Ферменты микроорганизмов и зерновых культур. Основные свойства и производственное применение

Ферментами называют специфические белки, которые играют роль биологических катализаторов. Вещества подвергающиеся под действием ферментов разнообразным химическим превращениям носят название субстрат.

Характерной особенностью ферментов являются:

- высокая активность;

- специфичность действия.

Одна молекула фермента обрабатывает за одну минуту огромное количество молекул субстрата. В одну минуту она делает от 1000 до 10⁶ число оборотов. Ферменты катализируют реакции гидролиза, поликонденсации и полимеризации, окисления-восстановления, дегидрирования и многие другие.

Специфичность ферментов проявляется в том, что они строго действуют на один или несколько сходных по структуре субстратов. Каждый фермент обуславливает определенные изменения в структуре молекулы данного вещества, прежде чем она подвергнется действию следующего фермента. Специфичность действия фермента обусловлена структурными особенностями молекул субстрата и фермента.

По типу катализируемой реакции все ферменты делятся на 6 основных классов:

- оксидоредуктазы;

- трансферазы;

- гидролазы;

- лиазы;

- изомеразы;

- лигазы (синтетазы);

Классы в свою очередь делятся на подклассы. Каждому ферменту присваивается свой номер, состоящий из 4-х цифр: первая указывает основной класс, вторая и третья – подклассы, которые точнее определяют тип катализируемой реакции; четвертая является порядковым номером фермента в данном подклассе.

Гидролазы – ферменты, ускоряющие реакцию гидролиза - расщепления сложных органических веществ с участием воды. К ним относятся протеолетические ферменты (протеиназы и пептидазы), вызывающие расщепление молекул белка и полипептидов до аминокислот по амидным связям с присоединением молекулы воды.

Гидролазы, расщепляющие полисахариды на более простые сахара, называются гликозидазами. Гидролазы, расщепляющие сложные эфиры, называются эстеразами.

Оксидоредуктазы – ферменты, катализируюшие реакции биологического окисления и восстановления. Они связаны с процессами дыхания и брожения. Оксидоредуктазы делятся на следующие подклассы:

А) дегидрогеназы (процесс идет с отщеплением молекулы водорода);

Б) оксидазы (окисление под действием кислорода воздуха);

В) пероксидазы (окисление с участием перекиси водорода);

Г) гидроксилазы (введение в органические соединения гидроксильных группировок);

Д) каталазы (распад перекиси водорода на воду и кислород).

Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос в биологических системах различных группировок с одного вещества на другие в процессе разнообразных трансформаций органических веществ. Трансферазы делятся на следующие подклассы:

А) метилтрансферазы (являются переносчиками метильных групп);

Б) ацилтрансферазы (являются переносчиками ацильных групп);

В) киназы (являются переносчиками фосфатных групп);

Г) трансаминазы (превращают кетокислоты в аминокислоты и обратно.

Лиазы – ферменты, отщепляющие от субстратов негидролитическим путем ту или иную группу с образованием двойной связи или наоборот, присоединяют группы к двойным связям.

Изомеразы – ферменты, катализирующие превращение органических веществ в их изомеры. Например, бутиловый спирт в изобутиловый.

Лигазы – ферменты, ускоряющие реакцию синтеза, идущую за счет расщепления веществ, богатых энергией.

Как и все в живом мире, ферменты постоянно образуются и отмирают и этот процесс также катализируется ферментами.

Все ферменты – белки. Они состоят либо из простого белка (однокомпонентные ферменты), либо из сложного белка – протеида (двух- и многокомпонентные ферменты). В состав протеида, кроме белка, входят и специфические вещества, обуславливающие активность фермента. Эта часть фермента называется коферментом (или кофактором). В качестве кофермента могут выступать сложные органические соединения, ионы металлов (железо, медь, цинк, марганец, хром и др.). Например, ферменты, катализирующие окислительные реакции, имеют кофермент, а ферменты катализирующие гидролитические реакции, его лишены.