетазы) охватывает ферменты, катализирующие синтез органических веществ из двух исходных молекул с использованием энергии распада АТФ (или другого нуклеозидтрифосфата). Для стандартизации исследований особое значение имеет то, что согласно принятой международной системе всем ферментам присвоен индивидуальный классификационный номер (шифр).

 

ФЕРМЕНТАТИВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

 

Ферменты, трансформирующие органическое сырье

Ферменты, участвующие в трансформации органического сырья, можно условно разделить на четыре группы:

- ферменты, содержащиеся в сырье;

- ферменты сопутствующей микрофлоры сырья;

- ферментные системы культурных штаммов микроорганизмов - возбудителей брожения, продуцентов органических кислот, аминокислот, витаминов, ферментов, пищевого белка и пр.;

- ферментные препараты (растительного, микробного и животного происхождения).

Гидролитические процессы

Основной продукцией ферментной промышленности являются препараты гидролаз, таких как целлюлаза, амилаза, протеаза, пектиназа.

Гидролитические ферменты используются преимущественно в начальной, наиболее трудоемкой стадии переработки органического сырья, когда необходимо расщепить структурные или запасные полимеры, фрагменты которых далее подвергаются трансформации под действием ферментов других классов.

Субстраты гидролитических ферментов - полисахариды, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и другие природные соединения, содержащие «ангидридные» связи, составляют основную массу органической материи на планете. Реакция гидролиза протекает по следующему уравнению:

 

 

Наибольшее применение в процессах промышленного биокатализа нашли гидролазы:

Эстеразы - расщепляют моно-, ди-, триглицеролы и другие соединения, содержащие сложноэфирную связь.

Липазы - предпочтительно гидролизует сложноэфирную связь при С1 и С3 глицерола.

Гликозидазы - гидролизуют гликозидные связи определенной пространственной конфигурации (α или β), но не обеих одновременно. (α-амилаза, β-глюканаза).

Пептидгидролазы - расщепление пептидных связей, образованных характерными аминокислотами.

По характеру протекания процесса расщепления субстрата гидролазы делят на два типа: эндо- и экзоферменты. Эндоферменты катализируют неупорядоченное расщепление внутримолекулярных связей полимерной молекулы с образованием в начальной стадии гидролиза крупных фрагментов различной величины. Эндорасщепление приводит к быстрому снижению молекулярной массы субстрата и вязкости его растворов. Экзоферменты катализируют последовательное отщепление фрагментов равной величины, чаще всего мономеров или димеров, от определенного конца поли­мерной молекулы. При этом молекулярная масса субстрата и вязкость его раство­ра снижаются относительно медленно.