11.Гидролазы, биол. Роль, п/Кл, представители.

Гидролазы — это ферменты, катализирующие процессы гидро­лиза (гидролиз эфирных, сложноэфирных, пептидных и гликозильных связей, кислотных ангидридов, связей С—С, С-галоида, Р—N).

Гидролазы подразделяются на эстеразы, карбогидразы, протеазы, амидазы, дезаминазы, фосфорилазы и др.

Эстеразы — ферменты, катализирующие реакции расщепления и синтеза сложных эфиров:

эстеразы

R-CO-O-R₁ + Н₂О <--------> R-COOH + _R1OH

К ним относятся липазы, танназы, хлорофиллазы, пектинэстера-зы (пектазы), фосфатазы, сульфатазы.

Липазами (КФ 3.1.1.3) называются эстеразы, катализирующие гидролиз и синтез жиров:

СН₂-О-СО— R, СН₂ —ОН

СН—О—СО—R₂ + ЗН₂О -^липаза--> СН—ОН—R₁COOН + R₂COOH + R₃COOH

СН₂-О—СО—R₃ CH₂—ОН

Танназы — ферменты, катализирующие гидролиз сложного эфи­ра таннина.

Хлорофиллазы — это эстеразы, катализирующие переэтерифи-кацию хлорофилла.

Пектазы катализируют гидролиз эфиров пектина.

Фосфатазы ускоряют расщепление и синтез сложных эфиров, об­разованных спиртами и фосфорной кислотой. Они подразделяются на фосфатазы неспецифического и специфического действия. Неспецифи­ческие фосфатазы катализируют отщепление Н,РО₄ от фосфорных эфи­ров, для них характерен широкий диапазон рН (4,5—9,0). К ним относят­ся рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, катализирующие распад рибонуклеиновой и дезокси рибонуклеиновой кислот. Специфические фос­фатазы действуют на фосфорные эфиры определенного состава. К ним относится фруктозодифосфатаза, действующая только на фруктозоди-фосфорную кислоту. Сульфатазы катализируют гидролиз и синтез слож­ных эфиров серной кислоты.

К карбогидразам относятся ферменты, катализирующие гидро­лиз и синтез гликозидов, олиго- и полисахаридов. Карбогидразы под­разделяются на олигазы и полиазы. Полиазы — ферменты, катализи­рующие гидролиз полисахаридов, а олигазы — гидролиз олигосахаридов.

Олигазы

К олигазам относятся а-глюкозидаза, [3-глюкозидаза, а-галакто-зидаза, (3-галактозидаза, (3-фруктофуранозидаза.

а-Глюкозидаза, или мальтаза — фермент, расщепляющий а-глюкозидную связь в дисахаридах и глюкозидах. Биологическим субстратом для данного фермента являются мальтоза и сахароза. Содержится в тканях растений, плесневых грибах, дрожжах, бактери­ях, проросшем просяном зерне. Просяной солод применяют как до­бавку к ячменному солоду при изготовлении мальтозной патоки, так как он богат активной мальтазой.

р-Глюкозидаза — фермент, расщепляющий Р-глюкозидную связь в ди- и полисахаридах, Р-глюкозидах (глюкозиды — амигдалин, арбутин).

а-Галактозидаза — фермент, катализирующий гидролиз а-галакто-зидов, например рафинозы и мелибиозы. Этот фермент содержится в пивных дрожжах и грибном солоде, например в такадиастазе — ферментном препарате, полученном из плесневых грибов.

Р-Галактозидаза (К.Ф 3.2.1.23), или лактаза, — фермент, катали­зирующий гидролиз лактозы на глюкозу и галактозу; содержится в бактериях, плесневых грибах, плодах миндаля, в лактозных дрож­жах, в молочных железах животного организма.

Р-Фруктофуранозидаза (КФ 3.2.1.26), или сахараза, или инвертаза,— фермент, катализирующий расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу.

а-Глюкозидаза гидролизует сахарозу у а-глюкозидного С-атома остатка глюкозы, а Р-фруктофуранозидаза гидролизует связь у Р-глюкозидиого С-атома остатка фруктозы. р-Фруктофуранозидаза (сахараза) также гидролизирует рафинозы (триозы) с образованием молекулы фруктозы и молекулы дйсахарида мелибиозы.

Полиазы

Одной из полиаз является амилаза, которую называют также птиалином, или диастазой. Амилаза была открыта в 1814 г. К.С. Кирхгофом. Содержится в слюне, панкреатическом соке, плесне­вых грибах, проросшем зерне; гидролизует крахмал до декстринов и мальтозы. Амилазы гидролизуют крахмальные зерна и крахмаль­ный клейстер. Установлено существование трех амилаз: а-амилазы, Р-амилазы и у-амилазы (глюкоамилазы).

а-Амилаза (КФ 3.2.1.1) (другие названия птиалин, декстриноге-ноамилаза, гликогеназа) — содержится в слюне, в проросших зернах пшеницы, ржи, ячменя.

fi-Амилаза (КФ 3.2.1.2.), или сахарогеноамилаза, содержится в зернах пшеницы, ржи, ячменя, соевых бобах.

а- и $-Амилазы различаются по характеру действия на компо­ненты крахмала — амилозу и амилопектин.

fi-Амилаза расщепляет амилозу на 100 % до мальтозы, амило­пектин — на 54 % до мальтозы и на 46 % — до декстринов, дающих с йодом красно-коричневое окрашивание. Данные декстрины гидро-лизуются ос-амилазой до декстринов с меньшей молекулярной массой, не дающих окрашивания с йодом, с образованием незначительного количества мальтозы.

Декстрины, образовавшиеся при действии Р-амилазы на амило­пектин, гидролизуются а-амилазой с образованием декстринов, облада­ющих меньшей молекулярной массой и дающих окрашивание с йодом.

При последующем длительном действии а-амилазы на крахмал 85 % его превращается в мальтозу. Таким образом, при действии на крахмал Р-амилазы образуется в основном мальтоза и незначитель­ное количество высокомолекулярных декстринов-. При действии на крахмал а-амилазы образуются в основном декстрины меньшей мо­лекулярной массы и незначительное количество мальтозы.

Оптимум рН Р-амилазы — 4, а-амилазы — 5,5.

Так как активность а-амилазы снижается при повышении кис­лотности, тесто из муки, полученной из проросшего зерна, замешива­ют на жидких дрожжах (молочнокислых заквасках); молочная кисло­та угнетает действие а-амилазы.

а-Амилаза более устойчива к действию повышенных темпера­тур, ее температурный оптимум (68 °С) выше температурного опти­мума Р-амилазы (52 °С).

Семена растений отличаются содержанием а- и Р-амилазы. Так, Р-амилаза содержится в непроросших семенах пшеницы, ржи и ячменя, а-амилаза образуется лишь при прорастании. В непророс­ших и проросших соевых бобах присутствует только Р-амилаза. В непроросших семенах сорго содержится а-амилаза.

Инактиваторы амилазы — белки и дубильные вещества — служат регулирующим фактором в прорастающем и созревающем зерне.

Солод, применяемый при изготовлении пива-и осахаривании карто­фельных или мучных заторов в спиртовой промышленности, является ис­точником активной амилазы, превращающей крахмал в сбраживаемый сахар — мальтозу. Активный грибной солод получают из плесневых грибов.

Глюкоамилаза (КФ 3.2.1.3) — фермент, гидролизующий крахмал с образованием глюкозы и небольшого количества декстринов. Полу­чают из плесневых грибов и используют для производства кристал­лической глюкозы и глюкозной патоки.

Целлюлаза — комплекс двух ферментов: эндоглюканазы (КФ 3.2.1.4) и экзоглюканазы (КФ 3.2.1.74). Гидролизует клетчатку с образованием целлобиозы. Целлюлаза содержится в проросшем зерне, бактериях и плесневых грибах, является активным ферментом в грибах-вредителях, живущих на древесине.

Бактерии, живущие в желудках травоядных животных, выделя­ют активную целлюлазу, которая гидролизует клетчатку. Этим объяс­няется способность животных переваривать и усваивать клетчатку.

Инулиназа(КФ 3.2.1.7), или инулаза, — фермент, гидролизующий инулин с образованием фруктозы. Обнаружена в высших растениях содерж ащих большое количество инулина, и плесневых грибах.

Гемицеллюлазы — группа ферментов, гидролизующих различ­ные гемицеллюлозы. Последние содержатся в прорастающих семенах и плесневых грибах. Например, ксиланаза (КФ 3.2.1.32) гидролизует ксиланы до ксилозы.

Протопектиназа и полигалактуроназа (пектиназа) — фермен­ты, расщепляющие пектиновые вещества. Протопектиназа — фермент, разрушающий связи между метоксилированной полигалактуроновой кислотой и арабаном или галактаном. Эта кислота (растворимый пек­тин) гидролизуется пектинэстеразой до метилового спирта и полига­лактуроновой кислоты. Полигалактуроназа катализирует гидролиз по­лигалактуроновой кислоты. Полигалактурон'аза характерна для бактерий и плесневых грибов, в высших растениях встречается редко (пока об­наружена только в плодах томатов). Плесневые грибы используются для получения препаратов данных ферментов, которые применяются в пищевой промышленности для осветления фруктовых соков, плодо­вых и виноградных вин, содержащих большое количество растворимо­го пектина.

^Протеазы (протеолитические ферменты) — это ферменты, ка­тализирующие гидролиз белков, полипептидов, олигопептидов. Под­разделяются на протеиназы (полипептидазы) и пептидазы.

Протеиназы (полипептидазы) осуществляют гидролиз белков и высокомолекулярных полипептидов. Пептидазы расщепляют низ­комолекулярные пептиды (тетра-, три- и дипептиды).

По воздействию на конкретные участки пептидной цепи протеоли-тические ферменты делятся на эндопептидазы (действуют на участки цепи, расположенные далеко от ее концов) и экзопептидазы (отщепля­ют концевые аминокислоты). Примерами экзопептидаз являются кар-бокси- и аминопептидазы.

В зависимости от строения активного центра протеолитических ферментов выделяют следующие протеиназы:

— сериновые, содержащие в активном центре серии (трипсин, химотрипсин);

— тиоловые, содержащие в активном центре цистеин (катепсин В);

— кислые, содержащие в активном центре две —СООН-группы (пепсин, катепсин Д).

Протеолитические ферменты подразделяются на ферменты же­лудочно-кишечного тракта, тканевые и бактериальные.

Дезамидазы (амидазы) - гидролазы, катализирующие процес­сы дезаминирования амидов кислот с образованием NH₃ и кислоты. К амидазам относятся аргиназа, уреаза, аспарагиназа, глутаминаза. Аргиназа — фермент печени, катализирует гидролиз аргинина с обра­зованием мочевины и орнитина. Уреаза — фермент, катализирующий гидролиз мочевины с образованием NH₃ и СО₂. Аспарагиназа деза-минирует аспарагин, глутаминаза - глутамин.

Дезаминазы катализируют процессы дезаминирования азотис­тых оснований (аденин,гуанин) с образованием спиртов и аммиака.

Гуаназа и аденилаза катализируют дезаминирование гуанина и адениловой кислоты.

В растительной клетке гидролитические ферменты локализова­ны в вакуолях, отделенных от цитоплазмы белково-липидной мемб­раной —тонопластом.