Ферменты микроорганизмов

Ферменты представляют собой органические катализаторы, вырабатываемые живыми клетками организма.

Все биохимические процессы обмена веществ совершаются при участии ферментов. Без ферментов эти процессы проте­кали бы очень медленно или совсем не происходили. Открыты ферменты русским химиком К. С. Кирхгофом в начале XIX в.

Ферменты (их называют также энзимами) обладают чрез­вычайно высокой активностью. Ничтожное количество фермента способно вовлечь в реакцию в сотни тысяч и даже миллионы раз большую массу веществ - реагентов. Например, одна весо­вая часть сычужного фермента (применяется в сыроделии) вызывает свертывание в 70 млн. раз большей массы молока.

Названия ферментов, за некоторыми исключениями, состав­ляются из корня слова, обозначающего субстрат, который рас­щепляется данным ферментом, с добавлением к нему оконча­ния «аза». Например, фермент, расщепляющий крахмал (амилум), получил название амилаза; фермент, разлагающий са­хар, - сахараза и т. д. За отдельными ферментами сохранились названия, которые они получили до введения указанного пра­вила («аза»). Так, ферменты желудочно-кишечного тракта че­ловека носят свое первоначальное название - пепсин и трипсин.

Ферменты состоят из белков, часть из них кроме белков включает также небелковые образования.

Ферменты обладают расщепляющей и синтезирующей спо­собностью, т. е. вызывают или ускоряют как реакции расщеп­ления, так и реакции синтеза.

Ферменты могут действовать внутри микробной клетки и вне ее. Те из них, которые вызывают биохимические процессы внутри клетки, называются эндоферментами.

Некоторые ферменты выделяются клетками в окружающий субстрат, который под их влиянием расщепляется до состояния, удобного для усвоения клеткой. Такие ферменты называются экзоферментами.

Все ферменты активны только в определенных условиях. При повышении температуры, кислотности или щелочности среды активность их падает, а при более резких изменениях условий среды ферменты разрушаются.

Большинство ферментов проявляет самую высокую актив­ность при температурах в пределах 30-40°С. Повышение температуры свыше 40°С приводит сначала к падению активности фермента, а при температуре около 80°С почти все ферменты разрушаются.

Кислотность или щелочность среды оказывает большое влия­ние, на активность ферментов. Некоторые ферменты наиболее активны в кислой среде, для других нужна нейтральная или слабощелочная среда.

Сильно действуют на ферменты многие химические веще­ства. При этом одни вещества (активаторы) способны активи­зировать ферменты, другие (парализаторы), наоборот, снижают или полностью парализуют их активность.

Каждый фермент обладает строго избирательным действием, т. е. воздействует только на какое-нибудь одно соединение, вы­зывает или ускоряет лишь определенную реакцию. Поэтому микроорганизмы выделяют несколько ферментов, обеспечиваю­щих многочисленные биохимические процессы внутри и вне клетки. Одни ферменты действуют на белки, другие - на угле­воды, третьи - на жиры.

Ферменты, катализирующие превращения белков, называются протеазами, или протеолитическими ферментами. К ним относятся пепсин, разлагающий белки до более простых соеди­нений - пептонов, трипсин, продолжающий распад белков до аминокислот. Протеолитические ферменты выделяются многими гнилостными бактериями и плесневыми грибами.

Ферменты, катализирующие гидролиз и синтез углеводов, относятся к карбогидразам. В эту группу входят амилаза, мальтаза, сахараза, лактаза, пектиназа, целлюлаза.

Амилаза превращает крахмал в солодовый сахар – мальтозу. Этот фермент содержится в плесневых грибах, многих бакте­риях, в растениях, а также в слюне и соке поджелудочной же­лезы человека и животных. Амилаза образуется в проросших зернах ячменя (солод) и других злаковых. Она играет большую роль в производстве хлеба, спирта, пива и др.

Мальтаза расщепляет сахар мальтозу на две частицы глюкозы. Этот фермент вырабатывается бактериями и гриба­ми, а также дрожжами.

Сахараза разлагает сахарозу на глюкозу и фруктозу. Фер­мент содержится в большинстве микроорганизмов и в расте­ниях. Сахаразу применяют в кондитерской промышленности.

Лактаза расщепляет молочный сахар - лактозу - на галак­тозу и глюкозу. Она выделяется многими микроорганизмами, а также животными организмами.

Пектиназа катализирует расщепление пектиновых веществ. Она содержится в плесневых грибах и бактериях и находит применение в пищевой промышленности.

Целлюлаза подвергает гидролизу очень устойчивое соеди­нение - целлюлозу (клетчатку). Целлюлаза выделяется гри­бами и некоторыми бактериями.

Жиры расщепляются липолитическими ферментами (липа­зами). Липазы разлагают жиры на глицерин и жирные кислоты. Эти ферменты вырабатываются некоторыми бактериями и пле­сенями, встречаются в растениях, а также образуются в жи­вотных организмах.