Оксидоредуктазы – Превращения в винограде
Оксидоредуктазы – Превращения в винограде
Оксидоредуктазы
КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ
Современная классификация ферментов разработана Международным биохимическим союзом (1961г.). В ее основу положен тип катализируемой реакции и механизм. Все ферменты делят на шесть классов: I. Оксидоредуктазы. II. Трансферазы. III. Гидролазы. IV. Лиазы. V. Изомеразы. VI. Лигазы.
Каждый фермент имеет кодовый номер по классификации ферментов: первая цифра характеризует класс реакции, вторая − подкласс, третья − подподкласс, четвертая цифра указывает порядковый номер фермента в его подподклассе. Название фермента состоит из двух частей: в первой части − название субстрата (или субстратов), во второй − тип катализируемой реакции.
Оксидоредуктазы
Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции и подразделяются на 5 основных подклассов:
Оксидазы. Катализируют удаление водорода из субстрата, используя при этом в качестве акцептора водорода только кислород. Оксидазы содержат медь, продуктом реакции является вода (исключение составляют реакции, катализируемые уриказой и моноаминоксидазой, в результате которых образуется Н2О2).
Общая схема процесса следующая:
В качестве субстратов оксидаз могут выступать фенолы, полифенолы, амины. Примерами ферментов класса оксидаз являются фенолаза, цитохром-оксидаза, моноаминоксидаза, уриказа.
Фенолаза (катехолоксидаза, тирозиназа) − медьсодержащий фермент с широкой специфичностью. Он катализирует превращение монофенола
(в присутствии о-дифенола) в орто-хинон. Медь содержится также в уриказе, катализирующей окисление мочевой кислоты в аллантоин, и в моноаминоксидазе, окисляющей адреналин и тирамин в митохондриях.
Цитохромоксидаза − гемопротеин, который служит конечным компонентом дыхательной цепи и осуществляет перенос электронов на конечный акцептор − кислород. Данный фермент ингибируется оксидом углерода (II), цианидами и сероводородом. Фермент содержит две молекулы гема, в каждой из которых атом железа может переходить из состояния Fe 2+ в состояние Fe 3+ и обратно в ходе окисления и восстановления, а также два атома Сu, каждый из которых взаимодействует с одним из гемов.
Аэробные дегидрогеназы. Катализируют удаление водорода из суб-страта, используя в качестве акцептора водорода не только кислород, но и искусственные акцепторы (например, метиленовый синий). Эти дегидрогеназы относятся к флавопротеинам.
В результате реакции образуется пероксид водорода, а не вода:
В качестве кофермента дегидрогеназы содержат ФАД (флавинаденин-динуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид). Многие флавопротеиновые ферменты содержат несколько ионов металлов.
К ферментам группы аэробных дегидрогеназ относятся: дегидрогеназа L-аминокислот (оксидаза L-аминокислот), катализирующая окислительное дезаминирование природных L-аминокислот, и ксантиндегидрогеназа (ксантиноксидаза), катализирующая окисление ксантина в мочевую кислоту. Молибденсодержащий фермент ксантиноксидаза играет важную роль в катаболизме пуриновых оснований.
Анаэробные дегидрогеназы. Катализируют удаление водорода из субстрата, но не способны использовать кислород в качестве акцептора.
Общая схема процесса следующая:
Анаэробные дегидрогеназы подразделяются в зависимости от природы кофермента на несколько групп.
НАД + -зависимые (пиридинзависимые, первичные) дегидрогеназы, содержащие в качестве кофермента НАД + или НАДФ + . В общем случае НАД + -зависимые дегидрогеназы катализируют окислительно-восстановительные реакции специфических (например, гликолиза) и общих путей катаболизма (например, цикла Кребса, дыхательной цепи).
Общая схема процесса следующая:
Примером НАД + -зависимых дегидрогеназ могут служить лактатдегидрогеназа, алкогольдегидрогеназа, глутаматдегидрогеназа и др. Например, 1.1.1.27 L-лактат: НАД + -оксидоредуктаза (лактатдегидрогеназа) катализирует взаимопревращение лактата и пирувата:
Пируват L – Лактат
ФАД- и ФМН- зависимые анаэробные дегидрогеназы (флавин-зависимые дегидрогеназы). Первичные флавинзависимые дегидрогеназы переносят восстановительные эквиваленты от субстрата непосредственно на дыхательную цепь. К ним относятся, например, 1.3.99.1 сукцинатдегидрогеназа (СДГ), ацил-КоА-дегидрогеназа и митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа:
Вторичная ФМН-зависимая НАДН-дегидрогеназа − компонент дыхательной цепи, переносящий электроны от НАДН к более электроположительным компонентам:
Еще одна функция флавинзависимых дегидрогеназ − катализируемое дигидролипоилдегидрогеназой дегидрирование восстановленного липоата
(промежуточного продукта при окислительном декарбоксилировании пирувата и a-кетоглутарата). При этом вследствие низкого значения окислительно-восстановительного потенциала системы липоата переносчиком водорода от восстановленного липоата к НАД + является флавопротеин (ФАД).
Цитохромы за исключением цитохромоксидазы классифицируются как анаэробные дегидрогеназы. В дыхательной цепи они служат переносчиками электронов от флавопротеинов к цитохромоксидазе. Цитохромы являются гемопротеинами, у которых атом железа переходит из состояния Fe 2+ в Fe 3+ и обратно в процессе окисления и восстановления. Помимо дыхательной цепи цитохромы имеются в эндоплазматическом ретикулуме (цитохромы Р-450 и b-5).
Гидропероксидазы. К их числу относятся ферменты пероксидаза и каталаза.
Пероксидаза − фермент, катализирующий окисление пероксидом водорода различных органических соединений − фенолов, аминов, аскорбиновой кислоты, цитохрома С. Пероксидаза обнаружена в растениях, молоке, лейкоцитах, тромбоцитах, а также в тканях, в которых происходит метаболизм эйкозаноидов. Фермент содержит протогем, который в отличие от гемовых групп большинства гемопротеинов слабо связан с апоферментом.
Реакция, катализируемая пероксидазой, имеет сложный характер; суммарная реакция выглядит следующим образом:
В эритроцитах глутатионпероксидаза, содержащая в качестве простетической группы селен, катализирует разложение Н2О2 и гидропероксидов липидов восстановленным глутатионом и, таким образом, защищает липиды мембран и гемоглобин от окисления пероксидами.
Каталаза − это гемопротеин, содержащий 4 гемовые группы. Наряду с пероксидазной активностью каталаза способна использовать одну молекулу Н2О2 в качестве донора электронов, а другую − в качестве акцептора электронов. В организме каталаза в основном разлагает пероксид водорода, образующийся при действии аэробных дегидрогеназ:
Каталаза содержится в крови, костном мозге, мембранах слизистых оболочек, почках и печени.
Во многих тканях, включая и печень, обнаружены микротельца − пероксисомы, которые богаты аэробными дегидрогеназами и каталазой. Биологически выгодно группировать в одном месте как ферменты, приводящие к образованию Н2О2, так и ферменты, разлагающие это соединение.
К ферментам, катализирующим образование Н2О2, кроме пероксисомных ферментов, относятся также митохондриальные и микросомные системы транспорта электронов.
Оксигеназы.
Ферменты этой группы катализируют включение кисло-рода в молекулу субстрата, которое происходит в две стадии:
1) кислород связывается с активным центром фермента;
2) происходит реакция, в результате которой, связанный кислород восстанавливается или переносится на субстрат.
Оксигеназы не относятся к ферментам, которые катализируют реакции, снабжающие клетку энергией; они участвуют в синтезе и деградации многих типов метаболитов, токсинов и ксенобиотиков. Оксигеназы подразделяются на 2 подгруппы.
Монооксигеназы (гидроксилазы). Эти ферменты катализируют включение в субстрат только одного из атомов молекулы кислорода. Другой атом кислорода восстанавливается до воды; для чего необходим дополнительный донор электронов (косубстрат):
Природа косубстрата может быть различной. Многие оксигеназы используют НАДФН2. В этом случае суммарное уравнение реакции можно записать как
К подобным системам относятся микросомные цитохром-Р-450-содержащие монооксигеназные системы, участвующие в метаболизме многих лекарственных веществ путем их гидроксилирования. Они находятся в микросомах печени вместе с цитохромом Р-450 и цитохромом b-5. Восстановителями этих цитохромов являются НАДН и НАДФН. Цитохромы окисляются субстратами в результате серии ферментативных реакций, составляющих так называемый гидроксилазный цикл:
Лек – лекарственное вещество
К лекарственным веществам, метаболизм которых идет при участии рассматриваемых систем, относятся, например, морфин и бензпирен. Многие лекарственные вещества (например, фенобарбитал) способны индуцировать синтез микросомных ферментов и цитохрома Р-450. Цитохром Р-450 является одновременно гемо- и флавопротеином, причем флавиновые нуклеотиды выступают в качестве второго донора электронов. Цитохром Р-450 в печени осуществляет гидроксилирование липофильных соединений, образующихся в качестве побочных продуктов или попадающих в организм извне (такие вещества объединяют под общим названием «ксенобиотики»). Введение в их молекулы гидроксильных групп повышает гидрофильность этих веществ, понижает токсичность и облегчает их вывод из организма.
Другой пример подобных систем − митохондриальные цитохром-Р-450-содержащие монооксигеназные системы. Они находятся в коре надпочечников, семенниках, яичниках, плаценте, почках и участвуют в биосинтезе стероидных гормонов из холестерина, катализируют гидроксилирование гидроксихолекальциферола, что приводит к образованию активной формы витамина D3 (1,25-дигидроксихолекальциферола). В коре надпочечников содержание митохондриального цитохрома Р-450 в 6 раз выше, чем содержание цитохромов в дыхательной цепи.
Диоксигеназы (истинные оксигеназы). Эти ферменты катализируют включение в молекулу субстрата обоих атомов молекулы кислорода:
Примером служат железосодержащие ферменты 1.13.11.5 гомогентизатдиоксигеназа и 1.13.11.6 3-гидроксиантранилатдиоксигеназа, а также некоторые гемсодержащие ферменты, в частности триптофандиоксигеназа (триптофанпирролаза).
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
Ферменты группы оксидоредуктаз винограда и вина
Основные ферменты винограда и вина группы Оксидоредуктаз.
Полифенолоксидаза (о-дифинолоксидаза). Играет важную роль в дыхании виноградного растения и ОВ (окислительно-восстановительных) – процессах в сусле. Катализирует при доступе воздуха в реакции окисления полифенолов в хиноны.
Полифенолоксидаза (П. Ф.О.) очень активный фермент, ускоряющий окислительные процессы в сусле. Процесс этот необратим, а хиноны, быстро полимеризуясь дают темно-окрашенные соединения. Поэтому, цвет виноградного сусла из зеленоватого, при контакте с воздухом, становится бурым, коричневым. Действие окислительного фермента хорошо инактивирует сернистая кислота, а вносимый одновременно бентонит удаляет полифенолоксидазу. Локализуется фермент П. Ф.О. на твердых частях ягоды винограда, поэтому сокращают контакт сусла с мезгой, отбирают только сусло – самотек. Прессовые фракции содержат значительно больше этого фермента, поэтому их обрабатывают отдельно.
Пероксидаза . Второй по значимости окислительно-восстановительный фермент винограда. Катализирует реакции окисления фенолов окисления и ароматических аминов в присутствии перекиси водорода по схеме:
АН2 + Н2О2 → А + 2 Н2О,
Где АН2 – восстановленное, А – окисленное соединение.
В результате реакции исходное соединение окисляется с образованием воды. Фермент более активен в кожице, мякоти и гребнях.
Принципы иноктивации пероксидазы те же, что и полифенолоксидазы.
Аскорбинатоксидаза. Катализирует реакцию окисления аскорбиновой кислоты (витамин С) в дегидроаскорбиновую.
(витаминным действием не обладает) Аскорбиновая кислота (витамин С) Дегидроаскорбиновая кислота
В процессе созревания ягод активность этого фермента уменьшается; в зрелых ягодах он слабо активен.
При брожении сусла снижается активность всех окислительных ферментов. По данным А. К. Родопуло инактивация связана с выделением дрожжами сульфгидрильных соединений: цистеина и глютатиона.
К оксидоредуктазам относятся также дегидрогеназы и прежде всего Алькогольдегидрогеназа. Наиболее известны при этом взаимопревращения уксусного альдегида и этанола:
С2Н5ОН СН3С
К дегидрогеназам относят еще пять окислительных ферментов: Малат-дегидрогеназа, лактат-дегидрогеназа, сукцинат- дегидрогеназа, алонин-дегидрогеназа, глютатион-дегидрогеназа.
Принцип действия этих ферментов одинаковый: они обеспечивают дегидрированные или присоединенные кислороды, что, по сути дела, одно и то же.
При этом, например, яблочная кислота превращается 
:
Молочная кислота окисляется до пировиноградной кислоты, а яблочная кислота, с помощью суцинат – дегидрогеназы, превращается в фумаровую кислоту.
Аминокислоты, с помощью соответствующих дегидрогеназ, окисляются до соответствующих органических кислот выделением NH3. Например, глютаминовая кислота окисляется до α – кетоглютаровой органической кислоты:
Дегидрогеназы активны в дрожжевых клетках; они участвуют в процессах при выдержке вина на дрожжевых осадках.
Особую роль в процессах виноделия играют Гидролазы. Они катализируют гидролиз (расщепление) сахарозы, белков, пептидов и других высокомолекулярных соединений.
Их называют по современной номенклатуре: Фруктофуранозидазы, пептидогидролазы, протеолитические, пектолитические ферменты.
Рассмотрим их более подробно.
ß – Фруктофуранозидаза (Инвертаза). Катализирует гидролиз сахарозы на глюкозу и фруктозу, по схеме:
Сахароза + Н2О → глюкоза + фруктоза
Фермент имеет большое значение при брожении, т. к. расщепляет сахарозу.
ß – фруктофуранозидаза содержится в ягодах. Особенно она активна в дрожжах. По данным академика А. И. Опарина этот фермент обладает трансферазивной активностью, т. е. катализирует реакции переноса определенной группы от своих субстратов.
Превращения в винограде – Влияние различных факторов на оксидоредуктазы
Содержание материала
Влияние рН, температуры и сернистого ангидрида на тирозиназу винограда и на лакказу Botrytis cinerea стало предметом специального исследования с тем, чтобы выявить разницу в поведении этих двух ферментов.
рН. На рис. 2.7 показано изменение активности солюбилизированной тирозиназы с метил-4-пирокатехином. Кривые такого типа получены для всех сортов. Все они имеют максимум повышенной активности при рН 4,75 и другой максимум намного более низкой активности при рН около 7. В зоне рН сусел (от 2,8 до 3,7) различия незначительны, и здесь констатируют около 80% максимальной активности.
Рис. 2.7. Влияние рН на активность тирозиназы винограда (Дюберне, 1974).
Что касается стабильности фермента по времени в зависимости от рН, то отмечают, что около рН 7 она бывает оптимальной; при более кислых рН стабильность уменьшается. В частности, рН сусел и вин (от 2,8 до 3,7) не
соответствует хорошей стабильности тирозиназы винограда. Такой результат имеет определенное практическое значение. Из-за такой нестабильности тирозиназу относительно легче удалить в процессе приготовления вина.
На рис. 2.8 показано изменение активности лакказы по отношению к гидрохинону или к метнл-4-пирокатехину, у которых наблюдают оптимум активности при рН 4,75, и по отношению к антоцианам, у которых отмечают оптимальную активность при рН 4,0. У этого последнего субстрата отмечают, что в зоне рН сусел изменения выражены довольно четко — от простых до удвоенных.
Стабильность по времени в зависимости от рН бывает оптимальной при рН около 3,4, т. е. при рН, соответствующем среднему значению в суслах и винах. Лакказа остается стабильной при рН от 2,5 до рН 7,0; при рН, превышающих 7,0, наблюдают инактивацию фермента, вызываемую денатурированием белковой молекулы.
Рис. 2.8. Влияние рН на активность лакказы (Дюберне, 1974):
Температура. Из работ Меноре и Гино (1965) следует, что при температуре 70°С активность тирозиназы полностью прекращается. Более точные исследования, которые провели Демо и Бидан (1967), подтверждают эти результаты и выявляют важную роль рН: при рН 3 нагревание в течение 5 миндо65°С уничтожает до 80% активности, а при рН 4- только 60%.
При рассмотрении влияния температуры необходимо различать мгновенное действие ее на активность и разрушительный эффект (Дюберне, 1974).
Рис. 2.9. Кратковременное воздействие температуры на активность тирозиназы винограда (Дюберне, 1974).
На рис. 2.9 представлена кривая, полученная при рН 4,75, когда в качестве субстрата используют метил-4-пирокатехин. Максимум активности находится около 30°С. При кратковременном повышении температуры до 75—-80°С происходит инактивация. С другой стороны, уничтожение ферментативной активности в зависимости от температуры и времени показано на рис. 2.10
(при рН 7,2) и 2.11 (при рН 3,4). Констатируют, что разница в функции рН значительна: при рН 7,2 нужно нагревать 30 мин при 75°С для полного прекращения ферментативной активности, тогда как такой же результат получается также за 30 мин, но при температуре 55°С и рН 3,4.
Рис. 2.10. Разрушительное действие температуры (в °С) на активность тирозиназы в зависимости от времени при рН 7,2 (Дюберне, 1974):
/ — 60; 2 — 65; 3.— 70; 4 — 75; 5 — 80. • 
Ряс. 2.11. Разрушительное действие температуры (в °С) на активность тирозиназы в зависимости от времени при рН 3,4:
1 — 45; 2 — 55.
На рис. 2.12 изображены кривые, полученные при рН 4,75 для лакказы по отношению к гидрохинону и антоцианам.
Максимумы активности для этих двух субстратов несколько различаются по отношению к гидрохинону. Этот максимум соответствует 4(ГС, а для антоцианов —примерно 50°С С другой стороны, разрушение ферментативной активности при рН 3,4 по отношению к гидрохинону проявляется при относительно низких температурам (45°С) и при относительно короткий промежутках времени, примерно 10 мин (рис. 2.13).
Рис. 2.12. Кратковременное действие температуры на активность лакказы (Дюберне, 1974):
1 — смесь антоцианов; 2 — гидрохинон. 
Рис 2.13. Разрушительное действие повышенной температуры (в °С) на активность лакказы Botrytis cinerea (Дюберне, 1974):
1 — 40; 2 — 45.
Таким образом, кажется, что разница между оптимальной мгновенной температурой и максимальной температурой разрушения относительно невелика. По сравнению с тирозиназой лакказа легче разрушается путем нагревания даже при довольно невысоких температурах.
Источники:
http://studopedia.ru/12_112154_I-oksidoreduktazi.html
http://vinograd-vino.ru/sostav-vinograda-i-vina/196-fermenty-gruppy-oksidoreduktaz.html
http://vinograd.info/knigi/teoriya-i-praktika-vinodeliya/prevrascheniya-v-vinograde-6.html
