АКТИВАТОРЫ И ИНГИБИТОРЫ ФЕРМЕНТОВ

Действие ферментов можно активировать, ослабить или полностью ингибировать.

К активаторам (кофакторам) ферментов относятся ионы многих металлов. Действие их различно: одни входят в состав простетической группы, другие облегчают образование ферментно-субстратного комплекса, третьи способствуют присоединению кофермента к апоферменту и т. д. Присоединяясь по аллостерическому центру, они изменяют третичную структуру белковой молекулы, в результате чего субстратный и каталитический центры фермента приобретают конфигурацию, наиболее удобную для осуществления их функций.

Механизм ингибирующего действия также различен, но в своем большинстве сводится к двум типам торможения: конкурентному и неконкурентному. При конкурентном торможении ингибитор, обладая сродством (изостерией) к субстрату, присоединяется к ферменту, конкурируя с ним за фермент. При добавлении большого количества субстрата (вытеснение ингибитора) активность фермента восстанавливается. Если торможение реакции не снимается добавленным субстратом, происходит неконкурентное ингибирование.

Амилолитические ферменты, например a-амилаза, активируются ионами кальция, обеспечивающими сохранение нужной конформации и повышение стабильности третичной структуры макромолекул фермента к денатурации и действию пептидгидролаз. На грибные a-амилазы стабилизирующее действие оказывают ионы алюминия. Все a-амилазы инактивируются ионами металлов — ртути, меди, серебра и ионами галоидов — хлора, брома, фтора и йода.

Конечные продукты реакции являются ингибиторами ферментов, что может быть следствием двух причин: частного случая конкурентного обратимого ингибирования и неконкурентного ингибирования — взаимодействия с функциональными группами вне активного центра, что влияет на активность фермента.

ФЕРМЕНТЫ, КАТАЛИЗИРУЮЩИЕ ГИДРОЛИЗ

САХАРОЗЫ И ЛАКТОЗЫ

6.2.1.β-ФРУКТОФУРАНОЗИДАЗА

Для выработки многих пищевых продуктов широко используется сахароза. Вкусовые достоинства этих продуктов могут быть существенно улучшены, снижен расход сахарозы, если вместо нее использовать инвертный сахар, степень сладости которого в 1,3 раза выше. Инвертный сахар может быть получен при гидролизе сахарозы в присутствии соляной или серной кислоты. Однако этот процесс идет в довольно жестких условиях (при высокой температуре и концентрации Н⁺-ионов), что вызывает ряд неже­лательных процессов, связанных с разрушением фруктозы и глюкозы, с появлением цветных веществ, фурфурола и оксиметилфурфурола. В последующем раствор инвертного сахара требует нейтрализации кислоты гидрокарбонатом натрия.

Качество и биологическая ценность инвертного сахара могут быть существенно повышены, если вместо кислотного использовать гидролиз сахарозы под действием фермента β-фруктофуранозидазы (2,1-β-D-фруктофуранозид-фруктогидролаза, КФ 3.2.1.26). Ферментативный гидролиз сахарозы протекает по схеме

Этот фермент активно индуцирует дрожжевая клетка Saccharomyces cerevisiae. Биосинтез β-фруктофуранозидазы осу­ществляется дрожжами Saccharomyces fragilis, Candida utilis, Endomycopsis fibuligera, Hansenula polymorpha и Auerobasidium pullulans. Последние синтезируют экзо- и эндо-β-фруктофуранозидазы. Содержание β-фруктофуранозидазы в клетках дрожжей обратно пропорционально концентрации глюкозы.

Рис. 6.1. Динамика инактивации

β-фруктофуранозидазы и глюкоамилазы

Aspergillus awamori:

1,3 — β-фруктофуранозидаза; 2,4 — глюкоамилаза

Активность этого фермента в расчете на единицу сухой массы клеток при концентрации глюкозы 0,003 % в 55 раз больше, чем при концентрации глюкозы 2%. Активную 8-фруктофуранозидазу продуцируют микромицеты, например Aspergillus awamori, Penicillium canescens, Aspergillus japonicus, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Penicillium cyaneum, Fusarium oxysporum, у которых она является сопутствующим ферментом.

β-Фруктофуранозидаза Aspergillus awamori 643 термостабильна и кислотоустойчива (рис. 6.1).

По отношению к солодовым амилазам глюкоамилаза Aspergillus awamori обладает более высокой кислотной и термической устойчивостью. Однако β-фруктофуранозидаза значительно превосходит глюкоамилазу по этим важным физико-химическим показателям. Так, при рН 5,5 и температуре 60 °С по истечении 2 ч активность β-фруктофуранозидазы снижается на 7 %, а глкжоамилазы — на 30 %. Более выражена кислотостабильность β-фруктофуранозидазы. По истечении 2 ч при рН 1,5 и 30 °С глюкоамилаза почти полностью инактивируется, в то время как активность β-фруктофуранозидазы сохраняется более чем на 30%.

Оптимальная зона рН для действия β-фруктофуранозидазы Aspergillus awamori находится в пределах 3—5, максимальная активность отмечается при рН 4,0. Таким образом, данный фермент относится к кислым гидролазам и, следовательно, может с успехом использоваться в хлебопекарной отрасли.

Степень гидролиза различных растворов сахарозы, отличающихся концентрацией, под действием β-фруктофуранозидазы различна (температура гидролиза 30 °С, расход фермента 0,25 % массы сахарозы, что соответствует 20 ед/г). За единицу активности принята способность фермента гидролизовать 1 мг сахарозы за 1 мин при 30 °С и рН 4,5.

β-Фруктофуранозидаза обладает максимальной активностью в 5%-х и 10%-х растворах сахарозы (табл. 6.1). Однако и при более высоких концентрациях субстрата гидролиз идет довольно интенсивно, но период каталитической реакции увеличивается. β-Фруктофуранозидаза Aspergillus awamori осуществляет гидролиз сахарозы даже в том случае, когда в растворе на один моль саха­розы приходится два моля воды.

Таблица 6.1

Динамика гидролиза растворов сахарозы β-фруктофуранозидазой Aspergillus awamori