ENZYMY POCHODZENIA MIKROBIOLOGICZNEGOClick to edit Master subtitle style

5/17/12

ENZYMY Inaczej fermenty (z gr. endzyme, co oznacza wewntrz zaczynu, kwasu). Biaka proste lub zoone produkowane w ywych organizmach i katalizujce przebieg reakcji metabolicznych. Skomplikowane katalizatory organiczne wytwarzane przez ywe komrki. Enzymy bior udzia we wszystkich reakcjach chemicznych ustroju, std ich nazwa: biokatalizatory. W budowie chemicznej enzymu wyrnia si grup prostetyczn, czyli koferment zwany inaczej koenzymem, 5/17/12

5/17/12

ZE WZGLDU NA DZIAANIE enzymy podzielono na trzy v hydrolazy, ktre powoduj rozkad grupy:substancji na prostsze, przy czym zoonychzostaje przyczona woda;v dehydrazy odszczepiajce wodr, co ma

podstawowe znaczenie dla procesw oddychania i fermentacji;

v desmolazy powodujce przerwanie tzw.

acuchw wglowych, czyli pocze midzy atomami wgla w jednej czsteczce.

5/17/12

Od 1961r. obowizuje podzia enzymw opracowany przez Komisj Enzymow Midzynarodowej Unii Biochemicznej - na sze klas gwnych. Kryterium tego podziau stanowi rodzaj przeprowadzanej reakcji. Baza danych na temat nomenklatury enzymw: http://enzyme.expasy.org/

5/17/12

1. Oksydoreduktazy

np. dehydrogenazy, oksydazy odpowiedniego akceptora, enzymy katalizujce reakcje, w ktrych dochodzi do zmiany stopnia utlenienia, na przykad: dehydrogenaza mleczanowa uczestniczca w wtrobie w pozbywaniu si szkodliwego kwasu mlekowego i oksydaza L-aminokwasowa bezporednio utleniajca aminokwasy w mikroorganizmach.

przenosz elektrony i protony do

AH2 + B A + BH2; 5/17/12

2. Transferazynp. aminotransferazy, acetylotransferazy,

kinazy

przenoszce okrelon grup chemiczn (np.

aminow, acetylow) z jednego zwizku do drugiego, czyli katalizujce reakcje przenoszenia grup funkcyjnych z jednej czsteczki na drug, na przykad: transaminaza glutaminianowa przenoszca grup aminow na ketoglutaran przez co powstaje m. in. kwas glutaminowy i syntaza laktozowa przenoszca w gruczoach 5/17/12 mlecznych ssakw galaktoz na glukoz przez

3. Hydralazynp. proteazy, celulaza, inwertaza rozkadajce substrat hydrolitycznie, z

jednoczesnym przyczeniem czsteczki wody. Zazwyczaj s to biaka proste przeprowadzajce reakcje rozpadu z udziaem wody. Enzymy te rozkadaj wizania w czsteczkach uywajc wody - (hydroliza wiza peptydowych, glikozydowych, estrowych), np.: wszystkie enzymy trawienne ukadu pokarmowego.

AB + H2O A + B 5/17/12

4. Liazynp. dekarboksylazy aminokwasw odszczepiajce pewne grupy od substratu bez

udziau wody, czyli katalizuj reakcje rozpadu bez udziau wody, przy czym tworz si zazwyczaj wizania podwjne, np.: dekarboksylaza pirogronianowa odpowiedzialna za pgronianu dwutlenku wgla, w wyniku czego powstaje aldehyd octowy (fermentacja alkoholowa).

AB A + B5/17/12

5. Izomerazy przeprowadzaj reakcje przegrupowa

wewntrzczsteczkowych, czyli przebudowuj struktur czsteczki bez zmiany jej skadu atomowego, np.: izomeraza cytrynianowa katalizujca reakcj przeksztacania cytrynianu w izocytrynian (cykl Krebsa).

6. Ligazy (syntetazy)katalizujce tworzenie nowych wiza, czyli czenie si dwch czsteczek (reakcje syntezy) w wyniku czego powstaj wizania C-O, C-S, C-N, C-C. S to reakcje wymagajce nakadu energii ze zwizkw wysokoenergetycznych, np. ATP, GTP. 5/17/12 A + B AB

AB BA

v Inn grup enzymw stanowi ENZYMY

RESTRYKCYJNE z grupy endonukleaz, ktre przecinaj nici DNA w miejscu wystpowania krtkich, kilkunukleotydowych sekwencji, specyficznych dla danego enzymu restrykcyjnego. Wystpuj w komrkach bakteryjnych, gdzie su do niszczenia obcego DNA, np. bakteriofagowego. Uzyskano ju ponad 100 rnych enzymw restrykcyjnych, ktrych nazwy wskazuj na rdo ich pochodzenia.

5/17/12

Zastosowanie enzymw w przemyle spoywczym.

5/17/12

Z punktu widzenia handlowego najwaniejsz

grup enzymw stanowi enzymy proteolityczne (proteazy) Obejmuj one biaka enzymatyczne, wrd ktrych mona wyrni cztery grupy rnice si budow centrum aktywnego. Jedn z grup tych enzymw s proteazy serynowe, gownie pochodzenia bakteryjnego. Naley tu m. in. subtilizyna. Proteazy serynowe dziaaj w rodowisku zasadowym i wykorzystuje si je do obrbki skr rzenych oraz do usuwania sierci. proteazy

Inn grup enzymw proteolitycznych stanowi5/17/12 cysteinowe, ktrych najbardziej znanym

W przemyle spoywczym due zastosowanie

znalazy

proteazy asparaginowe, produkowane gwnie przez plenie z gatunkw Mucor miehi i M. pusillus. Ich optimum pH wynosi 4 4,5.Najwaniejszym enzymem z tej grupy jest

podpuszczka stosowana w przemyle serowarskim do koagulacji biaek mleka. Kwane proteazy pleniowe, podobnie jak cielca renina, nie hydrolizuj kazeiny, tylko powoduj jej cinanie w drodze koagulacji. 5/17/12

Przykady preparatw proteolitycznych i ich PROTEOPOL BP-S jest preparatem enzymatycznym zawieraj zastosowanie cym enzymy

proteolityczne, otrzymywane w procesie biosyntezy z wykorzystaniem szczepu bakterii Bacillus subtilis. Enzymy te hydrolizuj biaka do polipeptydw, peptydw i aminokwasw w rodowiskach o odczynie zblionym do obojtnego.

Produkcja pieczywa cukierniczego - czciowa

biodegradacja glutenu mki przy wyrobie kruchych ciast cukierniczych (krakersy, wafle), 5/17/12 do poprawiania tekstury ciasta, skrcenia

Stosowanie enzymw w przemyle spoywczymzalety:v naturalne pochodzenie v nietoksycznos v neutralno wobec cech organoleptycznych

produktuv wysoka aktywno v agodne warunki reakcji v specyficznos substartowa5/17/12

Czynniki wpywajace na efektywnos dziaania enzymw:pH rodowiska, temperatura, stabilno enzymw w roztworach

wodnych,inhibitory, aktywatory, stabilizatory, koncentracja wody.5/17/12

pH rodowiska

5/17/12

Optymalna temperatura

5/17/12

Stabilno enzymw w roztworach wodnych

5/17/12

Wpyw temperatury na stabilno subtilizyny w roztworze buforowym z dodatkiem 1% CaCl2

5/17/12

InhibitoryKada czsteczka dziaajca bezporednio na

enzym w kierunku zmniejszenia jego aktywnoci katalitycznej jest okrelana jako inhibitor.

Pewne inhibitory enzymw s normalnymi

metabolitami komrkowymi, ktre hamuj dany enzym w ramach naturalnej metabolicznej kontroli odpowiedniego szlaku. Inne inhibitory mog by substancjami obcymi dla organizmu, takimi jak toksyny i leki, i w tym przypadku hamowanie enzymu moe 5/17/12

AktywatoryNa dziaanie enzymw wpyw mog wywiera

jony obecne w rodowisku reakcyjnym. Jony dwuwartociowych metali, jak magnez, wap, cynk, mangan lub kobalt w specyficzny sposb aktywuj wielu enzymw (t.zn. zwiksza- j szybko reakcji przez nie katalizowanej).Aktywatorami mog by te aniony np.

amylaza linowa jest aktywowana jonami Cl . Jony metali mog wykazywa rwnie wpyw 5/17/12 stabilizujcy na enzym (tzn. podwysza jego

Koncentracja wody.W praktyce nie wszystkie reakcje katalizowane przez enzym przebiegaj do koca. Naley bowiem pamita, e s one odwracalne i po pewnym czasie ustala si rwnowaga pomidzy reakcj przebiegajc do "przodu" i odwrotn. Jednym z czynnikw wpywajcych na ich sta rwnowagi moe by stenie wody w rodowisku reakcyjnym. Dotyczy to zwaszcza przemian, w ktrych woda jest jednym z reagentw (np. w reakcjach enzymatycznej hydrolizy). Wykazano, e stenie wody decyduje o kierunku ich przebiegu. I tak, subtilizyna w rodowisku wodnym katalizuje hydroliz wiza peptydowych w biakach lub wiza estrowych w licznych estrach, natomiast w rodowisku bezwodnym lub o obnionej koncentracji wody katalizuje rewersj tych reakcji. Dla podanego przesunicia staej rwnowagi takich reakcji stosuje si rozmaite zabiegi.

M.in. rewersj enzymatycznej hydrolizy (czyli syntez) osiga si, stosujc w 5/17/12 rodowisku reakcyjnym rozpuszczalniki organiczne, prowadzc proces w ukadzie

5/17/12

Proces produkcji enzymw drobnoustrojowych Hodowla wyselekcjonowanych kultur

mikroorganizmw na specjalnie opracowanych dla kadej z nich poywkach, z zachowaniem specyficznych warunkw fizycznych rodowiska hodowlanego a w nastepnym etapie wyodrbnienie wytworzonego enzymu. mona go wyodrebni z podoa za pomoc wirowania lub filtracji i poddaje procedurom wydzielania i oczyszczania biaek.

Jeli enzym nagromadzi si pozakomrkowo

5/17/12

Posta kocowa reparatw enzymatycznych: cieky koncentrat ciao stae o rnym stopniu oczyszczenia enzymy immobilizowane i ko-immobilizowane

5/17/12

Mikroorganizmy uywane do produkcji enzymw.

5/17/12

. Enzymy produkowane przez fermentacje mikrobiologiczn.

5/17/12

Nazwa enzymu lub synonim Subtilizyna Carlsberg

Pozakomrkowe endopeptydazy bakterii z rodzaju Bacillus Szczep Charakterystyczne waciwoci Endopeptydaza serynowa, pH 10,6 Endopeptydaza serynowa, pH 10,2 Endopeptydaza serynowa, pH 10,2 Metaloenzym termostabilny, pH 7-9 Metaloenzym, pH 7,3 Endopeptydaza serynowa, pH 10,6 Endopeptydaza serynowa, pI 4.5 Metaloenzym, pH 7.3 Endopeptydaza serynowa, pH 9.5 Metaloenzym, pH 7.5 Endopeptydaza serynowa, pH 10.6, alkalostabilna Metaloenzym, Mr=34000 Endopeptydaza serynowa, pH 11.5, alkalostabilna Rok publi-kacji B.subtilis 1947 1958 1960 1962 1964 1964 1965 1966 1968 1968 1971 1974 1991 B.subtilis var. amylosacchariticus B.subtilis B.thermoproteolitycus B.subtilis B.licheniformis mutant B.subtilis B.subtilis var. amylosacchariticus mutant B.subtilis B.megaterium B.alcalophilus B.cereus B.alcalophilus subsp. halodurans

Subtilizyna BPN` Subtilizyna Novo Termolizyna Obojtna proteinaza I Alkaliczna proteinaza Proteinaza W1 Obojtna proteinaza II Bacillopeptydaza F Megateriopeptydaza Alkaliczna Endopeptydaza Mikroproteaza Alkaliczna proteinaza

5/17/12

Stosowanie preparatw enzymatycznych w

praktyce jest szerokie, gdy obejmuje prawie wszystkie gazie przemysu spoywczego. Najwaniejsze korzyci pynce z zastosowania enzymw to:przyspieszenie procesw technologicznych, moliwo uruchomienia produkcji nowych

asortymentw ywnoci (w tym ywnoci funkcjonalnej),

podniesienie jakoci i atrakcyjnoci wyduenie trwaoci produktw

ywnociowych,

5/17/12 stosowanych

moliwo zwikszenia wydajnoci tradycyjnie

surowcw,

PerspektywyWydaje si, e najblisza przyszo technik enzymatycznych zwizana jest z wykorzystaniem specyficznych cech organizmw ekstremolnych, dziki czemu projektowane i syntetyzowane enzymy zdolne s do wysokiej aktywnoci, zarwno w zakresie temperatury odpowiadajcej warunkom chodniczym jak i w temperaturach powyej 100oC, ale rwnie w skrajnych warunkach pH, cinienia osmotycznego czy innych parametrw procesowych. Dziki temu procesy, ktre wydaj si niemoliwe do przeprowadzenia 5/17/12

BibliografiaGacesa P., Hubble J,.1990,Enzyme technology.

Open University Press.

Nowak D. 2008, Enzymy jako nowoczesne

narzdzie technologiczne, Agro Przemys:2, 28-30. enzymw przyczyny inaktywacji oraz metody i mechanizmy ich stabilizacji. YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 6 (73): 7 17

Samborska K. 2010,Suszenie rozpyowe

5/17/12 Sumantha A., Larroche Ch., Pandey A. 2006,