Transcript ENSÜÜMID,S 2013

ENSÜÜMID
Kaie Pappel, PhD
2013
Ensüümid ehk fermendid
 ensüümid on biokeemiliste reaktsioonide
kiirendajad ehk katalüsaatorid,
 suunavad ja reguleerivad tuhandeid reaktsioone.
 valdav osa on koostiselt valgud
ENSÜÜMID = VALKKATALÜSAATORID
 iseloomustab suur aktiivsus ja spetsiifilisus
Ensüümid kiirendavad reaktsioone 103 kuni 1017 korda
 väga spetsiifilised reaktantide ehk substraatide
suhtes;
 paljude toime on stereospetsiifiline
Ensüümreaktsiooni põhiskeem:
↔
E +
S
ensüüm
substraat
ES
↔
ensüümsubstraat
kompleks
P
+
produkt
E
ensüüm
Substraat – aine, mille muundumidt ensüüm katalüüsib
Produkt – tekib substraadist ensüümi toimel
Aktiivtsenter - ensüümi molekuli piirkond, mis otseselt
osaleb katalüütilises protsessis.
Aktiivtsentri mõjutamine muudab ensüümi aktiivsust
s.o ensüümireaktsiooni kiirust.
 substraat seostub ensüümi aktiivtsentrisse
mittekovalentsete ehk nõrkade sidemete abil
(van der Waalsi jõud, ioonsed interaktsioonid, vesiniksidemed ja hüdrofoobsus)
 reeglina moodustub substraadi ja ensüümi vahel
palju nõrku sidemeid
 aktiivtsenter ja substraat on vastastikku
sobivad, nende aatomid ja funktsionaalrühmad
on ruumiliselt paigutatud nii, et tekiks
võimalikult palju sidemeid
Ensüümide toime spetsiifilisus :
 iga ensüüm toimib ainult teatud substraadile või
substraatidele
 iga ensüüm katalüüsib ainult ühe reaktsioonitüübi
toimumist
 tekkivad produkt(id) sõltuvad ensüümist
Paljud ensüümid vajavad funktsioneerimiseks lisaks
valgule veel mittevalgulist komponenti,
 kofaktorit
( nt metalli aatomid, nagu Zn2+, Mg2+, Cu2+ jt)
 või koensüümi
(nt orgaanilised molekulid, nagu NAD, FAD jt).
Ensümaatilise reaktsiooni kiirus :
 sõltub substraadi ja ensüümi kontsentratsioonist
keskonna pH-st, temperatuurist, efektorite
juuresolekust
Efektorid
aktivaatorid
inhibiitorid
konkureerivad mittekonkureerivad
Inhibiitor on aine, mis seostub ensüümiga ja mõjutab
selle aktiivsust (vähendab reaktsiooni kiirust)
Inhibiitorid
Pöördumatud
E-H+R-X → E-R+HX
konkurentsed
Pöörduvad
E + I EI
mittekonkurentsed
kus E-H –aktiivne ensüüm, R-X –pöördumatu inhibiitor,
E-R –inaktiivne ensüüm, I - inhibiitor
Reaktsiooni
kiirus
Reaktsiooni
kiirus
Ensüümide nimetused ja klassifikatsioon tulenevad
nende poolt katalüüsitavatest reaktsioonidest.
Triviaalsed nimetused:
nt amülaas, tsellulaas
(substraadi nimetus + sufiks –aas),
trüpsiin, pepsiin (vähem informatiivsed).
Süstemaatilised nimetused:
iseloomustavad lisaks substraadi(tide)le ka
katalüüsitavat reaktsiooni,
nt β,D-fruktofuranosidaas (invertaas),
Ensüümid jaotatud kuude klassi.
Nt klass 1 – oksüdoreduktaasid (nt glükoosi-oksüdaas)
klass 3 - hüdrolaasid ( nt amülaas, laktaas )
klass 5 – isomeraasid ( nt glükoisomeraas)
Ensüümide saamine
taimed
loomad
mikroobid
nt pepsiin nt laapensüüm nt pektinaasid
papaiast
vasika
hallituslibemagudest
seentest
geenitehnoloogia
ENSÜÜMIDE KASUTAMINE
 Tehnoloogilised protsessid
• produktide saamiseks
• lisandi kõrvaldamiseks
 Ensüümanalüüs
 Meditsiin
Põhilised kasutusalad:
 Toiduanetööstuses
• Toodete kvaliteedi parandamiseks
• Füüsikaliste omaduste mõjutamiseks
• Lõhna intensiivistamiseks
• Valkude funktsionaalsete omaduste
modifitseerimiseks
 Analüütika
• Toiduainetööstus
• Meditsiin
 Kliiniline diagnostika, teraapia, uurimistöö
 Kerge-, peenkeemia- jt. tööstusharud
Juustu
tootmine
Hapupiimatooted
Mahlatootmine
ENSÜÜMIDE
KASUTAMINE
Jahu kvaliteedi
parandamine;
leivaküpsetamine
Pesupulbrid
Keemia- ja
farmaatsiatooted
Õlle
valmistamine
Veini
valmistamine
ENSÜÜMIDE KASUTAMINE TOIDUAINETÖÖSTUSES
α-amülaas
glükoamülaas
α-, β-, glükoamülaas
dekstriinid
glükoos
(α(1,4)-glükosidaasid) tärklis
Alates 1966. Jaapanis protsess naturaalsete
ensüümidega, 1979. – kinnisensüümidega
 Käärimistööstus (õlu, piiritus)
Tärklise suhkrustamine meskimisel
 Pagaritööstus
Tärklise suhkrustamine taigna käärimise
intensiivistamiseks
 Siirupitööstus
Tärklise ja glükoossiirupi tootmine
 Glükoosi tootmine
 Tärklise kõrvaldamine mahladest
invertaas
Invertaas
(β-fruktofuranosidaas) sahharoos glükoos + fruktoos
 Invertsiirupi /inventsuhkru tootmine
 Kunstmee tootmine
 Vedeldatud täidisega maiustuste tootmine
Glükoosi isomeraas
glükoosi isomeraas
glükoos
fruktoos
 Invertsuhkru (kunstmee) tootmine.
kinnisensüümide abil alates 1974. a.
Laktaas
(β-galaktosidaas)
laktaas
laktoos
glükoos + galaktoos
 Piimatööstus
Vähendatud laktoosisisaldusega / laktoosivabad
piimatooted laktoositalumatusega tarbijaile.
Piimavalkude külmumiskindluse parandamine.
 Jäätisetööstus
Jäätise teralise konsistentsi (liivasuse) vältimine.
 Juustutööstus
Juustu valmimisaja lühendamine
Glükoosi oksüdaas
(GO)
Glükoosi või hapniku kõrvaldamine
toodetest oksüdeerumise ja
tumenemise vältimiseks
GO
Glükoos + O2
δ, D-glükonolaktoon + H2O2
FAD
•
•
•
•
•
•
Õlu
Vein
Juust
Piimapulber
Munapulber
Puuviljamahlad jt.
CH2 OH
O
O
OH
OH
OH
Proteaasid
Toiduainete funktsionaalsuse
mõjutamine valkude osalise
hüdrolüüsi teel
 Juustutööstus
Kümosiin ja/või selle mikroobsed analoogid – piima
kalgendamiseks.
Juuretise proteaasid – valmimisprotsessi kulgemiseks.
 Leivatööstus
Taigna omaduste parandamiseks
 Varia
Valkude emulgeerimisomaduste modifitseerimine.
Vahutekitamisvõime ja –püsimise mõjutamine.
Toodete toiteväärtuse parandamine.
Liha pehmendamine.
Pektinaasid
Toodete omaduste mõjutamine
pektiinainete hüdrolüüsi teel.
(pektinaasid: pektiini metüülesteraas,
polümetüülgalakturonaas, pektiinlüaas)
 Mahlatööstus
Mahla väljatuleku suurendamine.
Mahla selitamine.
 Varia
Oliividest õli ekstraktsiooni hõlbustamine.
Puuvilja pehmendamine.
Veini selitamine.
Kohviubade väliskesta hüdrolüüs.
Lipaas
Toote lõhna parandamine rasvade
hüdrolüüsil vabanevate rasvhapete,
mono- ja diglütseriidide toimel
 Võile iseloomuliku lõhna teke
 Piimašokolaadi ja šokolaadijäätise lõhna
tugevndamine
 Teatud juustude (Blue, Romano jm ) lõhnabuketi
kujundamine
 Munavalgepulbri vahustamisomaduste
parendamine
Toode
Ensüümi kasutamise eesmärk
Õlu
Juust
Sademe tekke ärahoidmine
Aroomi, maitse, struktuuri kujunemine
Saiatooted
Jahu kvaliteedi parandamine; taigna kergitamine
Mahlatooted
Hapupiimatooted
Veini tootmine
Tehismesi
Siirupid
Farmaatsia
Pesupulbrid
Mahlade selgitamine
Piima hapnemine
Aroomi kujunemine, sademe tekke ärahoidmine
Invertsuhkru saamine
Tärklisest glükoossiirupi ja laktoosist
galaktoossiirupi saamine
Vitamiin C saamine
Pesemisomaduste parandamine
TOITAINETE SEEDIMINE ENSÜÜMIDE TOIMEL
MAGU
OLIGO- ja DIPEPTIIDID
Oligo- ja dipeptiidid, aminohapped
SÜSIVESIKUD:
TÄRKLIS
GLÜKOOS
maltaas ehk
Β - amülaas
glükoamülaas
α-1,6 glükosidaas
α-amülaas
α-amülaas
glükoamülaas
Tärklise hüdrolüüs ensüümide toimel
Pankrease ja
peensoole nõre
Toidulipiididest 90...95 % on triglütseriidid ehk
neutraalrasvad, 5...10 % on fosfolipiidid, kolesterool,
vitamiinid A, D, E, K jm
Monoglütseriidid + rasvhapped