Реферат: Исследование некоторых физико-химических свойств протеиназы Penicillium wortmannii

3.4 Определение молекулярной массы.

Молекулярную массу ферментов Penicillium wortmannii 2091 определяли методом гель-фильтрации на сефадексе У-100 [8].

Установлено, что соотношение объёма элюента, необходимого для выноса исследуемого белка из колонки (V – объём элюента) и объёма элюата, размещающемся в свободном (не занятом гранулами сефадекса) пространстве колонки (V0 – свободный объём), обратно пропорционально величине молекулярной массы белка. Для расчёта использовали формулу:

LgM=5,941-0,847 V/V0

Молекулярная масса протеиназы 1 оказалась равной 34500, протеиназы 2 – 20800, т.е. обе фракции относятся к низкомолекулярным белкам.

3.5 Исследование процессов кислотной и термической инактивации.

Изучение термо- и рН-стабильности ферментов часто несёт прикладной характер.

Исследование этих характеристик проводится остаточной активностью фермента после выдержки его раствора в течение некоторого времени при определённых рН и температуре [11].

Нами были проведены исследования кинетики кислотной и термической инактивации протеиназ Penicillium wortmannii 2091 и рассчитаны кинетические параметры этого процесса.

При изучении термо- и рН –стабильности раствор препарата выдерживали в фосфатном буфере в диапазоне рН от 5,0 до 12,0 и температур от 30 до 60оС. Периодически отбирали аликвотные доли раствора и определяли остаточную протеолитическую активность.

Полученные результаты по инактивации обоих ферментов показали, что протеиназа 1 сохраняет активность в широком диапазоне рН. При значении рН 7,0 через 200 часов фермент сохраняет около 90% активности (рис.4). При значениях рН 6,0 – 9,0 активность фермента снижается до 70 – 75%, это указывает на то, что фермент в указанном интервале не подвержен автолизу, а, следовательно, его нативная конформация обладает высокой стабильностью. При значениях рН ниже 6,0 и выше 11,0 каталитическая активность фермента быстро снижается.

Во всех случаях ПА/КлА-const, это свидетельствует о том, что мы имеем дело с одним ферментом.

Термическую инактивацию протеиназ изучали в интервале температур 30 – 60оС. Протеиназа 1 в области высокой рН-стабильности инактивируется почти полностью при температуре 60оС в течение 60 часов, в то время как протеиназа 2 при этой же температуре инактивируется полностью уже за 3 часа. Данные свидетельствуют о высокой термостабильности протеиназы 1. Инактивация протеиназы 2, происходящая при высокой температуре, по-видимому, определяется процессом разворачивания белковой глобулы.

Протеиназа 1, обладающая коллагенолитическим действием, нас интересует с практической точки зрения, поэтому были рассчитаны некоторые кинетические характеристики для этого фермента.

Если предположить, что в каждом элементарном акте процесса инактивации фермента под действием Н+ - ионов участвует одна его молекула, то кислотную инактивацию можно представить в виде реакции первого порядка. Кинетическое уравнение первого порядка имеет вид:

2,303 lg E0/E=K,

    где Е0 – исходная активность фермента

Е – активность в момент времени

К – константа скорости инактивации, характеризующая потерю активности в течение часа, час-1.

		Рис. 4. Динамика кислотной инактивации протеиназы I.

Остаточную активность выражали в процентах от исходной и затем использовали в расчётах констант инактивации. Величину находили, как среднее из 5 – 6 определений (табл.2).

Таблица 2.

Кислотная инактивация протеиназы 1 при температуре 500С.

Как видно из табл.2, при определённом рН, значения констант достаточно близки друг к другу, максимальное отклонение от средних значений не превышает 10 – 15%, что вполне допустимо в исследованиях кинетики химических реакций. Это свидетельствует о том, что процесс инактивации протеиназы 1 является реакцией первого порядка. Различия в значениях при рН 5,0 и 11,0 и при рН  7,0 – 10,0 на целый порядок ещё раз указывают на лабильность фермента в слабо - кислой и слабо - щелочной зонах.

Исследования термической инактивации протеиназы 1 при различных значениях рН позволили рассчитать константы инактивации для температур 30, 40, 50, 60оС, а затем найти термодинамические параметры этого процесса.

Термодинамические расчёты были проведены только для вышеуказанных температур (табл.3).

Таблица 3.

Термодинамические характеристики активированного комплекса

протеиназы I.

Поскольку инактивация протеиназы была необратимой, для определения энтальпии DН¹, свободной энергии DF¹ и энтропии DS¹ воспользовались теорией абсолютных скоростей Эйринга.

При повышении температуры скорость инактивации возрастает. Это можно объяснить тем, что тепловая энергия разрушает гидрофобные взаимодействия, которые играют важную роль в стабильности белков. В результате происходит развёртывание полипептидной цепи, что подтверждается высокими значениями DS¹ и согласуется с литературными данными.

Таким образом, изменение величины рН вызывает разрушение электростатических сил, и решающую роль в этих условиях в процессе инактивации играют, по-видимому, гидрофобные взаимодействия.

3.6 Влияние ионов металлов и ингибиторов на активный центр фермента.

Главным признаком, используемым при отношении протеолитических ферментов к тому или иному классу, является строение каталитического центра.

Отправной точкой в изучении строения активного центра, механизма катализа является идентификация функциональных групп, что достигается комплексными исследованиями и, в первую очередь, применением специфических ингибиторов. В наших опытах в качестве ингибиторов были использованы ЭДТА, монойодуксусная кислота, n-хлормеркурийбензоат натрия, фенилметилсульфатонилфторид, диизопропилфторфосфат, перманганат калия.

Растворы ферментов, содержащие 5×10-3М этих соединений, выдерживали при 30оС в течение одного часа.

Как показали результаты опытов, протеиназа 1 полностью инактивировалась ЭДТА – ингибитором металлоферментов, остальные ферменты не изменяли протеолитическую активность.

Протеиназа 2 инактивировалась монойодуксусной кислотой и n-хлормеркурийбензоатом натрия на 84 и 63% соответственно. Фермент терял активность при воздействии фенилметилсульфатонилфторидом и диизопропилфторфосфатом, это даёт возможность предположить, что протеиназа 2 относится к «сериновым». Не оказывал влияния не на одну из протеиназ перманганат калия, что свидетельствует об отсутствии в активном центре карбоксильной группы.

На основе полученных данных можно предположить, что протеиназа 1 относится к  «металлоферментам», а протеиназа 2 – к «сериновым».

В дальнейшем было интересно рассмотреть влияние на протеиназы гистидина. На протеиназу 2 он не оказывал ингибирующего действия, в то время как полностью ингибировал протеолитическую и коллагеназную активности протеиназы 1. Из литературы известно, что гистидин является ингибитором коллагеназ. В связи с чем очевидно, что протеиназа 1 является ферментом, проявляющим свойства протеиназы с коллагеназным действием..

К специфическим реагентам относятся также ионы металлов. Они могут оказывать ингибирующий или активирующий эффект. В наших опытах мы использовали соли двухвалентных металлов в виде хлоридов и концентрации 0,005М. Фермент выдерживали в соли, а затем определяли остаточную активность. Ионы Mn2+, Ca2+, Ba2+ практически не оказывали никакого влияния на активность обеих протеиназ; Zn2+, Co2+ незначительно ингибировали оба фермента, ионы Cd2+, Cu2+ ингибировали протеиназу 1, а протеиназа 2 ингибировалась ионами Fe2+, Ni2+, Cd2+, Cu2+ . Результаты представлены в таблице 4.  

Таблица 4.

Влияние ионов металлов на активность протеиназ Penicillium wortmannii 2091.

3.7 Субстратная специфичность.

В изучении протеолитических ферментов значительное место занимают исследования специфичности их действия. В литературе нет сведений, касающихся вопроса специфичности действия протеиназ грибов рода Penicillium. В связи с этим исследовалась способность протеиназы 1 к гидролизу некоторых пептидных связей.

Исследования проводили на синтетических пептидах и различных белках. Результаты показали, что протеиназа 1 гидролизовала довольно широкий спектр пептидных связей. Она разрывала связи в пептидах: цис – ала, про – ала, гли – лей, гли – мет, ала – гли – гли, ала – гли – фен. Следует отметить, что гидролизу подвергались связи, характерные для белков животного происхождения. В связи с этим мы исследовали специфичность действия протеиназы на животных белках. В качестве субстратов использовались: казеин, гемоглобиин, денатурированный мочевиной, кератин, коллаген, желатина. При одной и той же концентрации фермента наиболее активно расщепляется казеин (78 – 80%) и гемоглобин (60 – 62%), затем слабее желатина и коллаген. Менее всего гидролизу подвергается кератин (22 – 25%) (рис.5).

3.8 Гидролиз коллагенсодержащего сырья: ноги птиц, шквара.

Мясная промышленность располагает значительным количеством шквары, получаемой при перетопке говяжьего и свиного жиросырья. Анализ химического состава шквары свидетельствует о значительном содержании в ней белковых веществ и подтверждает целесообразность её использования как в колбасном, так и ряде других производств. Общее содержание белка в шкваре колеблется в пределах 65 – 80%. В состав белков входят 22 – 44% коллагена и 19 – 30% эластина.  Однако использование шквары ограничивалось из-за большого содержания соединительной ткани. В настоящее время соединительную ткань рассматривают не как билластное вещество, а как необходимый компонент питания [10]. В связи с этим возрастает практический интерес к рациональному и полному использованию шквары на пищевые цели, разработке путей повышения её биологической ценности. Это направление явилось основой разрабатываемой нами темы.

Для получения гидролиза шквары целесообразно использование протеиназ, расщепляющих белки в нейтральной зоне рН и действующих на коллаген.

		Рис. 5. Динамика гидролиза различных белков препаратом               протеиназ Pen. wortmannii 2091:               1 – казеин; 2 – гемоглобин; 3 – желатина;               4 – коллаген; 5 – кератин. Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7	Новости Быстрый поиск Группа вКонтакте: новости Пока нет Новости в Twitter и Facebook                  Новости Обратная связь Поиск Обратная связь Реклама и размещение статей на сайте