Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

8.6. Использование ферментов

исследованиях. Основными источниками ферментов служат микроорганизмы, а также растительные и животные ткани. Всего исследовано более 3000 ферментов, которые могут быть выделены и использованы в чистом виде. В настоящее время наиболее крупные производства ферментов созданы в США, Японии, Франции и Германии.

Ферментными методами можно определять сами ферменты, а также их субстраты, активаторы и ингибиторы.

Вмедицине для борьбы с многочисленными устойчивыми к антибиотикам патогенными микроорганизмами используется лизоамидаза, эффективно убивающая клинические штаммы, на которые не действуют антибиотики. Кроме того, лизоамидаза применяется в гнойной хирургии, стоматологии, гинекологии при лечении трудно заживающих трофических язв. Ферментативный препарат с лизоамидазой обладает не только литическим действием на патогенные бактерии, но также способен очищать раны от некротических тканей, стимулирует заживление ран, обладает мощным иммуностимулирующим действием.

Вмедицинской практике используется препарат стрептокиназы, который обладает тромболитическим действием и поэтому используется для лечения тромбозов. Пенициллинацилаза из различных источников используется в фармацевтической промышленности для производства 6-аминопеницилловой и 7-аминодезацетоксицефалоспорановой кислот, которые являются ключевыми соединениями синтеза новых пенициллинов и цефалоспоринов.

Впищевой промышленности, в частности в хлебопечении, используются амилазы, которые ускоряют процесс созревания теста и улучшают его качество. Эти ферменты применяют для получения растворимого крахмала, патоки, декстрина. Грибные амилазы могут заменять солод, тогда как лактаза может быть использована для удаления лактозы из молока. В кондитерской промышленности инвертазы сахаров применяются

сцелью предупреждения кристаллизации сахарозы. Цитазы используют для более полной экстракции соков из плодов и овощей, а также получения эфирных масел.

Каталаза и пероксидаза позволяют понижать концентрацию перекиси водорода в различных средах. Иммобилизованные формы целлюлаз применяют для расщепления крахмала из картофеля и зерна, а также увеличения выхода агар-агара из водорослей. Препараты целлюлазого комплекса гидролизуют полисахариды сырья, содержащего целлюлозу (клетчатку)

сцелью получения глюкозы. Протеолитические ферменты находят применение в сыроделии совместно с химозином. Липазы используют в производстве сухого молока и для ускорения созревания сыров.

Пектолитические ферменты применяются для обработки льносоломы и получения из нее волокна. В кожевенной промышленности применяют

133

Глава 8. Ферменты

протеазы для обезволашивания шкур и мягчения голья. Сложные ферментативные препараты, в составе которых пектиназы и гемицеллюлозы, используются для ускорения процессов силосования трудно- и несилосирующихся кормов. Для определения фунгицидов и пестицидов в плодах, ягодах, листьях применяют папаин и ацетилхолинэстеразу. Препарат алкогольдегидрогеназы используется для определения микроколичеств этилового спирта в выдыхаемом воздухе и в жидкостях. Этот препарат может выявлять содержание этанола в пределах 10–6…10–5 М.

Биолюминесцентная АТФ-метрия все больше находит свое применение в биохимии, медицине, биотехнологии и при мониторинге окружающей среды, поэтому препараты люциферазы светляков и бактерий находят применение в аналитических исследованиях определения АТФ в различных биологических жидкостях, При этом используются АТФ-ре- агенты, представляющие собой лиофилизированные многокомпонентные смеси, содержащие растворимую или иммобилизованную люциферазу, люциферин, компоненты буферного раствора и стабилизирующие добавки. В основе метода хемилюминесцентная реакция, катализируемая люциферазой. С помощью этого фермента можно определять в биологических жидкостях микроколичества различных метаболитов клеток (АТФ, ФМН, НАД+, НАДФ+ и др.), а также активность многих ферментов, катализирующих реакции с участием этих метаболитов. Люцифераза катализирует реакцию окисления люциферина в присутствии АТФ и Mg2+. Реакция абсолютно специфична по отношению к люциферину и АТФ

исопровождается излучением квантов света. Причем квантовый выход биолюминесценции близок к единице. Для измерения интенсивности биолюминесценции используют люминометр. АТФ в реакционную смесь впрыскивают с помощью разбавителя. Используя люциферазу, можно определить содержание АТФ в концентрациях от 50 нМ до 1 мМ или от 0,1 нмоль до 2 мкмоль в образце.

Спомощью уреазы в лабораторно-клинических исследованиях определяют содержание мочевины в исследуемых биологических жидкостях, а глюкозу определяют с помощью глюкозооксидазы и пероксидазы. Пероксидаза хрена и специфические антитела против нее широко используются в иммуноферментном анализе и иммуноцитохимии. Способов использования пероксидазных реакций в аналитических целях в настоящее время накопилось очень много. Однако особый интерес вызывают способы анализа веществ, используемых в реакциях совместного окисления. Так, например, амидопирин относится к классу пиразолонов, которые широко применяются в медицине в качестве жаропонижающих средств

ианальгетиков. Соединения этой группы используются и в диагностических целях, заменяя канцерогенные бензидин, о-толуидин, о-дианизи- дин. Поэтому совместное пероксидазное окисление 4-аминоантипирина

134

ГЛАВА 9

БИОГЕННЫЕ МОЛЕКУЛЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В составе клеток растений и животных можно определить соединения органической природы, участвующие в энергетических процессах или обеспечивающие их протекание. Разнообразие молекул повышает информационный потенциал биогенной системы, увеличивает запас внутренней энергии, способствует проявлению многообразия межмолекулярных взаимодействий.

К энергетическим биогенным соединениям относятся в первую очередь высокоэнергетические фосфаты, в составе которых присутствует один или несколько остатков фосфорной кислоты РО(ОН)2. Связь, образованную между остатками органической молекулы и фосфорильной группой, принято называть макроэргической связью. В зависимости от природы соединения энергия связи определяется запасом стандартной свободной энергии, величина которой выражается в значениях – Go. Вычислить изменение стандартной свободной энергии можно, если известна величина константы равновесия Кр для химической реакции при заданной температуре.

При этом уравнение значения свободной энергии имеет следующее выражение:

Зная значение константы равновесия химической реакции при данной температуре можно всегда вычислить изменение стандартной свободной энергии. Таким образом, определенная величина стандартной свободной энергии для любого соединения есть количественный показатель свободной энергии связи, которая может высвободиться при ее разрушении. Знание этих величин позволяет определить изменения стандартной свободной энергии химической реакции, протекающей с участием соединений, всту-

136

Глава 9. Биогенные молекулы энергетических процессов

пающих в реакцию. Особое значение в живых организмах имеют биогенные соединения, в составе которых остаток фосфорной кислоты. Все они имеют разные значения Go. В табл. 9.1 приведены величины свободной энергии ( Go) гидролиза фосфорсодержащих биогенных соединений.

R P(OH)2=O + H2O → HO−P(OH)2=O + RH

При этом соединения с величинами больших отрицательных значений Go в условиях равновесия гидролизованы более полно, чем соединения,

расположенные ниже в столбцах табл. 9.1.

Та б л и ц а 9 . 1

Величины стандартной свободной энергии гидролиза фосфорсодержащих соединений при рН 7,0 (25 °С) и рК функциональных групп

Таким образом, соединения, расположенные в верхней части таблицы, легко отдают свои фосфорильные группы, тогда как соединения, расположенные ниже, стремятся их удержать. К группе высокоэнергетических

137