Перечислите производство и практическое применение ферментов

В настоящее время ферментативные процессы широко использу-ются в различных отраслях промышленности. В хлебопекарном производстве для ускорения гидролиза крахмала и улучшения качества теста используют амилазы. При приготовлении детской пищи с целью облегчения переваривания углеводов и белков исходные продукты обрабатывают амилазой и протеиназами. Протеиназы и пектиновые ферменты используются в виноделии и при приготовлении соков. Они способствуют ускорению сокоотделения и осветлению сока. В сыроварении используют ренин или химозин, образующийся в сычуге – четвертом отделе желудка телят и ягнят молочного возраста. Амилазы используются в текстильном производстве для расшлихтовки хлопчатобумажного волокна (удаление примесей крахмала) перед отбеливанием и крашением. Для придания любимым всеми джинсам благородного потертого вида деним (джинсовую ткань) подвергают биохимической обработке амилазой и целлюлозой. Механизм ферментативной обработки денима аналогичен тому, который имеет место при ферментативном гидролизе крахмала, ведь целлюлоза (основная составляющая хлопкового волокна), как и крахмал, относится к классу полисахаридов. Причем ферменты начинают действовать с поверхностных волокон, которые окрашены индиго, в результате связь этих волокон с поверхностью ткани ослабевает, и постепенно на ткани образуются белые участки. Специфические протеиназы применяются в кожевенной промышленности с целью мягкого удаления волос с кожи, в технике – при регенерации кинопленки. Щелочные протеазы наряду с липазами используют при производстве синтетических моющих средств.

Очень важны ферменты для химической промышленности (доста-точно напомнить про высокие скорости ферментативных реакций, которые недостижимы для неферментных катализаторов). Использование ферментов наравне с другими катализаторами чрезвычайно перспективно, поэтому биокатализаторы уже сегодня начинают занимать заметное место в практике лабораторий и производств. Биокатализаторы готовят на основе целой клетки. Клетки закрепляют на полимерных или минеральных матрицах, данная процедура носит название иммобилизация. С помощью специальных приемов иммобилизованные клетки вынуждают действовать в строго заданном режиме. В результате получают ка-тализатор, который способен работать в условиях, совершенно непри-вычных для живых организмов. В работе такого катализатора могут принимать участие сразу несколько ферментов. Например, в промыш-ленном производстве этанола из глюкозы применяют биокатализаторы на основе клеток, в которых задействованы сразу 12 разных ферментов. Иммобилизованные ферменты являются как бы моделью структурно-организованных в клетке ферментов, поэтому они также используются для изучения свойств ферментов в составе внутриклеточных структур.

В сельском хозяйстве ферменты применяют как добавки при силосовании кормов (целлюлолитические ферменты), что увеличивает доступность биологических веществ и улучшает питательную ценность корма. С помощью бактериальных ферментов из нефтяных продуктов получают кормовой белок для животноводства.

Такое широкое применение ферментов в различных отраслях про-мышленности и сельского хозяйства потребовало разработки промышленных способов получения их в больших количествах. Сырьем для выделения ферментов чаще всего служат микроорганизмы, содержащие большое количество ферментов в активных формах. Кроме того, микроорганизмы быстро наращивают свою биомассу при разведении на селективных средах. Для их культивирования могут быть использованы дешевые питательные среды.

Некоторые ферменты находят применение в медицине как лекар-ственные препараты. Например, при желудочных заболеваниях, сопровождающихся снижением содержания пепсина в желудочном соке, для улучшения пищеварения назначают препараты пепсина (заместительная терапия). Разные протеолитические ферменты применяются для обработки ран: гидролизуя белки разрушенных клеток, ферменты способствуют очищению раны и уменьшению воспалительных явлений. Для лечения вирусного конъюнктивита успешно применяют глазные капли, содержащие фермент ДНКазу. он разрушает ДНК вируса и тем самым излечивает болезнь. Аспарагиназу применяют для лечения некоторых форм лейкозов (рак белой крови). Лечение основано на том, что аспарагин (аминокислота, необходимая для синтеза белков) в лейкозных клетках не синтезируется и клетки получают его из плазмы крови. Если ввести в кровь больного аспарагиназу, то аспарагин в плазме крови разрушается, и синтез белков в лейкозных клетках прекращается, в результате чего клетки погибают. Известны и другие ферменты, пригодные для лечения злокачественных опухолей и действующие по такому же механизму: они разрушают какое-либо вещество, необходимое для роста опухолевой ткани. Но ферментативные лекарственные препараты, как правило, быстро теряют свою активность при хранении. Чтобы повы-сить долговечность ферментов, их иммобилизуют, т. е. встраивают в нерастворимый носитель, что закрепляет конформацию фермента, тем самым снижая его лабильность.