Download to read offline
лекція 7
- 1. Лекція 7 Характеристика амілолітичних ферментів. проф.Грабовська О.В. 2017
- 2. В крохмале-патоковомувиробництві використовують у якості каталізаторів гідролізу крохмалю використовують ферментні препарати Ферменти є речовинами білкової природи. Це − біологічні каталізатори, які здійснюють в живій природі всі біохімічні реакції. Найбагатшим джерелом ферментів є різні мікроорганізми − дріжджі, плісняві гриби, бактерії, які використовуються для їх промислового одержання.
- 3. Як каталізаториферменти діють у “м’яких” умовах, не потребуючи сильного нагрівання або охолодження, за реакції середовища, зазвичай близької до нейтральної. Особливе значення має висока специфічність дії ферментів. У багатьох випадках фермент каталізує тільки одну реакцію перетворення однієї речовини, і навіть незначні зміни в структурі речовини роблять її недоступною для дії даного ферменту.
- 4. Ферменти маютьдві основні властивості, безперечно пов’язані з їх білковою природою : – надзвичайно високу активність і дуже чітко виражену субстратну специфічність Окрім специфічності по відношенню до певних груп субстрату, фермент має визначену просторову специфічність. Тобто, для здійснення каталізу він має бути певним чином орієнтований відносно субстрату.
- 5. Фермент Субстрати Фермент-субстратний комплекс Відбільшості інших каталізаторів ферменти відрізняються тим, що залежність їх активності від рН і температури має характер, типовий для білків.
- 6. Активність ферментувизначають, направляючи його дію на речовину, яку піддають перетворенню в результаті каталітичної реакції. Таку речовину називають субстратом. Активність ферменту визначають або за зменшенням кількості субстрату, або за накопиченням утворених продуктів реакції.
- 7. Фермент, щобдіяти, утворює комплекс, з’єднуючись не зі всією молекулою, а із строго визначеною її частиною, що отримала назву активного центру. Він має велику спорідненість до відповідного субстрату. Сумарна швидкість ферментативної реакції залежить від тривалості утворення комплексу фермент-субстрат і від часу, який необхідний ферменту, щоб утворити продукт реакції.
- 8. Комплекс фермент-субстратутворюється тим швидше, чим вища концентрація субстрату. Цей комплекс схематично представлений нижче (Ф – фермент; С – субстрат; Р – продукт реакції): Ф + С ФС Ф + Р
- 9. Ферменти, яківикористовуються для зцукрювання крохмалю, називаються амілолітичними від латинського слова “amilym” , що означає крохмаль. До амілолітичних ферментів, що використовуються у виробництві цукристих крохмалепродуктів відносяться: α-амілаза, β-амілаза, глюкоамілаза, пуллуланаза (аміло -1,6-глюкозидаза).
- 14.
- 16. α-Амілази різного походженняє слабокислими водорозчинними білками. Характерною особливістю всіх α-амілаз є наявність в них кальцію. Вважають, що кальцій стабілізує структуру ферменту і входить до складу активного центру. Кальцій забезпечує також максимальну стійкість α-амілаз до денатурації і руйнування протеолітичними ферментами. Видалення кальцію з молекули ферменту призводить до повної інактивації ферменту.
- 17. Відомо, щоα-амілаза є ендоферментом, тобто каталізує розрив α-1,4-глюкозидних зв’язків внутрішніх лінійних ланцюгів у крохмалі і його аналогах з утворенням низькомолекулярних розгалужених олігосахаридів і невеликої кількості глюкози і мальтози. Сумарну схему ферментативного гідролізу крохмалю під дією α-амілази можна виразити наступним чином: α-амілаза Крохмаль декстрини + мальтоза + глюкоза (багато) (мало) (мало)
- 18. Розрізняють двіфази дії α-амілази на крохмаль, першою є фаза декстринізації. При цьому крохмаль розщеплюється на декстрини з високою молекулярною масою, які з йодом дають спочатку синє або фіолетове забарвлення. Далі молекулярна маса декстринів знижується, збільшується їх редукувальна здатність і вони з йодом забарвлюються в темно-бурий, а потім в червоний колір.
- 19. В другійфазі, що називається зцукрювання і протікає із меншою швидкістю, раніше утворені декстрини частково розкладаються до олігосахаридів, тетра- і трисахаридів, які дуже повільно гідролізуються до ди- і моносахаридів. Забарвлення з йодом не змінюється, збільшується відновлююча здатність гідролізату.
- 20. α-Амілази зрізних джерел виявляють різну декстринізуючу і зцукрюючу здатність. Так, α-амілази грибні мають більш сильну зцукрюючу дію, а бактеріальні виявляють більш високу декстринізуючу здатність. Кінцевий ступінь зцукрювання крохмалю бактеріальною α-амілазою складає 70-75%, для грибних амілаз 84-87%. Бактеріальні α-амілази є термостабільними ферментами. Амілази солоду та грибні відрізняються кислотною витривалістю, оптимальні значення рН їх дії знаходяться в межах 4,5-5,5, температура 55-65°С. Бактеріальні α-амілази виявляють максимальну активність при рН 6,0-7,0 і температурах 65-90°С.
- 21. Глюкоамілаза –екзофермент кінцевої дії, атакує олігосахариди, починаючи від нередукувального кінця молекули, послідовно розщеплюючи α-1,4- , α-1,6- і α-1,3-глюкозидні зв’язки, при чому швидкість гідролізу α-1,4-зв’язків в 15 разів більша, ніж α-1,6- і в 28 разів > ніж α-1,3-зв’язків. Єдиним продуктом гідролізу на всіх стадіях є β-глюкоза.
- 22. Встановлено, щоглюкоамілаза має велику спорідненість до високомолекулярних субстратів В залежності від оптимальних значень рН розрізняють кислі (рН 3,5-5,6) і нейтральні глюкоамілази. Оптимальна температура дії глюкоамілаз коливається в межах 45-60°С. Як правило, промислові препарати глюкоамілази є комплексними, тобто містять супутні ферменти, такі як α-амілаза, трансглюкозидаза, протеаза та інші.
- 23. Це небажанеявище, оскільки α-амілаза зменшує ступінь поляризації декстринів, що призводить до зменшення швидкості їх розщеплення глюкоамілазою; трансглюкозидаза розриває α-1,4-зв’язки в мальтозі і розміщує відірвані залишки в положення 1,6 до другої молекули мальтози або глюкози протеаза розкладає нерозчинні білкові речовини до амінокислот, що значно важче видаляються з гідролізатів крохмалю, ніж нерозчинний протеїн. Глюкоамілаза − не металофермент, тому додавання будь- яких іонів не виявляє ніякої дії на глюкоамілазну активність.
- 24. Ці глюкоамілазніпрепарати виявляють спорідненість до гідролізу α-1,6- зв’язків, розривають ці зв’язки в ізомальтозі, панозі, ізомальтотріозі та декстрині, тобто коли α-1,6- зв’язок оточений зі всіх сторін α-1,4- зв’язками. Ці ферменти з високою швидкістю гідролізують пуллулан, утворюючи глюкозу. Тому їх називають пуллуланазами.
- 25. Виявлені ціферменти в бактеріях Aerobakter aerogenes. Молекулярна маса пуллуланази 145000. Препарат цього ферменту осаджений ацетоном, має оптимум рН 5,0 і оптимальну температуру дії 47,5°С. Спільна дія пуллуланази і α-амілази на амілопектин призводить до його повного гідролізу, тобто ступінь гідролізу складає 99-99,5%.
- 26. Все більшогозначення набуває одержання мальтозної і високомальтозної паток (до 80% мальтози), яку отримують із застосуванням ферментного препарату β- амілази. Це фермент кінцевої дії, виявляє спорідненість до передостаннього α-1,4-зв’язку і відщеплює мальтозні одиниці з нередукувального кінця лінійних ділянок амілози і амілопектину. Продуктом реакції є мальтоза, мальтотріоза і β-кінцеві декстрини. Якщо гідролізують амілозу, то гідроліз іде повністю до мальтози.
- 27. На відмінувід α-амілази β-амілаза практично не гідролізує нативний крохмаль Клейстеризований крохмаль гідролізується нею з утворенням мальтози в β-конфігурації, тому дана амілаза називається β-амілазою.
- 28. β-Амілаза відщеплюєфрагмент з нередукувального кінця зовнішніх лінійних гілок. Гідроліз призупиняється на передостанньому α- 1,4- зв’язку, що межує із зв’язком α-1,6- . В гідролізаті накопичується 54-58% мальтози, решту складають високомолекулярні декстрини, що містять значну кількість α-1,6-зв’язків − так названі β-декстрини.
- 29. Ні α-,ні β-амілази окремо не можуть повністю гідролізувати крохмаль. При одночасній дії цих обох ферментів крохмаль гідролізується на 95%. β-Амілаза міститься в основному у вищих рослинах, особливо зернових, таких як жито, ячмінь, пшениця, овес та ін. Дію β-амілази на крохмаль в цілому можна записати у вигляді наступної схеми: β-амілаза Крохмаль 54-58% мальтози + 42-46% декстрину.
- 30. β-Амілаза −не металофермент, але вона містить активні сульфідні групи − SH, які можуть повністю інактивуватися реакцією з деякими іонами металів (Fe-іон, Са-іон та ін.). Оптимальні умови дії β- амілази: рН 4,2; Т=50°С. В якості мальтогенного ферментного препарату за кордоном часто використовують ячмінну β-амілазу, яку одержують екстракцією ячмінного солоду. β-Амілазу отримують також за допомогою мікробіологічного синтезу. Для виробництва високомальтозної патоки використовують композицію β-амілази і пуллуланази.