ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩИХ СВОЙСТВ ФЕРМЕНТОВ

Ферментативный гидролиз крахмала.

Ферментативный гидролиз крахмала протекает под влиянием ферментов амилаз, которые содержатся в слюне, соке поджелудочной железы, крови, печени, мозге. Источниками амилаз в промышленности служат проросшие зерна злаков (солод) и культуры плесневых грибов.

Известны а- и -амилазы, которые несколько различаются по характеру действия. Под влиянием а-амилазы процесс гидролитического расщепления крахмала задерживается главным образом на стадии декстринов, а мальтозы образуется немного, тогда как под действием Р-амилазы расщепление идет в сторону преимущественного

образования мальтозы. Последовательно этот процесс можно представить следующим образом.

Мальтоза под действием фермента мальтазы (а-глю-козидазы) распадается на две молекулы a-D-глюкозы. Встречается также фермент глюкоамилаза, катализирующий распад крахмала до глюкозы.

Ход процесса гидролитического расщепления крахмала можно проследить с помощью реакций Троммера, Бенедикта или Ниландера (см. раздел VII), характеризующих восстанавливающие свойства углеводов.

При ферментативном гидролизе крахмала увеличивается количество свободных гликозидных гидроксилов, обусловливающих восстанавливающие свойства, и поэтому мальтоза и глюкоза способны восстанавливать окись меди до закиси, гидрат окиси висмута или окись серебра до металлов.

Реактивы: а) слюна. Свежую слюну разводят в 10 раз дистиллированной водой: б) крахмал, -ный раствор; в) раствор иода в иодистом калии (раствор Люголя): в нескольких миллилитрах воды растворяют 1 г иодистого калия, в концентрированном растворе соли растворяют 1 г иода и доливают водой до 300 мл; г) едкий натр, 5%-ный раствор; д) сернокислая медь -ный раствор.

В две пробирки наливают по -ного раствора крахмала, в одну из них добавляют 1 мл разведенной слюны (1 : 10), в другую — 1 мл воды и ставят на 10 мин.

в водяную баню, нагретую до 37—38° (внимательно следят за температурой, не допуская ее повышения), или, еще лучше, в ультратермостат, после чего охлаждают пробирки под краном. Проделывают реакции Троммера и с иодом, для чего содержимое каждой пробирки делят пополам.

Инактивация ферментов высокой температурой.

Являясь белковыми веществами, ферменты весьма чувствительны к температуре, при которой протекает реакция. Температурный оптимум действия ферментов теплокровных животных составляет 37—38° С. При небольшом повышении температуры (например, 40—45° С) скорость ферментативных реакций вначале повышается, но уже при дальнейшем нагревании (выше 50° С) падает, а при 70—80° утрачивается. Кипячение влечет за собой полную потерю каталитической активности ферментов вследствие денатурации их белковой части (апоферментов). При температурах ниже нуля скорость ферментативных реакций значительно понижается, но сами ферменты не разрушаются и при осторожном оттаивании восстанавливают свою активность.

Реактивы: а) слюна, разведенная в 5 раз дистиллированной водой; б) крахмал, 1%-ный раствор; в) раствор иода в иодистом калии (см. предыдущую работу); г) реактивы для реакции Троммера (см. предыдущую работу).

В две пробирки наливают по 1 мл разведенной слюны. Содержимое одной из них нагревают до кипения и кипятят 2—3 мин. Затем в обе пробирки добавляют по 1 мл раствора крахмала и ставят на 10 мин. в водяную баню, нагретую до 38° С, после чего проделывают реакции Троммера и с иодом. Убеждаются, что в пробирке, в которой фермент был инактивирован кипячением, расщепления крахмала не произошло.

Специфичность действия ферментов.

Это одно из важнейших свойств ферментов. Каждый фермент воздействует лишь на определенное вещество или группу веществ, близких по своей структуре. Различают следующие виды специфичности: а) абсолютную, когда ферменты катализируют лишь одну реакцию превращения какого-либо вещества. Например, уреаза (карбамид — амидогидролаза) катализирует только реакцию гидролитического расщепления мочевины до аммиака и двуокиси

углерода; б) групповую, когда ферментом катализируются реакции превращения близких по своей структуре веществ, построенных по одному типу. Так, сахараза (Р-фруктофуранозидаза) катализирует реакцию гидролитического расщепления сахарозы с освобождением молекул глюкозы и фруктозы, но тот же фермент катализирует также реакцию частичного гидролиза трисахарида рафинозы (а-галактозидо-а-глюкозидо-р-фруктозида), при которой освобождается лишь молекула фруктозы, а связь между галактозой и глюкозой остается ненарушенной; в) стереохимическую, которая проявляется в том, что фермент катализирует реакцию расщепления или синтеза только одного из стереоизомеров, не воздействуя на другой. Окисление L-молочной кислоты до пировиноградной катализируется ферментом лактатдегидрогеназой, тогда как тот же процесс D-молочной кислоты катализируется другим ферментом — -лактатде-гидрогеназой.

Реактивы: а) слюна, разведенная в 10 раз дистиллированной водой; б) сахароза, 1%-ный раствор; в) крахмал, 1%-ный раствор; г) реактивы для реакции Троммера.

В две пробирки наливают по 1 мл разведенной слюны, затем в одну из них добавляют 1 мл раствора сахарозы, а в другую — столько же раствора крахмала. Обе пробирки прогревают 10 мин. в водяной бане при температуре 38° С, после чего охлаждают и с содержимым каждой из них проделывают реакцию Троммера. Убеждаются, что амилаза катализировала лишь процесс гидролитического расщепления крахмала и не оказала действия на сахарозу.

Влияние pH среды на активность амилазы слюны.

Каждый фермент проявляет максимум своего каталитического действия при строго определенном pH среды. Наивысшую активность многие ферменты проявляют в изоэлектрической точке.

Оптимальное значение pH для пепсина составляет 1,5-2,0, амилазы слюны -6,8-7,0, трипсина — 7,8, липазы поджелудочной железы — 7,0-7,8. Было, однако, показано, что ферменты, катализирующие одни и те же реакции, но выделенные из различных субстратов, проявляют оптимум действия при неодинаковых значениях pH. Так, оптимум действия кишечной сахаразы наблюдается

при pH 6,2, а сахаразы, выделенной из дрожжей, — при pH 4,6-5,0. Оптимум pH амилазы слюны составляет 6,8-7,0, а амилаза солода проявляет максимум каталитической активности при pH 4,4-4,5.

Реактивы: а) слюна, разведенная дистиллированной водой в 100 раз; б) крахмал, 0,5%-ный раствор; в) лимонная кислота, 0,1 М раствор (19,212 г кислоты в 1 л); г) фосфорнокислый натрий двузамещенный М раствор (содержит 36,62 г соли в 1 л); д) раствор Люголя (раствор иода в иодистом калии); е) хлористый натрий, 1%-ный раствор.

В 7 однотипных пробирок пипетками наливают растворы лимонной кислоты и фосфорнокислого натрия в количествах, указанных в табл. 4, получая таким образом буферные смеси со значениями pH от 5,6 до 8,0. В каждую пробирку добавляют по 10 капель 1 %-ного раствора хлористого натрия, 0,5%-ного раствора крахмала, разведенной в 100 раз слюны и перемешивают.

Табл. 4. Фосфатно-цитратные буферные смеси

Пробирки ставят на 10 мин. в водяную баню при температуре 38° С, после чего быстро охлаждают, добавляют во все пробирки по 1 капле раствора Люголя, перемешивают и наблюдают окраску. Устанавливают, при каком pH произошло наиболее полное расщепление крахмала (желтая или буровато-желтая окраска с иодом). Реакция весьма специфична и показательна.