книги из ГПНТБ / Кретович В.Л. Введение в энзимологию

нений (в том числе аскорбиновой кислоты и иидола). Пероксидаза содержится в животных, в выс­

ков — лейкоцитов, молока, хрена, различных животных тканей. На рис. 6 6 показана кристаллическая пероксидаза, выделенная из пшеничных зародышей.

Изучению пероксидазы были посвящены классические работы основоположника энзимологии в нашей стране А. Н. Баха, кото­ рый еще в 1903 г. совместно со швейцарским ботаником Р. Шода, исследуя окислительные ферменты, впервые разработал широко применяемый метод определения активности пероксидазы, осно­ ванный на окислении пирогаллола и последующем количественном учете образующегося продукта реакции — пурпурогаллииа:

Пероксидаза хрена имеет молекулярную массу 40 тыс. и со­ стоит из белка, соединенного с протогематнномІХ и углеводом. Про-

209

Рие. 66. Кристаллическая пероксидаза из пшеничных зародышей, ув. в 250 раз (по К. Тагава и М. Сии)

тогематии IX (с.м. стр. 99) в свою очередь состоит из протопорфирипа IX, соединенного с атомом железа.

Следовательно, схематически состав перокспдазы хрена мы мо­ жем представить себе так:

Рассмотрим еще один фермент, принадлежащий к классу окси­ доредуктаз, который имеет большое практическое значение. Фер­ мент этот называется а с к о р б и н а т о к с и д а з о й . Его шифр 1.10.3.3. Первая цифра обозначает, что это оксидоредуктаза, 1 0 — фермент принадлежит к тому же самому подклассу, что и о- дифенолоксидаза, т. е. действует на дифенолы, полифенолы, монофенолы и родственные им соединения; 3 — акцептором водорода служит кислород; последняя цифра 3 — номер аскорбинатоксидазы

вподгруппе ферментов с шифром 1.10.3. Этот фермент катализиру­ ет реакцию окисления аскорбиновой кислоты, т. е. витамина С,

вдегидроаскорбиновую кислоту:

210

Аскорбинатоксидаза так же, как п о-дифеиолоксидаза, является купропротеидом, т. е. белком, содержащим медь. Очищенные пре­ параты аскорбинатоксидазы содержат 0,24% меди.

Действие этого фермента, как и действие о-дифенолоксидазы, нежелательно при сушке различных пищевых продуктов, в част­ ности картофеля, яблок, различных овощей. Дело в том, что обра­ зующаяся при окислении аскорбиновой кислоты дегидроаскорби­ новая кислота очень лабильна и легко подвергается распаду. В результате снижается содержание в продукте витамина С и пони­ жается пищевая ценность готового сухого продукта. Для подавле­ ния действия аскорбинатоксидазы также применяют обработку сернистым газом или бланшировку паром.

Наконец, рассмотрим еще одну оксидоредуктазу, которая про­ изводится в виде препаратов различными фирмами. Это липо­ оксидаза, которая по новой классификации ферментов называется л и п о к с и г е и а з о й.

Лнпокспгеназа окисляет кислородом воздуха ненасыщенные жирные кислоты. При этом кислород присоединяется к двойным связям жирных кислот, образуя их перекиси (пероксиды). Шифр липоксигеназы 1.13.1.13. Систематическое название этого фермента линолеат: кислород — оксидоредуктаза. Ниже приведена реак­ ция, катализируемая этим ферментом:

R . . . . СН3-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2 . . . .СООН

J+O2

R . . . . СШ-СН=СН-СН=СН-СН . . .СООН. ООН

Как видно из схемы, в результате реакции образуется соеди­ нение, которое представляет собой гидроперекись жирной кислоты.

Гидроперекиси, получающиеся при действии липоксигеназы, обладают очень сильным окисляющим действием, поскольку они содержат перекисный кислород. Гидроперекись легко может пре­ вращаться в циклическую перекись. Циклическая перекись может образоваться и непосредственно при действии липоксигеназы на ненасыщенную жирную кислоту. По месту двойной связи присо­

211

единяются два атома кислорода и возникает циклическая перекись, что видно на следующей схеме:

= С = С =

І+о,

= С -С =

0I - 0I

Хотя под действием липоксигеиазы могут получаться цикли­ ческие перекиси, основное количество жирных кислот при этом превращается в гидроперекиси. Именно на образовании гидропере­ кисей — веществ, обладающих сильными окислительными свойст­ вами, основано значение липоксигеиазы в пищевой промышлен­ ности.

Гидроперекиси могут окислять различные соединения, напри­ мер насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. При этом об­ разуются различные альдегиды и кетоны. Гидроперекиси могут также окислять каротиноиды, окрашивающие в желтый цвет му­ ку и различные другие продукты. Каротиноиды легко окисляются гидроперекисями с образованием бесцветных продуктов. Так, на­ пример, при действии липоксигеиазы на пшеничное тесто, которое имеет желто-кремовый цвет, тесто становится более светлым. Это осветление происходит в результате действия липоксигеиазы па каротиноиды теста.

Липоксигеназа имеет отрицательное значение при хранении различных продуктов переработки зерна. Ее отрицательная роль заключается в том. что при окислении ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в крупе и муке, происходит образование гидроперекисей, которые затем окисляют различные вещества, в первую очередь жир, и тем самым придают продуктам неприят­ ный вкус и запах. Именно в этом заключается сущность процесса прогоркания муки и крупы.

Однако на самых первых этапах хранения пшеничной муки действие липоксигеиазы на качество муки благоприятное. И толь­ ко лишь позднее, когда это действие заходит слишком далеко, оно приводит к прогорканию муки. Из практики известно, что по­ ступившая с мельницы пшеничная мука должна пройти отлежку в течение двух-трех недель. За данное время хлебопекарное каче­ ство муки улучшается, мука светлеет. По-видимому, это связано с первым этапом действия липоксигеиазы на ненасыщенные жир­ ные кислоты муки и образованием небольшого количества гидро­ перекисей.

В чем же проявляется благоприятное действие липоксигеиазы на хлебопекарные качества муки?

Во-первых, образующиеся при слабом действии липоксигеназы небольшие количества гидроперекисей жирных кислот «укреп­ ляют» клейковину муки, улучшают ее физические свойства. На этом основан способ улучшения качества пшеничной муки, пред-

212

ложегшый Московским технологическим институтом пищевой про­ мышленности. Способ заключается в том, что если к пшеничной муке добавить небольшое количество соевой муки, которая осо­ бенно богата липоксигеназой (или гороховой муки, которая также содержит активную липоксигеназу), и небольшое количество рас­ тительного масла и затем энергично размешать такую смесь и внести ее в основную массу теста, то наблюдается следующее. Вопервых, значительно увеличивается объем хлеба, в отдельных случаях до 50%. Получается исключительно пышный хлеб. Вовторых, происходит значительное осветление мякиша хлеба. Этот способ основан на первых этапах действия липоксигеыазы па тесто.

Нужно отметить также, что липоксигеназа имеет большое зна­ чение в макаронной промышленности. Как известно, макароны изготовляют из особой макаронной муки, которую получают из твердых пшениц Triiicum durum. Оказывается, что активность липоксигеназы в муке имеет большое значение для цвета готовых макарон. Если липоксигеназа в данном зерне достаточно активна, то получаются бледные макароны, более низкого качества. По­ этому в Канаде, которая является крупнейшим экспортером пше­ ницы, в государственный стандарт на твердую макаронную пше­ ницу введен показатель активности липоксигеназы.

•СН2 -СО—;

2.4— гликозилтрансферазы;

2.5 — трансферазы, переносящие алкильные группы;

2 . 6 — трансферазы, переносящие группы, содержащие азот (аминные, амидиновые, океиминные);

2.7 — трансферазы, переносящие группы, содержащие фосфор;

2 . 8 — трансферазы, переносящие группы, содержащие серу. В свою очередь, каждый из этих подклассов, в зависимости от химической природы переносимых групп, включает еще более

мелкие группы (подподклассы).

Важно отметить, что различные подклассы трансфераз имеют разные коферменты. Так, у аминотраисфераз коферментом слу­ жит пиридоксальфосфат. При переносе одноуглеродного остатка на глицин фермент является птеропротеидом, а если мы имеем дело с трансферазами, переносящими остатки сахаров, то у них

213

Т а б л и ц а 5 Характеристика пекоторых трансфераз

в качестве коферментов (косубстратов) ввтступают нуклеотиды. Таким образом, хотя класс трансфераз объединяет ферменты, пе­ реносящие те или иные химические группировки от одних моле­ кул к другим, однако, в зависимости от того, какую химическую группировку переносит данный фермент, природа кофермента различна.

В табл. 5 мы приводим для примера характеристику несколь­ ких трансфераз.

Тр а н с к е т о л а з а , которая особенно активна в дрожжах

ив зеленых растениях, катализирует реакции переноса остатка гликолевого альдегида при взаимодействии D-глицеральдегид-З- фосфата с седогептулозо-7-фосфатом и D-фруктозо-б-фосфатом:

214

Таким образом, транскетолаза играет весьма важную роль в обмене веществ, катализируя взаимопревращения сахаров — гептоз, гексоз, пептоз ы тетроз.

Молекулярпая масса кристаллической дрожжевой транскетолазы равна 140 тыс; оптимум действия фермента находится при pH 7,6. Как мы уже указывали ранее (см. стр. 184), коферментом траискстолазы является тиаминпирофосфат. По отношению к транскетолазе экспериментально показано образование промежуточ­ ного соедипеиия фермент — «активный гликолевый альдегид», при­ чем при денатурации фермента из этого соединения выделяется

козилышх групп между различными полиглюкозидами (например, крахмалом пли гликогеном) и неорганическим фосфатом в соот­ ветствии с уравнением, приведенным в табл. 5.

В мышцах фермент существует в двух формах — в виде фос­ форилазы а с молекулярной массой 495 тыс. и фосфорилазы b, имеющей молекулярную массу 242 тыс. Обе формы фосфорилазы получены в кристаллическом состоянии. Фосфорилаза картофеля имеет молекулярную массу 207 тыс. и оптимум pH при 6,5—6 ,6 .

Как мы уже указывали ранее (см. стр. 6 6 ), мышечная фосфори­ лаза содержит пиродоксальфосфат, который поддерживает натив­ ную конформацию молекулы фермента. а-Глюканфосфорилаза яв­ ляется сульфгидрильным ферментом и инактивируется ионами тяжелых металлов. н-Хлормеркурибеизоат вызывает диссоциацию фермента на неактивные субъединицы с молекулярной массой при­ близительно 125 тыс.

Следующий фермент, приведенный нами в табл. 5, У Д Ф г л ю- к о з а - ф р у к т о з а — г л ю к о з и л т р а н с ф е р а з а яв­ ляется представителем группы ферментов, в которых в качестве источника различных гликозильиых радикалов выступают про­ изводные иуклеотидфосфатов (см. стр. 84).

Т и р о з и н — а м и н о т р а н с ф е р а з а — представитель группы пиридоксалевых ферментов, катализирующих перенос аминогрупп (амииотрансфераз). Следует отметить, что аминотранс­ феразы имеют большое значение в медицине. Их активность в плазме крови тесно связана с состоянием организма и поврежде-

215

пина. Оптимум действия растительного фермента находится при pH 8,4.

Г е к с о к и и а з а катализирует реакцию фосфорилирования глюкозы, маннозы и фруктозы у 6 -го углеродного атома в соответ­ ствии с уравнением, приведенным в табл. 5.

Кристаллическая гексокиназа дрожжей изображена на рис. 67. Ее молекулярная масса равна 95 тыс.; оптимальная зона pH на­ ходится между 8 и 9; для действия этого фермента необходимы ионы магния.

3. Гидролазы

Следующий, третий, класс ферментов — гидролазы. Сюда от­ носятся многие ферменты, имеющие промышленное значение, и большинство пищеварительных ферментов. Общим свойством всех гидролаз является то, что они катализируют реакции гидролиза, т. е. расщепление более сложных соединений на более простые с присоединением воды. Этот класс подразделяется на девять под­ классов.

Первый подкласс обозначается 3.1; сюда относятся гидролазы, действующие на сложноэфирные связи и носящие название эсте­ разы. Далее следует подкласс 3.2, который включает гидролазы, гидролизующие гликозильные соединения; к этому подклассу при­ надлежат ß-фруктофуранозидаза, а- и ß-амилазы. Подкласс 3.3 — гидролазы, действующие на эфирные связи. Подкласс 3.4 — гид­ ролазы, действующие па пептидные связи; сюда относятся все протеолитические ферменты. Подкласс 3.5 объединяет ферменты, действующие на С—N связи, отличающиеся от пептидных; так, например, сюда относятся ферменты, гидролизующие амиды.

Далее следует подкласс 3.6 — гидролазы, действующие на кис­ лотноангидридные связи; сюда относится фермент, расщепляю­ щий пирофосфат с присоединением воды и образованием двух молекул ортофосфорной кислоты.

К подклассу 3.7 относятся ферменты, которые гидролитически расщепляют С—С связи. Подкласс 3.8 включает гидролазы, дей­ ствующие на галоид-алкилыгые связи, т. е. на связь углерода с галоидом.

Рассмотрим некоторые наиболее важные гидролазы. К их числу принадлежит л и п а з а — фермент, катализирующий гидролиз жиров или глицеридов с присоединением воды и образованием свободных жирных кислот. Липаза имеет шифр 3.1.1.3.

Первая цифра — 3 — свидетельствует о том, что фермент при­ надлежит к классу гидролаз, вторая — что он действует на сложно­ эфирные связи, третья цифра значит, что фермент действует на эфиры карбоновых кислот, и, наконец, последняя цифра — 3 — указывает на то, что липаза занимает третье место в подгруппе ферментов с шифром 3.1.1,

217