21. mechanizm działania proteinaz aspartylowych
Proteinazy aspartylowe inaczej zwane karboksylowe to grupa związków, do których należy pepsyna. Pepsyna hydrolizuje rozkład białek w środowisku kwaśnym żołądka. Powstaje ona z pepsynogenu. Miejsce aktywne tego enzymu zawiera dwie reszty asparginianu. Aby enzym był aktywny jedna z tych reszt musi być zjonizowana a druga nie.
Cząsteczka pepsyny składa się z 2 części o podobnej strukturze. Miejscem wiązania substratu jest bruzda znajdująca się miedzy dwoma wyróżnionymi fragmentami. Każdą z tych części określa się mianem amino- i karboksyl końcową dostarczającej po jednej reszcie aspartylowej.
Rola reszt ASP.
- Aktywują znajdującą się miedzy nimi cząsteczkę wody.
- Działają jako akceptor donorowo- protonowy.
- W miejscu aktywnym proteaz aspartylowych występuje sekwencja ASP-Thr-Gly.
- Do tej grupy enzymów zaliczamy: podpuszczkę protezę HIV.
- Działanie tej grupy enzymów hamowane jest nawet przez znajdujące się w środowisku niewielkie ilości pepstatyny.
22. Mechanizm działania hydroliz glikozydowych na przykładzie b – galaktozydazy.
β -galaktozydaza hydrolizuje laktoze do galaktozy i glukozy. Jest ona enzymem indukowanym przez występowanie w środowisku laktozy.
β -D-galaktozydaza (EC 3.2.1.23) jest enzymem katalizującym reakcje hydrolizywiązañ O-glikozydowych w _-D-galaktozydach. Najbardziej znanym galaktozydem jest disacharyd występujący w mleku – laktoza. Katalizowana enzymatycznie reakcja
hydrolizy wiązania -1,4-glikozydowego w laktozie prowadzi do powstania cząsteczek D-glukozy i D-galaktozy (I). Niektóre _-D-galaktozydazy wykazują również zdolność syntezy wiązañ glikozydowych, która prowadzi do powstania łañcucha oligosacharydowego, gdy substratem reakcji jest laktoza (II
Obie aktywności -D-galaktozydazy – hydrolityczna i transferazowa są ze sobą
nierozerwalnie związane, a ich mechanizm jest wspólny. Obejmuje on trzy nastêpujące po sobie etapy, a ostatni z nich decyduje, czy zachodzi reakcja hydrolizy czy transglikozylacji:
W pierwszym etapie nastêpuje wiązanie cząsteczki laktozy w centrum aktywnym galaktozydazy. Drugi etap obejmuje rozszczepienie disacharydu z udziałem reszt aminokwasowych enzymu o znaczeniu katalitycznym. Cząsteczka glukozy opuszcza wnękę katalityczną, za to reszta galaktozylowa pozostaje związana z enzymem. W ostatnim etapie następuje przeniesienie reszty galaktozylowej na cząsteczkę akceptora i produkt reakcji opuszcza centrum aktywne galaktozydazy. Jeżeli akceptorem
jest woda, uwolniona zostaje cząsteczka D-galaktozy. Jeżeli za to te rolę akceptora
pełni cząsteczka cukru (laktoza lub jeden z produktów jej hydrolizy), powstaje galaktooligosacharyd
(5). Reakcją preferowaną jest reakcja hydrolizy.
23. Enzymy adaptowane do niskich temperatur – właściwości i znaczenie gospodarcze:
Obniżenie temperatury procesu biotechnologicznego prowadzi do:
- poprawa jakości produktu końcowego jeśli zwiększymy temperaturę to może on ulec modyfikacjom
- obniżenie kosztów procesu dzięki rezygnacji z drogich systemów grzejnych
- zmniejszenie ryzyka mikrobiologicznego mikroflorą mezofilną
- zmniejszenie czasu i obniżenie temperatury koniecznej do termicznej inaktywacji zmiennego enzymu
Możliwości aplikacyjne psychotrofów i ich producentów:
1) ochrona środowiska(kultury d-u)
- biodegradacja polutantów w zimnym i umiarkowanym klimacie
- rekultywacji zanieczyszczonej gleby inwitu(bioemediacja)
- produkcja biogazu w zimnym i umiarkowanym klimacie
2) przemysł spożywczy(enzymy)
- serowarstwo(podpuszczka, lipazy – zapach i aromat)
- piwowarstwo
- mleczarstwo(rozkład laktozy w ………………………………………………. b – galaktozydaza
- konserwujące żywność(rózne enzymy)
- przetwórstwo owoców(klarowanie soków – pektynowych)
3) chemia gospodarcza:
- produkcja środków piorących(proteazy, lipazy, amylazy)
4) biotransformacja w niskich temparetaurach
- modyfikacja antybiotyków(tetracyklin)
- otrzymywanie nienasyconych estrów wosków(lipazy)
- synteza nienasyconych triacylogliceroli np. asło kakaowe(lipazy)
- stereospecyficzna synteza estrów, peptydów(proteinazy, lipazy)
- synteza i modyfikacja lotnych związków
24. Enzymy hipertermofili jako przykład termostabilnych białek:
Drobnoustroje te wytwarzają ważne w przemyśle enzymy. Pierwszym takim enzymem była polimeraza Taq. Charakteryzująca się dość znaczną stabilnością, została wykorzystana w technice PCR. Obecnie stosowane w PCR są polimerazy z Pyrococcus voessei. Najbardziej hipertermofilnym drobnoustrojem jest szczep „121” oraz archeon Pyrdobus accultum.
Kinetyczne właściwości termoenzymów:
1) wrodzone tj. wynikające ze struktury termostabilności, podwyższona często przez czynniki środowiska(sole, poliamidy, glikolizujące białko); np. ferodoksyna z P. furiosus jest stabilna 24h w temperaturze 95stC, a amylopullanaza z tego organizmu w obecności jonów Ca2+ zachowuje aktywność w temperaturze 145stC
2) przesunięcie krzywej aktywności w f(T) w stronę wyższych temperatur. Temperatura optymalna powyżej 65stC a dla enzymów z hipertermofili nawet zakres 90 – 115stC
Proteinazy o najwyższej termostabilności:
1) Kaldolizyna – pozakomórkowa alkaliczna proteinaza a dokładnie metaloproteinaza z Thermus aquaticus t1/2 = 1h w 90stC w nieobecności Ca2+ szybko denaturuje > 100stC
2) akwalizyna – pozakomórkowa serynowa proteinaza z Desulfulococcus o Topt = 98stC
25. Enzymy w gospodarce:
Kierunki wykorzystania enzymów:
1) przemysł chemiczny korzysta mało z enzymów
2) przemysł skrobiowy wykorzystuje enzymy amylolityczne powodujące przekształcenie skrobi do:
- syropów maltodekstryn – właściwości emulgacyjne. Tu wykorzystuje się a – amylazy(np. z Bacillus subtilis)
- w zależności od enzymów o odpowiedniej specyficzności mamy odpowiedniej długości produkty. Enzymem znoszącym rozgałęzienia jest glukoamylaza lub pullulanaza. W przemyśle spożywczym wykorzystuje si…ę syropy glukozowo – fruktozowe. Glukoza traktowana jest izomerazą glukozową przekształcając ją do fruktozy. Syropy fruktozowe – glukozowe możemy uzyskać w różnych proporcjach:
Skrobia + (upłynniona a – amylaza + pullunalaza = maltodekstryna
Skrobia + b – amylaza + pullunalaza = maltoza
Skrobia + a – amylaza = glukoza + izomeraza glukozowa ófruktoza
W przetwarzaniu skrobi może zostać wykorzystana b - amylaza która odcina od nieredukującego końca maltozę
3) w przemyśle serowarskim stosowane są lipazy pleśniowe które hydrolizują tłuszcze obecne w mleku powodują powstawanie smaku i aromatu sera. Często stosuje się jako źródło lipaz całe szczepy prowadzi do wytworzenia serów pleśniowych (pleśń przerasta ser). W przemyśle spożywczym stosuje się organizmy z grupy bezpiecznej GRAS. Tu należa tylko wybrane szczept E. coli. Drożdże winiarskie, piekarskie, pleśnie Aspergillus niger. W przemyśle mlecznym jest wykorzystywana b - galaktozydaza, w produkcji mleka bez laktozy.
4) zamiast chemicznych polepszaczy pieczywa stosowane są ksylazy
5) z syropów glukozowo – fruktozowych tworzy się nadzienia w cukrownictwie
6) enzymy proteolityczne, proteinazy aspartylowe wykorzystywane są do częściowej hydrolizy glutenu. Hydrolizowany gluten stosowany jest jako dodatek do wędlin.
7) lipooksygenazy – enzymy wprowadzające cząsteczke tlenu i jako produkt przejściowy otrzymujemy nadtlenki cykliczne -> wodorotlenki -> ketony. Lipooksygenazy stosuje się w przemyśle zbożowym w procesie powstawania białej mąki
Enzymy reakcji syntez:
- tryptofanaza – enzym pochodzenia bakteryjnego w środowisku rozpuszczalnika organizmu z indolem i seryną wytwarza tryptofan lub z indolu + pirogronian+ NH4+.
- melimbioza – pochodzi z pleśni rozkłada wiązania a - 1,6 – glikozydowe. Stosowana jest w produkcji sacharozy powodując rozkład rafinazy na sacharozę i galaktozę. W ten sposób zwiększamy wydajność cukru z buraka.
- dekstranazy – w przypadku gdy stosowane buraki są przemarznięte i podczas rozmrażania może dojśc do naruszenia ich struktury przez bakterie produkujące dekstran i przechodzi on do soku surowego obniżając przy tym wydajność sacharozy.
- produkowane przez d – e aminokwasy o nie tylko tryptofan ale i cysteina wytwarzana przez enzym: desulhydrazę. A substratami na tej reakcji są Na2S i b - chloro - L – alanina a reakcja przebiega w środowisku H2O/organ.
- lipazy bakteryjne i pleśniowe wykorzystują do syntezy białka swoje własności
- lipazy prowadzą reakcje syntez enzymatycznych, w których można uzyskać cukrowe produkty, kw. Tłuszczowe o cennych właściwościach użytkowych. Pochodne tych kwasów są doskonałymi emulgatorami a estry wyższych kwasów tłuszczowych można stosowac jako smary.
- enzymy w przemysle włókienniczym:
1) celulazy, ksylazy, enzymy pektynolityczne
Manipulując składem uzyskujemy takie proporcje w/w preparatów, że nadają się one do obróbki tkanin bawełnianych. Pilingują tkaniny bawełniane usuwając chemiceluloze a zwłaszcza ksylazy sprawiające że tkanina jest delikatna. Z lnu substancje pektynowe usuwają część celulozy przez co zwiększa się gładkość materiału i jego chłonność. Taka tkanina łatwiej się barwi. W przemyśle bawełnianym stosujemy enzymy amylolityczne usuwające skrobię z klejanki bawełnianej.. w procesie tkania i przędzenia zabezpiecza ona włókna przed uszkodzeniami. Skrobię usuwa się dopiero przed barwieniem.
liliw