Ферментативный гидролиз белков. Протеолитические ферменты растений, их специфичность и активация.

Протеолиз — процесс гидролиза белков, катализируемый ферментами пептидгидролазами, или протеазами - протеолитическими ферментами. Большое разнообразие протеолитических ферментов связано со специфичностью их воздействия на белок. Место приложения или действия протеолитического фермента связано со структурой радикалов, находящихся рядом с пептидной связью

Эндопептидазыявляются гидролазами, расщепляющими пептидную связь внутри полипептидной цепи.

Экзопептидазы расщепляют пептидную связь на конце белковой молекулы.

Действие протеолитических ферментов может быть разделено на две категории:

· ограниченный протеолиз, при котором протеаза специфично расщепляет одну или несколько пептидных связей в белке-мишени, что обычно приводит к изменению функционального состояния последнего: ферменты, например, при этом становятся активными, а прогормоны превращаются в гормоны;

· неограниченный, или тотальный протеолиз, при котором белки расщепляются до отдельных аминокислот.

При полном гидролизе белков могут получаться промежуточные продукты, которые удалось выделить. Это пептоны и полипептиды.

Пептоны – это сложно построенные вещества, по ряду свойств еще близкие к белкам, но обладающие уже гораздо меньшим молекулярным весом. Пептоны представляют собой смеси высокомолекулярных продуктов расщепления белков, подобно тому, как декстрины представляют собой высокомолекулярные промежуточные продукты гидролиза высшего полисахарида – крахмала.

Полипептиды – цепи из многих остатков аминокислот, соединенных пептидной связью. Среди продуктов осторожного гидролиза удалось выделить дипептиды, трипептиды и полипептиды. Которые представляют собой части белковой молекулы, оставшиеся при мягких условиях еще не гидролизованными.

Постепенный гидролитический распад белков можно выразить схемой:

Белок -> Пентоны -> Полипептиды -> Аминокислоты

В растениях протеолиз участвует в мобилизации запасных белков семян при прорастании. В семенах злаковых и бобовых культур содержится целый комплекс протеолитических ферментов, участвующих в расщеплении запасных белков до аминокислот в процессе прорастания семян.

Протеолиз белков в семенах растений осуществляется комплексом ферментов, различающихся по своим функциям, механизму действия и другим показателям. Из семян пшеницы были выделены несколько типов протеолитических ферментов, различающихся по оптимуму рН: кислые протеиназы с оптимумом рН 3,7-4,0; нейтральные протеиназы с оптимумом рН 6,5-7,0; щелочные протеиназы с оптимумом рН > 8,0.

Нейтральные протеиназы по активности в несколько раз превосходят кислые и способны эффективно расщеплять белки клейковины. Одна из особенностей нейтральных протеиназ состоит в том, что они не растворяются в водных, солевых и буферных растворах. Они прочно связаны с белками клейковинного комплекса и извлекаются при частичном растворении клейковины в щелочном растворе. Максимальное извлечение нейтральных протеиназ происходит при обработке измельченного зерна, муки или лиофилизированной клейковины 0,35%-м раствором карбоната натрия созревших семян пшеницы.

Нейтральные протеиназы не активируются восстановленным глутатионом или цистеином и поэтому не могут быть отнесены к тиоловым ферментам, в отличие от кислых протеиназ. Нейтральные протеиназы ингибируются хлоридом натрия, фенольными соединениями, фенольными соединениями, ароматическими аминокислотами, продуктами сахаро-аминной реакции (меланоидинами).

Отдельно можно упомянуть такие ферменты как папаин и химопапаин, применяемые в производстве. Это истинные ферменты латекса плодов дынного дерева (Carica papaya). Эти ферменты относятся к группе тиоловых протеиназ, характерной особенностью которых является то, что они активируются восстановленным глутатионом, цистеином. Оптимальная зона рН для действия папаина зависит от природы гидролизуемого белка и может быть слабокислой, нейтральной или слабо­щелочной. Химопапаин имеет большое сходство с папаином, однако можно вы­делить и некоторые интересные отличия: он более термоустойчив, чем папаин, и проявляет хорошую ста­бильность в кислой среде (рН 2,0)..

Фицин и бромелаин. Фицин выделяют из млечного сока фикусовых растений, например, инжира (Ficus carica). Так же, как и папаин, он относится к тиоловым протеиназам. Еще один тиоловый фермент — бромелаин — получают из свежего сока ананаса (Bromeliacea). Оба эти фермента имеют сходство с папаином, проявляют наиболь­шую активность в нейтральной зоне рН, обладают широкой специфич­ностью, предпочтительно расщепляют пептидные связи, образованные положительно заряженными аминокислотами.