25. Ферменты микроорганизмов. Экзо- и эндоферменты микроорганизмов. Роль пермеаз (транслоказ) в жизнедеятельности микробной клетки.
Глубокое понимание процессов метаболизма микроорганизмов вряд ли возможно без предварительного знакомства с ролью и значением ферментов. Ферменты — биологические катализаторы. Они катализуют тысячи химических реакций, из которых слагается метаболизм организма. Известно уже около двух тысяч ферментов. По химической природе ферменты — глобулярные белки молекулярной массой от 10 000 до нескольких миллионов. Название ферменту во многих случаях дают по веществу, на которое он действует, с изменением окончания на «-аза». Например, целлюлаза катализует гидролиз целлюлозы до целлобиозы, уреаза — гидролиз мочевины (urea) до аммиака и СО2 и т. п. Однако чаще фермент получает наименование, которое указывает на природу катализуемой им химической реакции. Современная классификация ферментов также строится с учетом природы реакций, которыми они управляют. Согласно разработанной Комиссией по ферментам Международного биохимического союза классификации, выделяют шесть главных классов ферментов.
1. Оксидоредуктазы. Эти ферменты катализуют окислительно-восстановительные реакции, играют большую роль в процессах биологического получения энергии. К ним относятся дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД), цитохромы (b, с, с, а, а3 ), ферменты, участвующие в переносе водорода, электронов и др.
2. Трансферазы. Катализуют перенос отдельных радикалов, частей молекул или целых атомных группировок от одних соединений к другим. Например, ацетилтрансферазы переносят остатки ацетата —СН3СО, а также молекулы жирных кислот; фосфотрансферазы, или киназы, обусловливают перенос остатков фосфорной кислоты Н3РO3 2 - . Известны и другие трансферазы (аминотрансферазы, фосфорилазы и т. д.).
3. Гидролазы. Катализуют реакции расщепления и синтеза белков, жиров и полисахаридов с участием воды. К данному классу относят протеолитические ферменты (или пептидгидролазы), действующие на белки или пептиды; гидролазы глюкозидов, осуществляющие каталитическое расщепление углеводов и глюкозидов B-фруктофуранозидаза, a -глюкозидаза, а- и B-амилаза, B-галактозидаза и др.); эстеразы, катализующие расщепление и синтез сложных эфиров (липазы, фосфатазы).
4. Лиазы. Включают ферменты, катализующие отщепление от субстратов определенных химических групп с образованием двойных связей или присоединение отдельных групп радикалов к двойным связям. Так, пируватдекарбоксилаза катализует отщепление СО2 от пирувата:
К лиазам относится также фермент альдолаза, расщепляющий шестиуглеродную молекулу фруктозо-1,6-бисфосфата на два трехуглеродных соединения.
5. Изомеразы. Участвуют в превращении органических соединений в их изомеры. При изомеризации происходит внутримолекулярное перемещение атомов, атомных группировок, различных радикалов и т. п. Изомеризации подвергаются углеводы и их производные, органические кислоты, аминокислоты и т. д. К данной группе относятся триозофосфатизомераза, глюкозофосфатизомераза и др. 6. Л и газы. Катализируют синтез сложных органических соединений из простых. Например, аспарагинсинтетаза управляет синтезом амида аспарагина из аспарагиновой кислоты и аммиака с обязательным участием АТФ, дающей энергию для этой реакции:
К группе лигаз относят карбоксилазы, катализующие присоединение СО2 к различным органическим кислотам. Например, фермент пируваткарбоксилаза катализует синтез оксалоацетата из пирувата и СО2 .
По связи с бактериальной клеткой различают:
Экзоферменты – ферменты не связанные со структурой протоплазмы, легко выделяющиеся в субстрат (гидролитические ферменты), растворимые в питательной среде и проходящие через бактериальные фильтры. Экзоферменты участвуют в процессе питания, расщепляя сложные высокомолекулярные соединения (крахмал, белки, клетчатку) подготавливая питательные вещества к усвоению микробной клеткой.
Эндоферменты – ферменты прочно связанные с бактериальной клеткой и действующие только внутриклеточно. Они осуществляют дальнейшее разложение питательных веществ и превращают их в составные части клетки. К таким ферментам относятся дегидрогеназы и оксидазы.
Пермеазы (permease)— ферментоподобные белки, участвующие в транспорте метаболитов, находятся в периплазме клетки. Эти белки участвуют в облегчённой диффузии веществ в клетку. Этим путём в клетку поступает ограниченное количество соединений.
Также существуют специфические пермеазы, локализованные в цитоплазматической мембране. Которые обеспечивают активный транспорт внутрь клетки. Данный процесс требует энергетических затрат и происходит даже в тех случаях, когда концентрация необходимых веществ в среде ниже, чем в микробной клетке. При этом каждая пермеаза переносит в клетку только определённую аминокислоту или другое соединение.
В процессе переноса может произойти химическая модификация вещества — транслокация химических групп, например фосфорилирование углеводов при участии соответствующих ферментов.