Шпаргалка по "Биотехнологии"

Ферментативные реакции, в отличие  от неферментативных, обладают очень  важной особенностью - насыщения фермента субстратом. Эта особенность проявляется  в том, что при постоянной концентрации фермента скорость реакции имеет  характерную зависимость от концентрации субстрата. При низких концентрациях  субстрата скорость реакции пропорциональна  концентрации субстрата и по отношению  к нему - это реакция первого  порядка. С увеличением концентрации субстрата приращение скорости с  каждым разом уменьшается и, наконец, она становится практически независимой  от концентрации субстрата. В этих условиях реакция по отношению к субстрату - нулевого порядка, а весь фермент  полностью насыщен субстратом и  не может функционировать быстрее. Скорость ферментативной реакции при  полном насыщении фермента субстратом называется м а к с и м  а л ь н о й с к о  р о с т ь ю.

V= V_max * [S]/ K_m+ [S]

Это окончательное уравнение, выведенное для односубстратной реакции, называют у р а в н е н и е  м М и х а э л и с  а - М е н т е н. Данное уравнение  позволяет легко измерять максимальную скорость из экспериментальных данных, полученных при любой фиксированной  концентрации фермента. График зависимости  скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата представляет собой гиперболу.

Реакция среды (pH) оказывает  определенное влияние на микроорганизмы. Водородные ионы, находясь в среде, изменяют электрозаряд коллоидов плазменной оболочки и в зависимости от концентрации увеличивают или, наоборот, уменьшают проницаемость оболочки клеток для отдельных ионов.

Развитие того или иного  вида микробов возможно только в строго определенных границах щелочности и  кислотности. Наиболее благоприятная  для большинства бактерий нейтральная  или слабощелочная реакция, для  плесневых грибков и дрожжей  — слабокислая. Границы и оптимумы pH для ряда микроорганизмов приводятся в табл. 6. Некоторые микроорганизмы могут развиваться при колебании pH от 0 до 13.

Если концентрация водородных ионов из раствора выходит за нормальные границы для данного вида микроба, его жизнедеятельность прекращается. Например, в процессе созревания квашеной капусты, силоса при постепенном  нарастании pH вначале погибают гнилостные бактерии, затем молочнокислые стрептококки и, наконец, молочнокислые палочки. Изменением реакции среды можно  изменить характер брожения.

В лабораторных условиях питательные  среды для выращивания микроорганизмов  готовят с учетом отношения их к pH: для патогенных бактерий показатель концентрации водородных ионов (pH) находится  в пределах 7,0—7,6, для грибов и  дрожжей — в пределах 3,0—6,0.

 

14. Классификация ферментов. Представителя класса оксидоредуктаз.

В принятой классификации  все ферменты на основании катализируемых реакций разделены на шесть классов, расположенных в следующем порядке: 1) оксидоредуктазы, 2) трансферазы, 3) гидролазы, 4) лиазы, 5) изомеразы, 6) лигазы (синтетазы). Каждый класс подразделяется на подклассы, а каждый подкласс - на подподклассы. Индивидуальный фермент имеет кодовое  число (шифр) со стоящими перед ним  буквами КФ (англ. ЕС). Шифр каждого  фермента содержит четыре числа, разделенных  точками. Первое число указывает  к какому из шести классов принадлежит  данный фермент. Второе число обозначает подкласс. Третье число обозначает подподкласс, а четвертое - порядковый номер фермента в данном подподклассе. Например, фермент КФ.1.1.1.1 имеет рекомендуемое (рабочее) название алкогольдегидрогеназа, систематическое название алкоголь:НАД оксидоредуктаза. Этот фермент относится к классу оксидоредуктаз (1), действует на СН-ОН группу доноров (1.1), акцептором водорода служит НАД (1.1.1); четвертая цифра шифра - порядковый номер фермента в пределах подподкласса.

Систематическое название и  шифр фермента используют в научных  публикациях при первом упоминании о нем; при дальнейшем изложении  материала пользуются рекомендуемым (рабочим) названием.

 

Представители класса оксидоредуктаз.

К классу оксидоредуктаз принадлежат  все ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные  реакции. Субстрат, подвергающийся окислению  рассматривается как донор водорода. Систематическое название составляется по типу “донор:акцептор оксидоредуктаза”. Термины “донор” и “акцептор” введены потому, что происходит реакция  переноса двух восстановительных эквивалентов в той или иной форме (атомов водо-рода, электронов, гидрид-ионов и т.д.) от одного субстрата (окисляемого) к другому (восстанавливаемому).

В зависимости от природы  окисляемых групп в молекуле донора оксидоредуктазы разделили на 19 подклассов. Деление на подподклассы произведено в зависимости от природы акцепторов, которыми могут  быть кофермент (НАД или НАДФ), цитохром, молекулярный кислород и т.д.

Оксидоредуктазы всех подподклассов, для которых акцептором водорода служит любое соединение, но не кислород, называют дегидрогеназами, а в случаях, когда донор водорода точно не установлен, используют термин редуктаза. Если акцептором служит кислород, то ферменты, катализирующие перенос водорода на него, называют оксидазами. Реакции прямого включения кислорода в молекулу органического субстрата катализируют оксигеназы; при этом происходит включение либо двух атомов кислорода (диоксигеназы), либо одного атома кислорода (монооксигеназы). Термин пероксидаза относится к ферментам, использующим в качестве окислителя пероксид водорода.

Многие дегидрогеназы  в качестве акцептора водорода используют коферменты НАД (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), содержащие в своих молекулах  производ-ное пиридина - никотинамид. В связи с чем эти ферменты получили название пиридиновых (пиридинзависимых) дегидрогеназ, или пиридин-протеинов. Приводим структурную формулу окисленной формы НАД и НАДФ (обозн. НАД⁺ и НАДФ⁺ ).

Пиридиновые дегидрогеназы  называют аэробными, т.к. они передают отнятый от субстрата водород  любому соединению, но не кислороду.

Алкогольдегидрогеназа (КФ 1.1.1.1; алкоголь:НАД+оксидоредуктаза) функционирует с НАД в качестве акцепторов водорода и окисляет спирты, в частности этанол. Эта реакция играет важную роль в процессе спиртового брожения; она является источником образования этилового спирта из уксусного альдегида. В настоящее время это фермент производят в чистом кристаллическом виде и сипользуют для определения очень малых количеств спирта.

Лактатдегидрогеназа (КФ 1.1.1.27; лактат:НАДоксидоредуктаза) катализирует окисление молочной кислоты.

CH3-CHOH-COOH+НАД=CH3-CO-COOH+НАД*Н+Н

Эта реакция имеет  большое  значение при молочнокислом брожении.  Образование лактата при участии  лактатдегидрогеназ происходит в некоторой  степени в хранящихся клубнях  картофеля, проростающих семенах и  мышцах животных при недостатке кислорода.

 

 

Глицеральдегидфосфатдегидрогеназа.

Наряду с пиридиновыми дегидрогеназами в оскислительно-восстановительных  реакциях участвуют флавиновые дегидрогеназы  или флавопротеины. Такое название эти ферменты получили в связи  с тем, что в качестве простетической группы содержат флавинмононуклеотид(ФМН) или флавинадениндинуклеотид(ФАД). Катализ окислительно- восстановительных  реакции флавиновыми дегидрогеназами  обсловлен последовательным окислением и восстановлением изоаллоксазинового кольца рибофлавина.

Важную роль среди флавиновых дегидрогеназ играет сукцинатдегидрогеназа (КФ 1.3.99.1; сукцинат (акцептор)оксидоредуктаза). Этот фермент, содержащие наряду с ФАД, железо, катализирует окисление янтарной кислоты до фумаровой кислоты.

HOOC-СН2-CH2-COOH+E-ФАД = HOOC-CH=CH-COOH+E-ФАД*Н2

Многие флавиновые дегидрогеназы  явл. Оксидазами, т.е. отнятый од донора водород передают непосредственно  кислороду.

Гликолатоксидаза  или оксидаза L-2-гидроксикислот содержит в качестве кофермента флавинмононуклеотид, катализирует превращение гликолевой кислоты в глиоксилевую кислоту.

HO-CH2-COOH+O2=HOC-COOH+H2O

Алтдегидоксидаза (КФ 1.2.3.1; альдегидкислород оксидоредуктаза) содержит наряду с флавинадениннуклеотидом молибден. Этот фермент катализирует окисление альдегидов до соотвествующих кислот. Если окислению подвергается уксусный альдегид, то при участии альдегидоксидазы он превращается в уксусную кислоту.

CH3CHO-H2O+O2=CH3COOH+H2O2

Аскорбатоксидаза 

К а т а л  а з а (КФ 1.11.1.6; пероксид водорода:пероксид водорода оксидоредуктаза) катализирует следующую реакцию:

H2O2+H2O=2H2O+O2

Каталаза - двухкомпонентный фермент, простетической группой которого является гематин, представляющий протопорфирин, содержащий атом трехвалентного железа. Этот фермент широко распространен  в природе и найден у животных, растений, аэробных бактерий. Роль каталазы в организме связывают с расщеплением образующегося в процессе окисления  ядовитого для клеток пероксида  водорода.

Каталаза содержится и  в молоке. В молоко она переходит  из клеток молочной железы, а также  вырабатывается содержащимися в  молоке бактериями и лейкоцитами.

п е р о к  с и д а з а (КФ 1.11.1.7; донор:пероксид водорода оксидоредуктаза). Пероксидаза содержится в тканях животных и растений, молоке, лейкоцитах, некоторых бактериях; катализирует окисление фенолов, аминов, некоторых гетероциклических соединений (например, индола) по схеме: 
донор + Н₂О_{2 =}  окисленный донор + 2 Н₂О.

Пероксидаза - двухкомпонентный фермент, ее простетическая группа представлена гематином. Гематин каталазы и пероксидазы  имеет одинаковое строение. Следовательно, различия в каталитической функции  этих ферментов определяются исключительно  белковой частью.

Пероксидаза играет важную роль в дыхании растений. В молочной промышленности реакцию на пероксидазу  используют для контроля эффективности  пастеризации молока (пероксидаза молока инактивируется при температуре  около 80^ОС). Реакцию на пероксидазу применяют для оценки свежести мяса птицы (кроме водоплавающей). Свежее мясо дает положительную реакцию; мясо подозрительной свежести - отрицательную.

Ц и т о х  р о м н а я с и с  т е м а. Эта система состоит из цитохромов и фермента цитохромоксидазы. Цитохромы принадлежат к сложным белкам; их железопорфириновая простетическая группа, называемая гем, по своему строению очень близка к простетической группе гемоглобина.

Все известные цитохромы  в зависимости от природы гема разделены на четыре группы: а, в, с  и d. Железопорфириновые структуры каждого  из этих цитохромов различаются боковыми цепями. Кроме этого цитохромы  отличаются друг от друга белковыми  компонентами и по способу присоединения  простетической группы к белку. У  цитохромов с хорошо установленной  структурой при букве ставят числовой индекс, указывающий на принадлежность цитохрома к определенной подгруппе. Например, в митохондриях высших животных и растений идентифицировано пять различных  цитохромов: а, а₃, в, с, с₁. 
Цитохромы - переносчики электронов в процессах окисления и восстановления. Они обнаружены во всех аэробных клетках. В ходе переноса электронов железо простетической группы цитохромов попеременно переходит из ферриформы [Fе (III)] в ферроформу [Fе (II)]. Функция цитохромов была установлена в 1925 г. Д.Кейлином. 
Цитохромоксидаза, классифицируемая и как фермент (КФ 1.9.3.1; ферроцитохром С: кислород оксидоредуктаза), и как цитохром ( цитохром а а₃), содержит две железопорфириновые группы (гем а и гем а₃) и два атома меди. Ее функция состоит в переносе электронов на молекулярный кислород; последний при этом приобретает способность реагировать с находящимися в водной среде клетки ионами водорода, образуя воду. 

 

15. Трансферазы – ферменты переноса. Наиболее важные представители.

Трансферазы - класс ферментов, катализирующих перенос фрагментов молекул (напр., метила, ацетила, гликозила) с одного соед. (донора) на др. соед. (акцептор). Во мн. случаях промежут. донором является кофермент, присоединяющий группу, подлежащую переносу.

К классу трансфераз принадлежат  ферменты, катализирующие перенос различных  остатков или групп от одного соединения, расматриваемого как донор группы (остатка), к другому соединению, рассматриваемому как акцептор. Систематическое название ферментов этого класса формируется по схеме “ донор: акцептор (транспортируемая группа или остаток ) трансфераза”.

В зависимости от характера  переносимых остатков (одноуглеродные, альдегидные и кетонные, ацильные, гликозильные и др.) или групп (содержащие азот, фосфор или серу) класс разделили  на восемь подклассов. Подклассы выделены в зависимости от химической природы  переносимых групп (например, одноуглеродный остаток может быть метилом, формилом или карбоксилом; гликозильный остаток - гексозилом или пентозилом и т.п.). 

Среди трансфераз имеются  ферменты, катализирующие реакции с  элементами синтеза. Чтобы подчеркнуть  элемент синтеза в катализируемой реакции, для названия таких ферментов (как и фермент других классов, кроме синтетаз) применяют термин “ синтаза “.

Фосфорилаза(КФ 2.4.1.1; 1,4-альфа-D-глюкан: ортофосфат альфа-глюкозилтрансфераза) катализирует перенос глюкозильных групп от альфа-1,4-глюкана (крахмал, гликоген, декстрин) на ортофосфат.

Катализируемый фосфорилазой перенос глюкозильных остатков на ортофосфат называют фосфоролизом. Фосфорилазы  ускоряют процесс отщепления глюкозных  остатков, начиная с  невосстанавливающего конца альфа-1,4-глюкана.

Наиболее изучены фосфорилазы  животных тканей. Установлено, что гликогенфосфорилаза  в мышцах и печени присутствует в  двух формах -  в каталитически  активной фосфорилированной форме, называемой фосфорилазой «а» и в  менее активной дефосфорилированной  форме, называемой фосфорилазой «в».

Среди трансфераз имеются  ферменты, катализирующие реакции с  элементами синтеза.

Гликоген(крахмал)-синтаза(КФ 2.4.1.11; УДФглюкоза:гликоген 4-альфа-глюкозилтрансфереза).

В зависимости от синтезируемого продукта рекомендуемое название фермента уточняется. Биосинтез крахмала катализирует крахмалсинтаза гликогена – гликогенсинтаза.

Сахрозосинтаза

Лактозосинтаза

Среди трансфераз, переносящих  азотистые группы, важную роль играют аминотрансферазы, или трансаминазы. С их участием осуществляются реакции  переаминирования, открытые в 1937 году российскими биохимиками Браунштейном и Крицманом.