Приложения на протеазите - Биология
Резюмето е попълнено от: студент гр. 50-11 Кашапов Р.Р.
Казански държавен технологичен университет
Катедра Индустриална биотехнология
Най-важното свойство на протеините е тяхната каталитична активност. Веществата с протеинова природа, които могат каталитично да ускорят химичните реакции, се наричат ензими.
Ролята на ензимите в живота на животните, растенията и микроорганизмите е колосална. Благодарение на своята каталитична функция, разнообразието от ензими позволява бързо протичане на огромен брой химични реакции в тялото или извън него. Понастоящем в биологични обекти са открити няколко хиляди отделни ензими, като няколкостотин от тях са изолирани и изследвани. Изчислено е, че една жива клетка може да съдържа до хиляда различни ензима, всеки от които ускорява определена химична реакция.
Изолирани от тялото, ензимите не губят способността си да изпълняват каталитична функция. Това е основата за практическото им приложение в химическата, хранително-вкусовата, леката и фармацевтичната промишленост. От особено значение за химическото производство е спецификата на ензимите: в края на краищата до 80% от разходите при производството на много химикали се дължат на отделянето на примеси, произтичащи от странични реакции. Освен това ензимите позволяват осъществяването на редица процеси, чието осъществяване чрез конвенционалните методи на органичния синтез остава нерешен проблем.
Протеазите принадлежат към класа на пептидните хидролази - ензими, които ускоряват реакциите на хидролиза на протеини, пептиди и други съединения, съдържащи пептидни връзки. Освен това се обсъждат подробно основните приложения на протеазите в различни индустрии.
1. Основни приложения на протеазите
INв комбинация с амилаза, протеинази, изолирани от гъби, принадлежащи към рода Aspergillus, се използват в хлебопекарната промишленост. Добавени в количество от 20-50 g на 1 тон брашно, те подобряват качеството и аромата на хляба, ускоряват узряването на тестото с 30%, намаляват наполовина консумацията на захар за производството на по-високи класове хлебни изделия, увеличават порьозността на трохите и обема на хляба с 20%.
В кулинарията използването на пептидни хидролази (протеин и проназа) за обработка на месо преди готвене значително подобрява качеството на месните ястия.
В месната промишленост протеолитичните ензими се използват за ускоряване на узряването на месото и увеличаване на добива на месо от 1-ви клас от 15% до 40%.
В млечната промишленост използването на протеази ускорява зреенето на сирената наполовина и намалява цената им с 10%.
В кожарската и кожухарската промишленост за ускоряване на отстраняването на космите от кожите и омекотяване на суровата кожа се използват препарати от протеинази (протеин и протофрадин), които са извънклетъчни протеази на Streptomycetes. В същото време времето, необходимо за изпълнение на необходимите процеси, се намалява няколко пъти, степента и качеството на вълната и кожата се повишават, а условията на труд в тази индустрия драстично се подобряват.
В текстилната промишленост процесът на обезразмеряване на тъкани с ензимни препарати от класа на протеазата с гъбичен произход се ускорява 7-10 пъти; същите препарати служат за отстраняване на серицин по време на развиването на пашкули от копринени буби при производството на естествена коприна.
Приложение в битовата химия
Протеазите от растителен произход, които могат да издържат нагряване до 90°C без забележима загуба на активност, са компоненти на прахове за пране и перилни препарати. Някои протеази, заедно с глюкозооксидазата и каталазата, се добавят към пастата за зъби - теосигуряват антимикробното си действие и защита на зъбите от кариес.
2. Използването на протеази в леката промишленост.
В ензимните процеси на производството на кожи и кожи най-често се използват ензими, принадлежащи към класа на протеазите. Най-широко използвани са следните ензими.
Секретира се от панкреаса под формата на трипсиноген, активиран автокаталитично при pH 7-9 или от ентерокиназа, продуцирана от лигавицата на тънките черва. Трипсинът не е първичен действащ ензим; или изобщо не разцепва естествените протеини, или действа върху тях слабо и бавно. Протеините, денатурирани чрез нагряване, третирани с киселини, соли, основи и пепсин, лесно се атакуват от трепсин.
Трипсинът хидролизира връзки (пептидни, амидни, естерни), в които карбоксилната група принадлежи на основните аминокиселини лизин и аргинин.
Трипсинът играе основна роля в омекотяването на кожата с панкреатин и неговите препарати в кожарската промишленост.
Ензимът на стомашния сок, секретиран от клетките на стомашната лигавица под формата на неактивен пепсиноген, се активира автокаталитично в присъствието на солна киселина, превръщайки се в пепсин. Пепсинът е ензимът с основно действие, т.е. разцепва почти всички нативни протеини, като хидролизира около 30% от пептидните връзки по време на продължително действие, но действа по-бавно от другите протеинази. Пепсинът хидролизира връзки на аминокиселини, съдържащи ароматни пръстени в страничната верига и свободни карбоксилни групи.
Пепсинът не действа върху кератин, протамини и продукти на хидролиза на протеини с ниско молекулно тегло. Разтворите на пепсин претърпяват бавна автолиза. Не се използва в процесите на производство на кожи и кожи, но се използва запреработка на колаген-съдържащи отпадъци с цел тяхното по-нататъшно разтваряне.
Ензим, открит като катепсиноген във всички животински тъкани. Най-големи количества се намират в черния дроб, далака и бъбреците. Заедно с него има естествен активатор зоокиназа, който може да бъде отделен от катепсин. Катепсинът действа върху съединения, съдържащи ароматна аминокиселина и разцепва пептидите от N-края на пептидната връзка. Обикновено катепсинът катализира хидролизата на протеини по време на автолиза. В неутрална среда той е неактивен, оптималното рН на действие е 4-5.
След смъртта на животно млечната и други киселини се натрупват в тъканите, включително сурова кожа и козина, т.е. образува се кисела среда. В резултат на това катепсинът придобива способността да действа каталитично върху хидролизата на тъканните протеини. Това трябва да се има предвид по време на първичната обработка на суровините, по-специално трябва да се съхранява своевременно.
Това е специфичен ензим, който разгражда естествения колаген до пептиди без образуването на аминокиселини. Не разгражда други протеини.
Колагеназата има по-силен ефект върху колагена, отколкото върху синтетичните пептиди, изградени като колаген. Изолиран е от култури от различни бактерии.