Ферменти мікроорганізмів

Ферменти входять до складу кожної живої клітини і визначають характер обміну речовин. Ферменти – це біологічні каталізатори, що виробляються живою клітиною. Вони мають білкову природу, і за своїм природним складом поділяються на дві групи: ферменти-протеїни та ферменти-протеїди, що складаються із білка та небілкового компонента простетичної групи. Склад простетичної групи різний в окремих ферментів. В неї входять вітаміни або їх похідні, метали, азотисті сполуки тощо.

Ферменти мікроорганізмів надзвичайно активні (наприклад, 1 г амілази може перетворити у цукор тонну крохмалю), суворо специ­фічні (кожен фермент каталізує лише одну хімічну реакцію).

Особливістю ферментів є також нестійкість до впливу чинників зовнішнього середовища.

Найважливішою умовою активності ферментів є температура. Оптимальна температура, при якій даний фермент активний, неоднакова для різних ферментів. У зв’язку з тим чи іншим набором ферментів різні види мікроорганізмів потребують для свого розвитку різних температур навколишнього середовища. Так, у холодолюбних мік­робів температурний оптимум ферментів 10–12^оС, для теплолюб- них – 40–42^оС.

При температурі нижче 0^оС швидкість ферментативних процесів уповільнюється, деякі ферментативні реакції припиняються. Проте частина ферментів зберігає свою дію (розщеплення жирів під впливом ліпази пеніцилових грибів має місце навіть при температурі -29^оС).

Не менш важливою умовою активності ферментів є концентра­ція водневих іонів (рН) середовища.

На активність ферментів впливає також присутність у сере­довищі низки хімічних речовин. Активаторами ферментів є деякі солі, катіони, вітаміни, а інгібіторами – солі важких металів, антибіотики та ін.

Швидкість ферментативних процесів визначається концентра­цією субстрату та кількістю ферменту. Реакція уповільнюється як при нестачі, так і при надміру субстрату.

Біохімічні процеси, що протікають у мікробній клітині, регулюються ферментами, тому ті умови, що впливають на ферменти, впливають також і на життєдіяльність мікроорганізмів.

Кожному виду мікроорганізмів притаманний свій особливий комп­лекс ферментів, властивості яких визначають біохімічну діяль­ність клітини і, таким чином, особливості живлення мікробів, їхню роль в природі, у процесах виробництва, псуванні харчових продуктів та ін. Багато ферментів мікробної проби аналогічні ферментам тварин та рослин і тому підпорядковані єдиній класифікації, загальній для всіх ферментів. Проте у мікробній клітині зустрічаються і свої особливі ферменти, притаманні лише мікробам.

За місцем дії мікробні ферменти поділяються на 2 групи: екзоферменти та ендоферменти. Екзоферменти виділяються живою клітиною у зовнішнє середовище з метою розщеплення складної колоїдної поживної речовини, яка не може проникати через клітинну оболонку позаклітинного травлення – розщеплення крохмалю, білків та ін. на більш прості, здатні проникати у клітину).

Ендоферменти містяться всередині клітини і беруть участь у внутріклітинних процесах обміну речовин. Вони зберігають актив­ність і після смерті клітини, і тому у мертвій клітині відбу­ваються процеси автолізу – самоперетворення клітини під впливом її ферментів. Зберігають вони свою дію і після руйнування клітини.

Ферменти, що постійно знаходяться у клітині незалежно від умов її існування, називаються конститутивними. До них належать ферменти внутрішньоклітинного обміну. Поряд з ними мікроорга­нізми здатні синтезувати так звані індуктивні (адаптовані) ферменти. Вони виробляються клітиною тільки тоді, коли в них з’являється потреба. Наприклад, з появою у середовищі незвичайного для мікроорганізму компонента. Так, фермент пеніциліну з’являється в мікробній клітині за наявності у середовищі пеніциліну.

Дія ферментів у живій клітині чітко узгоджена. Окремі групи фер­ментів локалізовані у визначених клітинних структурах (наприк­лад, окисно-відновні ферменти – у мітохондріях).

Практичне використання ферментів мікробів: активна фермен­та­тив­на діяльність мікробів використовувалась людиною для пере­робки рослинної та тваринної сировини з глибокої давнини. Оскільки ферменти зберігають свою активність і після виходу з мікробної клітини, у різних галузях промисловості використовуються не тільки культури мікроорганізмів, але і ферментні препарати, що одержують з мікробної маси, вирощуючи її у певних умовах.

Ферментні препарати мікробного походження мають ряд переваг у порівнянні з препаратами рослинного та тваринного по­ходження (виробництво більш економне – дешева сировина, швид­кість накопичення мікробної маси, різноманітність ферментів). В останні роки мікробні середовища витісняють препарати рослин­ного і тваринного походження з низки промислових виробництв. Так, амілазу, продуковану плісеневими грибами, використовують для перетворення крохмалю в цукор при виробництві пива, в спиртовому виробництві, у випічці хліба.

Протеїнази, що виробляються мікробами, використовують для видалення волосяного покрову рук, пом’якшення шкіри, зняття желатинового шару з кіноплівки при її регенерації, хімічній чистці одягу. Протеїнази використовують для пом’якшення м’яса, приско­рення його дозрівання та одержання з відходів рибної та м’ясної промисловості харчових гідролізаторів, для підвищення стійкості вина та пива, а у сироварінні – замість сичугового ферменту. Фермен­ти, що гідролізують клітковину, використовуються для обробки волокнистих культур, у медичній промисловості. За допомогою мікробних ферментів отримують цінні лікарські препарати – алкалоїди, гідрокортизон. Пектолітичні ферменти, що прискорюють виділення соку, використовують у харчовій промисловості при виробництві соків і у виноробстві.

Бактерії відіграють значну роль в обробці каучуку, бавовни, шовку, кави, какао, тютюну.

Мікроорганізмам притаманна надзвичайно висока синтезуюча здатність. Різноманітні ферменти дозволяють їм застосовувати метан, бутан, інші вуглеводи та синтезувати з них складні органічні речовини (наприклад, культивуючи дріжджі на відходах нафти (парафінах), одержують цінні білково-вітамінні концентрати (БВК), що використовуються у тваринництві).