о-Дифенолоксидаза – Ферменты

0

о-Дифенолоксидаза – Ферменты

Полифенолоксидаза

Систематическое название фермента — монофенол-дегидроксифенилаланин: кислород оксидоредуктаза. Этот фермент известен под различными тривиальными названиями, такими как тирозиназа, фенолаза, катехолоксидаза, монофенолоксидаза, о– и n-дифенолоксидаза; орто-фенолаза.

Полифенолоксидаза является несколько более общим термином, так как включает в себя несколько близкородственных ферментов.

Систематическое название фермента указывает на то, что этот фермент катализирует реакции, в которых акцептором водорода является молекулярный кислород воздуха, а фенолы действуют как доноры водорода. Фермент катализирует окисление как одноатомных, так и двухатомных фенолов. Это окисление специфично как для о-, так и для n-положения фенольных групп. Конечными продуктами окисления под действием полифенолоксидазы являются окрашенные продукты.

Темноокрашенные продукты (меланины, флабофены), возникающие в результате действия фермента, образуются в результате чисто химической реакции конденсации образовавшихся хинонов.

Фермент представляет собой медьсодержащий протеин. Это типичный металлофермент. Содержание меди составляет 0,2 % на одну молекулу фермента. При удалении меди фермент инактивируется, но при добавлении Cu 2+ происходит реактивация. Оптимум активности выражен не резко, он находится в интервале рН от 5 до 7.

Под действием этого фермента многие овощи и фрукты после их разрезания при контакте с воздухом быстро темнеют. Одновременно на разрезанные фрукты и овощи воздействует ряд других оксидоредуктаз, в том числе пероксидаза, оксидаза аскорбиновой кислоты и др.

Потемнение разрезанного картофеля, яблок, грибов, персиков и других растительных тканей в большей степени или полностью зависит от присутствия и активности полифенолоксидазы.

Процесс потемнения или побурения можно предотвратить или уменьшить путем добавления таких веществ, как мета- и тетрабораты, образующие комплексы с хинонами. Аскорбиновая кислота предотвращает реакцию побурения, вызывая восстановление о-хинонов и тем самым предотвращая их полимеризацию. Чаще всего при переработке растительного сырья для предотвращения потемнения используют двуокись серы (SO2) или бисульфит натрия (NaHSO3).

Тепловая обработка (бланшировка) — наиболее предпочтительный метод ингибирования фермента в производстве фруктовых соков. Необходимое время и температура зависят от рН: при понижении рН происходит уменьшение ферментативной активности, полифенолоксидаза необратимо инактивируется при рН ниже 3.

В пищевой промышленности интерес к полифенолоксидазе связан с необходимостью предотвращения вызываемого ею ферментативного потемнения.

Высокая активность полифенолоксидазы оказывает положительное влияние на сырье и продукты в ряде ферментативных процессов, например при ферментации чая, табака, придает характерный цвет корке при выпечке ржаного хлеба.

Цвет ржаного хлеба является результатом действия полифенолоксидазы на аминокислоту тирозин – производную монофенола. При действии этого фермента на тирозин образуются темноокрашенные вещества — меланины. Однако действие полифенолоксидазы играет отрицательную роль при производстве макаронных изделий. Если партия муки, из которой будут изготовлены макароны, имеет повышенную активность полифенолоксидазы, то макароны при сушке будут темнеть и их потребительские свойства будут снижены.

77.243.189.108 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

о-Дифенолоксидаза, Полифенолоксидаза | Лекции о ферментах

о-Дифенолоксидаза (прежнее название — полифенолоксидаза), катализирует окисление дифенолов, полифенола, монофенолов, дубильных веществ с помощью кислорода воздуха. Наименее устойчивы к окислению о-дифенолы, у которых гидроксильные группы расположены при соседних углеродных атомах:

Дифенолоксидаза – универсальный растительный фермент, присутствующий во всех органах и тканях. Субстратная специфичность дифенолоксидазы зависит от источника выделения фермента. Она различна у изоформ, выделенных из одного растения.

о-дифенолоксидаза – медьсодержащий фермент. Ингибиторы фермента – синильная кислота, азид натрия, сероуглерод, окись углерода, диэтилдитиокарбамат, хелаты. Для проявления активности оптимален рН 5–7.

Под действием дифенолоксидазы растительные фенолы окисляются в хиноны, которые, конденсируясь, превращаются в меланины. Конденсация хинонов протекает по свободнорадикальному механизму. Цвет меланинов зависит от их молекулярной массы. Чем крупнее молекула, тем темнее окраска, по мере увеличения молекулярной массы цвет меняется от розового до черного. Окисление фенолов под действием под действием дифенолоксидазы и тирозиназы (тирозин-2-монооксигеназы) лежит в основе потемнения овощей и фруктов, при чистке, измельчении, сушке. Потемнение чайного листа в процессе ферментации также связано с окислением дубильных веществ в присутствии дифенолоксидазы и кислорода.

Статья по теме:   Сорт винограда Маргарита

В практике для борьбы с окислительным потемнением перерабатываемых овощей и фруктов используют различные способы, в основе которых лежит инактивация дифенолоксидазы или разобщение фермента с кислородом. Для инактивации используют обработку паром или горячей водой (бланширование), а также подкисление: при рН ниже 3 фермент нестабилен.

Применение восстанавливающих агентов, таких как аскор­биновая кислота, сернистый газ и бисульфит натрия, приостанавливает потемнение продуктов: в присутствии этих агентов происходит восста­новление о-хинонов в фенолы и подавляется процесс конденсации хинонов. Введение восстановительных агентов в начальный момент контакта растительного сырья с кислородом можно рассматривать как разобщение фермента с кислородом, который связывают восстановители.

Хорошие результаты дает выдерживание материала, прошедшего механическую обработку (очистку, резку), в слабых растворах лимон­ной кислоты. Лимонная кислота обладает хелатным действием, она свя­зывает каталитически активные ионы меди, что приводит к подавлению активности дифенолоксидазы. Своевременное погружение растительно­го материала в воду (а еще лучше – в слегка подсоленную воду) также достаточно эффективно. Процессы окисления развиваются во времени, и если материал тотчас залить водой, разобщив тем самым с кислоро­дом воздуха, можно предотвратить потемнение.

Ферменты – биологические катализаторы. Значение ферментов

В природе существуют особые вещества белковой природы, одинаково успешно функционирующие как в живой клетке, так и за её пределами. Это ферменты. С их помощью организм переваривает пищу, выращивает и разрушает клетки, благодаря им эффективно работают все системы нашего организма и, в первую очередь, центральная нервная система. Без ферментов в мире не существовало бы йогурта, кефира, сыра, брынзы, кваса, готовых каш, детского питания. Из чего состоят и как устроены эти биокатализаторы, недавно ставшие верными помощниками биотехнологов, как их отличают друг от друга, как они облегчают нашу жизнь, об этом вы узнаете из этого урока.

Определение ферментов

Ферменты – это белковые молекулы, которые синтезируются живыми клетками. В каждой клетке насчитывается более сотни различных ферментов. Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма.

То есть ферменты – это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.

Ферментыбиокатализаторы – вещества, увеличивающие скорость химических реакций.

Без ферментов все реакции в живых организмах протекали бы очень медленно и не могли бы поддерживать его жизнеспособность.

Наглядный пример работы ферментов – сладковатый вкус во рту, который появляется при пережевывании продуктов, содержащих крахмал (например, риса или картофеля). Появление сладкого вкуса связано с работой фермента амилазы, которая присутствует в слюне и расщепляет крахмал (рис. 1). Крахмал является полисахаридом, и сам по себе безвкусный, но продукты расщепления крахмала (моносахариды) с меньшей молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза) сладкие на вкус.

Рис. 1. Механизм действия амилазы

Все ферменты – глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.

Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть – апофермент, а добавочная небелковая – кофермент). В качестве кофермента могут выступать витамины – E, K, B групп (рис. 2).

Рис. 2. Классификация ферментов по их составу

Фермент взаимодействует с субстратом, не всей молекулой, а отдельной её частью – т. н. активным центром.

Механизм действия ферментов

Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий фермент-субстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с новой молекулой субстрата (рис. 3).

Рис. 3. Механизм взаимодействия фермента и субстрата

На рисунке 3 представлен механизм работы фермента, в частности, образования пептидной связи между молекулами аминокислот. Две аминокислоты взаимодействуют между собой в активном центре фермента, между ними образуется пептидная связь. Новое вещество (дипептид) покидает активный центр фермента, поскольку оно по своей структуре не соответствует этому центру.

Статья по теме:   Сорт винограда Ионел

Особенностью ферментов является то, что они обладают высокой специфичностью, т. е. могут ускорять только одну реакцию или реакции одного типа.

В 1890 году Э. Г. Фишер предположил, что эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, которая точно соответствует форме молекулы субстрата. Эта гипотеза получила название «ключа и замка», где ключ сравнивается с субстратом, а замок – с ферментом. Гипотеза гласит: субстрат подходит к ферменту, как ключ подходит к замку. Избирательность действия фермента связана со строением его активного центра (рис. 4).

Рис. 4. Гипотеза взаимодействия фермента и субстрата по принципу ключ-замок Э. Г. Фишера

Активность ферментов

В первую очередь, на активность фермента влияет температура. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает. Увеличивается скорость молекул, у них появляется больше шансов столкнуться друг с другом. Следовательно, увеличивается вероятность того, что реакция между ними произойдет. Температура, обеспечивающая наибольшую активность фермента – оптимальная.

За пределами оптимальной температуры скорость реакции снижается вследствие денатурации белков. Когда температура снижается, скорость химической реакции тоже падает. В тот момент, когда температура достигает точки замерзания, фермент инактивируется, но при этом не денатурирует (см. видео).

В наше время для длительного хранения продуктов широко используют способ быстрого замораживания. Оно останавливает рост и развитие микроорганизмов, а также инактивирует ферменты, находящиеся внутри микроорганизмов, и предотвращает разложение продуктов питания.

Кроме этого, активность ферментов зависит ещё от pH среды (кислотности – то есть показателя концентрации ионов водорода).

В большинстве случаев, ферменты работают при нейтральном pH, т. е. при pH около 7. Но существуют ферменты, которые работают либо в кислой и сильнокислой, либо в щелочной и сильнощелочной среде. Например, один из таких ферментов – пепсин, он находится у нас с вами в желудке, работает в сильнокислой среде и расщепляет белки. Поскольку в желудке среда достаточно кислая, 1,5 – 2 pH, то этот фермент работает при сильнокислой среде.

Ферменты подвержены действию активаторов и ингибиторов. Некоторые ионы, например, ионы металлов Mg, Mn, Zn активируют ферменты. Другие же ионы (к ним относятся ионы тяжелых металлов, а именно Hg, Pb, Cd), наоборот, подавляют активность ферментов, денатурируют их белки.

Классификация ферментов

В 1961 году была предложена систематическая классификация ферментов на 6 групп. Но названия ферментов оказались очень длинными и трудными в произношении, поэтому ферменты принято сейчас именовать с помощью рабочих названий. Рабочее название состоит из названия субстрата, на который действует фермент, и окончания «аза» (рис. 5). Например, если вещество — лактоза, то есть молочный сахар, то лактаза – это фермент который его преобразует. Если сахароза (обыкновенный сахар), то фермент, который его расщепляет, – сахараза. Соответственно, ферменты, которые расщепляют протеины, носят название протеиназы.

Значение ферментов

Ферменты применяются практически во всех областях человеческой деятельности, и такое широкое применение, в первую очередь, связано с тем, что они сохраняют свои уникальные свойства вне живых клеток.

Ферменты групп амилаз, протеаз и липаз применяются в медицине. Они расщепляют крахмал, белки и жиры. Все эти ферменты, как правило, входят в состав комбинированных препаратов, таких как фестал и панзинорм, и используются, в первую очередь, для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта (рис. 6).

Ферменты применяют для растворения тромбов в кровеносных сосудах, при лечении гнойных ран.

Особое место занимает энзимотерапия при лечении онкологических заболеваний.

Такие ферменты как амилаза расщепляют крахмал и поэтому широко используются в пищевой промышленности. В пищевой промышленности используется протеиназа, расщепляющая белки, и липазы, расщепляющие жиры. Ферменты амилазы используются в хлебопечении, виноделии и пивоварении (см. видео).

Протеазы используются для смягчения мяса и при изготовлении готовых каш.

Липазы используются в производстве сыра.

Ферменты широко используются в косметической промышленности, входят в состав кремов, некоторые ферменты входят в состав стиральных порошков.

Энзимопатология

Энзимопатология – область энзимологии, которая изучает связь между болезнью и недостаточным синтезом, или отсутствием синтеза какого-либо фермента.

Статья по теме:   Эзоп - виноград

Например, причиной наследственного заболевания – фенилкетонурии, которое сопровождается расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение фенилаланина в тирозин.

В результате в организме накапливаются токсические вещества. Новорожденный ребенок выглядит здоровым, а первые симптомы фенилкетонурии проявляются в возрасте от двух до шести месяцев. Это выраженная вялость, отсутствие интереса к окружающему миру, повышенная раздражительность, а также беспокойство и рвота.

Во втором полугодии жизни у ребенка выражено отставание в психическом развитии. Менее чем в 10% случаев – это слабая степень олигофрении, а у 60% развивается идиотия.

При своевременной диагностике патологических изменений можно избежать, если с момента рождения до наступления полового созревания ограничить поступление фенилаланина с пищей.

Стиральные порошки с ферментами

На этом уроке мы с вами выяснили, что ферменты используются в различных областях человеческой деятельности.

Они широко используются в пищевой промышленности, в медицине, в косметике и бытовой химии. Например, в стиральные порошки добавляют амилазу, которая расщепляет крахмал, протеазы, расщепляющие белки или белковые загрязнения, и липазы, очищающие ткани от жира и масла. Как правило, в состав стирального порошка входит комбинация этих ферментов, то есть ферментные препараты усиливают действие друг друга.

Сегодня наиболее изученными ферментами являются протеазы и амилазы. Липазы не всегда стабильны по качеству. Их разработкой занимаются только 10 лет, а амилаза и протеаза существуют на рынке уже более полувека. Сегодня эти две категории ферментов очень хорошо изучены и дают прекрасные результаты, чего пока что нельзя сказать о липазах. Липазы полностью справляются с загрязнениями только после двух-трех стирок, а протеазы и амилазы – за одну.

Ученые подсчитали, что добавление ферментов в стиральные порошки на 30-35% увеличивает моющую способность данного порошка.

Из истории открытия ферментов

Ферменты были открыты при изучении процессов брожения. Представления о том, что химические процессы внутри живых организмов протекают под действием каких-то особенных веществ, возникло более 200 лет назад. В XIX века Луи Пастер (рис. 7) доказал, что сбраживание дрожжами сахара в спирт катализируется веществами белковой природы. Пастер ошибочно считал, что ферменты неотделимы от живых клеток. Другой ученый, Эдуард Бухнер, доказал, что в водных экстрактах живых клеток находится набор ферментов, катализирующих превращение сахара в спирт. Именно его открытие дало начало новой науке – энзимологии.

Успехи энзимологии во второй половине XX века привели к тому, что в настоящее время выделено и очищено более 2000 ферментов, которые используются в различных отраслях человеческой деятельности.

Домашнее задание

1. Что такое фермент?

2. Как ферменты работают?

3. Как ферменты получают имена? Назовите известные вам группы ферментов.

4. Назовите ученых, которые внесли особый вклад в дело изучения ферментов.

5. К какому уровню организации можно отнести ферментативный катализ?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал Biochemistry.ru (Источник).

3. Интернет-портал Chem.msu.su (Источник).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Источники:

http://studopedia.ru/3_14749_polifenoloksidaza.html
http://food-chem.ru/lektsii-po-fermentam/o-difenoloksidaza
http://interneturok.ru/lesson/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/fermenty-biologicheskie-katalizatory-znachenie-fermentov

Добавить комментарий