Az élelmiszer-tudomány szempontjából legfontosabb enzimek
Oxidoreduktázok: Hidrogén- vagy elektronátvitelt (oxigénbevitelt) katalizálnak. Dehidrogenázok: H-donort oxidálják, H-akceptort redukálják Oxidázok: szubsztrát H-jét az O2-nek adják át. Oxigenázok: szubsztrátok O2-felvételét katalizálják. Hidrogenázok: a hidrogénezést segítik.
Piridinenzimek: NAD+ vagy NADP+ koenzim. Szubsztráttól H-t vesz át; a koenzim reverzíbilisen redukálódik. Piridinenzimek oxidációja: más hidrogenázokkal. Legfontosabb képviselőik: ¾ alkohol dehidrogenáz ¾ glicerinaldehid-foszfát dehidrogenáz ¾ tejsav dehidrogenáz ¾ aldehid dehidrogenáz ¾ butándiol dehidrogenáz
Nikotinsavamid-adenin-dinukleotid (NAD) NH2 C
H C
N
N
C
HC
C
OH
CH N
N H
CH2
O H
H H
2'
OH
OH
OH
O P O
P
O
O
C CONH2
HC O
CH2
H
HC
CH +
N
O
H
H
OH
OH
H
Alkohol dehidrogenáz R
R CHO + NADH + H
CH2 OH + NAD+
+
aldehid
alkohol
Glicerinaldehid-foszfát dehidrogenáz CH2 O CH
CH2 O
P
+ OH + H3PO4 + NAD
CH COO
CHO
P
OH
+
+ NADH+H
P =
P
1,3-difoszfo-glicerinsav
3-foszfo-glicerinaldehid
Tejsav dehidrogenáz CH3
CH3 HO
CH COOH
L-tejsav
+ NAD+
CO
+ NADH+H+
COOH
piroszőlősav
OH P O OH
Butándiol dehidrogenáz CH3 CO CO
CH3 +
2 N ADH+H+
diacetil
CH3CH(OH) CH(OH) CH3 + 2 NAD+
2,3-butándiol
Aldehid dehidrogenáz R – COOH
R – CHO
Flavinenzimek: Koenzim: FMN, FAD Kofaktor: B2-vitamin-foszfát : adenilsavval kapcsolódó riboflavin Szerep: A biológiai oxidáció 2. lépcsője: Redukált piridinenzimektől H-t vesznek át. FADH2 FAD + következő enzim H2 H C
NH2 C N
C
HC
C N
OH CH2
O
N H
H
H
H OH
OH
O P O
P
O
O
N
H3C C
C
C
NH
H3C C
C
C
C O
N CH
O C
C H
N
OH OH OH O
CH2
C
C
H
H
C
CH2
H riboflavin
OH
Flavin-adenin-dinukleotid (FAD)
N
B2-vitamin
Dehidrogénező flavinenzimek: diaforázok, citokrom reduktázok Közvetlen oxidációt végző flavinenzimek: aminosav oxidázok
glükóz oxidázok
a keletkező H2O2-t kataláz bontja glükóz oxidáz a glükózszelektív elektródban glükóz direkt potenciometriás meghatározása
Aminosav oxidázok
R' CH
COOH + f lavinenzim
COOH + redukált flavinenzim
NH
NH2
aminosav
iminosav
redukált flavinenzim + O2
R' C
R' C
COOH
NH
iminosav
+
H2O
flavinenzim + H2O2
R' C
COOH + NH3
O
ketosav
Heminenzimek: Kofaktor a hemin (vas-porfirin komplex ) redukált enzim: Fe2+ oxidált enzim: Fe3+ A FADH2 hidrogénjét átveszi: citokrom a, b, c + FAD citokrom oxidáz (csak a citokromokat oxidálja) Kataláz: 5 millió H2O bontás/perc. Tőgygyulladásos eredetű tej kimutatása. Peroxidázok: H2O2 + különböző anyagok reakciója. Lehetővé teszi az oxigén jobb biológiai kihasználását.
Oxigenázok: Oxigénbeépülést katalizálnak szubsztrátba 2 O–atom: dioxigenázok 1 O–atom: monooxigenázok, hidrolázok Fenol oxidázok: réztartalmú fehérjék. Tirozináz vagy polifenol oxidáz: az enzimes barnulás okozója (monooxigenáz). Gátlás: 0,5% citomsavval. Lipoxigenázok: (dioxigenázok) Telítetlen zsírsav monohidroperoxid (linol-, linolén-, arachidonsav) (olajsav nem)
A linolsav oxidációja különböző eredetű lipoxigenáz I enzimekkel 1. paradicsomból, 2. szójababból eredő enzim H
H
H
H
H
CH3 (CH 2)4 C C CH 2 C C cisz cisz linolsav
+O2 1
H H H transz CH3 (CH2)4 C C C C C (CH2)7 COOH cisz H OOH 9-D-hidroperoxi-10,12-oktadekadiénsav (9-LOOH)
(CH2) 7 COOH +O2
2
OOH H H H transz CH3 (CH2)4 CH C C C C (CH2)7 COOH cisz H 13-L-hidroperoxi-9,11-oktadekadiénsav (13-LOOH)
Lipoxigenáz I.: szabad zsírsavak átalakítása. Lipoxigenáz II.: észterkötésben lévőket is. Kedvező hatások: jellegzetes íz- és aromaanyagok. Kedvezőtlen: színezőanyag, esszenciális zsírsav bomlása, avasodás. Aszkorbinsav oxidáz: Aszkorbinsav dehidroaszkorbinsav
hatástalan termék
Transzferázok: Atomcsoport, gyökátvitel szubsztrátról másik szubsztrátra. Foszfotranszferázok, glikoziltranszferázok, aminotranszferázok. Foszfotranszferázok: Kinázok: foszfátdonor az ATP. Hexokinázok: hexózokra visznek P-t. Foszfofruktokináz: Fru-1,6-di-P, Fru-6-P-ból. Foszfomutázok: P-átvitel molekulán belül (foszfoglüko-, foszfogliceromutáz)
Glikozil transzferázok (vagy transzglikozilázok): Glikozilkötésű atomcsoportokat visznek át. Foszforilázok: szénhidrátokat foszforsavval kapcsolva bontják, foszforilezik. Glükán foszforiláz: Keményítő, glikogén glükóz-1-P Amilo foszforiláz: α-1-4-glikozidos kötéseket. Amilopektin foszforiláz: α-1-6-glikozidos kötéseket. Előfordulásuk: gabonamagvak, burgonya, borsó, máj, izom, élesztő. Glikozil transzferáz: UDP-glükóztól vesz át glükózt szintézise.
szénhidrátok
Aminotranszferázok: (transzamilázok) L-As NH2-csoport átvitele ketosavra. Koenzim: piridoxál-foszfát (B6-vitamin) Sok L-aminosavra specifikus transzamináz. Hidrolázok: A szubsztrátum kovalens kötéseit víz hozzáadásával bontják, legtöbb esetben irreverzíbilisek (lebontás). Észterázok: karboxil- vagy szervetlen észterek. C
O
C
C
karboxil-észter
O O C
O
P O
OH
foszfát-észter
Lipázok: triacil-glicerolokat bontanak, relatív szubsztrát-fajlagosság Hosszú lánc, sok kettős kötés: gyors hidrolízis. Előfordulásuk: hasnyálmirigy, máj, ricinusmag, gabonamagvak, tej, gabonák (penész). Aktív centrum: Leu-oldallánc kapcsolat a szubsztráttal Optimális pH = 7,0–8,8; hőmérséklet: 30–40 °C Még –30 °C-on is bont húsromlás a mélyhűtőben. Zsíradékok lipázos hidrolízise R1
COOH
R2
COOH
CH2 OOC
R1
CH2 OH
CH
R2 + 3 H2O
CH
R3
CH2 OH
R3 COOH
glicerin
zsírsavak
OOC
CH2 OOC
zsiradék
OH +
Foszfolipázok: a foszfatidokat bontó enzimek A, B: szerves észterázok, C, D: foszfatázok. Acetil-kolin észteráz: acetil-kolin ecetsav + kolin Növényvédelemben inszekticidek: bénítják az enzim működését idegkárosodás halál Az acetil-kolin enzimes hidrolízise O
OH
CH2 C O CH2 CH2 N(CH3)3
acetil-kolin
H2O
OH CH3COOH + HO CH2 CH2
ecetsav
kolin
N(CH3)3
Fitáz: a fitint (inozitfoszforsav Ca–Mg-sóját) bontja. Savanyú foszfomonoészteráz (pH = 5,5). Foszfodiészterázok: foszforsav kettős észter alkohol + foszforsav monoészter Ribonukleáz, dezoxiribonukleáz: Nukleinsavak
mono- és oligonukleotid.
A foszfodiészterázok hatása O
O R1
O
P OH
O
R2 + H2O
R1 OH + HO
P OH
O
R2
Glikozidázok: O-, N-, S-glikozid szerkezetű szubsztrátumot hidrolizálnak O-: karbohidrázok vagy O-glikozidázok, N-: nukleozidázok vagy N-glikozidázok, S-: tioglikozidázok vagy S-glikozidázok. Karbohidrázok: oligoszacharázok (digázok) oligoszacharidokat
poliszacharázok poliszacharidokat hidrolizálnak
Oligoszacharázok: Maltáz vagy α-glükozidáz: α-helyzetű OH glikozidjait hidrolizálja, amilázok kísérője maltóz 2 glükóz Glükóz és fruktóz inhibitorok. Cellobiáz vagy β-glükozidáz: β-helyzetű OH glikozidjait hidrolizálja. cellobióz 2 glükóz Előfordulás: baktériumok, élesztő- és penészgombatörzsek, éticsiga.
α-galaktozidáz: a szubsztrát végén nem redukáló galaktóz.
β-galaktozidáz, vagy laktáz: a galaktóz glikozidos
OH-ja β-térállású. Immobilizált laktázkészítmények, laktózérékenység, intolerancia. pH-optimum: 4,2–7,0; hőmérséklet: 38 °C.
β-fruktozidáz: (szacharóz, invertáz) β-térállású glikozidos OH-t tartalmazó fruktóz. szacharóz glükóz + fruktóz A forgatóképesség megváltozik invertáz.
Poliszacharázok: exoamilázok: glükózlánc végén támadnak endoamilázok: glükózlánc középtáján támadnak
β-amiláz: a nem redukáló láncvéget támadja utolsó előtti α-(1 4) kötést maltóz α-(1 6) glikozidos kötés: hasítást megállítja Határdextrin: MT 42–50%-a az amilopektinének. Amiloglükozidáz (glükoamiláz) α-(1 4) glikozidos kötés glükózrészeket hasít Szerep: kukorica invertcukor
α-amiláz: amilózt több helyen támadja dextrinek
maltózmolekulák
dextrinesítési, cukrosítási szakasz A bontás termékei: maltóz, izomaltóz, glükóz. Savérzékeny enzim; pH opt.: 5,0–7,0; hőtűrő: max. hőmérséklet 65–70 °C (100 °C) Gabonamagvakban fehérjéhez kötve inaktív.
α- + β-amiláz együtt: csirizes keményítő rendkívül gyorsan bomlik. Izoamiláz: endoamiláz, α-(1 6) kötéseket bontja.
Cellulázok: endo- és exocellulázok + cellulóz cellobióz, hangyasav, ecetsav, vajsav, metán, CO2, H2. pH opt.: 4,7–5,9 Hemicellulázok: hemicellulóz pH = 5,0; 40–45 °C Inulináz: inulin
cukrok;
fruktóz
Pektinázok: (Pektin metilészterázok, endopektinázok, exopektinázok) A pektint hidrolizálják. Nehezen szűrhető levek tisztítása. Lizozim: a peptidoglikánokat hidrolizálja. Sajtgyártásnál: csíraszám csökkentés. Tioglikozidáz: glükozinolátok (izotiocianidglükozidok) mustárolaj, glükóz, KHSO4.
Proteázok: A peptidkötést hidrolizálják. Peptidázok: (exo…) utolsó vagy utolsó előtti peptidkötést hidrolizálják. Pl. dipeptidázok. Proteinázok: (endo…) a belső, nem terminális kötéseket hidrolizálják. D-konfigurációjú aminosavakra hatástalanok. Aminopeptidázok: peptidek (kis MT) –NH2-csoport felől támadnak. pH opt.: 7–9
Az aminopeptidázok hatása R1
R2
R3
NH2 CH CO NH CH CO NH CH CO ... + H2O
R1
R2
R3
NH2 CH COOH + NH2 CH CO NH CH CO ...
Katepszin C: utolsó előtti kötést hidrolizálja.
Karboxipeptidázok: rövid (hosszabb) láncú peptidek –COOH csoportját támadja Zn és Co vagy szeriloldallánc segítségével. Inaktív alak tripszin aktív forma (hasnyálmirigy) pH opt.: 7,5. R1
R2
R3
... NH CH CO NH CH CO NH CH COOH + H2O
R1
R2
R3
... NH CH CO NH CH COOH + NH2 CH COOH
Dipeptidázok: szabad –COOH és –NH2 csoport kell a bontáshoz. Sok dipeptidázt azonosítottak, több abszolút szubsztrátspecifikus. R1
R2
NH2 CH CO NH CH COOH + H2O
R1
R2
NH2 CH COOH + NH2 CH COOH
Szerin proteinázok: aktív centrumban szeril- és hisztidil-oldallánc. pH optimum: 7–11; alkalikus proteinázok Tripszin: tripszinogén tripszin Arg, Lys –COOH csoportja mellet hasít leggyorsabban. pH optimum: 7,8–8,0. A pepszin által elkezdett bontást fejezi be, illetve folytatja. Kimotripszin: Phe, Tyr, Trp melletti –COOH csoportra specifikus. pH optimum: 7,0–8,0. Alkalikus mikroba proteázok: nem szubsztrátspecifikus minden kötést bont 60 °C-ig. Mosószerek komponense.
Tiolproteinázok: (SH-proteinázok) tioészter kötés a szubsztráttal. pH optimum: 6,0–7,5. Papain: növényi fehérjéket bontanak Aktiválás: glutation, cisztein, H2S. Gátlás: oxidálószerekkel. Felhasználás: húsnál: érésgyorsítás, puhítás. Savas proteinázok: (karboxil proteinázok) Centrumban 2 –COOH csoport; opt. pH: 2,0–7,0.
Nem szubsztrátspecifikusak: Pepszin: gyomorfal: pepszinogén gyomor: pepszin + 7500 MT peptid Szinte minden fehérjét gyorsan bont, kivétel szkleroproteinek: (haj, elasztin, nyers kollagén). Opt. pH: 1,5–2,2; hőérzékeny: 50 °C felett inaktiválódik. Kimozin: (rennin, oltóenzim) Endopeptidáz; a tej kazein hidrolízisét katalizálja. Tejipar: tej alvasztás, túró és kazein előállítás.
Neutrális proteinázok: Szubsztrátfajlagosság: csekély. Aktív centrumban: Zn, Cd, Mg. Állati sejtben, szövetben is megtalálhatók; együttes név: katepszin húsérlelés, szervezet elbomlása pH opt.: 4–5 Amidázok és amidinázok: C–N közötti kötést hidrolizálják (a peptidkötés kivételével). Ureáz: NH2–CO–NH2 + H2O CO2 + 2 NH3 talajban: 2 NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3 A nitrogén-körforgás résztvevője.
Előfordulás: hüvelyesekben. Hőkezeltség foka: ureázaktivitás mérés. Abszolút szubsztrát-fajlagosságú tiolenzim. pH: 6,4– 7,6 Aminosav dezaminázok és dezaminidázok: Aminosavakból bázikus N-tartalmú csoportot hasítanak. aszparagináz: Asn + H2O Asp + NH3 glutamináz: Gln + H2O Glu + NH3 argináz (amidináz): Arg + H2O karbamid + ornitin
Hidrolázok: nikotinamidáz: nikotinsavamid + H2O citrullináz: citrullin + 2 H2O
nikotinsav + NH3,
ornitin + CO2 + NH3,
pantotenáz: pantoténsav + H2O kreatinináz: nitriláz:
pantoinsav + alanin,
kreatinin + H2O
nitril + H2O
karboxilsav + NH3,
riboflavináz: riboflavin + H2O tiamináz: tiamin + H2O
kreatin,
ribitol + lumikrom,
pirimidin rész + tiazol rész.
Savanhidrid hidrolázok: Szervetlen savmaradékot hasítanak le. Az adenozin trifoszfatáz hatása
A
O
O
O
O P
O P
O P
OH
ATP
OH
OH
O OH + H2O
A
O P
O O P OH + H3PO4 + 30,5 kJ
OH
OH
ADP
Ca2+ növeli, Mg2+ csökkenti az aktivitását.
Az adenozin foszfátjai O A
O P
OH
A
OH
O
O
O
P
O P
OH
adenozin-monofoszfát (AMP)
OH
OH
adenozin-difoszfát (ADP)
Egyéb foszfatázok: ATP + H2O ATP + 2 H2O ADP + H2O AMP + H2O
A
O
O
O
O P
O P
O P
OH
OH
OH
OH
adenozin-trifoszfát (ATP)
AMP + H4P2O7 (pirofoszforsav), AMP + 2 H3PO4, AMP + H3PO4, adenozin + H3PO4.
Liázok: C–C, C–O, C–N kötéseket bontanak nem hidrolízissel, a reakciótermék mindig tartalmaz kettős kötést. C–C liázok: dekarboxilázok, aldolázok, oxosav-liázok Piroszőlősav dekarboxiláz: CH3–CO–COOH CH3CHO + CO2. piroszőlősav acetaldehid acetoin, diacetil, butilénglikolok: aromák
Aminosav dekarboxilázok: aminosav
biogén amin + CO2
Aldoláz: fruktóz-1,6-difoszfát
glicerinaldehid-foszfát + dihidroxi-aceton-foszfát
C–O liázok: Hidroliázok: Dehidratázok: vizet szakítanak ki kettős kötés kialakításával. Hidratázok: telítetlen vegyületbe vízmolekulát építenek be. Enoláz: 2-foszfo-glicerinsav – H2O foszfo-enol-piroszőlősav
Pektin liázok: Pektin és pektinsav bontása belső átrendeződéssel, transzeliminációval. Alliin liáz vagy alliináz: S-allil-L-cisztein-szulfoxid propántial-S-oxid Könnyeztető hatású vegyület. Koenzim: piridoxál-foszfát (B6-vit.)
Izomerázok: Szerkezetváltozás az összetétel megváltozása nélkül. Racemázok, epimerázok, cisz-transz izomerázok, intramolekuláris oxidoreduktázok, -liázok. Cukor izomerázok: aldóz ketóz átalakulás Glükóz izomeráz: glükóz
fruktóz
xilóz
Enzimreaktorokban: hordozóhoz rögzített glükóz izomeráz.
Glükózfoszfát izomeráz: glükóz-6-foszfát Triózfoszfát izomeráz: dihidroxi-aceton-foszfát
fruktóz-6-foszfát
glicerinaldehid-foszfát
Hidroperoxid izomeráz: Intramolekuláris oxidoreduktáz, zsírsav, hidroperoxidok átalakítása. 13-hidroperoxi-9,11-linolát 12-oxo-13-hidroxi-9-oleát
Ligázok vagy szintetázok: Két molekula kapcsolódása NTP energiájával A + B + ATP A–B + ADP + ortofoszfát vagy A + B + ATP A–B + AMP + pirofoszfát. C–C, C–O, C–N, C–S kötést létesítő ligázok. (Használják a szintetáz elnevezést is!)
Aszparagin szintetáz: L-aszparaginsav + NH3 + ATP L-aszparagin + pirofoszfát + AMP Karboxiláz; piroszőlősav karboxiláz: piroszőlősav + CO2 + H2O + ATP oxálecetsav + ortofoszfát + ADP Liázok és transzferázok (szintetázok): Molekulákat kapcsolnak össze; nincs mélyreható energetikai átalakulás.
