Пектиназы — это группа ферментов , которые расщепляют пектин , полисахарид, содержащийся в клеточных стенках растений , посредством реакций гидролиза, трансэлиминации и деэтерификации. [1] [2] Обычно называемые пектиновыми ферментами, они включают пектолиазу , пектозим и полигалактуроназу , одну из наиболее изученных и широко используемых [ требуется ссылка ] коммерческих пектиназ. Он полезен, потому что пектин — это желеобразная матрица, которая помогает цементировать растительные клетки вместе и в которую встроены другие компоненты клеточной стенки, такие как целлюлозные фибриллы. Поэтому ферменты пектиназы обычно используются в процессах, связанных с деградацией растительных материалов, таких как ускорение извлечения фруктового сока из фруктов , включая яблоки и сапота . Пектиназы также используются в производстве вина с 1960-х годов. [3] Функция пектиназы в пивоварении двояка: во-первых, она помогает расщеплять растительный (обычно фруктовый) материал и, таким образом, способствует извлечению ароматов из сусла. Во-вторых, присутствие пектина в готовом вине вызывает мутность или легкую непрозрачность. Пектиназа используется для его расщепления и, таким образом, осветления вина.
Пектиназы можно извлечь из грибов, таких как Aspergillus niger . Грибок вырабатывает эти ферменты для разрушения средней пластинки в растениях, чтобы извлекать питательные вещества из растительных тканей и вставлять грибковые гифы . Если пектиназу кипятить, она денатурируется (разворачивается), что затрудняет ее соединение с пектином в активном центре и выделение сока.
Ферменты пектиназы, используемые сегодня, естественным образом производятся грибами и дрожжами (50%), насекомыми, бактериями и микробами (35%) и различными растениями (15%), [4] , но не могут быть синтезированы клетками животных или человека. [5] В растениях ферменты пектиназы гидролизуют пектин, который находится в клеточной стенке, что позволяет производить новый рост и изменения. Подобно своей роли в растениях, пектиназы расщепляют пектин на стадии развития грибов.
Ферменты пектиназы классифицируются на основе того, как протекает их ферментативная реакция с различными пектиновыми веществами (через трансэлиминацию или гидролиз), предпочтительного субстрата (пектин, пектиновая кислота или олиго-н-галактуронат) и того, является ли происходящее расщепление случайным или конечным. [5] [6]
Пектиназы деполимеризуют пектин посредством реакций гидролиза , трансэлиминирования и деэтерификации, разрушая сложноэфирную связь, которая удерживает вместе карбоксильные и метильные группы в пектине. [5]
Эндополигалактуроназа прогрессирует через реакцию по следующему пути: [7]
1,4-альфа-D-галактуроносил)n+m + H2O = (1,4-альфа-D-галактуроносил)n + (1,4-альфа-D-галактуроносил)m
Все структуры фермента пектиназы включают призматический правозакрученный цилиндр, состоящий из семи-девяти параллельных β-спиралей. Три параллельные β-спирали, которые создают призматическую форму структуры, называются PB1, PB2 и PB3, причем PB1 и PB2 создают антипараллельную β и PB3, расположенную перпендикулярно PB2. Все сайты связывания субстрата различных эстераз, гидролаз и лиаз расположены на внешней щели центральной параллельной β-спиральной структуры между выступающими петлями на структуре и PB1. [8]
Как и все ферменты , пектиназы имеют оптимальную температуру и pH , при которых они наиболее активны. Например, коммерческая пектиназа обычно активируется при температуре от 45 до 55 °C и хорошо работает при pH от 3,0 до 6,5. [9]
Ферменты пектиназы играют различные роли как в производстве фруктовых соков, так и в виноделии. Они используются для осветления фруктовых соков, а также ускоряют извлечение фруктового сока посредством ферментативного разжижения фруктовой мякоти. Кроме того, ферменты пектиназы способствуют образованию мякотных продуктов в производстве фруктовых соков. Ферменты пектиназы используются для извлечения сока из пюре . Это происходит, когда фермент пектиназа расщепляет субстрат пектин и извлекается сок. Фермент пектиназа снижает энергию активации, необходимую для производства сока, и катализирует реакцию.
Пектиназы полезны в винодельческой промышленности, поскольку извлекают антоциан из фруктов, эффективно усиливая окраску вина. [10] Пектиназу также можно использовать для извлечения соков из клеточных стенок клеток растений.
Пектиназы также используются для мочки в текстильной промышленности. [11] Добавление хелатирующих агентов или предварительная обработка растительного материала кислотой усиливают действие фермента.