CC BY
6
при значении АН°=-40,50 кДж/моль по базовой технологии. Возрастание энтропии для полифункциональных красителей достигает 0,35 кДж/моль-К и бифункциональных - 0,16 кДж/мольК.
Повышение значения сродства активных би- и полифункциональных красителей до 2 кДж/моль наблюдается при введении в состав красильного раствора органических растворителей Я.1 и Я.2. Значение теплового эффекта для полифункциональных красителей в случае применения Я.1 и Я.2 составляет -65,69 кДж/моль и -53,01 кДж/моль соответственно. Для бифункциональных активных красителей АН°=-68,10 кДж/моль при введении Я.1 и АН°=-66,99 кДж/моль при добавлении Я.2.
При этом обеспечивается незначительное увеличение показателя энтропии красильной системы.
Выводы
Таким образом, в ходе экспериментальных исследований установлено, что применение интенсифика-торов процесса крашения способствует повышению сродства красителя к волокну и оказывает значительное влияние на термодинамические характеристики красильных систем.
Литература
Мельников, Б.Н. Лабораторный практикум по применению красителей [Текст] / Б.Н. Мельников // - М. : Легкая индустрия, 1972.- 246 с.
Беленький, Л.И. Технологические расчеты в химической технологии волокнистых материалов [Текст]/ Л.И. Беленький/ -М.: Высшая школа, 1985.- 240 с.
Корчагин, М.В. Лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов. Учеб. пособие для студентов вузов текстильной промышленности [Текст] /М. В. Корчагин, Н. М. Соколова, И. А. Шиканова и др.//- М.: «Легкая индустрия», 1976. - 352 с.
Мельников, Б.Н Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов [Текст]/ Б.Н. Мельников, И.Б. Бли-ничева //- М.: Легкая индустрия, 1978.- 304с.
Челая, Н.Е. Сродство красителей к волокну как оценка эффективности крашения [Текст]/ Н.Е. Челая, В.В.Сафонов// Журн. Текстильная промышленность.- 2004.-№6.- С. 30-31.
Кричевский, Г.Е. Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания [Текст] / Г.Е. Кричевский // - М.: Легкая индустрия, 1981.-208 с.
В статт1 представлена дант по впли-ву технологочних умов на так властивосто ферментов розног каталотичног приро-ди, як активность I специфичность ди, термолабольность, залежтсть в1д рН середо-вища, присутносто активаторов та тг1бтор1в Ключово слова: ферменти, активность,
специфичность, термолабольность
□-□
В статье представлены данные по влиянию технологических условий на такие свойства ферментов различной каталитической природы, как активность и специфичность действия, термолабильность, зависимость от рН среды, присутствия активаторов и ингибиторов
Ключевые слова: ферменты, активность, специфичность, термолабильность
The data about an influence of technological conditions on such properties of enzymes of the various catalytic nature, as activity and specificity of action, thermolability, dependence on pH environment, presence of activators and inhibitors are presented in the article
Keywords: enzymes, activity, specificity, thermolability
-□ □-
УДК 677.027.43
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ УМОВ НА АКТИВН1СТЬ ФЕРМЕНТ1В
С.В. Колпак
Астрант*
О.В.Скропишева
Кандидат техшчних наук, доцент*
В.П. Г н i д е ц ь
Кандидат хiмiчних наук, доцент *Кафедра хiмiчноï технологи' та дизайну волокнистих матерiалiв Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет шосе Бериславське, 24, м. Херсон, 73008
Вступ
Новi економiчнi умови, що склалися на УкраШ, привели до того, що найбГльш актуальними стали питання еколопчносп та безпечностi технологiй та речовин, яю використовуються при виготовленш тих чи iнших товарiв.
Один з шляхiв вирiшення ще1 задачi е викори-стання бiотехнологiй iз застосуванням ферментних препаратiв.
Сучаснi ферментш препарати, у бiльшостi випадкiв, являють собою сумiш iз декiлькох шдивщуальних ферментiв (полiферментний комплекс). Синергiчний ефект вщ дГ1 амiлаз, пектиназ, целюлаз i протеаз сприяе п1двищенню ефективностГ застосування ферментiв i якостi товарiв, якi випускаються з 1х використанням.
Вплив умов використання на бюлопчну активнiсть ферментiв
При встановленнi оптимальних умов використання ферментГв треба виходити з 1х властивостей. Ос-новними властивостями ферментiв як бюлопчних каталiзаторiв е 1х висока актившсть i специфiчнiсть дГ1, термолабiльнiсть, залежшсть в1д рН середови-ща, присутност активаторiв та iнгiбiторiв. Тому дослщження активностi ферментiв в залежностi вщ рiзних факторiв (рН середовища, температу-ри, присутностi солей металiв) е першим етапом в визначенш оптимальних умов 1х використання.
Однiею з характерних властивостей ферментГв е 1х термолабiльнiсть, тобто чутливiсть до змш темпера-тури. У вiдповiдностi до закону Вант-Гофа, швидюсть хГмГчно1 реакци шдвищуеться приблизно в два рази при тдвищенш температури на кожш 10 0С. Ця закономiрнiсть справедлива i для ферментiв, однак тГльки в обмеженiй областi значень температур, в основному, в iнтервалi вщ 0 до 50 0С. При температурi, яка не перевищуе 35-50 0С, швидкiсть бiльшостi фер-ментативних реакцiй п1двищуеться вiдповiдно теорп хГмГчно1 кiнетики.
Ферменти е бГлками i п1двищення 1х каталГтично1 активност вiдбуваеться доти, доки не почнеться денатурацш бiлка, тобто руйнування його нативно'1 структури. При цьому структура активного центру змiнюеться настiльки, що фермент не може взаемодгяти з субстратом, тому що втрачае ферментативну актившсть (рис. 1) [1].
Денатурацш "л
ЛшС^Ч Груш. ( *П активного
У \ \ У л центру
роздшеш
у
Активы тй центр Рис.1. Денатурацiя ферменту
Температура, при якш фермент мае максималь-ну активнiсть, називаеться оптимальною температурою ферменту. 1нтерес представляють данi про вплив на швидюсть ферментативно! реакци низьких температур. Зниження температури нижче оптимально: тимчасово сповГльнюе актившсть ферменту в силу зменшення швидкосп дифузГ1 молекул. Коли ж температуру знов пщняти до оптимально1 величини -актившсть ферменту г швидкГсть реакци вщновиться.
Графiчна залежнГсть швидкостГ бГльшостГ фермен-тативних реакцГй вГд температури мае дзвшоподГбну форму (рис.2) [1].
V
Рис. 2. Вплив температури на швидмсть реакци, яка каталiзуeться ферментом: а — пщвищення швидкостi реакци як функщя температури; б — зниження швидкосп реакци як функщя денатураци бiлку - ферменту; - стртка вказуе на оптимум температури.
Сучаст ферментнГ препарати можуть проявляти найбГльшу активнГсть в широкому дГапазот температур: вГд 40 до майже 100°С.
В промисловостГ, при виготовленш рГзно1 продукцГ1, одночасно з ферментами використовують добавки рГзних титв, серед яких можуть бути солГ, поверхнево-активнГ речовини та шшГ ЦГ добавки можуть впливати на активнГсть ферментГв.
Речовини, якГ тдвищують активнГсть ферментГв, називають активаторами, а тГ, що пригнГчують -шпбГгорами. Активатори та ГнгГбГтори (ефектори) мо-жуть впливати безпосередньо на активний центр ферменту, а також можуть взаемодГяти з алостеричними (регуляторними) центрами Г тим самим змшювати каталГтичну активнГсть ферменту. ШпбГгорами можуть бути солГ важких металГв, цГанГди, фосфорорганГчнГ сполуки, деяю продукти метаболГзму, денатуруючГ агенти та шшГ
ЗдатнГсть ферментГв каталГзувати певнГ хГмГчнГ реакцГ1 називаеться специфГчшстю фермента. РозрГзняють абсолютну, вгдносну Г стереохГмГчну специфГчнГсть. Якщо фермент каталГзуе перетворен-ня тГльки одного субстрату, то вш мае абсолютну специфГчнГсть. Так, мальтаза здшснюе розщеплен-ня мальтози, але не дГе на сахарозу. Ферменти, яю каталГзують перетворення тГльки одше1 стереохГмГчно1 форми субстрату мають стереохГмГчну специфГчнГсть (наприклад, а- Г р-глюкозидази). Якщо ферменти дшть
на ряд субстрапв з певним типом атомних груп, то вони мають вщносну специфiчнiсть. Наприклад, пепсин розщеплюе рiзнi бiлковi речовини !жГ бiлки м'яса, молока, рослин, тому що амiнокислоти в них з'еднаш пептидним зв'язком. В роботах М. Бергманна i Д. Фру-тона встановлено, що кожний протеолГтичний фермент пред'являе сво! специфiчнi вимоги до будови субстрату i до оточення пептидного зв'язку, який розщеплюеться. Так, трипсин i хiмотрипсин гiдролiзують не тГльки пептиднi, але й деяю ефiрнi й амiднi зв'язки. Естеразну активтсть мають також i iншi протеолiтичнi фермен-ти. Сл1д вщмиити, що цiлий ряд ферментiв мае двi або навiть три каталиичш функцп i дiе на рiзнi субстрати, якi мають рГзний склад г будову.
Експериментальна частина
ОскГльки температура мае найбГльш суттевий вплив на бюлопчну активнГсть ферментГв, то на першо-му етапГ роботи було дослГджено вплив температур на швидюсть ферментативно! реакцп.
В роботГ для визначення термолабГльностГ ферментГв пробГрки з !х розчинами витримували в термостатГ в ГнтервалГ температур 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 0С протягом певного часу (10 хв.). ПотГм охолоджували, додавали субстрат Г проводили реакцш при однаковш температурГ та оптимальному рН. В якостГ субстрату використовували крохмаль (для амшолГтичних ферментГв) Г слабкий розчин желатину та молочно-ацетат-ну сумГш (для протеолГтичних ферментних препара-тГв) [2]. Вплив температури на активнГсть ферментГв, що дослГджувались показана на рис.3.
<
60 -
20
Залежно вГд рН середовища активний центр ферменту може бути в рГзнш мГрГ ГонГзований, що впливае на формування активного ферментного комплексу.
Таким чином на другому етат роботи визначали оптимальне значення рН середовища, при якому ефект вГд застосування ферменту буде найбшьшим [2].
Ферменти, що використовуються в данш роботГ належать до класу пдролаз, але мають рГзну каталГтичну даю. А саме: амГлолГтичнГ (Альфа-амГлаза, Целюлазний комплекс, АмГлосубтилГн Г3Х), якГ каталГзують гГд-ролГтичне розщеплення глюкозидних зв'язюв, Г про-теолГтичнГ (Лужна протеаза, Basozym 1000, Ог°р°п ON-2) ферменти, яю впливають на пдролГз пептидних зв'язюв в молекулах бГлкГв Г полшептидах.
Оптимальне значення рН для амшолГтичних ферментГв встановлювали за розщепленням крохмалю при рГзних значеннях рН середовища.
Стутнь пдролГзу крохмалю оцшювали за результатом реакцп з йодом. При оптимальному значенш рН розщеплення крохмалю вгдбувалось повшстю (забарв-лення з йодом вщсутне).
По мГрГ вгддалення в1д оптимального значення рН в кислу або лужну сторону розщеплення крохмалю в1д-бувалось частково, до стадп декстритв (фюлетове або червоно-буре забарвлення), або крохмаль взагалГ не розщеплювався (сине забарвлення).
В процесГ визначення активностГ протеолГтичних ферментГв в рГзному середовищГ використовували бГу-ретовий метод.
Ступшь гГдролГзу бГлку визначали за змшою ГнтенсивностГ кольору дослгджуваного розчину при рГзних рН в1д рожево-фГолетового до майже повного знебарвлення.
За результатами дослгдження побудовано кривГ залежностГ активностГ ферментГв вГд рН розчину (рис.4).
АналГз кривих залежностГ активностГ ферментГв в1д рН середовища (рис.4) показав, що оптимальним значенням рН розчину для амшолГтичних ферментних препаратГв е рН 5,0-6,5, тобто слабко-кисле середови-ще.
В той же час для протеолГтичних ферментГв цей показник знаходиться у межах 7,0-9,0, тобто слабко-лужне, що надае можливГсть застосування ферментГв в технолопчних процесах харчово! промисловостГ.
80 100 Температура, °С
Рис. 3. Змша активносп ферменлв вiд температури: 1 - Альфа-амтаза; 2 - Целюлазний комплекс;
3 - Амтосубтилш ГЗХ; 4 - Лужна протеаза; 5 - Basozym 1000; 6 - Огороп 0^2.
Як видно з рис. 3, рГзш марки амшолГтичних ферментГв мають максимальну активнГсть в досить широкому ГнтервалГ температур 40-80 °С, на вщмшу в1д протеолГтичних, дослщжеш марки яких термолабГльнГ в межах 40-60 °С.
Вважаеться, що вплив водневого показника рН на активнГсть ферментГв пов'язаний насамперед з дГею на активт центри ферментГв анГонГв та катюшв.
10 12 рН середовища
Рис.4. Змша активносп ферменлв вщ рН середовища: 1 - Альфа-амтаза; 2 - Целюлазний комплекс; 3 - Амтосубтилш ГЗХ; 4 - Лужна протеаза; 5 - Basozym 1000; 6 - Огороп 0^2.
00
0
20
40
60
2
4
6
8
В роботГ також було дослщжено вплив солей рГзних кислот та металГв на активнГсть дослщжуваних ферментГв (табл.1) для визначення ролГ, яку вони вдагра-ватимуть при використант ферментГв [2]. _
Таблиця 1
Вплив солей металiв на актившсть амтол^ичних i протеолiтичних ферментiв
совувати саме NaCl, оскiльки останнiй в найменшому CTyneHi пригнiчуe активнiсть ферменпв.
Висновки
Сол1 меташв Актившсть ферменту
Альфа-амшаза Целюлазний комплекс Амшосуб тилш Г3Х Лужна протеаза Basozym 1000 Oropon ON-2
NaCl ++++ ++++ ++++ +++ +++ +++
Na2SO4 +++ +++ +++ ++ ++ ++
Na2HPO4 ++ ++ ++ ++ ++ ++
NaHCO3 ++ ++ ++ ++ ++ ++
CuSO4 + + + + + +
MgCl2 ++ ++ ++ + + +
Без сол1 +++ +++ +++ +++ +++ +++
АналГз результатГв, наведених в табл. 1, показав, що активнГсть ферментГв подавляеться усГма солями металГв, що дослщжувались, але найменший вплив мае №С1. Отже, при використанш ферментГв можна засто-
В данш po6oTi використовува-ли гiдролiтичнi ферментш препарати рiзноï каталiтичноï дц, а саме амiлолiтичнi, якi мають високу специфiчнiсть щодо глiкозидних зв'язюв, i протеолiтичнi, якi мають вщносну специфiчнiсть щодо пеп-тидних зв'язюв.
За результатами дослiджень встановлено значення рН середови-ща в межах яких ферменти проявля-ють максимальну актившсть. Опти-мальне значення для максимально! активностi ферментiв амiлолiтичноï дц складае рН 5-6, а протеолiтичноï дц рН 7-9. Визначе-но також температyрнi межi активностi досл1джуваних ферменпв, а також виявлено вплив деяких активаторiв i iнгiбiторiв на актившсть ферменпв.
ЛГтература
1. Дюга Г. Биологическая химия. Химические подходы к механизму действия ферментов [Текст] : пер. с англ. / Дюга Г., Пенни К. - М. : Мир, 1983. - 512 с.
2. Справочник по клиническим лабораторным методам исследования [Текст] : учеб. / под ред. Е. А. Каст. - Москва : Медицина, 1975. - 383 с.
