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  - 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 ……………………………………………….  - 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 _1/2 = 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  - 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  - amylaza + pullunalaza = maltodekstryna

Skrobia +  - amylaza + pullunalaza = maltoza

Skrobia +  - amylaza = glukoza + izomeraza glukozowa fruktoza

W przetwarzaniu skrobi może zostać wykorzystana  - 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  - 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   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  - 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.

---