Протеазы

Протеазы или протеолитические ферменты – это группа ферментов, относящаяся к классу гидролаз и подклассу пептид–гидролаз.

Пептид–гидролазы – ускоряют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах.

В зависимости от характера действия протеазы делятся на протеиназы и пептидазы.

Пептидазы катализируют гидролиз пептидных связей в пептидах с образованием свободных аминокислот (экзопептидазы). Пептидазы могут отщеплять от пептида аминокислоту, имеющую свободную аминогруппу (¾NН₂) – это аминопептидазы, либо аминокислоту, имеющую свободную карбоксильную группу (¾СООН) –карбоксипептидазы.

Очень важной особенностью протеаз является выборочный (селективный) характер их действия на пептидные связи в белковой молекуле. Так, пепсин избирательно ускоряет гидролиз пептидных связей, образованных аминокислотами Фен и Лей; трипсин – Арг и Лиз; химотрипсин – ароматическими аминокислотами Фен, Трп, Тир; папаин – Арг, Лиз, Фен и т. д. (см. рисунок5)

Причина избирательного действия пептид–гидролаз заключается в том, что радикал аминокислоты, по соседству с которым гидролизуется пептидная связь, служит для образования фермент–субстратного комплекса.

Механизм действия пептидгидролаз рассмотрен на примере действия химотрипсина (см. рисунок 6).

Фрагменты единой полипептидной цепи молекулы фермента условно показаны слева и справа изогнутой линией, в их составе отмечены остатки сер и гис с их функциональными группами. В активном центре фермента точно против остатковсер и гис размещается пептидная связь гидролизуемого белка, образованная остаткомфен (или

1 – лейцинаминопептидаза

2 – пепсин

3 – трипсин

4 – химотрипсин

5 – карбоксипептидаза А

Рисунок 5 – Точки приложения действия протеолитических ферментов на пептидные связи
в белковой молекуле

тир, три, лей), благодаря контакту радикалафен (или тир, три, лей) с субстратным центром, фермента, который на рисунке не показан. Вследствие того, что электронная пара кислорода гидроксильной группы радикаласеракцептируется карбонильной группой пептидной связи, создаются условия для миграции протона от гидроксиласер к имидазольному радикалу остаткагис для ацилирования радикаласер с одновременным разрывом пептидной связи. Одновременно протон от имидазольного ядра радикалагис перемещается к NН – групп деструктируемой пептидной связи (I). После ацилирования радикаласер (II) в активный центр фермента входит молекула воды, инициирующая распад ацильного производного фермента (III) и восстановлении исходного состояния активного центра (IV), готового принять новую молекулу субстрата или атаковать пептидную связь, образованную остаткамифен, тир, три илилей в том же субстрате.

Ферментативный гидролиз белков находит практическое использование при определении первичной структуры белков, для регуляции обмена веществ, т.к. многие продукты селективного гидролиза белков обладают высочайшей биологической активностью: именно этим путем из проферментов образуются ферменты, из предшественников гормонов – гормоны и рилизинг – факторы.

Важным этапом технологии многих пищевых производств являются биохимические превращения белков, происходящие под действием протеолитических ферментов. Повышенная активность протеаз наблюдается в прорастающем зерне пшеницы, ржи, что приводит к снижению хлебопекарных достоинств муки из такого зерна. На пивоваренных заводах ячмень проращивают с целью накопления ферментов, в том числе и протеолитических, для осуществления гидролиза белковых веществ при приготовлении пивного сусла.

Протеолитические ферменты входят в состав ферментных препаратов грибного и растительного происхождения, широко применяемы для интенсификации технологических процессов производства различных пищевых продуктов и улучшения их качества.