Реферат на тему «Протеолитические ферментативные препараты: источники, механизмы действия и применение»

АННОТАЦИЯ

Данная работа состоит из двух взаимосвязанных глав.

В первой главе рассмотрено определение протеолитических ферментов, приведена классификация протеолитических ферментов, приведена общая таблица содержания протеолетические ферментов в препаратах. Проанализировано, что протеолетические ферменты (протеазы) являются активным компонентам во многих ферментных препаратах. Исследован механизм действия протеолитических ферментов.

Во второй главе раскрыты источники получения протеолитических препаратов. Предложены к рассмотрению области применения, сформулированы выводы, что область применения протеолитических ферментных препаратов при производстве мясных, молочных и других продуктов питания широка, но также продолжает развиваться и в других направлениях.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Механизм действия протеолитических ферментов

2 Протеолитические ферментативные препараты: источники и применение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Производство ферментных препаратов занимает одно из ведущих мест в современной биотехнологии и относится к отраслям, объём продукции которых постоянно растёт, а сфера применения неуклонно расширяется. Такое быстрое развитие связано с тем, что ферменты являются высокоактивными, нетоксичными биокатализаторами белкового происхождения, которые широко распространены в природе, без них невозможны осуществление многих биохимических процессов и жизнь в целом. Актуальность темы этим и обуславливается.

Познание роли ферментов для всего живого на Земле послужило основой для становления и развития технологии ферментных препаратов как науки и для создания промышленного производства наиболее широко используемых ферментных препаратов. Применение этих препаратов помогло существенно изменить, интенсифицировать и усовершенствовать многие существующие технологии или даже создать принципиально новые высокоэффективные процессы. Применение ферментных препаратов различной степени очистки позволило не только улучшить показатели и выходы в различных биотехнологических процессах, но позволило усовершенствовать кормопроизводство, повысить усвояемость кормов, сделать более целенаправленным и эффективным действие синтетических моющих средств, улучшить качество косметических препаратов, создать целый арсенал специфических, чувствительных и точных аналитических методов, наладить производство лекарственных и профилактических средств для медицинской промышленности и т. д.

Большим и неоспоримым достоинством ферментов перед химическими катализаторами является то, что они действуют при нормальном давлении, при температурах от 20 до 70 °С и рН в диапазоне от 4 до 9 и имеют в большинстве случаев исключительно высокую субстратную специфичность, что позволяет в сложной смеси биополимеров направленно воздействовать только на определенные соединения. Все это свидетельствует о том, что производство ферментных препаратов является одним из перспективных направлений в биотехнологии, которое будет и далее интенсивно развиваться, и расширяться.

Традиционно ферментативные препараты получают либо при поверхностном, либо при глубинном способе культивирования продуцента. Глубинный способ ведения процесса имеет ряд существенных преимуществ перед поверхностным культивированием, т. к. позволяет существенно автоматизировать процесс, в ряде случаев значительно сократить объёмы отходов, проводить процесс непрерывно, сократить в 2 – 4 раза площади цехов, а также позволяет использовать анаэробных продуцентов.

Цель работы изучить протеолитические ферментативные препараты.

1 Механизм действия протеолитических ферментов

Протеолитические ферменты (либо протеазы) — белки, пептид-гидролазы, ферменты класса гидролаз, расщепляющие пептидные связи между аминокислотами в белках и пептидах.

Протеолитические ферменты играют важнейшую роль в переваривании белков пищи в желудке и кишечнике человека. Большинство протеолитических ферментов органов пищеварения продуцируется в виде проферментов. Физиологический смысл этого заключается в том, чтобы акт продукции фермента (профермента) был отделен от акта его активации — превращения в фермент и, таким образом, белки тканей, продуцирующих ферменты, не подвергались воздействию этих самых ферментов [3].

Классификация протеолитических ферментов

Протеазы подразделяются на:

—        экзопептидазы (пептидазы), гидролизующие (расщепляющие), преимущественно, внешние пептидые связи в белках и пептидах;

—        эндопептидазы (протеиназы), гидролизующие, преимущественно, внутренние пептидые связи.

К эндопептидазам относятся наиболее важные для желудочного пищеварения протеолитические ферменты пепсин, гастриксин и химозин, а также вырабатываемые в виде проферментов поджелудочной железой и участвующие в кишечном пищеварении трипсин, химотрипсин и эластаза.

Экзопептидазами являются протеолитические ферменты карбоксипептидаза А и карбоксипептидаза В, также присутствующие в панкреатическом соке. К экзопептидазам относятся ферменты кишечного сока: аминопептидазы (аланин-аминопептидаза и лейцин-аминопептидаза) и дипептидазы (глицилглицин-дипептидаза, глициллейцин-дипептидаза, пролиназа и пролидаза) [3].

Протеазы разделяют на шесть групп, в зависимости от строения активного центра:

—        сериновые; в активном центре этих протеаз присутствует серин; сериновые протеазы — трипсин, химотрипсин и эластаза составляют 44% от общего количества белка экзокринной части поджелудочной железы;

—        треониновые;

—        цистеиновые;

—        аспартильные — желудочные протеазы пепсин, гастриксин, катапепсины Д и Е и другие;

—        металлопротеазы — например, карбоксипептидазы А и В, являются Zn-металлопротеазами;

—        глютаминовые.

Протеолитические ферменты в препаратах

Протеолетические ферменты (протеазы) является активным компонентам во многих ферментных препаратах, применяемых для коррекции секреторной дисфункции желудка и нарушений процесса пищеварения в тонкой кишке.

Первый тип лекарств, содержащих протеолетические ферменты, — экстракты слизистой оболочки желудка, основным действующим веществом которых является пепсин. Он, а также другие содержащиеся в слизистой оболочки, желудка пептидазы, расщепляют практически все природные белки. Эти лекарства используются преимущественно при гастрите с пониженной кислотностью и не рекомендуются при лечении заболеваний ЖКТ с повышенной кислотностью.

Второй тип содержащих протеолетические ферменты лекарств —  комплексные препараты, содержащие основные ферменты поджелудочной железы домашних животных. Такие лекарства способствуют купированию клинических признаков внешнесекреторной недостаточности поджелудочной железы, к которым относят снижение аппетита, тошнота, урчание в животе, метеоризм, стеаторею, креаторею и амилорею [7].

Самым популярным лекарством, содержащим комплекс панкреатических ферментов, включающим протеазы, является панкреатин. Кроме него, имеется множество других препаратов, содержащих протеолетические ферменты, ряд из них приведена в таблице 1 [9]:

Таблица 1 – Содержание протеолетические ферментов в препаратах

Протеолетические ферменты также применяются в лекарствах, предназначенных для лечения ожогов, пролежней, трофических язв, гнойных ран, гнойных отитов, синуситов и бронхолегочных заболеваний. Примером такого лекарственного средства является ферментный препарат Химопсин, содержащий в качестве комбинированного активного вещества смесь трипсина и химотрипсина.

Протеазы — пищевые добавки

Протеаза (Proteases) зарегистрирована в качестве пищевой добавки с международным кодом E1104. В официальном списке пищевых добавок уточнены 4 типа протеолитических ферментов, которые отнесены к пищевым добавкам: (i) протеаза, (ii) папаин, (iii) бромелаин, (iv) фицин. Применение протеаз в этом качестве — улучшители муки и стабилизаторы хлеба, ускорители созревания мяса и рыбы, усилители вкуса и аромата. По 1 августа 2008 года протеазы входили в список пищевых добавок, разрешенных для производства пищевых продуктов в Российской Федерации (СанПиН 2.3.2.2364-08). Однако Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 26.05.2008 № 32 протеазы исключены из этого списка [5].

2 Протеолитические ферментативные препараты: источники и применение

Источники протеолитических препаратов. Три основных протеолитических фермента, вырабатываемых естественным путем в пищеварительной системе человека – это пепсин, трипсин и химотрипсин. Организм производит их, чтобы помочь расщепить пищевые белки, такие как мясо, яйца и рыба, на более мелкие фрагменты, называемые аминокислотами. Они могут тогда быть должным образом переварены и усвоены. Протеолитические ферменты можно найти в определенных продуктах, а также они доступны в виде добавок [6].

Применение ферментов. Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз (Н.Ф.3.4.) и катализируют реакцию гидролиза пептидной связи в молекулах белков и пептидов.

Согласно классификации, предложенной в 1937 году М. Бергманом и Д. Фрутоном, среди протеолитических ферментов можно выделить две основные группы: эндопептидазы, действующие на центральные участки молекул белка, и экзопептидазы, последовательно отщепляющие аминокислоты с концов полипептидной цепи.

Эндопептидазы в свою очередь делят на аминопептидазы и карбоксипептидазы, катализирующие соответственно отщепление N– и С-концевых аминокислот, дипептидазы, проявляющие специфичность к дипептидам, а также дипептидилпептидазы и пептидилдипептидазы, катализирующие отщепление дипептидов соответственно от N– и С-конца полипептидной цепи [7].

Деление эндопептидаз на подгруппы основано на строении активного центра, приведена в таблице 2.

Таблица 2 — Классификация эндопептидаз

Важным фактором, влияющим на скорость ферментативных реакций, катализируемых протеолитическими ферментами, является пространственная структура белкового субстрата. Подверженность белка протеолизу увеличивается с уменьшением степени упорядоченности структуры.

Так, на начальной стадии гидролиза нативных белков часть пептидных связей остается недоступной для действия ферментов из-за наличия упорядоченных структур (вторичной, третичной и четвертичной). При денатурации белков под действием под действием различных физико-химических факторов происходит развертывание полипептидной цепи, в связи с чем денатурированные белки гидролизуются быстрее нативных [6].

Протеазы широко используются во многих отраслях промышленности. Описано применение протеолитических ферментов в медицине для получения сывороток и вакцин, регулирования процессов свертывания крови, лечения воспалительных процессов, восполнения ферментов в организме. Их использование позволяет повысить эффективность действия синтетических моющих средств за счет расщепления белковых загрязнений.

В пищевой промышленности применение протеаз позволяет улучшить технологические свойства сырья, повысить качество готовых изделий, а также увеличить выход готовой продукции [7].

В мясной и птицеперерабатывающей промышленности протеолитические ферменты используются по двум основным направлениям: для получения гидролизатов мясного сырья и для мягчения мяса.

Российскими исследователями обоснована целесообразность применения протеолитических ферментов животного (коллагеназа из гепатопанкреаса камчатского краба) и микробного (мегатерин Г10Х и протосубтилин Г10Х) происхождения для обработки низкосортного мясного сырья с высоким содержанием соединительнотканных белков.

Специалистами Воронежской государственной технологической академии показано, что при обработке говядины протеолитическим ферментным препаратом животного происхождения Протепсин наблюдается набухание мышечных волокон и соединительнотканной оболочки, уменьшение содержания рыхлой соединительной ткани и ослабление связи между разволокненными мышечными волокнами, что ведет к повышению сортности и биологической ценности мясопродуктов [7].

Жариновым А.И. и Евтиховым П.Н. проводились исследования возможности применения ферментных препаратов коллагеназы и трипсина для улучшения качественных характеристик мяса кур яйценосной породы. Авторами установлено, что использование ферментной модификации позволяет существенно водосвязывающую способность и пластичность мясного сырья, а также существенно улучшить прочностные характеристики.

В молочной промышленности протеазы применяют при производстве сыров. Для получения мягких сыров сложного сырьевого состава, одним из компонентов рецептур которых является соевая эмульсия, биокатализаторы рекомендуется применять для ограниченного протеолиза растительных белков, входящих в состав эмульсии.

Протеолитические ферментные препараты успешно используются в крахмало-паточной промышленности для получения свободных от сопутствующих белков высокоочищенных паток [8].

При производстве хлебопекарных и кондитерских изделий ферментативный гидролиз высокомолекулярных компонентов сырья, таких как белки и углеводы, способствует интенсификации процесса тестоведения.

Работами зарубежных исследователей доказаны преимущества применения протеолитических ферментов микробного происхождения в кондитерской промышленности при производстве печенья, крекеров, бисквита и других кондитерских изделий.

Протеиназы играют значительную роль в процессах получения плодово-ягодных соков и вин для борьбы с белковыми помутнениями. В пивоварении ферментные препараты микробного происхождения используются с целью замены солода несоложеным ячменем, что позволяет существенно повысить рентабельность пивоваренного производства [9].

Исследователями ФГУП НИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов предложен метод использования бактериальных сериновых эндопептидаз, химитрипсина, плазмина и тромбина для получения пептидов.

Итак, очевидно, что область применения протеолитических ферментных препаратов при производстве мясных, молочных и других продуктов питания широка. Другим перспективным направлением их использования в пищевой промышленности являются процессы выделения ценных белковых компонентов из различных видов сырья, в частности растительного происхождения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Протеолитические ферменты (либо протеазы) — белки, пептид-гидролазы, ферменты класса гидролаз, расщепляющие пептидные связи между аминокислотами в белках и пептидах.

Протеолитические ферменты играют важнейшую роль в переваривании белков пищи в желудке и кишечнике человека. Большинство протеолитических ферментов органов пищеварения продуцируется в виде проферментов. Физиологический смысл этого заключается в том, чтобы акт продукции фермента (профермента) был отделен от акта его активации — превращения в фермент и, таким образом, белки тканей, продуцирующих ферменты, не подвергались воздействию этих самых ферментов.

Протеолитические ферменты относятся к классу гидролаз (Н.Ф.3.4.) и катализируют реакцию гидролиза пептидной связи в молекулах белков и пептидов.

Область применения протеолитических ферментных препаратов при производстве мясных, молочных и других продуктов питания широка. Другим перспективным направлением их использования в пищевой промышленности являются процессы выделения ценных белковых компонентов из различных видов сырья, в частности растительного происхождения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года [Электронный ресурс]: распоряжение правительству РФ от 17.04.2012 № 559-р, ред. от 30.06.2016 № 1378-р. – Режим доступа: URL: http://static.government.ru/media/files/65bZISIOP6bA0VSJ67GnnpKIhhoHhx gP.pdf (14.01.2019)
2. Серба Е.М. Биотехнологические основы ресурсосберегающей переработки зернового сырья и вторичных биоресурсов: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.01.06 / Серба Елена Михайловна. – Щёлково, 2015. – 51 с.
3. Толкачева А.А. Ферменты промышленного назначения – обзор рынка ферментных препаратов и перспективы его развития / А.А. Толкачева, Д.А. Черенков, О.С. Корнеева, П.Г. Пономарев // Вестник ВГУИТ. – 2017. – Т.79, №4. – С. 197–203.
4. Лысенко Л.А. Протеолитическая регуляция биологических процессов / Л.А. Лысенко, Н.Н. Немова, Н.П. Канцерова. – Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. – 482 с.
5. Немова Н.Н. К вопросу об эволюции протеолитических ферментов / Н.Н. Немова, Л.А. Бондарева // Биомедицинская химия. – 2018. – Т. 54(1). – С. 42-57.
6. Нечаев А.П. Пищевая химия / А.П. Нечаев, С.Е. Траубенберг, А.А. Кочеткова и др.; Под ред. А.П. Нечаева. – 4-е изд., испр. и доп. – СПб: ГИОРД, 2007. – 640 с.
7. Гидранович, В.И. Биохимия: Учебное пособие / В.И. Гидранович, А.В. Гидранович. — Мн.: ТетраСистемс, 2016. — 528 c.
8. Глубоков, Ю.М. Аналитическая химия: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / Ю.М. Глубоков, В.А. Головачева, Ю.А. Ефимова; Под ред. А.А. Ищенко. — М.: ИЦ Академия, 2016. — 320 c.
9. Димитриев, А.Д. Биохимия: Учебное пособие / А.Д. Димитриев, Е.Д. Амбросьева. — М.: Дашков и К, 2018. — 168 c.