1.2. Будова, властивості та джерела здобування ферментів

Ферменти, які мають у своєму складі тільки білкову частину, називають простими або однокомпонентними. Якщо крім білка до складу ферменту входять небілкові сполуки, такі ферменти називають складними або двокомпонентними. Переважна більшість ферментів рослинної сировини є складними. Білкова складова ферменту називається апоферментом, небілкова – коферментом або простетичною групою. Коферментами можуть бути вітаміни, іони металів, деякі кислоти, похідні вуглеводів, гем та ін. Апофермент і простетична група взяті окремо не виявляють ферментативної активності.

Властивості ферментів як білків. Під впливом денатуруючих факторів – температура, солі важких металів, дія кислот і лугів, іонізуюче випромінювання тощо, вони можуть змінювати свою просторову структуру і втрачають свою каталітичну активність. Їх молекули несуть електричний заряд, тому в постійному електричному полі вони мають електрофоретичну рухомість. При взаємодії з кислотами і лугами виявляють амфотерні властивості. Вони можуть гідролізовуватись, окислюватись, вступати в реакції меланоїдиноутворення та ін.

Специфічні властивості ферментів:

1/ ферменти мають високу каталітичну активність у порівнянні з неорганічними каталізаторами. Наприклад, 1 мг заліза в складі каталази розщеплює таку ж кількість перекису водню, як 10 т заліза в неорганічному каталізі;

2/ ферменти виявляють вибіркову (селективну) каталітичну дію, тобто проявляють каталітичну дію до певного субстрату. Розрізняють три види селективності – відносну а бо групову, абсолютну та стереохімічну. Ферменти з відносною або селективною дією можуть каталізовувати перетворення певної групи речовин, близьких за складом і структурою. Наприклад, пепсин розщепляє білки молока, м’яса, хліба. При абсолютній селективності фермент прискорює перетворення тільки однієї речовини, Наприклад, фермент β-фруктофуранозідаза розщеплює сахарозу на глюкозу і фруктозу і не діє на лактозу та мальтозу. Ферменти зі стереохімічною селективністю можуть каталізувати перетворення тільки певного стереоізомера речовини. Наприклад, α-глюкозідаза прискорює реакції тільки α-глюкози, а β-глюкозідаза – β-глюкози;

3/ ферменти володіють надзвичайною лабільністю, тобто їх каталітичні дії залежать від умов середовища – температури, рН, концентрації, присутності активаторів або інгібіторів тощо.

За типом реакції ферменти поділяють на 6 класів:

1/ оксидоредуктази – каналізують окислювально-відновні реакції субстратів;

2/ гідролази – розщеплюють молекули субстрату у водному середовищі з приєднанням до продуктів реакції іонів водню та гідроксилу;

3/ ліази – ферменти, що здійснюють не гідролітичне розщеплення субстрату або відщеплення від субстрату певних груп атомів;

4/ трансферази – ферменти, які каналізують реакції переносу певних груп (аміногруп, моносахаридів, залишків фосфорної кислоти, метальних груп тощо;

5/ ізомерази – каналізують перетворення одних ізомерних форм речовини в інші;

6/ лігази – синтезуючі ферменти, які прискорюють сполучення молекул субстрата з утворенням ковалентних зв’язків між атомами вуглецю, а також між вуглецем та іншими елементами – киснем, азотом, сіркою.

Ферменти синтезуються в клітинах рослин, тварин, мікроорганізмів. У живих тканинах вони находяться у зв’язаному вигляді. Перед виконанням своєї каталітичної функції вони активуються, тобто переходять у вільний стан, або модифікуються. З підшлункової залози тварин отримують трипсин, хімотрипсин і колагеназу, із слизової оболонки шлунків свиней – пепсин і ліпазу; із сичугів ягнят – ренин. З рослинної сировини отримують папаїн – з листя папайї, фіцин – з листя інжиру, бромелін і бромелаїн – з листя ананасів, амілази – з солоду, тобто пророщеного зерна, тощо. Велику кількість ферментів отримують з мікроорганізмів – дріжджів, бактерій та мікроскопічних грибів. Назва ферментів містить інформацію про спосіб культивування продуценту та ступінь очищення. Наприклад, при поверхневому способі культивування після назви ферменту ставиться літера «П», а при глибинному «Г». Якщо фермент тільки концетрували без додаткового очищення, то після літери ставиться позначка «х». Концентрат препарату, з якого видалена нерозчинна фаза, має позначку «2х», якщо його висушили – «3х». Препарати, які пройшли стадію очищення і фраціонування, позначаються «10х» та «15х», а очищені і висушені – «20х» та «30х».

До недавнього часу технологічне застосування ферментів було економічно недоцільним, тому індивідуальні або комплексні препарати ферментів мали високу вартість і використовувались одноразово.

З метою їх багаторазового використання, ферменти почали фіксувати на поверхні водонерозчинних носіїв неорганічного або органічного походження. Такі ферменти називаються іммобілізованими, а процес закріплення ферменту – іммобілізацією.

Іммобілізацію ферментів проводили на поверхні неорганічних адсорбентів – оксидів та гідроксидів алюмінію, титану, цирконію, заліза; обпаленої

кераміки, пористого скла, силікагелю та ін.

На зміну адсорбційним способам іммобілізації ферментів шляхом їх включення в структуру драглів і полімерів – альгінати, желатин, агар-агар, каррагінан та ін.