II. Гидролиз крахмала и гликогена. Амилазы и их роль в пищевой промышленности.

В пищевой промышленности и природе крахмал подвергают интенсивным ферментативным превращениям. Основной реакцией при этом превращении является гидролиз крахмала амилазами. Продуцентами этих ферментов могут быть растения, животные и бактерии. Амилазы в растениях содержатся в семенах хлебных культур, у животных – в слюне и поджелудочной железе. Их синтезируют многие бактерии рода Bacillus, микромицеты родаAspergillus,Rhizopus. Активные амилазы содержатся в солоде. Зерновые амилазы состоят из двух компонентов:-амилазы и-амилазы

По способу действия амилазы делятся на -амилазу,-амилазы и глюкоамилазу.

• -Амилаза – декстринирующий фермент, превращающий молекулу крахмала в их осколки. Она интенсивно разжижает крахмальный клейстер, действует на глубинные только -1,4-гликозидные связи без определенного порядка.При этом образуются декстрины и небольшое количество мальтозы.

• -Амилаза – осахаривающий фермент, гидролизует в крахмале каждую вторую -1,4-гликозидную связь, начиная с нередуцирующего конца полисахаридной цепи. Продуктами реакции являются мальтоза не большое количество высокомолекулярных декстринов, называемых-амилодекстринами.

• Глюкоамилаза расщепляет в молекуле крахмала -1,4- и-1,6-гликозидную связь.

-Амилаза и -амилаза гидролизуют крахмал на 95 %, 5 % - остаточные конечные декстрины, которые содержат все-1,6-гликозидные связи.

Глюкоамилаза осуществляет полный 100 % гидролиз крахмала.

СХЕМА ГИДРОЛИЗА КРАХМАЛА:

Конечные декстрины (5%)

-Амилаза, -амилаза и глюкоамилаза имеют различные физико-химические свойства.-Амилаза неустойчива к активной кислотности среды, но термоустойчива;-амилаза кислотоустойчива, но термолабильна; глюкоамилаза обладает высокой термической и кислотной устойчивостью.

Амилазы используются для осахаривания крахмала и гликогена в бродильной, крахмалопаточной, хлебопекарной, кондитерской, спиртовой промышленностях.

III. Биосинтез крахмала и гликогена.

При исследовании предполагалось, что биосинтез крахмала и гликогена осуществляется за счет обратимости действия амилаз. Но опыт этого не подтвердили. Затем был выделен фермент фосфорилаза, который осуществляет обратимый синтез крахмала по следующей реакции:

Глюкозо-1-фосфат

Фосфор неорганический

Фосфорилазы обнаружены в микроскопических грибах, бактериях и печени млекопитающих. Предполагалось, что синтез крахмала и гликогена во всех организмах осуществляется с их помощью, однако дальнейшие исследования показали, чтофосфорилазы участвуют только в расщеплении крахмала и гликогена в живом организмедо образования глюкозо-1-фосфата. В синтезе полисахарида фосфорилаза не принимает участия.

Исследования Лелуара и его сотрудников показали, чтобиосинтез синтез крахмала и гликогена происходит при участии мононуклеотидов. В растениях и микроорганизмах участвует АДР, ГДPи ЦДP, в животных организмах – УДР.

Синтез крахмала протекает двухступенчато. Вначале синтезируется амилоза как более простой компонент. Затем часть амилозы используется для синтеза амилопектина. Синтез крахмала с участием мононуклеотида идет следующим образом:

1. Глюкоза + АТР глюкозо-6-фосфат + АДР

2. глюкозо-6-фосфат глюкозо-1-фосфат

3. глюкозо-1-фосфат + УДР УДР-глюкоза +PP_н

Эта реакция катализируется с помощью пирофосфорилазы (PP_н)

4. PP_н+ Н₂О2P_н (P_н – фосфор неорганический - фосфорная кислота)

В дальнейшем процессе синтеза принимает участие крахмалсинтаза

_{амилосинтетаза}

5. УДР-глюкоза + (глюкоза)_n УДР + (глюкоза)_n+1

Таким образом, происходит наращивание цепи на 1 молекулу глюкозы, т.е. идет синтез амилозы. Эта реакция протекает лишь в том случае, если n4. Чем большеn, тем выше скорость реакции.

Синтез амилопектинапроисходит под действием фермента амило-(1,41,6)-трансгликозидазы. Этот фермент отщепляет от молекулы амилозы фрагмент, состоящий из 6-7 глюкозидных колец, переносит его на 6-С-атом этой же молекулы глюкозы или другой.

Биосинтез гликогенаосуществляется у животных во всех тканях, но особенно активны в этом отношении печень и скелетные мышцы. Синтез гликогена происходит с помощью гликогенсинтазы аналогичным путем, но источником глюкозных единиц являетсяUDР-глюкоза.

УДР-глюкоза + (глюкоза)_n УДР + (глюкоза)_n+1

В живом организме крахмал и гликоген подвергаются интенсивным превращениям. Например, в фотосинтезирующих клетках листьев всегда образуется крахмал. Для того чтобы крахмал отложился в семенах или клубнях он превращается в сахарозу, а затем уже в семени и клубнях сахароза вновь превращается в крахмал. Важную роль здесь имеет система переглюкозилирования. Интенсивное превращение крахмала в сахарозу происходит при низких температурах -1+1 С. При длительном хранении картофель становится сладким. Однако при перевозке клубней в помещение с высокой температурой идет обратный процесс превращения сахарозы в крахмал. Особо интенсивным превращениям подвергается крахмал при прорастании семян, клубней. При этом крахмал подвергается действию двух ферментных систем: амилазы и фосфорилазы. Фосфорилазы участвуют только в расщеплении крахмала и гликогена в живом организме до образования глюкозо-1-фосфата.

Интенсивным превращениям подвергается также гликоген. При высоком уровне глюкозы в крови она направляется в печень, где из неё синтезируется гликоген. При снижении уровня глюкозы в крови, гликоген под действием фосфорилазы превращается в глюкозо-1-фосфат, а последний поступает в кровь. Синтез или расщепление гликогена в печени регулируется с помощью гормонов (глюкагон, адреналин и инсулин). (клетки Лангерганса – из них они выделяются)

В печени существуют 2 фосфорилазы: 1) фосфорилаза bи 2) фосфорилазаa– акитвная и неактивная. При активации фосфорилазаbпревращается в фосфорилазуa.

фосфорилаза bфосфорилазаa

Остаток фосфорной кислоты (Р_н)

4АТР

4АDР

гликоген

Глюкагон, адреналин