- •1 Краткая история развития учения о ферментах
- •2 Общие свойства ферментов и химических катализаторов небелковой природы
- •3 Отличительные признаки ферментативного и химического катализа
- •4 Строение ферментов
- •5 Механизм действия ферментов
- •6 Единицы ферментативной активности
- •7 Специфичность ферментов
- •8 Термолабильность ферментов
- •9 Влияние кислотности среды
- •10 Концентрация фермента
- •11 Концентрация субстрата
- •12 Активаторы и ингибиторы ферментов
- •13 Аллостерические ферменты
- •14 Изоферменты
- •15 Классификация и номенклатура ферментов
- •16 Использование ферментных препаратов
- •17 Иммобилизованные ферменты
- •18 Витамины
- •19 Классификация витаминов
- •20 Жирорастворимые витамины
- •20.1 Витамины группы А
- •20.3 Витамины группы Е
- •20.4 Витамины группы К
- •21 Водорастворимые витамины
- •21.1 Общая характеристика витаминов группы B
- •21.2 Витамин РP (ниацин)
- •21.3 Витамин C
- •21.4 Биотин (витамин H)
- •21.5 Витамин P (Цитрин)
- •21.6 Фолиевая кислота. Витамин Bc птероилглутаминовая кислота
- •21.7 Витамин U
- •22 Витаминоподобные вещества
- •22.1 Парааминобензойная кислота
- •22.2 Витамин В15
- •22.3 Инозит
- •22.4 Холин
- •22.5 Антивитамины
- •Рекомендуемая литература
измельчённым тканям и создаются условия для действия ферментов типа оксигеназ, а также высвобождаются гидролитические ферменты, которые активно расщепляют основные вещества клетки: белки, липиды, углеводы, в связи с чем процессы распада клеточного содержимого (процессы автолиза, самопереваривание) становятся преобладающими. Характеристика ферментов оксидоредуктаз и гидролаз дана в методических указаниях к лабораторному практикуму по дисциплине «Биохимия» /8, 9/.
16 Использование ферментных препаратов
Ферментные препараты применяются в различных отраслях промышленности, в том числе и пищевой. Так, в хлебопечении используются амилолитические ферменты, амилазы, которые способствуют получению дополнительного количества сбраживаемых сахаров и интенсификации процессов брожения. Образовавшиеся сахара также участвуют в образовании аромата и цвета хлебобулочных изделий – в реакции мелаидинообразования.
Препараты амилаз нашли широкое применение в технологиях получения различных паток и глюкозы из крахмала. Глюкозо-изомераза используется для изомеризации глюкозы во фруктозу (получают фруктозный сироп).
Комплексные ферментные препараты, содержащие активные протеазы и α- амилазу, применяют при производстве мучных кондитерских изделий с целью ускорения процесса брожения и корректировки физических свойств клейковины муки, изменения реологических свойств теста, ускорения его «созревания».
Цитолитические ферментные препараты используются при производстве плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков, для повышения выхода сока и его осветления.
В пивоварении с целью частичной замены солода используют ферментные препараты микробного происхождения.
Ферментные препараты протеаз (папаин, фицин, бромилин) нашли широкое применение для тендаризации (умягчения) мяса.
Ферментные препараты находят широкое применение и в молочной промышленности – изготовление сыров, йогуртов, кумыса и т.д.
17 Иммобилизованные ферменты
Обычные ферменты используются в различных биотехнологических процессах только в одном производственном цикле – одноразово.
Достижения молекулярной биологии, биохимии, органического синтеза и т.д. позволило создать ферментные препараты многоразового использования – иммобилизованные ферменты.
Иммобилизованные ферменты (или нерастворимые ферменты) – это искусственно полученный комплекс фермента с нерастворимым в воде носителем. Иммобилизация (от латинского immobilis – «неподвижный») осуществляется: путём физической адсорбции фермента на нерастворимом материале; включения фермента в ячейки геля, из которого фермент не может освободиться, в то же время ячейки позволяют проникать низкомолекулярному субстрату к ферменту; а также ковалентным связыванием фермента с носителем и т.д.
22
В качестве адсорбентов используют стекло, гидроксилаппатит, целлюлозу. Для включения фермента в ячейки геля используют разнообразный гелеобразующий материал, чаще всего полиакриламидный гель. В качестве материала для ковалентного связывания ферментов применяют полипептиды, производные стирола, полиакриламид, нейлон и т.д. При ковалентном связывании ферменты находятся на химическом «поводке» у нерастворимого носителя.
При получении иммобилизированных ферментов принимают все меры предосторожности для сохранения активности фермента (не затронутьь группировки активного центра).
Иммобилизированные ферменты обычно менее активны чем исходные, поскольку связывание с носителем вносит некоторые конформационные изменения в молекулу фермента, а следовательно, в его активный центр.
Иммобилизированные ферменты обладают многими преимуществами по сравнению с обычными препаратами ферментов. К ним относятся: более низкая стоимость, связанная с возможностью их многоразового использования; повышенная стабильность при хранении и использовании; отсутствие примесей фермента в продуктах реакции; возможность организации непрерывно-поточного процесса катализа и более строгого контроля за ним.
Несмотря на большие потенциальные возможности использования иммобилизованных ферментов в производстве, в настоящее время реализованы лишь немногие, например:
- разделение изомеров аминокислот, получение сиропов с высоким содержанием фруктозы с использованием глюкозоизомеразы, получение безлактозного молока
сиспользованием β-галактозидазы.
Спомощью иммобилизированных ферментов осуществляется промышленный синтез некоторых аминокислот, витаминов и гормонов; разработаны высокочувствительные методы анализа некоторых лекарств. Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин), иммобилизированные на марлевых салфетках, тампонах, применяют в хирургической практике для очищения гнойных ран, омертвевших тканей.
18 Витамины
Витамины (от лат. vita – жизнь), низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые в незначительных количествах для нормального обмена веществ и жизнедеятельности живых организмов. Многие витамины – предшественники кофакторов, в составе которых участвуют в различных ферментативных реакциях.
Все животные и растения нуждаются почти во всех известных витаминах, и поэтому растения, а также некоторые животные обладают способностью синтезировать те или иные витамины. Однако человек и ряд животных, по-видимому, в процессе эволюции утратили эту способность.
Потребность в витаминах ничтожна. Человек в среднем должен ежедневно потреблять 600 г, в пересчёте на сухое вещество питательных основных веществ и только 0,1-0,2 г, витаминов.
23
Длительное употребление пищи, лишённой витаминов, вызывает заболевания (гипо- и авитаминозы).
а) авитаминоз – комплекс симптомов, которые развиваются в результате длительного, полного отсутствия одного витамина;
б) полиавитаминоз – отсутствия нескольких витаминов; в) гиповитаминоз – состояние, которое характеризуется недостаточным по-
ступлением витаминов; г) гипервитаминоз – комплекс физиологических и биохимических наруше-
ний, возникающих вследствие длительного и избыточного введения в организм любого из витаминов.
История изучения
Ещё в 17 веке имелись отдельные сведения учёных о том, что у человека при длительном, скудном и однообразном питании могут возникать опасные болезни (цинга, рахит, полиневрит, куриная слепота и др.), часто заканчивающиеся смертельным исходом. Во второй половине 19 века у учёных не было сомнений, что сходные с человеком симптомы болезней наблюдаются у ряда домашних животных. Для выяснения причин возникновения этих опасных болезней был проведён ряд исследований, в основе которых лежало применение различных искусственно составленных пищевых смесей. Одна из первых попыток кормления животных искусственными пищевыми смесями была предпринята российским учёным Н. И. Луниным. В 1881 году он показал, что длительное кормление мышей смесью экстрагированных из молока белков, жиров и углеводов с добавлением минеральных солей и воды приводило к гибели животных, в то время как контрольная группа, получавшая просто молоко, нормально развивалась. На основании этих опытов Лунин пришёл к заключению, что для поддержания нормального физиологического состояния организма необходимы какие-то неизвестные вещества, содержащиеся в молоке и отсутствующие в искусственной пищевой смеси. Однако это заключение получило общее признание много позднее, когда были открыты вещества, на наличие которых указал Лунин.
В 1912 году польский учёный К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, излечивающее заболевание бери-бери, и назвал его витамином (от лат. vita – жизнь и…амин), так как решил, что характерным признаком подобных веществ является наличие у них аминогруппы (–NH2). Позднее оказалось, что аминогруппа отнюдь не является характерной для этих веществ. Некоторые из них могут совсем не содержать азота, однако термин «витамины» получил широкое распространение и упрочился в науке.
Исследования Функа послужили началом всестороннего широкого изучения витаминов. Ввиду важного физиологического значения витаминов к их изучению активно привлекались учёные разных специализаций – физиологи, химики, биохимики, врачи-клиницисты и др. В результате витаминология (учение о витаминах) выросла в большую, бурно развивающуюся отрасль знаний.
Так как первоначально химическая природа витаминов была неизвестна, и их различали только по характеру физиологического действия, было предложено обозначить витамины буквами латинского алфавита (A, B, C, D, E, K). В ходе изу-
24