Криобиологические сосуды > Химия и биотехнология > Протеиназы

Протеиназы


Протеиназы давно применяются в пищевой промышленности. Ранее ферменты для этих целей выделяли из животных и рас­тений; сегодня их частично замещают протеазы микробов. Пер­вым ферментом, нашедшим применение в промышленности, бы­ла а-амилаза (такадиастаза) из Aspergillus oryzae, производ­ство которой началось в 1890 г. Эти препараты содержали значительную примесь протеазы, и их рекомендовали исполь­зовать как средство, способствующее пищеварению. Отметим, что производство и поступление на рынок такого рода продук­тов было весьма ограниченным вплоть до начала 60-х годов, когда их стали использовать в составе детергентов. Впрочем, о такой возможности было известно за пятьдесят лет до этого; средство для замачивания белья, содержащее соду и панкреа­тические ферменты, продавалось еще в 1913 г. Крупный успех в производстве и продаже таких средств был достигнут лишь после того, как стали использоваться протеазы Bacillus subtilis, в особенности субтилизин Carlsberg. В конце 60-х годов при­близительно 50% всех детергентов, выпускавшихся в Европе и США, уже содержали протеазы. Постоянно ведется работа по увеличению активности ферментов (особенно их способности удалять пятна) и стабильности их в моющих растворах. Еще одна отрасль, где наблюдалось бурное развитие технологий на основе протеаз, — это производство сыра. Здесь все усилия бы­ли направлены на поиск микробных заменителей сычуга телят. Для выработки протеаз в промышленном масштабе нужны штаммы микроорганизмов, синтезирующие внеклеточные про­теазы с высоким выходом. Эти ферменты подразделяют сегодня на три группы: сериновые, кислые и металлопротеазы.
Среди сериновых протеаз на первом месте стоит субтилизин Carlsberg. При участии Bacillus licheniformis ежегодно произ­водится около 500 т очищенного фермента. Накопление про­теазы начинается в конце логарифмической фазы роста микро­бов, и выход фермента увеличивается при использовании аспо-рогенных штаммов (они удобны еще и тем, что при этом удается исключить технически сложную операцию по отделению спор от фермента). Сериновые протеазы не гидролизуют белки до аминокислот. В стиральные порошки обычно добавляют 0,5% (по весу) препарата, содержащего 3% активного фермента. Хотя содержание фермента в них и мало, при стирке он кон­центрируется на пятнах белковой природы из-за сродства к субстрату. В меньшей степени применяются протеазы алкало-фильных видов Bacillus: они активны при рН 9—12 и темпера­туре выше 50 °С.
В состав металлопротеаз входит атом металла, обычно цин­ка, без которого фермент не активен. В промышленности ме-таллопротеазы получают с помощью Bacillus amyloliquefaciens и В. thermoproteolyticus. Специфичность действия этих фермен­тов выше, чем у сериновых протеаз, но их нельзя использовать как «микробный сычуг», так как уровень неспецифического про-теолиза у них все же весьма высок. Они применяются в пиво­варении, при гидролизе белков ячменя, так как сериновые про­теазы ингибируются веществами солода. Удаление с их помощью белков позволяет избежать помутнения пива при охлаждении, которое происходит в результате взаимодействия белков с тан-нинами при хранении пива на холоде. С той же целью часто используются протеазы растений папаин и бромелаин.
Кислые протеазы синтезируются грибами. По свойствам они похожи на пищеварительные ферменты животных пепсин и рен-нин. Применяют их для гидролиза соевого белка при производ­стве соевого соуса, в хлебопекарной промышленности (здесь с их помощью видоизменяют свойства клейковины муки так, чтобы получить мягкое, пластичное тесто, из которого делают бисквиты), как средства, способствующие пищеварению или же предотвращающие помутнение пива при охлаждении. Большин­ство протеаз вызывает свертывание молока, но творог получа­ется невкусным, из-за глубокого гидролиза казеина. Субстрат­ная специфичность кислых протеаз термофильных грибов Мисог pusillus и Мисог miehei уже. Они похожи на ферменты сычуга и широко применяются для створаживания молока. Менее ши­роко используются протеазы Enthothia parasitica, так как они обладают большей, чем «сычужные» ферменты Мисог, протео-литической активностью; они применяются, например, при вы­делке эмментальского сыра. Разрабатывается и другой подход: на основе технологии рекомбинантных ДНК проведено клониро­вание и получена экспрессия гена реннина телят в микроорга­низмах (например, Е. coli). Синтезированный таким способом фермент успешно прошел испытания при опытном производстве сыра.
Протеазы находят применение и в кожевенной промышлен­ности, при удалении шерсти и умягчении кож. Такая обработка делает кожи мягкими и эластичными.