Enzymy - wielkocząsteczkowe, w większości białkowe katalizatory przyspieszające specyficzne reakcje chemiczne wskutek obniżenia ich energii aktywacji. Niemal wszystkie przemiany chemiczne związane z funkcjonowaniem organizmów żywych wymagają współudziału enzymów, by zapewnić wystarczającą wydajność reakcji. Enzymy są wysoce specyficzne wobec substratów i wobec tego dany enzym katalizuje zaledwie kilka reakcji spośród wielu możliwych dla danych substratów. W ten sposób enzymy determinują procesy metaboliczne i biochemiczne związane z funkcjonowaniem organizmów żywych. Jak wszystkie katalizatory, również enzymy nie zużywają się w trakcie przebiegu reakcji, a także nie wpływają na ich równowagę. Enzymy różnią się od zwykłych katalizatorów, przejawiając znacznie większą specyficzność substratową. Aktywność enzymatyczna może być zatrzymana lub obniżona przez inne cząsteczki - inhibitory. Wiele leków i trucizn jest inhibitorami enzymów. Z kolei aktywatory enzymatyczne to cząsteczki zwiększające aktywność enzymów. Ponadto aktywność enzymów zależy od parametrów fizykochemicznych środowiska reakcji, takich jak: temperatura, pH, siła jonowa, obecność niektórych jonów i innych. Ogólna aktywność enzymów, podobnie jak wszystkich białek, jest zależna od parametrów fizykochemicznych środowiska: temperatury, pH, siły jonowej i innych. Maksimum aktywności enzymu leży w pewnym optymalnym zakresie danego parametru środowiskowego. W zależności od enzymu, położenie optimum może być różne, a jego zakres szerszy lub węższy. Także ogólny kształt wykresu zależności aktywności danego enzymu od parametru środowiska jest różny dla różnych enzymów, w zależności od ich pochodzenia, budowy itp. Dla czynników środowiska bezpośrednio wpływających na strukturę drugorzędowa białka (i wyższe organizacje struktury), jak temperatura czy pH, charakterystyczny jest gwałtowny spadek aktywności enzymów poza optimum (lub po przekroczeniu go, w przypadku temperatury), związany z denaturacją enzymów. W zależności od enzymu, taka denaturacja może być odwracalna lub nie. Parametry środowiska mogą stanowić podstawę kontroli aktywności enzymów. Aktywność wielu enzymów może być hamowana przez różne typy inhibitorów. Inhibicja taka może być odwracalna lub nieodwracalna. Ostatnia ma miejsce wtedy, gdy cząsteczki inhibitora wiążą się z enzymem trwale (np. kowalencyjnie), co doprowadza do sytuacji zablokowania aktywności danej cząsteczki enzymu na stałe. W inhibicji kompetycyjnej inhibitor i substrat współzawodniczą o miejsce aktywne cząsteczki enzymu. Związanie przez enzym cząsteczki inhibitora uniemożliwia zatem związanie substratów (i vice versa) i kompleks enzym-inhibitor (EI) jest enzymatycznie nieaktywny. Zazwyczaj inhibitor kompetycyjny jest strukturalnie bardzo podobny (lub ma podobny motyw bezpośrednio wiążący się do centrum aktywnego) do prawdziwego substratu dla określonego enzymu. Na przykład metotreksat jest inhibitorem kompetycyjnym dla enzymu reduktazy dihydrofolianu, który katalizuje redukcję dihydrofolianu do tetrahydrofolianu i obie substancje są strukturalnie bardzo zbliżone. Przyłączenie inhibitora uniemożliwia związanie substratu i odwrotnie, dzięki czemu poprzez regulację stężenia inhibitora możliwa jest kontrola szybkości reakcji. Stałą dysocjacji inhibitora kompetycyjnego można opisać równaniem. W inhibicji akompetycyjnej inhibitor nie może się wiązać do wolnego enzymu, a jedynie do kompleksu enzym-substrat (ES), tworząc kompleks enzym-inhibitor-substrat (EIS). Ponieważ w takiej sytuacji zmniejszone jest stężenie kompleksu ES, zwiększa to pozorne powinowactwo enzymu do substratu, zatem wartość Km jest mniejsza. Utworzony kompleks EIS jest enzymatycznie nieaktywny i reakcja nie może być kontynuowana, dopóki miejsce aktywne enzymu nie zostanie zwolnione, co obniża Vmax w porównaniu do reakcji nieinhibowanej. Ten typ inhibicji jest dość rzadki i może dotyczyć niektórych enzymów multimerycznych (wielopodjednostkowych). Inhibitory nieodwracalne reagują z enzymem, wiążąc się kowalencyjnie, a zatem nieodwracalnie, do jego łańcuchów białkowych. Taka inhibicja trwale unieczynnia daną cząsteczkę enzymu. Do inhibitorów tego typu należy eflornityna, lek stosowany w pasożytniczej chorobie - śpiączce afrykańskiej. Również penicylina i aspiryna mają podobny mechanizm działania. Inhibitory te wstępnie, jeszcze nie kowalencyjnie, wiążą się z miejscami aktywnymi enzymów, po czym dopiero aktywność enzymu przekształca je w reaktywne formy, które wiążą się nieodwracalnie z jedną lub więcej resztami aminokwasowymi, blokując enzym. W wielu reakcjach inhibitory biorą udział w mechanizmie regulacji aktywności enzymatycznej na drodze sprzężenia zwrotnego. Jeśli enzym produkuje jedną substancję ponad potrzeby komórki, to ta substancja może stać się inhibitorem dla tego enzymu, co zmniejsza lub całkowicie hamuje aktywność enzymu, co z kolei zmniejsza stężenie produktu. Taka regulacja jest formą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Enzymy, które poddane są tego typu regulacji, to często układy wielopodjednostkowe, posiadające kilka miejsc aktywnych dla substancji regulatorowych. Dla takich enzymów, wykres prędkości katalizowanej reakcji w zależności od stężenia substratu, nie ma przebiegu hiperbolicznego, ale sigmoidalny (kształt litery S). Istnieje kilka głównych sposobów kontroli aktywności enzymów w układach biologicznych:

Sama produkcja enzymu na etapach translacji, jak i wcześniejszej transkrypcji, podlega ścisłej kontroli i może być zwiększana (uruchamiana) lub zmniejszana (zatrzymana) przez komórkę w odpowiedzi na zmiany w środowisku zewnętrznym komórki, tak samo jak kontrolowana jest w ten sposób produkcja każdego innego białka.

Sortowanie i rozdzielanie enzymów do docelowych kompartmentów (także poza komórkę) i utrzymywanie ich tam, jest sposobem na kontrolę ich aktywności w przestrzeni. Enzymy działają wtedy na szlakach metabolicznych umiejscowionych w różnych przedziałach komórkowych, nie interferują z innymi szlakami, a ich aktywność może być także szybko zmieniona poprzez globalną zmianę charakterystyki środowiska kompartmentu w którym się znajdują (np. obniżenie pH w lizosomie). Różne kompleksy enzymatyczne zawarte w różnych przedziałach komórkowych, a co za tym idzie podział syntezy na etapy, jak również oddzielenie syntezy od rozkładu, umożliwia dokładną kontrolę szlaku metabolicznego na każdym etapie przez różne czynniki.

Aktywność enzymów może być regulowana przez specjalne cząsteczki - inhibitory i aktywatory. Jest to najbardziej bezpośredni sposób modulacji ich aktywności.

Enzymy mogą być regulowane poprzez ich modyfikacje potranslacyjne. Modyfikacje takie mogą obejmować kowalencyjne zmiany struktury cząsteczki, np. dodawanie dodatkowych grup funkcyjnych: fosforylacja, mirystylacja czy glikozylacja. Przykładowo związanie insuliny z odpowiednim receptorem uwalnia kaskadę fosforylacji wielu enzymów i w rezultacie syntezę glikogenu. Innym przykładem potranslacyjnych modyfikacji enzymów jest modyfikacja łańcucha polipeptydowego enzymu poprzez jego skracanie, przycinanie. Przykładowo chymotrypsyna, proteolityczny enzym trawienny, jest produkowany w trzustce i wydzielany do światła dwunastnicy w formie nieaktywnej, jako chymotrypsynogen. Tam następuje jego aktywacja poprzez skrócenie łańcucha polipeptydowego i uwolnienie aktywnej cząsteczki dojrzałego enzymu. Produkcja enzymu w formie proenzymu zabezpiecza trzustkę i inne tkanki, zanim dotrze do jelita, przed strawieniem. Nieaktywn prekursor enzymu nazywany jest proenzymem (dawniej zymogenem). Gdy aktywacja enzymu jest wieloetapowa, mówi się wtedy o preproenzymach. Przycinanie proenzymu do formy aktywnej zachodzi z udziałem innych enzymów lub czasami sam enzym jest w stanie katalizować reakcję aktywacji swoich form proenzymatycznych.

Niektóre enzymy mogą stać się aktywne (nieaktywne), gdy znajdą się w innym środowisku, np. po przeniesieniu ze środowiska cytoplazmy o właściwościach redukujących do środowiska przestrzeni peryplazmatycznej o właściwościach utleniających, z wysokiego pH do niskiego pH, itp. Przykładem może być hemaglutynina - glikoproteina o właściwościach antygenowych - na powierzchni wirusów grypy, która zmienia konformację, gdy znajdzie się w kwaśnym środowisku pęcherzyka komórkowego gospodarza, powodując aktywację wirusa.

Wiekszosc enzymow wymaga do uzyskania aktywnosci roznych czynnikow chemicznych przyspieszajacych lub w ogole umozliwiajacych ich dzialanie. Sa to tzw. aktywatory a omawiane zjawisko- aktywacja. Nie dobrze dziala zmiana pH, podwyzszenie temperatury, a chemiczne-dzialanie rozpuszczalnikow organicznych, stezonych roztworow soli metali ciezkich, niektore kwasy aromatyczne. Czynniki te powoduja denaturacja bialka enzymowego. Zwiazki dzialajaco nieodwracalnie lub odwracalnie na okreslony fragment czasteczki enzymu nazywamy inhibitorami. Wowczas mowi sie o tzw. inhibicji, ktorej jest kilka rodzajow. Temperatura: podwyzszenie o 10C powoduje wzrost (2 lub 3 krotny) szybkosci wiekszosci reakcji chem, podobnie w enzymatycznych, jednakze tylko w granicach temp. powyzej ktorej rozpoczyna sie denaturacja bialka enzymu. Miedzy 0 a 30C tylko wzrost szybkosci reakcji, przy dalszym wzroscie szybkosc rekacji rosnie nadal ale postepuje denaturacja i w pewnym momencie szybkosc reakcji gwaltownie maleje. Wplyw pH na bialka enzymow jest dwojakiego rodzaju: skrajne wartosci pH wplywaja na nie denaturujaco i nieodwracalnie hamuja ich dzialanie, natomiast niewielkie odchylenia od wartosci optymalnej, moga nieznacznie denaturowac bialko, a mimo to wplywaja na zmniejszenie szybkosci reakcji. Zjawisko drugiego rodzaju wynika z wplywu stezenia jonow wodorowych na dysocjujace grupy (aminowe i karboksylowe) wystepujace w bezposrednim sasiedztwie centrum enzymu, zmiana stopnia dysocjacji tych grup pod wplywem pH roztworu powoduje zmiane ukladu ladunkow, a tym samym struktury trzeciorzedowej bialka, co moze zmniejszyc aktywnosc enzymu.

Na aktywność enzymów wpływają różne czynniki:

* Temperatura. Wzrost temperatury o każde 10°C zwiększa szybkość reakcji enzymatycznych mniej więcej dwukrotnie. Jednak odbywa się to wyłącznie do poziomu temperatury powodującego denaturację białka, czyli zazwyczaj do 40 - 45°C. Denaturacja białka enzymatycznego powoduje trwałą utratę zdolności katalitycznej. Obniżanie temperatury zmniejsza szybkość reakcji biochemicznych, ale nawet zamrożenie enzymu nie powoduje trwałego utracenia jego aktywności; ponowne ogrzanie przywraca zdolność katalityczną enzymu. * pH. Większość enzymów komórkowych najszybciej działa w środowisku zbliżonym do obojętnego, czyli w pH około 7. Natomiast enzymy działające pozakomórkowo, w świetle przewodu pokarmowego, charakteryzują się znacznym zróżnicowaniem optymalnych warunków kwasowości środowiska. Wpływ pH na aktywność enzymów tłumaczy się tym, że są one białkami, a liczba dodatnich i ujemnych ładunków cząsteczki białka i ukształtowanie powierzchni cząsteczki są zależne od kwasowości środowiska.

* Stężenie enzymu i substratu. W stałej temperaturze, w stałym pH i przy nadmiarze substratu szybkość reakcji chemicznej jest wprost proporcjonalna do stężenia enzymu. W przypadku gdy temperatura, pH i stężenie enzymu są utrzymane na stałym poziomie, szybkość reakcji chemicznej początkowo wzrasta, w miarę zwiększania się stężenia substratu, do pewnej wartości, a następnie ustala się na jednakowym poziomie. Dochodzi do tego w momencie, gdy wszystkie cząsteczki enzymu są połączone z substratem, tworząc kompleksy E-S. Wykres zależności szybkości reakcji od stężenia substratu nosi nazwę krzywej Michaelisa.

* Inhibitory. W środowisku komórkowym występują różne substancje niskocząsteczkowe, które przyłączając się do enzymu powodują zmianę struktury przestrzennej enzymu, uniemożliwiając tworzenie kompleksów E-S (substancje te mogą również działać jako aktywatory). Istnieją też przypadki, gdy związek chemiczny, mając podobną budowę do substratu, konkuruje z nim o związanie się z centrum aktywnym enzymu. Jeżeli inhibitor występuje w dostatecznie dużym stężeniu, to może całkowicie zablokować reakcję (przyłączenie substratu). Z kolei zwiększenie stężenia substratu może spowodować wyparcie inhibitora. Odwracalna inhibicja enzymów odgrywa ważną rolę w regulacji metabolizmu.

* Aktywatory. Pod wpływem różnych substancji, np. jonów, może nastąpić taka zmiana kształtu cząsteczki enzymu, która jest korzystna dla przebiegu katalizy enzymatycznej. Odbywa się to na skutek przyłączenia aktywatora do centrum aktywnego i polepszenia w ten sposób wiązania substratu.

Aktywność mierzona jednostkami standardowymi U to zmiana absorbancji razy objętość kuwety przez molowy współczynnik absorbancji razy objętość preparatu enzymu w kuwecie.Aktywnosc właściwa to to samo ale na 1 mg białka (najlepiej z próby Lowry'ego lub Bradforda).

Enzymy proteolityczne - są to grupy enzymów trawiennych posiadające zdolność do rozpraszania białek. Do grupy enzymów proteolitycznych możemy zaliczyć m.in. proteazę. Dzielą się na endopeptydazy (działające wewnątrz łańcucha polipeptydowego) oraz egzopeptydazy (działające na jeden z końców białka). Z kolei enzymy egzopeptydazy można podzielić na: karboksypeptydazy działające na koniec białka z grupa -COOH, aminopeptydazy działające na koniec białka z grupą -NH2.

Drobnoustroje proteolityczne - wydzielają produkty - enzymy proteolityczne do środowiska. Ale to szczególne mikroorganizmy bo każdy organizm wytwarza proteazy wewnątrzkomórkowe, które wytwarzają proteazy zewnątrzkomórkowe do środowiska.Tlenowe: BACILLUS CEREUS, B. SUBTILIS - przetrwalnikujace PSEUDOMONAS FLUORESCENS, PROTEUS VULGARIS,SERRATIA MARCESCENS - nieprzetrwalnikujaceBeztlenowe: CLOSTRIDIUM SPOROGENES, CLOSTRIDIUM BOTULINUM, CLOSTRIDIUM PUTREFACIENS Bakterie propionowe - w serowarstwie oprócz kwasu i gazu wykazują właściwości tez proteolityczne, które wpływają na jakość produktu.Proteolityczne i kwaszące: -STREPTOCOCCUS FAECALIS, -MICROCOCCUS CASEOLYTICUS, -BACTERIUM LINENS

Na szybkość przebiegu reakcji enzymatycznej wpływają:

- temperatura

- pH

- siła jonowa

- stężenie substratu

- stężenie enzymu

- obecność aktywatorów

- obecność inhibitorów

Wzrost temperatury zwiększa szybkość reakcji enzymatycznych, ale tylko w pewnych granicach temperatur. Enzym jest substancją białkową więc wzrost temperatury powyżej optymalnej dla jego działania powoduje stopniową denaturację i zanik własności katalitycznych.Optymalna temperatura dla działania enzymów zależy od ich pochodzenia, np. dla enzymów zwierzęcych zbliżona jest do temperatury ciała, czyli 37 stopni , a dla enzymów roślinnych jej zakres mieści się w przedziale 20 do 30 stopni. Przy podwyższaniu temperatury wzrasta szybkość reakcji enzymatycznej. Przy podwyższeniu temperatury do40 stopni wzrasta szybkość przebiegu katalizy enzymatycznej, jednak powyżej tej temperatury szybkość spada, ponieważ enzymy ulegają uszkodzeniu termicznemu.

Do działania enzymy wymagają odpowiedniego odczynu pH środowiska. Dla większości enzymów optymalne jest pH występujące w naszym organizmie, czyli 7,38 - 7,42. nane są jednak enzymy, które działają najlepiej w środowisku kwaśnym ( np. pepsyna pH. 1,5 - 2,7 ) lub zasadowym ( trypsyna, chymotrypsyna - pH 8 - 9 ). Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe ( skrajne wartości pH ) z reguły działa denaturująco, niszcząc nieodwracalnie aktywność enzymów. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość reakcji, ponieważ wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się kompleksu ES.Dla większości enzymów optymalne jest środowisko obojętne lub słabo kwaśne.

WPŁYW STĘŻENIA SUBSTRATU I STĘŻENIA ENZYMU NA SZYBKOŚĆ REAKCJI ENZYMATYCZNEJ

Szybkość reakcji enzymatycznych opisuje równanie Michaelisa - Menten:

V _max [ S ]

V = ------------

K_m + [ S ]

Równanie to pozwala obliczyć parametry kinetyczne reakcji enzymatycznej ( K _m , V_max ).

K_m - stała Michaelisa - odpowiada takiemu stężeniu substratu [ S ], przy którym szybkość reakcji V równa się połowie szybkości mamaksymalnej V_max. Stanowi wartość charakterystyczną dla danego enzymu w odpowiednich warunkach pH i temperatury. K_m określa powinowactwo enzymu do substratu. Znając wartość K_m można tak dobierać stężenie substratu, oby osiągnąć stan nasycenia enzymu substratem.

WPŁYW AKTYWATORÓW I INHIBITORÓW NA AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW

Aktywatory

Większość enzymów wymaga obecności aktywatorów. Aktywatorami nazywamy związki drobnocząsteczkowe, których obecność w miejscu katalizy enzymatycznej przyspiesza przebieg reakcji.

Aktywatorami enzymów mogą być jony metali (np. Mn² ,CO ^{+ 2} ZN²⁺ ) aniony współdziałające z białkami ( np. CL^- ), a także związki regulujące potencjał redoks środowiska, od których zależy budowa centrów aktywnych

Inhibitory

Substancje, które hamują działanie enzymów, to inhibitory reakcji enzymatycznych. Można wyróżnić inhibitory specyficzne i niespecyficzne.

Inhibitory niespecyficzne

Za niespecyficzne inhibitory reakcji enzymatycznej można uznać wszystkie czynniki uszkadzające strukturę białka enzymatycznego. Dlatego do inhibitorów niespecyficznych zaliczamy wszystkie czynniki denaturujące.

Inhibitory specyficzne

Inhibitory specyficzne, ze względu na mechanizm działania, dzielą się na:

kopetycyjne ( I ) - mechanizm ich działania polega na współzawodnictwie między substratem a inhibitorem o centrum aktywne enzymu.

niekompetycyjne ( IN ), inaczej allosteryczne - ich działanie polega na łączeniu się inhibitora z enzymem w innym miejscu niż centrum aktywne. Połączenie ( enzym - inhibitor EIN ) powoduje, że zmienia się konformacja białka a tym samym ukształtowanie centrum aktywnego enzymu, wobec czego substrat nie może zostać przyłączony.

AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW

Dla celów praktycznych wprowadzono pojęci aktywności enzymu, które w warunkach nasycenia enzymu substratem jest funkcją stężenia enzymu. Miarą aktywności enzymatycznej jest szybkość reakcji katalizowanej przez enzym. Standardowa jednostka aktywności enzymu ( IU ) jest to taka ilość enzymu, która katalizuje przemianę jednego µ mola substratu w ciągu jednej minuty w temperaturze 30^oC w standardowych warunkach.Dużą jednostką aktywności enzymatycznej stosowaną w układzie SI jest katal. Odpowiada on przekształceniu 1 mola substratu lub wytworzenia 1 mola produktu w ciągu 1s. Aktywność enzymatyczną można badać w płynach ustrojowych, tkankach, materiale roślinnym zwierzęcym. Przy oznaczeniu aktywności w płynach biologicznych obliczanie jednostki odnosi się do objętości badanego płynu.

Inhibitory enzymów proteolitycznych

Występują w nasionach strączkowych, ziemniakach, nasionach dyniowatych, roślinach zbożowych. Różnica w składzie aminokwasowym, lokalizacji miejsca hamowania enzymów i stabilności termicznej determinują przynależność do rodziny inhibitorów proteaz. Duże ilości inhibitorów trypsyny i chemotrypsyny nasila wydzielanie soku trzustkowego co powoduje hipertrofie i hiperplazje trzustki oraz nowotwory

Inhibitory trypsyny TI (Kunitza)

Inhibitory wyizolowane z soi - SB w 1947r. występują w cząsteczce o masie 22kDa posiada 181 reszt aminokwasowych. 2 mostki siarkowe i 1 centrum aktywne hamujące (między try 63 leu 64)

Największa aktywność tego inhibitora występuje w nasionach soi,??, soczewicy, fasoli, bobiku, grochu. Inhibitory występują głównie w liścieniach (ponad 80%) mało w okrywach nasiennych około 11%

Mechanizm oddziaływania tego inhibitora ma zewnątrz wydzielnicze, niszczą funkcje trzustki u szczurów przedstawili Iwan i wsp. 1980

Inhibitor Bowmana - birk BB

Posiada w cząsteczce 2 centra aktywne hamując trypsynę (liz6 - ser 17) i chymotrypsynę (Leu4 - ser44)występują głównie w nasionach roślin strączkowatych, Hamujące działanie BB na trypsynę i chymotrypsynę wykazana u bydła, świń, ryb, ptaków.

Ziemniaczane inhibitory proteaz

Hamują zarówno trypsynę jak i chymotrypsynę w roślinach dyniowatych, wyst. TI w nasionachamarantasu stwierdzono obecność termostabilijnego.

TI obecny także w siarze (pozytywna rola u noworodka)

Mechanizm oddziaływania TI na zewnątrz wydzielniczą funkcję trzustki

Inhibitory trypsyny łączą się trwale z enzymami w stosunku 1:1→powstają kompleksy→wydalane z kałem co prowadzi do deficytu trypsyny w j. cienkim i utraty białka endogennego bogatego w aminokwasy siarkowe

Deficyt enzymu uruchamia mechanizm adaptacyjny, który zwiększa wydzielanie trzustkowe.

Wydzielanie soku trzustkowego jest pod kontrolą peptydów CCK i sekretyna, wydzielanie zaś CCK jest stymulowane przez peptyd monitorujący MP obecny w soku trzustkowym.

W przypadku diety bez TI, peptyd MP jest rozkładany w j. cienkim przez trypsynę, ale w przypadku związania trypsyny z inhibitorem, peptyd jest aktywny i zwiększane jest wydzielanie CCK, która pobudza trzustkę do wydzielania enzymów trawiennych. Prowadzi to do przerostu trzustki (hypertrofia) w skrajnych przypadkach nawet do jej nowotworów. Obecność TI nasila też wydzielanie sekretyny.

Deficyt enzymów prowadzi do obniżenia strawności białka a w konsekwencji do obniżenia przyrostów masy ciała zwierząt, wykorzystanie paszy FER i białka PER

Hamowanie wzrostu przypisane inhibitorom proteaz stwierdzono u szczurów, myszy, kurcząt, chomików, trzustka tych zwierząt jest podatna na wzrost, bo stanowi >0,3m.c.

Uważa się, że aby uzyskać maksymalne przyrosty i wysoką strawność białkarosnących szczurówkarmionych soją trzeba wyeliminować z diety 79 - 87% TI, do wyeliminowania wzrostu trzustki trzeba zniszczyć tylko 55 - 64% inhibitorów.

Inaktywacja inhibitorów proteaz

W celu ograniczenia aktywności inhibitorówz nasion wykorzystuje się różne metody:gotowanie, pieczenie, ogrzewanie w kuchence mikrofalowej, a także moczenie nasion, kiełkowanie, wzbogacanie diety w aminokwasy siarkowe (cys MB)

ekstruzja - wyparzanie w wysokich temp.

W prod. sojowych po obróbce termicznej pozostaje 5 - 20% aktywnych TI.

Stosowanie wyższej temp może prowadzić do obniżenia wartości biologicznej białka.

MIKROORGANIZMY wyk do produkcji białek: bakterie Pseudomonas, Chromobacter, Aerobacter, Escherichia, Micrococcus, Bacillus; drożdze: Kluyveromyces marxianus var marxianus, Kluyveromyces marxianus var lactis, Candida kefyr, Trichosporon cutaneum, Candida tropicalis, Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae; grzyby, Tricholoma konigi, Zygorhynchus malleri, Penicilium flavoglaucum, Aspergillus oryzae, Oospora, Fusarium

.MIKROBIOL SYNTEZA BIAŁKA SCP-białka z pojedynczych komórek= preparaty mikrobiol z bakterii, drożdzy, grzybów, glonów. Aby otrzymać preparaty białkowe SCP należy najpierw zniszczyc otoczkę i ściany kom biomasy drobnoustr w celu umożliwienia przyswojenia przez ludzi jej zawartość. Obejmuje to autolize, plazmolize, dezintegracje mech, hydrolize enzymat lub ekstrakcje białek wodą, roztworem NaOH lub NaCL. Cechy drobnoustr stosow do biosynt bialek: -zdolność do wszechstronnego i maks wykorz skład odżywczych; -odpow skład chem biomasy (wysoka zawartośc białka, tłuszczu, weglowod, wit, niska zawartość kw nuklein) -dobrze rozbudowany kompleks enzymów oddechowych, warunkujący szybki wzrost biomasy -właściwości syntetyzow korzystnych subst o dzialaniu oligodynamicznym ( Wit i specyficznych, organicznych połączeń związków mineralnych) -odporność na niekorzystne zmiany składu podłoża i warunków hodowli; -korzystne cechy technologiczne, ułatwiające dalszą obróbkę technologicznąbiomasy ( wydzielanie, dezintegracje); -brak zdolności syntezy substancji toksycznych; -brak zdolności adsorpcji substancji toksycznych lub rakotwórczych z pożywki. Korzyści wynikaj z zastosow mikroorg do syntezy białka sa nast.: - mikroorg w optymalnych war wykazują bardzo szybki wzrost; -efektywność biosyntezy białka przez zwierzęta, rośliny ( soja) i drobnoust ( drożdże) wyraża się stosunkiem 1:81:100000; - mikroorg łatwiej podleg modyfikacji genet w celu nadania ich biomasie cech korzystnych dla człowieka ( np. szybkość wzrostu, poprawy składu aminokwasowego) niż rośliny i zwierzęta; - mikroorg zawierają dużą ilość białka odpowiedniej jakości; - mikroorg można namnażać w sposób ciągły, co zapewnia dużą wydajność biosyntezy niezależnie od warunków klimatycznych; - mikroorg mogą przetwarzać produkty uboczne, surowce odpadowe i ścieki; - poprzez mianę składu pożywki i parametrów hodowli można zmieniać skład aminokwasowi białka. MIKROORGANIZMY: bakterie 40-70% bialka w ss, Pseudomonas, Chromobacter, Aerobacter, Escherichia, Micrococcus, Bacillus; drożdze 40-50% białka w ss; Kluyveromyces marxianus var marxianus, Kluyveromyces marxianus var lactis, Candida kefyr, Trichosporon cutaneum, Candida tropicalis, Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae; grzyby 10-25% białka, Tricholoma konigi, Zygorhynchus malleri, Penicilium flavoglaucum, Aspergillus oryzae, Oospora, Fusarium; glony 10-60% białka -Chlamydomonas, Chlorella. Teoretycznie użycie drożdży do otrzymyw SCP jest korzystniejsze od uzycia bakterii gdyż łatwiej je wydzielić z pożywki, ich kom są większe niż bakt, zawartośćkw nukleinowych jest mniejsza. Jednak do produkcji SCP na skale przem używa się bakterii ze wzg na ich szybki wzrost, wysoka zawartość białka w kom, duzy wydatek i mniejsze niż drożdży wymagania pokarmowe. POŻYWKI WYKORZYSTYWANE DO WYTWARZANIA SCP -węglowodory ciekłe(n-alkany) i gazowe(metan) z zastosow bakterii (Pseudomonas, Bacillus, Methylomonas methanica, M margaritae, Methylococcus capsulatus)-wykorzystują metan, będący głównym składnikiem gazu ziemnego do biosyntezy białka. W czasie hodowli metan zostaje utleniony do metanolu. Rozwijające się bakterie metanowe wymagają dużych ilości tlenu i wydzielają dużą ilość ciepła. Przy użyciu Pseudomonas methanica produkcja 1tony biomasy (40-50%białka) wymaga 4ton metanu i 4ton powietrza. Natomiast wyprodukowanie 1-1,03 g biomasy przy uzyciu Methylococcus capsulatus wymaga 1 g metanu. Wydzieloną po hodowli biomasę należy wyekstrahować co zwiększa koszty produkcji. Z 1 kg węglowodorów ropy uzyskuje się 0,3-0,7 kg białka SCP -alkohole jak metanol wykorzystywany do produkcji białka SCP. Są to np. bakterie- Methylomonas, Methylococcus,Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus oraz drożdze- Candida, Hansenula, pichia, Torulopsis), grzyby- Trichoderma, Paecilomyces, Glicoladium. Niektóre mikroorg wykorzyst etanol do biosyntezy białka np szczep Methylophilus methylotrophus lub bakterie z rodz Pseudomonas. Ze 100 kg etanolu uzyskuje się do 100kg ss biomasy o zawartości 60% białka -odpady i ścieki przemysłu krochmalniczego- źródła skrobii z której po biotechn przetworzeniu uzyskuje się preparaty bialkowe i enzymatyczne SCP; -odpady przemysłu rolnego i leśnego zawierajace celuloze i lignine; - melasa, serwatka, ługi posiarczynowe (szczep Paecilomyces variotii).

Immobilizowane białka - immobilizacja białka polega na unieruchomieniu go na statłym podłożu, przez co uzyskuje on właściwości fizyczne nośnika. Immobilizacji poddać można: białko nieenzymatyczne, rozpuszczalny enzym, kompleks enzymów, martwe komórki, żywe komórki. Ze względu na typ immobilizacji, można wyróżnić:

unieruchamianie we wnętrzu nośnika (pułapkowanie) i osadzanie na powierzchni nośnika, które może zachodzić na zasadzie oddziaływań niekowalencyjnych lub z utworzeniem wiązań kowalencyjnych.

Złoże z katalizatorem może być umieszczone w kolumnie lub w zbiorniku do którego jest dodany substrat. Unieruchomienie preparatu umożliwia przeniesienie zalet katalizy heterogenicznej na rozpuszczalne enzymy. Korzyści immobilizacji:

- zatrzymanie biokatalizatora na nośniku;

- wyższe stężenie biokatalizatora;

- możliwość kontroli mikrośrodowiska;

Ograniczenia wynikające z immobilizacji:

- utrata aktywności enzymu;

- możliwe utrudnienia w dopływie substratu i odpływie produktu;

- ograniczony czas życia układu w wyniku obniżania aktywności biokatalizatora i zmiany (degradacji) złoża, podczas użytkowania;

Metody unieruchamiania biokatalizatorów można ogólnie podzielić na dwie grupy: fizyczne i chemiczne. W przypadku pierwszych, pomiędzy enzymem a złożem tworzą się wiązania jonowe, wodorowe, obecne są również oddziaływania van der Waalsa. Do fizycznych metod immobilizacji zalicza się adsorpcję enzymu na nierozpuszczalnej matrycy, a także pułapkowanie biokatalizatora wewnątrz struktury naturalnych lub syntetycznych polimerów. Immobilizacja na drodze chemicznej polega na tworzeniu wiązań kowalencyjnych łączących biokatalizator z nierozpuszczalną matrycą, sieciowaniu enzymu z zastosowaniem wielofunkcyjnych odczynników lub wiązaniu biokatalizatora z innymi cząsteczkami (np. innym białkiem lub rozpuszczalnym syntetycznym polimerem), poprzez tworzenie wiązań sieciujących, co umożliwia wydzielenie go z mieszaniny reakcyjnej przy użyciu techniki ultrafiltracji. W ostatnich latach prowadzone są też intensywne badania nad sieciowaniem kryształów i agregatów białek enzymatycznych. W tym przypadku enzym pełni podwójną rolę: matrycy i biokatalizatora. Enzymy można również unieruchomić poprzez umiejscowienie ich wewnątrz określonej przestrzeni, np. pomiędzy dwiema membranami półprzepuszczalnymi w bioreaktorze lub na drodze kapsułkowania. Zaletami metod fizycznych jest zachowanie struktury enzymu oraz łatwość i niski koszt przeprowadzenia procesu immobilizacji. Często jednak następuje wymywanie biokatalizatora ze złoża, zwłaszcza w przypadku stosowania prostej adsorpcji białka na powierzchni matrycy. Metody chemiczne zapewniają stabilność układu, ale w wielu przypadkach wiąże się to z częściową utratą aktywności enzymu, spowodowaną zmianą konformacji białka. Ponadto jest to stosunkowo kosztowny proces, wymagający użycia dodatkowych związków sieciujących lub aktywujących grupy funkcyjne złoża lub/i enzymu. Membrany półprzepuszczalne i kapsułkowanie stosować zaś można wyłącznie do reakcji z udziałem małocząsteczkowych substratów.

ENZYMATYCZNA MODYFIKACJA BIAŁEK

Genetyczna modyfikacja org żywych oraz jej rozwój doprowadziła do wytworzenia enzymów nowej generacji:

-odpornych na ekstremalne warunki tj. wys. ciśnienie i temp.

-podatnych na dowolnie sterowane reakcje

Wytwarzanie plastein- reakcja na białkach; uzyskane w tej reakcji produkty przypominają pod wzgl. konsystencji plastelinę, stad wywodzi się ich nazwa plasteliny, jak również określenie mechanizmu reakcji plasteinowanie.

W procesie plasteinowania mogą uczestn. 3 różne reakcje:

1.Transpeptyzacja-polega na enzymatycznej resyntezie peptydów tzn. przekształcaniu jednych peptydów w inne, zwykle o podobnej lub tylko niewiele większej masie cząsteczkowej. Jeżeli efektem tej reakcji są coraz większe peptydy to produktami ubocznymi są mniejsze peptydy i wolne aminokwasy.

2.Kondensacja- polega na łączeniu digopeptydów w większe jednostki do polipeptydów włącznie. Tak więc powstają większe twory w wyniku tworzenia się wiązań peptydowych, produktem ubocznym jest woda.

3. Asocjacje hydrofobowe- polegają na łączeniu hydrofobowych peptydów w większe agregaty, co prowadzi do żelowania lub precypitacji produktu. Efektem tych asocjacji może być powstanie nawet dużych agregatów plasteinowych.

*Skład jakościowo-ilosciowy plastein zwykle nieznacznie różni się od składu macierzystego.

*Są one tak samo dobrze trawione jak białka macierzyste.

*Reakcja proteinowa doczekała się wielu zastosowań w przemyśle spożywczym.

Kierunki wykorzyst. reakcji plasteinowej w przemyśle żywnośc.:

A. Wbudowywanie aminokwasów egzogennych w białka

Zeina- podstawowe białko kukurydzy, jest uboga w niektóre aminokwasy egzogenne: lizynę, treoninę i tryptofan.

Aminokwasem ograniczającym w pieczywie jest lizyna. Dlatego gluten- białko m.in. pszenicy wzbogaca się w niezbędny aminokwas liznę.

Stężenie lizany w plastelinie może wynosić nawet do 16‰.

B. Usuwanie niepożądanych aminokw. przy stos. specj. diety.

Dieta osób cierpiących na fenyloketonurię powinna być pozbawiona fenyloalaniny. Materiałem do otrzymywania tej plasteliny jest rybny koncentrat białkowy lub izobat białka sojowego.

Ze 100g wyjściowego koncentratu białkowego otrzymuje się od 61 do 69g plasteliny.

C. Usuwanie gorzkiego smaku z koncentratów białkowych.

-Większość hydrolizatorów białkowych otrzymanych w wyniku prostej hydrolizy enzymatycznej ma ograniczoną przydatność z powodu gorzkiego smaku.

-Za goryczkę odpowiedzialne są niektóre digopeptydy oraz aminokwasy: takie jak walina, tyrozyna, izoleucyna, Lucyna, fenyloalanina, tryptofan.

Smak słodki powodują:

-DL-glutamina i DL-asparagina uczestniczą w tworzeniu smaku słonego, podczas gdy ich formy? są związane ze smakiem typu "liniami" podobnie jak rybonukleotydy 5 monofosforanowe.

-Cyteina a w mniejszym stopniu cestyna nadają hydrolizatorom smak mięsny i są prekursorami wielu lotnych związków zapachowych.

-Goryczkę można usunąć w reakcji plasteinowania przez kombinowany proces enzymatyczny.

D. Usuwanie właściwości alergennych białek

-Niektóre białka mleka krowiego, jaja kurzego, ryb, soi i innych strączkowych nasion zbóż zaw. gluten oraz niektórych owoców i warzyw mogą wyw. po spożyciu różne reakcje alergiczne.

-Zapobieganie alergiom przez cieplną denaturację nie zawsze jest skuteczne a stos. operacji technologicznych, tj. ultrafiltracją, ultrawirowanie, selektywna precypitacja.

-Ponieważ alergeny są białkami o masie cząsteczkowej5-50-kDa wykazującymi pewne podobieństwa sekwencji aminokw., enzymatyczna modyfikacja wydaje się jedną z najbardziej bezpiecznych i skutecznych metod usuwania alergii pokarmowych.

E. Wprowadzanie nowych grup tiolowych.

-Grupy tiulowe wyst. w aminokw. egzogennyh zaw. siarkę m.in. cysteina, metionina.

-Transtioestryfikacja pow. przeniesienie i wbudowanie aminokw. siarkowych do białka w wyniku powstania nowych wiązań peptydowych.

-Transglutaminaza (TG) jest enzymem ustrojowym wielu roślin, zwierząt i człowieka.

-TG jako acylotransferaza, katalizuje reakcje łączenia reszty acylowej glutaminy wbudowanej w białko lub w peptyd z grupą E-aminową resztą lizyny również wbudowanej w białko lub w peptyd.

-Powstające wiązanie izopeptydowe sieciujące E-(y-Glu)-Ly? może łączyć 2 białka lub powstawać wewnątrz jednej cząsteczki. Produktem ubocznym jest amoniak.

Wykorzystanie transglut. w przemyśle spoż:

-filety rybne inkubowane w roztworze TG przed zamrożeniem mają mniejszy wyciek podczas rozmrażania i obróbki cieplnej niż tradycyjnie glazurowane.

-dodanie do tarnów rybnych zmniejsza ubytki termiczne o 20-30%.

-do produkcji zamienników tłuszczu

-pozwala łączyć odpadowe surowce białkowe np. skrawki i ścinki łososia mogą być łączone z glutenem, kazeiną, kazeinianem.

Zastosowanie preparatów enzymatycznych w technologii żywności umożliwia produkcję nowych i bardziej atrakcyjnych pod względem żywieniowym i sensorycznym produktów, pełniejsze wykorzystanie surowców i produktów ubocznych, a tym samym zmniejszenie kosztów produkcji. Enzymy stosowane w przemyśle spożywczym otrzymywane są z tkanek roślinnych i zwierzęcych, ale obecnie największe znaczenie ma produkcja enzymów przy użyciu wyselekcjonowanych drobnoustrojów. Synteza enzymów z hodowli drobnoustrojów zależy od warunków jej prowadzenia, co z kolei umożliwia ich produkcję o ściśle określonej specyficzności. Wzrastające zapotrzebowanie na standaryzowane preparaty enzymatyczne, których produkcja i zastosowanie będzie ekonomicznie uzasadnione, stwarza konieczność poszukiwania nowych i tanich ich źródeł.

Wśród mikroorganizmów zdolnych do biosyntezy znacznych ilości enzymów hydrolitycznych znajdują się grzyby pasożytujące na owadach, określane wspólną nazwą entomopatogenów. Enzymy proteolityczne tych grzybów i ich specyficzność substratowa stanowiły przedmiot zainteresowań badaczy w wielu opracowaniach. Do grzybów tych należą m.in. grzyby Beauveria bassiana z klasy Deuteromyces. Drugi z analizowanych mikroorganizmów to drożdże z gatunku Yarrowia lipolytica, które należą do tzw. drożdży niekonwencjonalnych, występujących w glebie, w naturalnych zasobach wodnych oraz stanowią dominującą florę w produktach spożywczych bogatych w tłuszcz i białka. Charakteryzują się rzadko spotykaną u drożdży zdolnością biosyntezy enzymów pozakomórkowych hydrolizujących białka i tłuszcze. Drożdże te wykorzystują, jako źródło węgla i energii, tylko niektóre cukry, takie jak: glukoza, fruktoza i ryboza. Są jednym z gatunków drożdży wchodzących m.in. w skład dzikiej mikroflory występującej w serach, szczególnie pleśniowych i maziowych.

Izolaty białkowe - Posiadają bardzo łatwo przyswajalna frakcje białka. Wchłaniają się z przewodu pokarmowego w zaledwie kilka minut. Posiada również szeroki profil aminokwasów oraz wysoką wartość biologiczną. Cechą charakterystyczną białek serwatkowych jest wysoka zawartość aminokwasów BCAA oraz Glutaminy.

Koncentraty białkowe-skoncentrowane duże ilości białka, w ich skład wchodzą mączki rybne, mięsno-kostne, krwi, śruty poekstrakcyjne, drożdże pastewne, składniki mineralne i polfamiksy

Pod względem składu i przyswajalności składników hydrolizat białkowy nie różni się od mleka modyfikowanego. Jedyna różnica jest taka, że białko jest zhydrolizowane, czyli rozłożone na drobniejsze cząsteczki (peptydy, aminokwasy) o znikomych lub prawie żadnych właściwościach uczulających. Coś takiego dzieje się zresztą z normalnym mlekiem w naszym przewodzie pokarmowym pod wpływem enzymów trawiennych, jednak w tym przypadku nie chroni to przed alergią. Białko z hydrolizatu jest nawet lepiej przyswajalne niż ze zwykłego mleka, gdyż białko niezhydrolizowane wymaga przed wchłonięciem strawienia, podczas gdy zhydrolizowane prawie zupełnie nie potrzebuje takiej obróbki. Taki preparat to dla dziecka uczulonego na białko mleka krowiego najlepszy pokarm, który zaspokaja wszystkie jego potrzeby i dzięki któremu maluch będzie się prawidłowo rozwijać. Ich produkcja do celów spożywczych koncentruje się głównie na produktach poprawiających walory smakowe (flavour) różnych zup, sosów, sałatek, pokarmów z mięsa i warzyw oraz dań gotowych. Hydrolizaty białkowe poddane odpowiedniej obróbce stosuje się także do celów medycznych jako składniki diet i kroplówek. Typy hydrolizatów białkowych:Ze względu na sposób produkcji można podzielić hydrolizaty białkowe na dwie główne grupy:

1. Hydrolizaty kwaśne: ich produkcję rozpoczął szwajcarski młynarz Julius Maggi pod koniec XIX wieku; obecnie większość produkcji i badań skupia się w Europie; hydrolizę przeprowadza się za pomocą kwasu chlorowodorowego;

2. Hydrolizaty enzymowe (pochodzą z Dalekiego Wschodu, gdzie również skupia się większość produkcji i badań; produkowane są w wyniku fermentacji mięsa rybiego - Wietnam, Tajlandia, soi - Korea, Chiny, mieszanki soi i pszenicy - Japonia lub drożdży - Europa).

Hydrolizaty białkowe zawierają znaczną ilość składników lotnych i nielotnych, które wywierają wpływ na ich właściwości chemiczne i jakość sensoryczną. Wśród substancji nielotnych najważniejsze są wolne aminokwasy i chlorek sodu. Zawartość poszczególnych aminokwasów zależy od zastosowanego surowca i warunków hydrolizy. Niektóre aminokwasy (seryna, treonina, histydyna, fenyloalanina, tyrozyna) podczas hydrolizy ulegają częściowemu lub zupełnemu (tryptofan) rozkładowi. Alifatyczne aminokwasy o rozgałęzionym łańcuchu (izoleucyna, leucyna, walina),które podczas hydrolizy pozostają stabilne, są rozpuszczalne w niewielkim stopniu a po neutralizacji przechodzą do resztek filtracyjnych. Zawartość wymienionych aminokwasów jest więc niższa, niż odpowiada zastosowanemu surowcowi. Wszystkie hydrolizaty zawierają najwięcej kwasu glutaminowego. W znacznych ilościach obecne są także kwas asparaginowy, prolina, arginina, alanina i leucyna. Hydrolizaty zawierają bardzo mało histydyny, tyrozyny, izoleucyny, hydroksyproliny oraz aminokwasów siarkowych i praktycznie w ogóle nie zawierają tryptofanu.

Odwracalne "zmętnienie na zimno" jest wynikiem tworzenia się kompleksów pewnych białek (polipeptydów) z garbnikami (fenolami) obecnymi w piwie. Im składników tych kompleksów w piwie więcej, tym zjawisko zmętnienia bardziej dotkliwe (choć przecież nie dla wszystkich.By je zredukować / wyeliminować należałoby zawczasu:

- podczas zacierania uwzględnić przerwę białkową, a pH zacieru ustawić na ok. 5,6

- podczas gotowania: zadbać o pH 5,2 - 5,4 (w temp. pok.), w końcowych 15 min. użyć "mchu irlandzkiego", który dodatkowo odbiałcza brzeczkę, eliminując część białka skłonnego tworzyć później zmętnienie na zimno

- szybko schłodzić brzeczkę po gotowaniu i osadzeniu się osadu gorącego, co z kolei prowadzi do dobrego "osadu zimnego".

Tyle względem produkcji brzeczki, a później można już tylko "naprawiać" piwo, co polega na usuwaniu z niego składników tworzących zmętniające kompleksy, np:

- dodatek enzymu o nazwie papaina powoduje hydrolizę / rozkład cząsteczek białek do mniejszych peptydów i aminokwasów niegroźnych dla tworzenia zmętnienia. Piwo jednak traci na treściwości.

- potraktowanie piwa żelem krzemowym pozwola zredukować zawartość białka w piwie

- drugi ze składników zmętnienia - garbniki można usuwać np. z pomocą preparatów syntetycznych poliwinylopirolidonu (PVP albo PVPP), które w swej akcji tworzenia kompleksów naśladują naturalne białka, a są w piwie nierozpuszczalne.

Zjawisko zmętnienia na zimno z upływem czasu przybiera na intensywności i później przechodzi w fazę trwałego zmętnienia - dlatego w piwie przemysłowym redukowane są zawartośći białka i garbników. Pozwala ta redukcja na roczne i dłuższe terminy trwałości piwa.

Piwo po leżakowaniu jest poddawane zabiegom usunięcia zmętnienia, które jest niepożądane ze względu na wymogi jakościowe oraz poddawane jest stabilizacji koloidalnej, przedłużającej okres przydatności piwa do spożycia. Procesem usuwania zmętnienia jest filtracja piwa. Najpowszechniejszym rozwiązaniem jest filtracja przy użyciu ziemi okrzemkowej (zmielonej skały osadowej zbudowanej z silnie porowatych okrzemek). Powstały w ten sposób osad jest mieszaniną materiału filtracyjnego i substancji organicznych oraz wody (zawartość s.m. 7-25%). Stabilizacja koloidalna piwa jest wykonywana przy użyciu żeli krzemionkowych lub syntetycznych (PVPP - poliwinylopolipirolidon), które adsorbują najdrobniejsze substancje zmętniające. Podczas filtracji dodaje się przeciwutleniacze (kwas askorbinowy, siarczyn sodu).

Słowo "alergia" pochodzi od greckiego "allon argon" co znaczy - skłonność do reagowania w odmienny sposób. Alergia pokarmowa jest przesadną reakcją systemu immunologicznego na specyficzne składniki pożywienia.

U osób zdrowych system immunologiczny w obrębie przewodu pokarmowego reaguje tylko na czynniki szkodliwe (bakterie, wirusy), podczas gdy składniki pożywienia rozpoznawane są jako nieszkodliwe. Jednak u niektórych osób ten wyważony mechanizm nie działa prawidłowo i w rezultacie organizm zwraca się przeciwko zupełnie nie szkodliwym składnikom pożywienia powodując w ten sposób powstawanie reakcji alergicznej.

Stwierdzono, że za powstawanie alergii pokarmowych odpowiedzialne są niektóre białka w pożywieniu. Produkty tzw. alergizujące zawierają różne białka odpowiedzialne za występowanie reakcji alergicznych, np. mleko krowie zawiera minimum 10 rodzajów białek, które powodują powstanie alergii, szczególnie u niemowląt i małych dzieci.

Metody otrzymywania aminokwasów

Aa są powszechnie stosowane jako dodatki do żywności, zwłaszcza w celu podniesienia jej wartości odżywczej; są także używane w przemysłach farmaceutycznym, kosmetycznym i in. W zależności od rodzaju mają smak kwaśny, słony, gorzki, słodki; mogą intensyfikować smak żywności. 95% produkcji aa to L-lizyna, L-metionina i przede wszystkim kwas L-glutaminowy (powszechnie wykorzystywane jako dodatki do żywności i pasz).

Metoda ekstrakcji aa z hydrolizatów odpadów przemysłu mięsnego, kazeiny i glutenu. Wady: - niepełna hydroliza wiązań peptydowych, - rozkład niektórych aa, - drogie oczyszczanie, - ograniczenie źródeł i zmienność składu surowców.

Synteza chemiczna. wymaga zastosowania wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia, toksycznych związków chemicznych i kosztownej aparatury, dlatego tylko produkcja dużych ilości danego aa jest opłacalna. W wyniku syntezy chemicznej otrzymujemy racemiczną mieszaninę D- i L-aa, co wymaga dodatkowego procesu do ich rozdzielenia (forma D-aa może być szkodliwa dla zdrowia). Przykłady: z akroleiny - D,L-metioninę, z cykloheksanu - D,L-lizynę, z indolu i kwasu nitrooctowego - D,L-tryptofan.

Synteza enzymatyczna. Można produkować nią L-aa, ale wymaga drogich prekursorów i często drogich i kilku enzymów. Metodą ta otrzymujemy większy wydatek aminokwasowi z prekursorów i większe stężenie aa w roztworze. Jak mamy odpowiednie enzymy mażna produkować L-aa z mieszaniny racemicznej D,L-prekursora. Przykłady: z D,L-alfa-amino-epsilon-kaprolaktamu przy użyciu enzymu L-hydrolazy z Cryptococcus, Candida lub Trichosporon mamy L-lizynę. Racemaza z Achromobacter, Flavobacterium przekształca D-kryptolaktam w formę L-, a potem L-hydrolaza w L-lizynę. Z wasu fumarowego i amoniaku przy użyciu aspartazy z E.coli mamy kwas L-asparaginowy.Używa się w tej metodzie prekursorów i enzymów o dużej czystości. Zastosowanie immobilizowanych enzymów umożliwia znaczne obniżenie kosztów, automatyzację procesu, pełniejsze wykorzystanie prekursorów.

Synteza mikrobiologiczna. Produkuje się zwykle L-lizynę, kwas L-glutaminowy i kwas L-asparaginowy - dodatki do żywności. Jest metodą tanią ze względu na to, że składniki pożywki są zazwyczaj tanie, proces przebiega w niższej temp. niż enzymatyczna synteza i uzyskuje się wyłącznie L-aa. Przez dobór warunków hodowli, a zwłaszcza mutagenizację drobnoustrojów metodami fizycznymi, chemicznymi lub inżynierii genetycznej, można uzyskać organizmy zdolne nadprodukcji danego aa. Nadprodukcję aa można uzyskać przez dodanie do pożywki określonego prekursora, np. dodanie L-homoseryny zwiększbiosyntezę L-treoniny przez B. subtilis lub proteusz rettgeri. Można dodać do pożywki związki powodujące zwiększenie przepuszczalności błony cytoplazmatycznej, a tym samtm nadprodukcję aa

MIKROORGANIZMY wyk do produkcji białek: bakterie Pseudomonas, Chromobacter, Aerobacter, Escherichia, Micrococcus, Bacillus; drożdze: Kluyveromyces marxianus var marxianus, Kluyveromyces marxianus var lactis, Candida kefyr, Trichosporon cutaneum, Candida tropicalis, Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae; grzyby, Tricholoma konigi, Zygorhynchus malleri, Penicilium flavoglaucum, Aspergillus oryzae, Oospora, Fusarium

Wady i zalety płynnych i stałych preparatów enzymatycznych :

Czynniki warunkujące wady i zalety:

>mechaniczne (zmiany fizyczne)

>cieplne (stan termiczny środowiska)

>dyfuzyjne(potencjał chemiczny przenikania)

>fizykochemiczne (stan skupienia, rozproszenia)

>biologiczne (wpływ innych enzymów i zanieczyszczeń)

Płynne :

>wystarczy oczyścić i zagęścić nie potrzeba dalszej obróbki, można nawet używać zagęszczone pożywki. (met. Membranowa 28-32*C )

>skoncentrowane mają dużą aktywność

>wymagają dodania subst. ochronnej (stabilizatorów, kowalentna modyfikacja, immobilizacja)

>Mało stabilne i trwałe

>Nie wygodne w dozowaniu, niskie koszty przechowywania

>Naturalna konformacja w roztworze

Stałe:

>Wymagają solidnego oczyszczania

>Konieczność dodawania substancji ochronnych (,bo suszenie sublimacyjne lub rozpyłowe)

>Dużo bardziej trwałe niż enzymy w roztworze

>Przechowywane w temp. 0*c - koszty

>Łatwe w dozowaniu i naważce- forma kryształów, proszku

>Brak wody zmienia konformacje

Jako cząsteczki białkowe posiadają podobne właściwości jak białka: są labilne i podatne na wpływy różnych czynników środowiska. Optymalna temperatura to 37-40°C (wyjątek stanowią enzymy bakteryjne, bakterii żyjących w gorących źródłach - 80°C), optymalne pH dla większości z nich waha się w granicach 6,4-6,6. Niektóre enzymy wykazują zbliżony poziom aktywności w szerokim zakresie pH, np. papaina, inne z kolei działają w ściśle określonym pH: bardzo niskim 1,5 - pepsyna lub wysokim 7,7 - trypsyna.
Aktywność enzymów jest regulowana przez takie czynniki, jak: temperatura, pH roztworu, stężenie enzymu i substratu, inhibitory i aktywatory. Inhibitorami enzymów są m.in. cyjanek, kwas jodooctowy, fluorek, luizyt; same enzymy mogą także oddziaływać jak trucizny, jeśli znajdą się w nieodpowiednim miejscu, np. trypsyna wstrzyknięta do krwi lub jad węży, pszczół, skorpionów.

MIKROBIOL SYNTEZA BIAŁKA SCP-białka z pojedynczych komórek= preparaty mikrobiol z bakterii, drożdzy, grzybów, glonów. Aby otrzymać preparaty białkowe SCP należy najpierw zniszczyc otoczkę i ściany kom biomasy drobnoustr w celu umożliwienia przyswojenia przez ludzi jej zawartość. Obejmuje to autolize, plazmolize, dezintegracje mech, hydrolize enzymat lub ekstrakcje białek wodą, roztworem NaOH lub NaCL. Cechy drobnoustr stosow do biosynt bialek: -zdolność do wszechstronnego i maks wykorz skład odżywczych; -odpow skład chem biomasy (wysoka zawartośc białka, tłuszczu, weglowod, wit, niska zawartość kw nuklein) -dobrze rozbudowany kompleks enzymów oddechowych, warunkujący szybki wzrost biomasy -właściwości syntetyzow korzystnych subst o dzialaniu oligodynamicznym ( Wit i specyficznych, organicznych połączeń związków mineralnych) -odporność na niekorzystne zmiany składu podłoża i warunków hodowli; -korzystne cechy technologiczne, ułatwiające dalszą obróbkę technologicznąbiomasy ( wydzielanie, dezintegracje); -brak zdolności syntezy substancji toksycznych; -brak zdolności adsorpcji substancji toksycznych lub rakotwórczych z pożywki. Korzyści wynikaj z zastosow mikroorg do syntezy białka sa nast.: - mikroorg w optymalnych war wykazują bardzo szybki wzrost; -efektywność biosyntezy białka przez zwierzęta, rośliny ( soja) i drobnoust ( drożdże) wyraża się stosunkiem 1:81:100000; - mikroorg łatwiej podleg modyfikacji genet w celu nadania ich biomasie cech korzystnych dla człowieka ( np. szybkość wzrostu, poprawy składu aminokwasowego) niż rośliny i zwierzęta; - mikroorg zawierają dużą ilość białka odpowiedniej jakości; - mikroorg można namnażać w sposób ciągły, co zapewnia dużą wydajność biosyntezy niezależnie od warunków klimatycznych; - mikroorg mogą przetwarzać produkty uboczne, surowce odpadowe i ścieki; - poprzez mianę składu pożywki i parametrów hodowli można zmieniać skład aminokwasowi białka. MIKROORGANIZMY: bakterie 40-70% bialka w ss, Pseudomonas, Chromobacter, Aerobacter, Escherichia, Micrococcus, Bacillus; drożdze 40-50% białka w ss; Kluyveromyces marxianus var marxianus, Kluyveromyces marxianus var lactis, Candida kefyr, Trichosporon cutaneum, Candida tropicalis, Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae; grzyby 10-25% białka, Tricholoma konigi, Zygorhynchus malleri, Penicilium flavoglaucum, Aspergillus oryzae, Oospora, Fusarium; glony 10-60% białka -Chlamydomonas, Chlorella. Teoretycznie użycie drożdży do otrzymyw SCP jest korzystniejsze od uzycia bakterii gdyż łatwiej je wydzielić z pożywki, ich kom są większe niż bakt, zawartośćkw nukleinowych jest mniejsza. Jednak do produkcji SCP na skale przem używa się bakterii ze wzg na ich szybki wzrost, wysoka zawartość białka w kom, duzy wydatek i mniejsze niż drożdży wymagania pokarmowe. POŻYWKI WYKORZYSTYWANE DO WYTWARZANIA SCP -węglowodory ciekłe(n-alkany) i gazowe(metan) z zastosow bakterii (Pseudomonas, Bacillus, Methylomonas methanica, M margaritae, Methylococcus capsulatus)-wykorzystują metan, będący głównym składnikiem gazu ziemnego do biosyntezy białka. W czasie hodowli metan zostaje utleniony do metanolu. Rozwijające się bakterie metanowe wymagają dużych ilości tlenu i wydzielają dużą ilość ciepła. Przy użyciu Pseudomonas methanica produkcja 1tony biomasy (40-50%białka) wymaga 4ton metanu i 4ton powietrza. Natomiast wyprodukowanie 1-1,03 g biomasy przy uzyciu Methylococcus capsulatus wymaga 1 g metanu. Wydzieloną po hodowli biomasę należy wyekstrahować co zwiększa koszty produkcji. Z 1 kg węglowodorów ropy uzyskuje się 0,3-0,7 kg białka SCP -alkohole jak metanol wykorzystywany do produkcji białka SCP. Są to np. bakterie- Methylomonas, Methylococcus,Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus oraz drożdze- Candida, Hansenula, pichia, Torulopsis), grzyby- Trichoderma, Paecilomyces, Glicoladium. Niektóre mikroorg wykorzyst etanol do biosyntezy białka np szczep Methylophilus methylotrophus lub bakterie z rodz Pseudomonas. Ze 100 kg etanolu uzyskuje się do 100kg ss biomasy o zawartości 60% białka -odpady i ścieki przemysłu krochmalniczego- źródła skrobii z której po biotechn przetworzeniu uzyskuje się preparaty bialkowe i enzymatyczne SCP; -odpady przemysłu rolnego i leśnego zawierajace celuloze i lignine; - melasa, serwatka, ługi posiarczynowe (szczep Paecilomyces variotii).

---