Ферменты

простые

сложные

Содержат в своем составе только белковый компонент Например: фермент лизоцим

Содержат в своем составе белковый компонент (апофермент) и небелковый компонент (кофактор). Если кофактор легко отделяется от апофермента, то это – кофермент. Например: фермент лактатдегидрогеназа имеет кофермент НАД, представленный витамином В5 (РР); фермент ксантиноксидаза имеет кофермент ФАД, представленный витамином В2. Если кофактор прочно связан с апоферментом и не может существовать отдельно, то это – простетическая группа. Например: гемогруппа фермента цитохром с.

Ферменты называют по субстрату – веществу, на которое они действуют, прибавляя к корню «аза» - липаза, лактаза, пептидаза.

Свойства ферментов:

- высокая активность,

- строгая специфичность и избирательность,

- рН-зависимость,

- термолабильность.

Ферменты снижают энергию активации каталитической реакции и повышают реакционную способность субстрата. На первой стадии ферментативной реакции фермент соединяется с субстратом и образуется так называемый фермент-субстратный комплекс, который затем преобразуется с разрывом химических связей субстрата, и продукты реакции отщепляются от фермента.

Рис. 1.2.1 Этапы ферментативного катализа. I - этап сближения и ориентации субстрата относительно активного центра фермента; II - образование фермент-субстратного комплекса (ES) в результате индуцированного соответствия; III - деформация субстрата и образование нестабильного комплекса фермент-продукт (ЕР); IV- распад комплекса (ЕР) с высвобождением продуктов реакции из активного центра фермента и освобождением фермента.

Для выражения активности ферментов используют международную единицу – катал (кат) – это такое количество фермента, которое в определенных условиях (температура, рН, концентрация субстрата) катализирует превращение субстрата со скоростью 1 моль за 1 секунду. Нанокатал (нкат) = 1*10^-9 кат. Если за основу берут скорость, равную 1 микромоль за 1 минуту, то получают активность в стандартных единицах – Е. 1Е=16,67нкат.

Классификация ферментов

1. Оксидоредуктазы — катализируют окислительно-восстановительные реакции.

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – НАД-содержащий фермент, катализирует реакцию взаимного превращения пировиноградной и молочной кислот:

пировиноградная кислота + НАД → молочная кислота + НАД*Н₂

Алкогольдегидрогеназа - НАД-содержащий фермент, катализирует реакцию взаимного превращения ацетальдегида (уксусного альдегида) и этилового спирта:

ацетальдегид + НАД*Н₂ → этиловый спирт + НАД

В состав фермента ксантиноксидаза входят ФАД, ионы железа и молибдена. Фермент окисляет пуриновые основания ксантин (аденин) и гипоксантин (гуанин) до мочевой кислоты, альдегиды – до карбоновых кислот.

гипоксантин + O₂ + H₂O ↔ ксантин + H₂O₂

ксантин + O₂ + H₂O ↔ мочевая кислота + H₂O₂

Образующийся при этом пероксид водорода H₂O₂ обладает бактерицидным действием и активирует работу гидропероксидаз.

Пероксидаза - окисляет различные соединения с помощью перекиси водорода.

пероксидаза

Каталаза - фермент окисляет пероксид водорода. В результате реакции образуются вода и молекулярный кислород. Одна молекула фермента при 0°С расщепляет за секунду около 50 000 молекул пероксида водорода:

2. Трансферазы – катализируют реакции переноса групп с одного соединения на другое.

Аспартатаминотрансфераза (АСТ) – фермент катализирует реакцию обратимого переноса аминогруппы –NH₂ из аспарагиновой кислоты на α-кетоглутарат, приводя к образованию янтарной и глутаминовой кислот.

Аланинаминотрансфераза (АЛТ) – фермент катализирует реакцию обратимого переноса аминогруппы –NH₂ из аминокислоты аланин на α-кетоглутарат, приводя к образованию пировиноградной и глутаминовой кислот.

3. Гидролазы - катализируют реакции гидролиза компонентов.

Липаза и липопротеидлипаза – ферменты катализируют реакции гидролиза глицеридов.

Щелочная фосфатаза и кислая фосфатаза – ферменты катализируют гидролиз фосфоэфирных связей с образованием неорганического фосфата.

Лизоцим (мурамидаза) – гидролизует 1,4-β-связи между сиаловой кислотой и N-ацетилглюкозамином в стенках клеток бактерий – антибактериальный фактор слюны и молока.

Щелочная протеаза (плазмин) – расщепляет пептидные связи по карбоксильным группам лизина.

Кислые протеазы (химозин (реннин), пепсин) – ферменты сычуга крупного рогатого скота молочного возраста. Их смесь – сычужный фермент (60-70% химозина и 30-40% пепсина) – используется в сыроделии в качестве молокосвертывающего препарата.

4. Лиазы – катализируют реакции не гидролитического и не окислительно-восстановительного расщепления соединений.

Пируватдекарбоксилаза – сложный фермент, в качестве кофактора содержит витамин В_1, катализирует реакцию декарбоксилирования пировиноградной кислоты:

пируватдекарбоксилаза

пировиноградная кислота → ацетальдегид + СО₂

5. Изомеразы – катализируют реакции изомеризации.

Глюкозофосфатизомераза – фермент катализирует фосфорилирование глюкозы в новое положение и играет важную роль в процессах гликолиза:

глюкозофосфатизомераза

глюкозо-1-фосфат → глюкозо-6-фосфат

6. Лигазы (синтетазы) – катализируют реакции синтеза, связанные с распадом АТФ.

Глутамилсинтетаза – фермент катализирует реакцию синтеза глутамина из глутаминовой кислоты и аммиака:

HOOCCH₂CH₂CH(NH₂)COOH+NH₃+АТФ ↔

глутаминовая кислота

↔ H₂NCOCH₂CH₂CH(NH₂)COOH+АДФ+Н₃РО₄

глутамин

В животноводстве и птицеводстве в рацион животных и птицы вводятся комплексные ферментные препараты, получаемые путем микробного синтеза. Принцип действия их основан на расщеплении высокомолекулярных органических веществ (крахмал, белки, липиды, некрахмалистые полисахариды) до легко усвояемых веществ, в виде которых они всасываются в желудочно-кишечном тракте животных и птиц. Дело в том, что молодняк животных рождается с недоразвитой ферментной системой пищеварения. Взрослые животные переваривают в лучшем случае 60-70 % питательных веществ корма, хотя их пищеварительные железы вырабатывают достаточное количество пепсина, трипсина, амилазы, липаз и других пищеварительных ферментов. Повышение переваримости питательных веществ позволяет получить значительное количество дополнительной продукции.

Тканевые препараты – получают из тканей и органов животного или растительного происхождения. Для приготовления животных тканевых препаратов берут органы или ткани от убитых здоровых животных и помещают в холодильник, где выдерживают 5-7 дней при температуре 2-4°С. Затем органы измельчают, разводят физиологическим раствором (1:2), кипятят, настаивают 2-3 ч и фильтруют. Фильтрат разливают во флаконы и стерилизуют. Тканевые препараты богаты биогенными стимуляторами - небелковыми веществами, которые представлены главным образом яблочной, лимонной, молочной, янтарной кислотами и аминокислотами: аргинином и глутаминовой кислотой. Применение тканевых препаратов повышает привесы животных на 19 - 23%, ускоряет откорм и положительно влияет на молочную продуктивность.

Яблочная кислота

Лимонная кислота

Молочная кислота

Янтарная кислота

Аргинин

Глутаминовая кислота

Антибиотики — специфические продукты жизнедеятельности микро­организмов, животных и растений, обладающие противомикробным действием. Кроме того, известно, что некоторые из них действуют губи­тельно на гельминтов, простейших и других возбудителей болезней че­ловека и животных. Название «антибиотики» (anti — против, bios — жизнь) дано тогда, когда было известно губительное влияние их толь­ко на возбудителей болезней. Позже выяснено, что многие антибиотики стимулируют отдельные биохимические процессы в организме живот­ных, а это ведет к улучшению общего их состояния, ускорению роста, повышению продуктивности, активизации защитных реакций. Поэтому в настоящее время антибиотики применяют для лечения и профилакти­ки многих инфекционных и незаразных болезней, для стимуляции рос­та и откорма животных, повышения у них плодовитости и продуктив­ности. Из большого числа антибиотиков наиболее существенно ускоряют рост животных хлортетрациклин, окситетрациклин, а также гризин и бацитрацин, несколько слабее – гигромицин, олеандомицин, бациллин-3, феноксиметилпенициллин и стрептомицинхлоркальциевый комплекс. Некоторые препараты действуют слабо (неомицин, мономицин, нистатин), хлорамфеникол (левомицетин) обычно неэффективен, а грамицидин и ристомицин чаще влияют отрицательно.

Хлортетрациклин

Левомицетин

Стрептомицин

Принципиальная возможность стимулирующего действия антибиотических препаратов на рост животных была показана советским ученым А.Р. Миненковым в 1943 г. Практическое использование антибиотиков в качестве добавок в корм сельскохозяйственных животных впервые начало широко применяться в 50-е годы. В настоящее время производство антибиотиков, используемых для добавки в корм животных, достигает значительного объема. Для того, чтобы удовлетворить нужды сельского хозяйства, создана специальная отрасль промышленности для производства кормовых антибиотиков. Введение антибиотиков в рацион сельскохозяйственных животных и птиц позволяет значительно увеличить прирост веса, иногда до 50% по сравнению с контролем. Помимо стимуляции роста, антибиотики способствуют повышению аппетита животных и лучшему использованию питательных веществ корма, что дает возможность сократить расходы корма до 10-20% на единицу привеса. При этом также появляется возможность сокращения сроков откорма на 10-15 дней. Под влиянием антибиотиков использование питательных веществ рациона повышается на 8-12%, сокращается потребность животных в некоторых витаминах (А, В), белок животного происхождения может быть заменен в кормах менее дефицитным растительным белком без ущерба для роста и развития. В отдельных случаях добавка антибиотических препаратов к корму животных способствует более экономному использованию таких незаменимых аминокислот, как метионин, триптофан, лизин. Применение малых доз антибиотиков в кормлении сельскохозяйственных животных в значительной степени (2-3 раза) сокращает гибель молодняка, в результате предупреждения расстройств пищеварения и других заболеваний. Скармливание антибиотиков курам увеличивает их яйценоскость, улучшает оплодотворяемость и повышает жизнеспособность и выводимость высиживаемых яиц. Очевидно, что использование антибиотиков в качестве ростстимулирующих добавок в корма сельскохозяйственных животных чрезвычайно эффективно и экономически выгодно, так как позволяет получить дополнительные количества продукции животноводства без особых дополнительных затрат.

Однако введение антибиотиков сельскохозяйственным животным и птице приводит к загрязнению ими пищевых продуктов животного происхождения (молоко и молочные продукты, мясо домашних животных и продукты их переработки, яйцо и яичные продукты). Антибиотики, поступая с продуктами питания, воздействуют на микроорганизмы толстого кишечника и способствуют развитию у человека дисбактериоза, различных аллергических реакций, снижают иммунитет. Антибиотики, попадающие в окружающую среду с навозом и другими отходами, создают условия для появления супер-бактерий, то есть бактерий-мутантов, обладающих исключительной устойчивостью ко всем антибиотикам. Уже выявлены антибиотико-устойчивые линии кишечной палочки, которые вызывают тяжелые, часто летальные заболевания у людей. Также существует постоянная опасность, что на фоне ослабленного иммунитета, вызванного стрессовыми условиями содержания и постоянным приемом антибиотиков, возникнут благоприятные условия для эпидемий опасных заболеваний среди сельскохозяйственных животных.

Первый запрет кормовых антибиотиков в Европейском Союзе был установлен в 1986 г. в Швеции.  С 1997 года в странах ЕС «ростовые» антибиотики начали массово выводить из употребления, и с 2006 года их применение запрещено (хотя терапевтические антибиотики продолжают применять). Сейчас в России, к сожалению, отказ от использования антибиотиков  будет приравнен к уничтожению российского животноводства и птицеводства.

Полезный совет: всегда сливайте первый бульон при варке любого мяса, т.к. все загрязняющие вещества с поверхности и остатки химических препаратов переходят при варке в неизменном виде в бульон и не исчезают.

Таблица 1.2.5 Допустимые уровни содержания антибиотиков в продуктах питания, мг/кг, не более

Группа продуктов	Тетрациклиновая группа	Гризин	Бацитрацин	Стрептомицин	Пенициллин	Низин
Мясо и птица свежие и охлажденные. Субпродукты и продукты их переработки	0,01	0,05	0,02	-	-	-
Яйца и яйцепродукты	0,01	-	-	0,5	-	-
Молоко и кисломолочные изделия, в том числе сыры и творожные изделия; масло из коровьего молока	0,01	-	-	0,5	0,01	-