Ферментные препараты

Ферменты - органические катализаторы белковой природы, обладающие большой специфичностью к субстрату. Они обеспечивают последовательность и взаимосвязанность многих сложных биохимических превращений в клетках растений, животных и микроорганизмов. Успехи в исследовании структуры ферментов - а известно их в настоящее время более 1000 - позволили установить, что многие из них являются двухкомпонентными, т. е. состоят из белкового компонента (апофермента) и связанного с ним кофермента. Коферментами (коэнзимами) принято называть органические соединения небелковой природы, участвующие в катализируемых ферментами превращениях в качестве обязательных кофакторов.

Каталитическое действие ферментов отличается исключительной эффективностью, не имеющей себе равных при неферментативном катализе. Сложнейшие химические реакции благодаря ферментам протекают в водных растворах при обычной температуре и давлении в течение секунд и даже долей секунд, не требуя сильнодействующих кислот и щелочей.

В биологии и медицине трудно назвать такие теоретические и практические разработки, в которых существенную роль не играли бы ферменты. Мы знаем теперь, что генетические структуры, ответственные за передачу наследственной информации, контролируются и управляются путем прямых или косвенных воздействий на ферменты и катализируемые ими реакции. В тонких различиях химического строения и свойств определенных ферментов мы находим выражение видовых особенностей организмов, в нарушениях биосинтеза или действия ферментов - исходное звено в патогенезе многих наследственных и других заболеваний.

Ферментные препараты в качестве биокатализаторов многих биохимических реакций и процессов находят самое широкое применение в различных отраслях промышленности. Одними из основных потребителей ферментных препаратов являются пищевая промышленность и сельское хозяйство.

Основные источники ферментов - ткани и органы животных, различные растения, микроорганизмы. Особенно большое количество ферментов синтезируют дрожжи, микроскопические грибы, актиномицеты, бактерии. Преимущество микроорганизмов заключается в том, что они быстро растут на дешевых питательных субстратах.

Для промышленного производства ферментных препаратов используют микроорганизмы, выделенные из природных источников, и мутантные штаммы, полученные в результате действия мутагенов физической и химической природы. В результате селекционных исследований получены микроорганизмы, способные синтезировать одновременно комплекс различных

ферментов, но среди мутантных штаммов встречаются и такие, которые продуцируют в наибольших количествах только один промышленно важный фермент. Активными продуцентами амилолитических ферментов являются микроскопические грибы рода Aspergillus (Asp. usamii, Asp. oryzae, Asp. awamori, Asp. batatae) и Rhizopus (Rh. neveus, Rh. delemar, Rh. japonicum, Rh. tonnensis), а также отдельные представители Mucor. Большое количество амилолитических ферментов синтезируют спороносные бактерии Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Bacillus macerans и др.

Среди микроорганизмов - продуцентов протеолитических ферментов практический интерес представляют микроскопические грибы рода Aspergillus (Asp. terricola, Asp. awamori. Asp. oryzae, Asp. sojae, Asp. flavus, Asp. saitoi), Rhizopus (Rh. delemar, Rh. niveus, Rh. chinensis), Penicillium (Pen. notatum, Pen. chrysogenum, Pen. janthinellum). Известно много спороносных бактерий рода Bacillus, способных образовывать большое количество протеолитических ферментов: Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Вас. megaterium, Вас. brevis, Вас. amyloliguefaciens, Вас. fusiformis и др.

Протеолитические ферменты образуют также бактерии Bac. felseneus, Bac. polymyxa и дрожжи Saccharomyces fragilis.

Продуцентами пектолитических ферментов являются аэробные микроорганизмы - бактерии, микроскопические грибы, дрожжи. Наибольшая продуцирующая способность обнаружена у микроскопических грибов рода Aspergillus (Asp. foetidus, Asp. awamori, Asp. saitoi, Asp. terreus, Asp. niger) и Penicillium (Pen. citrinum, Pen. glaucum, Pen. expansum). Продуцентами пектиназы могут быть строгие анаэробы рода Clostridium. Штамм Cl. pectinofermentans 15 был получен селекционным путем в результате комбинированного действия мутагенов физической и химической природы.

Активными продуцентами целлюлолитических ферментов являются представители многих родов микроорганизмов: Aspergillus (Asp. flavus, Asp. terreus, Asp. fumigatus, Asp. oryzae), Trichoderma (Tr. lignorum, Tr. viride, Tr. roseum), Penicillium (Pen. notatum, Pen. variabile), Fusarium (F. solani, F. culmorum) и др.