Особенности ферментов как биологических катализаторов

Тема 3 Ферменты

Одной из специфических особенностей живой клетки является ее способность осуществлять сложнейшие реакции за очень короткое время и при сравнительно низкой температуре. Это достигается благодаря образованию в живых организмах особо активных катализаторов, называемых ферментами.

Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы, оказывающие влияние на скорость химической реакции, но не входящие в состав ее конечных продуктов.

Термин «ферменты» возник от латинского слова «Fermentum», что означает «дрожжи». Синонимом является термин «энзимы». Переводится с греческого – в дрожжах. Эти термины равнозначны.

Наука об изучении ферментов называется ферментологией или энзимологией.

Ферменты имеют и большое практическое значение во всех отраслях пищевой промышленности: в виноделии (брожение), пивоварение (производство солода и расщепление крахмала), производство спирта (гидролиз крахмала и брожение), хлебопечение (брожение), сыроделие (свертывание белков под действием сычужного фермента), производство чая и табака (ферментация ароматических веществ), производство витаминов, антибиотиков и т.д.

Ферменты могут находиться в сырье в естественном состоянии или могут добавляться в него в виде ферментных препаратов.

Действие естественных ферментов может быть:

- Желательным. Например, присутствие пектолитических ферментов в яблоках приводит к осветлению яблочного сока;

- Нежелательным. Присутствие в тех же яблоках полифенолоксидазы приводит к потемнению яблочного пюре.

Существуют два пути использования ферментов:

1. Направленное регулирование действия ферментов находящихся в сырье.

Позволяет улучшать ценные свойства продуктов, вкус, аромат внешний вид. Ускорять процессы созревания, процессы обработки. Например, создавая оптимальные условия для действия естественных ферментов ускоряется созревание мяса, фарша, рыбы, ферментация соков, чая и табака. Инактивация ферментов, особенно окислительно-восстановительных, применяется при производстве томатного сока, фруктовых соков, производстве овощных консервов.

2. Выделение нужных ферментов, очистка их и использование в качестве ферментных препаратов.

Второй путь более перспективен и сейчас ферментные препараты все более и более внедряются в производство.

Ферменты как биологические катализаторы имеют ряд особенностей, которые отличают их от катализаторов неорганической природы:

- Ферментативные реакции протекают в физиологически нормальных для живого организма условиях и не требуют жестких условий – повышенной температуры, высокой кислотности среды, избыточного давления;

- Ферменты как катализаторы строго специфичны, они катализируют только определенные биохимические реакции, действуя лишь на определенный субстрат;

- Ферментативные реакции в живых организмах идут последовательно, таким образом, что субстратом для каждого последующего фермента является конечный продукт предшествующей ему ферментативной реакции;

- Скорость ферментативных реакций высока, но она зависит от количества или активности фермента, концентрации субстрата, рН и состава раствора, температуры, присутствия активаторов и ингибиторов;

- Ферментативные реакции идут со 100%-ным выходом и не дают побочных продуктов реакции;

- Все ферменты являются белками. Молекулярная масса ферментов колеблется в широких пределах от 12 · 10³ до 10 · 10⁶ Да;

- Ферменты образуют в клетке мультиферментные системы, как правило, связанные с клеточными структурами. Они не токсичны.