МЕХАНИЗМ АКТИВАЦИИ И СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ

' В созревших зернах большая часть содержащихся ферментов ад-сорбирована протоплазменными структурами клеток и находится поэтому в неактивном состоянии, например в-амилаза. В процессе солодоращения в насыщенном водой зерне наряду с активацией уже имеющихся ферментов происходит и их новообразование, т. е. синтез. При проращивании образуются а-амилаза, протеазы, гемиллюлазы, предельная декстриназа и др. Условия стадии благоприятны для того, чтобы все группы ферментов ячменя с первого этапа их образования или активации начинали взаимодействовать с соответствующими субстратами эндосперма зерна. Накапливающиеся протеазы постепенно растворяют белковую оболочку крахмалсодержащих клеток, которая состоит преимуще­ственно из белка глютелина. Освобождаются гемицеллюлозные со­ставляющие стенок клеток для воздействия цитолитических фер­ментов, открывается доступ для действия амилолитических фер­ментов на крахмальные зерна. Амилолизу крахмала эндосперма способствует также действие протеолитических ферментов, рас­щепляющих белковую матрицу, в которую «уложены» зерна крахмала.

Рассмотрим общий механизм образования ферментов при про­ращивании (рис. 11).

: Основную роль в образовании ферментов зерна играют гормоноподобные вещества. В небольшом количестве они имеются в щитке ячменя, а при проращивании число таких соединений значительно увеличивается путем синтеза. Продуцентом гормонов и других биоактиваторов является зародыш, откуда они поступают в щиток, где накапливаются. Часть ферментов образуется также и в зародыше, но гораздо меньшая, чем в эндосперме зерна. Из щитка гормоны во время роста зерна диффундируют в прилегающие клетки алейронового слоя и дают толчок к синтезу ряда гидролизующих ферментов: а-амилазы, эндо-р-глюканазы и некоторых других.

Белок алейронового слоя подвергается наиболее сильно­му воздействию протеаз, и он поставляет основную часть ра­створимых азотистых соедине­ний, в том числе и необходимых для синтеза ферментов. Из гормоноподобных веществ наи­большее значение имеют гиббе­релловая кислота и другие со­единения этого типа. Они явля­ются ростовыми факторами растений. Гиббереллины пред­ставляют собой группу соедине­ний, весьма близких по строе­нию к тетрациклическим карбо-новым кислотам. Они относятся к классу дитерпенов, обладаю­щих высокой биологической активностью.

В основе их структуры лежит тетракарбоциклическая система колец гиббана. В зависимости от природы функциональных групп, их расположения на этом структурном скелете различают гибберел-лины от А₁ до А₉. Гиббереллин А₃, называемый также гибберелловой кислотой, является наиболее важным физиологически активным веществом этого ряда.

Под действием экзогенной гибберелловой кислоты клетки алей­ронового слоя начинают синтезировать и выделять некоторые гид­ролитические ферменты, в том числе а-амилазу. Роль эндогенных гиббереллинов (гормонов) и экзогенной гибберелловой кислоты в прорастающем ячмене одинакова: включение ранее недеятельного гена и повышение таким образом матричной активности ДНК. Это приводит к синтезу специфической информационной РНК, кото­рая, в свою очередь, осуществляет синтез а-амилазы. Следовательнo, в основе физиологического действия гиббереллинов лежит их влияние на ферментные системы растений.

Ферменты синтезируются при непосредственном участии нук­леиновых кислот, в которых закодирована генетическая информа­ция об их структуре. Синтез происходит в субклеточных структу­рах—рибосомах, содержащихся в цитоплазме, митохондриях и Хлоропластах. Аминокислоты для синтеза ферментов появляются двумя путями: за счет образования из неорганических азотистых со-единений нитратов и аммиака и за счет продуктов протеолитичес-кого распада белков при проращивании.

Таким образом, с одной стороны, алейроновый слой является источником образования новых ферментов, а с другой — местом приложения действия гиббереллинов. Для проявления активности гиббереллинов и ферментов необходимы определенные условия внешней среды: влажность, температура, рН, наличие кислорода, продолжительность проращивания. Технология солодоращения предусматривает оптимальные сочетания этих факторов.

Целый ряд ферментов, таких, как некоторые протеазы, в-ами­лаза, есть в ячмене, и при проращивании они резко увеличивают свою активность. Рассмотрим механизм активации ферментов на примере в-амилазы. В исходном ячмене Р-амилаза находится в эн-Дрсперме, где прочно связана с белковыми веществами дисуль-фидными мостиками, поэтому практически неактивна. При про­ращивании создаются благоприятные условия для проявления ак­тивности протеолитических ферментов ячменя. Протеазы доста­точно активно гидролизуют белки, связывающие р-амилазу, и освобождают ее.

Замечено, что повышение активности протеаз при солодоращении связано с накоплением в зародыше значительного количе­ства глютатиона. А как известно, глютатион является активатором ферментов, которые содержат в своем активном центре сульфгид-рильную и дисульфидную группы. Протеазы, как правило, отно­сятся именно к таким ферментам. Механизм активации тиоловых протеаз через глютатион заключается в следующем. Благодаря на­личию в структуре сульфгидрильной группы глютатион обладает сильными восстанавливающими свойствами. Две молекулы глю­татиона, отдавая два атома водорода от сульфгидрильных групп, соединяются одна с другой при помощи дисульфидной связи, т. е. восстановленная форма глютатиона превращается в окисленную, а два атома водорода идут на активацию активного центра фермен­тов Е по схеме

При этом неактивная окисленная форма фермента превращает­ся в восстановленную активную. Все эти взаимодействия являются обратимыми, поэтому в ферментах такого типа всегда существует равновесная система, состоящая из восстановленной и окисленной форм.

В процессе солодоращения участвуют четыре группы гидроли­тических ферментов:

протеолитические ферменты, расщепляющие высокомолеку­лярные азотистые вещества (протеазы);

цитолитические ферменты, гидролизующие некрахмалистые полисахариды (цитазы);

амилолитические ферменты, расщепляющие крахмал (амила­зы);

липолитические ферменты, расщепляющие жиры (липазы).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: