Лекция № 9 биологически активные вещества грибов (ферменты, антибиотики)

План

1. Понятие и виды биологически активных веществ.

2. Ферменты грибов.

3. Антибиотики грибов.

1. Понятие и виды биологически активных веществ

Биологически активными веществами грибного происхождения В.И. Билай (1989) называет разнообразной химической природы соединения первичного и вторичного метаболизма, в низких концентрациях выполняющих с высокой степенью активности и специфичности каталитические, биотические, абиотические и другие функции в жизнедеятельности организмов.

К ним относятся: ферменты, антибиотики, токсины, стимуляторы роста и витамины. Одни из них более или менее связаны с клеточными структурами, другие- в значительном количестве выделяются в питательную среду и используются при культивировании грибов.

2. Ферменты грибов

Ферменты называют также энзимами или биокатализаторами. Это вещества белковой природы, способные катализировать многообразные реакции превращения вещества и энергии. Они играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности организмов, осуществляя обмен веществ, процессы ассимиляции и диссимиляции их. Ферменты бывают простыми или сложными, в состав которых наряду с белковыми компонентами (апоферментами) входит небелковая часть – кофермент.

Согласно классификации Международного биохимического конгресса, ферменты делят на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы, или окислительно-восстановительные ферменты.

2. Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос различных групп с одной молекулы на другую.

3. Гидролазы – ферменты, катализирующие гидролитические реакции.

4. Лиазы – ферменты, которые отщепляют от субстрата ту или иную группу с образованием двойной связи или, наоборот, присоединяют группу к двойным связям.

5. Изомеразы катализируют изомерацию органических соединений.

6. Лигазы, или синтетазы, катализируют синтетические реакции, сопровождающиеся отщеплением остатков фосфорной кислоты от АТФ или аналогичного трифосфата.

Классы ферментов подразделяются на подклассы и подподклассы. Каждый фермент имеет шифр (индекс),содержащий четыре числа, разделенных точками: 1-класс, 2-подкласс, 3-подподкласс, 4-порядковый номер в данном подподклассе.

Наличие фермента можно определить по его действию на определенное вещество, т.е. либо по накоплению продуктов данной реакции, либо по уменьшению концентрации субстрата. Для этого применяются самые разнообразные методы: химические, колориметрические, газометрические, вискозиметрические, хроматографические, спектроскопические.

В процессе роста грибы образуют значительное количество ферментов, осуществляющих разные этапы метаболизма. Процессы метаболизма происходят при последовательном действии ферментов клетки, каждый определяет определенный этап превращения веществ и энергии, например, в процессах гликолиза, цикла трикарбоновых кислот, брожениях, неполных окислениях и т.д.

Биосинтез многочисленных ферментов клеткой – сложный процесс, взаимосвязанный на разных этапах.

Ферменты грибов бывают внутриклеточными и внеклеточными. Рассмотрим наиболее широко распространенные и изученные ферменты разных видов грибов, имеющие важное значение в разложении органических веществ в природе и практике.

Амилазы.

Это ферменты, гидролизующие крахмал, который представляет собой комплексное соединение, и состоит из двух полисахаридов – амилазы (20-30%) и амилопектина (70-80%). Амилаза распространена в очень разнообразных таксономических группах грибов. Область применения амилаз широка: в хлебопечении, при получении глюкозы ферментативным гидролизом крахмала, в медицине, в текстильной промышленности для расшлихтовки тканей.

Целлюлазы.

Это ферменты, гидролизующие целлюлозу (клетчатку). Это наиболее распространенное в природе органическое вещество. Целлюлоза является главнейшей составной частью оболочек клеток высших растений, которые на протяжении вегетационного периода синтезируют миллионы тонн клетчатки.

Разложение целлюлозы осуществляется комплексом целлюлозолитических ферментов: экзоцеллюлаз, эндоцеллюлаз, -глюкозидаз, -глюкозилтрансфераз.

Эффект действия целлюлозы в отношении древесины особенно ярко виден у грибов- возбудителей деструктивной гнили (например, домовые грибы). Наиболее энергичными разрушителями целлюлозы являются дереворазрушающие грибы.

Многие виды почвенных микроскопических грибов участвуют в процессах разложения целлюлозы растительных остатков в почве и образования почвенного гумуса: Mucor sp., Botrytis sp., Sclerotinia sclerotiorum, Trichothecium roseum, Cladosporium herbarum, Alternaria sp., Fusarium sp., Aspergillum sp., Penicillium sp. и многие другие.

Важной областью применения целлюлаз является использование их в видах промышленности, связанных с переработкой различных видов растительного сырья.

Очищенные ферменты целлюлаз могут использоваться в медицине, ветеринарии в качестве лечебных средств при определенных формах дистрофии пищеварения.

Целлюлазы применяются в пищевой промышленности при переработке зерен, риса, фасоли и других продуктов с целью их более быстрого разваривания.

Гемицеллюлазы.

Это высокомолекулярные полисахариды, растворимые в щелочных растворах, гидролизуют гемицеллюлозы.

Наряду с клетчаткой гемицеллюлазы содержатся в соломе, оболочках семян и плодов, древесине, кукурузных початках и других одревесневших растительных субстратах. При гидролизе образуется манноза, галактоза, арабиноза, ксилоза.

Ксилоназы.

Гидролизуют ксиланы.Они обнаружены у некоторых видов микроскопических грибов. Ксиланазы с различным типом гидролиза ксиланов разных растений изучены у многих видов почвенных и фитопатогенных грибов. Они отличаются свойствами и определенным «сродством» к гидролизу ксиланов разных растений.

Глюканазы.

Гидролизуют глюканы, полисахариды, имеющие смешанные типы связи. Изучена -глюканаза Aspergillius niger. У ряда грибов р. Penicillium найдены глюканазы, которые гидролизуют определенные типы связей глюкозидных единиц в глюканах.

Пектиназы.

Гидролизуют пектиновые вещества, которые широко распространены в высших растениях. Они содержатся в значительных количествах в ягодах, фруктах, некоторых клубне-и корнеплодах, стеблях растений. Характерным действием пектиназ на растительные ткани является размягчение (мацерация), распад на отдельные клетки.

Пектиназы разных видов грибов гидролизуют пектин неодинаково.

Ферментативный гидролиз пектина широко распространен в природе- он имеет место не только при разрушении плодов и овощей при хранении, принося ущерб, но также при их созревании, разложении растительных остатков в почве, при обработке целлюлозосодержащих стеблей растений, являясь полезным процессом. Выделяемые фитопатогенными грибами пектолитические ферменты могут разрушать пектин срединной пластинки и пектаты первичных клеточных оболочек, что приводит к изменению их физико-химических свойств и создает благоприятные условия для внедрения патогенного гриба.

В настоящее время наиболее широко пектиназы используются в промышленности, изготовляющей натуральные соки и фруктовые напитки.

Пектолитические ферменты в этой области применяются в двух направлениях – обработки фруктовой или плодоягодной мезги с целью разрушения тканей, улучшения выхода сока и обработки фруктовых соков для удаления пектиновых веществ в них и их просветления.

Протеазы.

Гидролизуют белки и полипептиды.Белки играют важную роль в жизни всех живых организмов – человека, животных, растений, микроорганизмов.

При химическом и ферментативном гидролизе белков образуются аминокислоты, состав которых у различных белков неодинаков.

Протеазы гидролизуют расщепление пептидной связи. Различают две основные группы протеолитических ферментов: протеиназы и пептиназы.

Представители различных таксономических групп грибов способны усваивать белки в качестве источника азота и углерода и гидролизовать их.

Протеолитические ферменты содержатся у грибов родов: Mucor, Rhizopus, Aspergillus, Penicillium.

Протеазы грибного происхождения используются в кожевенной промышленности для мягчения кож, в пищевой промышленности для мягчения мясных изделий, переработки отходов мясной и рыбной промышленности. В медицине протеазы применяются в качестве лечебных средств и при изготовлении диетических продуктов питания.

Глюкозооксидаза и каталаза.

Катализирует окисление D-глюкозы молекулярным кислородом с образованием глюконовой кислоты и пероксида водорода как конечных продуктов. Фермент катализирует перенос водорода глюкозы к кислороду воздуха, т.е. он является по существу дегидрогеназой, но первое название (глюкозооксидаза) вошло более прочно в литературу и стало первичным. Получен фермент из Penicillium vitale. Глюкозооксидаза из Р. vitale имеет широкий спектр антибактериального действия в отношении грамположительных, грамотрицательных, пенициллиноустойчивых и устойчивых к другим антибиотикам бактериям, некоторым видам грибов.

Глюкозооксидаза из Р. vitale применяется в медицине в качестве антибиотического препарата под названием «микроцид» как наружное средство при лечении свежих и инфицированных ран, ожогов II и III степени, отморожений и других гнойно-воспалительных процессов кожи и слизистых оболочек.

Глюкозооксидаза может применяться в различных отраслях пищевой промышленности в качестве антиоксиданта.

Инвертаза (трансфруктозидаза).

Установлена у многих видов грибов следующих родов: Aspergillus, Penicillium, Fusarium. В результате гидролиза сахарозы образуется не только глюкоза и фруктоза, но также фруктозосодержащие олигосахариды. Инвертаза разных видов грибов содержит от одного до трех активных компонентов.

Нуклеазы.

Это ферменты, осуществляющие превращения нуклеиновых кислот, расщепляющие фосфоэфирные связи в молекуле нуклеиновых кислот.

Ферменты, участвующие в превращениях рибонуклеиновых кислот, носят название рибонуклеаз, а дезоксирибонуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеаз. Ферменты расщепляющие рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты, называют РНК и ДНК- нуклеазами, или деполимеразами.

Рибонуклеазы играют роль в процессе метаболизма, синтеза белка на стадии репликации, трнскрипции и трансляции генного материала. Эти ферменты специфически расщепляют межнуклеотидные фосфодиэфирные связи в молекулах рибонуклеиновых кислот без освобождения неорганического фосфора.

Дезоксирибонуклеазы – специфически осуществляют разрыв фосфоэфирных связей в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Танназы.

Это ферменты, разлагающие таннин с образованием галловой кислоты. Таннины – группа фенольных соединений растений, содержащихся в коре, древесине, листьях, плодах многих видов растений. Фермент изучен у Aspergillus niger. Активность фермента этого гриба при росте на среде с 2 % таннина зависит также от источника азота.