Гидролазы

К классу гидролаз относятся многие ферменты, входящие в со­став ферментных препаратов, выпускаемых отечественной про­мышленностью. Гидролазы катализируют реакции присоединения или отщепления воды (гидротазы и дегидротазы).

Наибольший интерес для специалистов в области пищевой биотехнологии представляют три подкласса ферментов класса гидролаз: эстеразы, гликозидазы и протеазы.

Эстеразы. В эту группу включен ряд ферментов, обладающих сравнительно широкой специфичностью. Эти ферменты, катали­зируя разрыв эфирных связей, гидролизуют очень большое число различных эфиров, хотя и не с одинаковой скоростью.

Наиболее широко применяется в производстве соков, исполь­зуемых для безалкогольных напитков, фермент пектинэстераза (ПЭ), который, действуя на пектин, гидролизует его сложноэфирные связи, в результате чего от него отщепляется метило­вый спирт по схеме, приведенной на рисунке 4.1.

Данный фермент в больших количествах содержится в таких препаратах, выпускаемых отечественной ферментной промыш­ленностью, как Пектаваморин, Пектофоетидин и Ксилоглюкано-фоетидин.

Фосфатазы. Фосфомоноэстеразы и фосфодиэстеразы отно­сятся к ферментам со сравнительно широкой специфичностью. Но в этой группе находятся также ферменты с узкой специфичностью. Фермент фитаза катализирует гидролиз фитина по уравнению

С₆Н₆(ОН₂РО₃)₆ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6Н₃РО₄
Фитин Инозит

Фитаза содержится в относительно большом количестве в яч­менном солоде. Фитаза отщепляет от фитина фосфорную кислоту, и при этом образуется инозит. Фосфорная кислота проявляет свое действие при брожении, а инозит способствует росту дрожжевых клеток.

Гликозидазы. К этой группе относятся ферменты, гидролизующие не только истинные гликозиды, но и N-гликозильные, а также S-гликозильные соединения. В подгруппу истинных гликозидаз включены ферменты, действующие, на простые гликозиды (например, β-глюкозидаза — фермент, содержащийся в таких оте­чественных препаратах, как Ксилоглюканофоетидин, Пектавамо­рин, Пектофоетидин). В эту же группу включены также амилазы, гидролизующие гликозидные связи в крахмале.

Гидролиз крахмала катализируют ферменты из группы гликозидаз при участии ферментов из группы трансгликозидаз. К ферментам первой группы относятся а- и β-амилазы, а также глюкоамилаза, которые разрывают молекулу крахмала гидролизом а-гли-козидных связей. Равновесие этих реакций в основном сдвинуто в сторону гидролиза, поэтому они практически необратимы.

α-Амилаза — эндоамилаза, вызывающая гидролитическое расщепление α-1,4-гликозидных связей внутри высокополимери-зованного субстрата. Схему гидролиза под действием а-амилазы можно записать следующим образом:

Крахмал ^{α - Амилаза} α-Декстрины +Мальтоза + Глюкоза (гликоген) (много) (мало) (мало)

α-Амилаза содержится в больших количествах в таких отечест­венных ферментных препаратах, как Амилосубтилин и Амилоризин. При этом Амилосубтилин содержит главным образом α-амилазу разжижающего действия, а Амилоризин — осахаривающего.

β-Амилаза катализирует гидролиз крахмала до мальтозы. Это экзофермент концевого действия, проявляющий сродство к предпоследней α-1,4-связи с нередуцирующего конца амилозы линейного участка амилопектина. Действие β-амилазы на крахмал можно изобразить в виде следующей схемы:

Крахмал ^{α - Амилаза} β-Декстрин + Мальтоза

(гликоген) (42-46%) (54-58%)

Глюкоамилаза отщепляет одиночные остатки глюкозы от нередуцирующего конца цепей крахмала, гликогена и некоторых продуктов их гидролиза. Данный фермент содержится в таком ферментном препарате, как Глюкаваморин, и в небольших коли­чествах в ферментном препарате Амилоризин.

β-Глюканаза гидролизует β-1,4-глюкановые связи в целлю­лозе и β-глюкане. Этот фермент содержится в значительных коли­чествах в ферментных препаратах Амилосубтилин, Ксилоглюка-нофоетидин, Цитороземин, Пектофоетидин, Пектаваморин, Целловиридин.

Ксиланаза гидролизует β-1,4- и β-1,3-ксилановые связи.Этот фермент содержится в препаратах Ксилоглюканофоетидин, Ксилонигрин, Пектаваморин, Пектофоетидин.

Целлобиогидролазы гидролизуют целлюлозу, отщепляя с нередуцирующих концов ангидроглюкозных цепей β-1,4-глюканов целлобиозу. Данные ферменты содержатся в таких препаратах как Целлокандин и Целловиридин.

β-Глюкозидаза гидролизует β-глюкозидную связь в дисахаридах и глюкозидах. Тождествен ферменту мальтазе. В ре­зультате действия этого фермента на мальтозу образуются две молекулы глюкозы. Фермент содержится в солоде и в препарате Глюкаваморин.

β-Галактозидаза (лактаза) гидролизует лактозу с образова­нием глюкозы и галактозы, содержится в так называемых лактозных дрожжах и препарате Лактоканесцин.

β-Фруктофуранозидаза (сахараза, инвертаза) гидроли­зует сахарозу с образованием глюкозы и фруктозы, содержится в дрожжах, в том числе в пивных.

Протеазы. До недавнего времени считалось, что протеазы включают протеиназы и пептидазы, причем протеиназы расщеп­ляют только крупные молекулы, тогда как пептидазы — в основ­ном мелкие молекулы азотистых веществ. В настоящее время про­теазы разделяют на две группы. Для одной группы ферментов присутствие примыкающих концевых карбоксильных или аминных групп необязательно, для другой группы — необходимо.

Ферменты первой группы — эндопептидазы — могут дей­ствовать на центральные участки пептидной цепи и расщеплять молекулы белка на более мелкие фрагменты, небольшие пептиды они гидролизуют только тогда, когда их концевые группы искус­ственно блокированы химическим путем. Экзопептидазы не гидролизуют пептидные связи, находящиеся в середине цепи, а действуют либо с карбоксильного, либо с аминного конца цепи, отщепляя последовательно одну за другой концевые аминокислоты.

Расщепляя белок, эндо- и экзопептидазы действуют согласо­ванно: первые образуют большое число свободных концов, а вто­рые воздействуют на образовавшиеся фрагменты. Эндопептидазы содержатся в ряде отечественных препаратов, таких, как Протосубтилин (щелочная протеаза), Амилосубтилин, Протомезентерин; экзопептидазы — в таких, как Амилоризин, Пектаваморин, Пектофоетидин, Ксилоглюканофоетидин.

ЛИАЗЫ

К данному классу относятся ферменты, разрывающие связи С—С, С—О, С—N и др. в результате реакции элиминирования, что приводит к образованию двойных связей, или, наоборот, при­соединяющие определенные группы по двойным связям.

Карбоксилазы. Эти ферменты катализируют отщепление СО₂ от молекул амино- и оксикислот или его фиксацию:

R-CH₂-COOH → R-CH₃ + СО₂

Пируватдекарбоксилаза, или карбоксилаза (карбоксилаза-2-оксикислота), катализирует важную реакцию при спирто­вом брожении — расщепление пировиноградной кислоты на ацетальдегид и СО₂. Равновесие реакции сильно сдвинуто в сторону декарбоксилирования:

СН₃ - СО - СООН → СО₂ + СН₃ - СОН

Этот фермент содержится в дрожжах.

Гидролиазы. Эти ферменты катализируют отщепление или при­соединение воды (прежнее название — дегидратазы и гидратазы). В данном случае не происходит гидролиз, поскольку субстрат не расщепляется на два компонента, как при реакциях, катализируе­мых гидролазами.

Карбонатгидролиаза. Этот фермент катализирует расщепление угольной кислоты на воду и диоксид углерода, содержится в дрожжах.

Ферменты группы лиаз, в частности пектаттрансэлиминаза, со­держатся в таких отечественных препаратах, как Пектоклостридин и Мацеробациллин.