Гликозидазы: Определения, Реакции | Лекции по ферментам

Пектинметилэстеразы, ПЭ (К.Ф.3.1.11) катализируют отщепление метильных групп от полиметилгалактуроновой кислоты с образованием метанола и частично деметоксилированной полигалактуроновой кислоты.

Процесс протекает согласно следующей схеме (стрелками показано действие фермента):

Пектинметилэстеразы
Пектинметилэстеразы

ПЭ деэтерифицирует пектины на 60-70%. По мере снижения степени этерификации субстратов уменьшается сродство фермента к ним, и процесс гидролиза не проходит до конца. ПЭ предпочтительно действует на крупные молекулы, метоксилированные олигоурониды расщепляются медленнее.

Пектинэстеразы синтезируются высшими растениями, микроскопическими грибами, дрожжами и бактериями.

Пектинэстеразы проявляют максимальную активность в интервале рН 4,4-8,0, у некоторых микроскопических грибов при рН 2,5. Оптимальная температура действия 30-40° С. Пектиностераза входит в комплексы пектолитических ферментных препаратов микробного происхождения.

Желирующая способность пектина зависит от степени метоксилиро-вания или степени этерификации, поэтому действие пектинэстеразы по отщеплению метоксильных групп приводит к снижению желирующей способности и сопровождается падением вязкости. На этом, очевидно, и основывается применение этого фермента для осветления плодовых соков и вина.

Обычно комплексные препараты пектолитических ферментов применяемые для этих целей, получают из различных плесневых грибов, и прежде всего из A. Niger

Гликозидазы

Этот подкласс включает около ста ферментов с разной специфичностью действия, осуществляющих гидролиз олиго- и полисахаридов; некоторые ферменты этого типа способны осуществлять трансферазные реакции – переносит гликозидные остатки на олиго- и полисахариды, наращивать полисахаридные цепочки. Представители гликозидаз были одними из первых ферментов, обратимость действия которых in vitro была экспериментально доказана.

Гликозидазы стереоспецифичны. Они гидролизуют гликозидные связи определенной пространственной конфигурации (α или β), но не обеих одновременно. Примерами могут служить α-амилаза, α-глюкозидаза, глюкоамилаза, гидролизующие исключительно α-гликозидные связи, и β-глюканаза, целлобиза, лизоцим – гидролизующие β-связи.

Менее строгая избирательность проявляется к различным видам α- или β-гликозидных связей. Так, глюкоамилаза расщепляет α-1,4 и α-1,6-связи; глюканаза бацилл — β-1,3 и β-1,4-связи;

Гликозидазы специфичны в отношении длины цепи гидролизуемых полимерных субстратов. Так, глюкоамилаза плесневых грибов предпочтительно гидролизует высокомолекулярные полимеры α-1,4-связанной глюкозы, а аналогичный фермент – α-глюкозидаза дрожжей катализирует гидролиз той же связи в олигосахаридах, но не в крахмале.

Эндополигалактуроназа (К.Ф.3.2.1.15) и Экзополигалактуроназа (К.Ф.3.2.1.67)

Эти ферменты, наряду с пектинэстеразой осуществляют гидролиз пектиновых веществ.

Эндополигалактуроназа, эндо-ПГ (К.Ф.3.2.1.15) катализирует гидролиз α-1,4-гликозидных связей между неэстерифицированными остатками галактуроновой кислоты в различных пектиновых полисахаридах. Гидролиз происходит неупорядоченным способом, предпочтительно расщепляются внутренние связи полимеров. При гидролизе 1-10% связей вязкость растворов галактуронанов снижается не менее чем на 50%

СхемаПолигалактуроновая кислота + Н20

СхемаОлигогалактуроновые кислоты + моногалактуроновая кислота

Фермент расщепляет в пектинах фрагменты полигалактуроновой кислоты различной молекулярной массы и степени этерификации. С наибольшей скоростью гидролизуются низкоэтерифицированные субстраты, такие как пектовая кислота, полипектат натрия, свекловичный пектин. Более медленно — лимонный и яблочный пектин, а пектин Линка (степень этерификации 99%) совсем не гидролизуется. При действии на олигоурониды предпочтительно расщепляются субстраты большей степени полимеризации. Основным конечным продуктом гидролиза пектинов, в зависимости от источника фермента, может быть моно-, ди-, три- или тетрагалактуроновая кислота.

Действие эндо-ПГ на растительные ткани вызывает их мацерацию в результате расщепления пектиновых веществ срединных пластинок. В комплексе полигалактуроназ гриба Asp. alliaceus только эндо-ПГ практически полностью мацерировала до состояния изолированных клеток ткани картофеля, кабачка, тыквы, яблока, сливы, груши, персика.

Большинство исследованных эндополигалактуроназ – ферменты молекулярной массы 30-80 кДа с оптимумом действия при рН от 3,5 до 6,5 и температуре около 50° С. Эндо-ПГ некоторых микроскопических и высших грибов ингибируют ионы щелочноземельных и тяжелых металлов.

Экзополигалактуроназа экзо-ПГ (К.Ф.3.2.1.67) катализирует расщепление конечных α-1,4-глюкозидных связей между остатками неэстерифицированной галактуроновой кислоты в различных пектиновых полисахаридах (полигалактуроновой кислоте, пектатах, пектинах) с образованием моногалактуроновой кислоты. Гидролиз сопровождается незначительным снижением вязкости растворов субстратов. Фермент расщепляет пектаты неполностью, примерно на 50%.

Частично деградированные субстраты, как правило, гидролизуются экзо-ПГ быстрее высокополимерных. Предпочтительна низкая степень метоксилирования галактуронанов. Так, относительная скорость гидролиза субстратов разной степени этерификации двумя формами экзо-ПГ Asp. alliaceus составила: пектовой кислоты – 98-100, свекловичного пектина – 92-100, лимонного – 20-24, яблочного 1,3-7,5, сливового — 0,3-2,0.

Экзополигалактуроназы имеют оптимум действия при рН от 3,4 до 6,0 и температуре 30-50°С. Некоторые грибные экзо-ПГ активируются кобальтом, ингибируются щелочноземельными, тяжелыми металлами и ЭДТА.

Экзополигалактуроназы входят в состав пектолитических и цитолитических ферментных препаратов из культур микроорганизмов (Пектаваморина, Пектофоетидина, Целлюлазы-100, Поликанесцина, Ультразима, Винфлоу и др.).

Для промышленного производства ферментных препаратов пектолитических ферментов, которые являются комплексными, в качестве продуцентов используют в основном микроскопические (плесневые) грибы, в частности, грибы рода Aspergillus: A. niger, A. wentii, A. oryzae. Бактериальные ферменты в промышленных масштабах не производятся.

Растительные полигалактуроназы, по-видимому, похожи на грибные полигалактуроназы. Они обнаружены в широком спектре плодов и овощей: помидорах, авокадо, редисе, огурцах, яблоках, грушах, цитрусовых и др. Все они проявляют активность при естественных рН плодов.

Применение препаратов пектолитических ферментов в промышленности достаточно обширно. Они используются при производстве фруктовых соковых концентратов и экстрактов, при осветлении соков и вин, при производстве фруктовых и овощных пюре и нектаров.

 

Ссылка на основную публикацию