Poniższa tabela przedstawia intensywność chemiluminescencji (zjawisko emisji fal świetlnych w wyniku reakcji chemicznych) peroksydazy chrzanowej. Efektem reakcji katalizowanej przez ten enzym (w zależności od użytego substratu) może być barwny produkt, dzięki czemu staje się on łatwy do wykrycia.
Enzymy organizmów mezofilnych (preferujących średnie wartości czynników środowiska) pod wpływem wysokiego stężenia soli ulegają wysoleniu. Proces ten polega na rozerwaniu wiązań wodorowych pomiędzy powierzchnią białka a wodą będącą rozpuszczalnikiem. Dodatek soli powoduje zniszczenie otoczki hydratacyjnej, a cząsteczki białek ulegają agregacji, co obserwujemy jako koagulację. Halofity to organizmy żyjące w środowiskach o wysokim stężeniu soli (w zakresie od 0,6 do nawet ponad 5 mol/dmIndeks górny 33). Ich enzymy mają przystosowania pozwalające na przeprowadzanie katalizy w takich warunkach. Białka te zawierają nawet 25% aminokwasów o niskim punkcie izoelektrycznym (kwasowych). Ujemnie naładowane reszty tych aminokwasów występujące na powierzchni białek wiążą się z uwodnionymi kationami, a także za pomocą innych oddziaływań – bezpośrednio z wodą. Enzymy halofilne zawierają procentowo mniej aminokwasów o długich łańcuchach węglowych niż ich mezofilne odpowiedniki. Ciekawym organizmem halofilnym jest bakteria Haloferax mediterranei. Ma ona gen kodujący odporny na wysokie zasolenie enzym chitynazę (z klasy hydrolaz) oraz halofilne enzymy przekształcające produkty rozpadu chityny w PHBV – poli(3‑hydroksymaślan‑co‑3-hydroksywalerianian). PHBV jest biodegradowalnym plastikiem. Indeks dolny Na podstawie: S. DasSarma i in., Halophiles and their enzymes: Negativity put to good use, Current Opinion in Microbiology 2015, nr 25, s. 120‑126. Indeks dolny koniecNa podstawie: S. DasSarma i in., Halophiles and their enzymes: Negativity put to good use, Current Opinion in Microbiology 2015, nr 25, s. 120‑126.
RKBYnDUTgLsDJ2
Ćwiczenie 5
R1MZS5HuDILr32
Ćwiczenie 6
31
Ćwiczenie 7
Przemysł spożywczy generuje duże ilości odpadów. W przypadku produkcji pożywienia pochodzącego z krabów, krewetek i innych skorupiaków są to głównie ich pancerze. Wyjaśnij, w jaki sposób bakterie Haloferax mediterranei mogą być użyteczne w utylizowaniu wspomnianych odpadów bez konieczności mycia ich wodą oraz dlaczego jest to korzystne dla przemysłu i środowiska naturalnego.
RD7y25DIajBYM
Pancerze skorupiaków zbudowane są w większości z chityny, a wymienione skorupiaki żyją w wodach słonych.
Bakterie Haloferax mediterranei mają enzymy potrafiące przekształcić chitynę zawartą w pancerzach skorupiaków w biodegradowalny plastik (PHBV). Enzymy te funkcjonują nawet w wysokich stężeniach soli, co pozwala im rozłożyć chitynę z pancerzy morskich skorupiaków bez konieczności wymycia z nich pozostałości soli. W tym sposobie utylizacji zużywa się mniej wody, co jest zarówno ekonomiczne dla przemysłu, jak i korzystne dla ochrony siedlisk wodnych. Produkowany przy okazji PHBV może być wykorzystany w dalszych procesach przemysłowych i jest biodegradowalny (przyjazny środowisku).
31
Ćwiczenie 8
Enzymy są zazwyczaj specyficzne względem substratu oraz reakcji, jakiej ten substrat ulega. Istnieje jednak coraz więcej dowodów na istnienie zjawiska zwanego enzyme promiscuity, co tłumaczy się jako „swobodność enzymów”. Przykładem takiego działania może być lipaza, która rozkłada między innymi tłuszcze, ale również tworzy wiązania C–C (pomiędzy węglami związków organicznych). Warto dodać, że lipaza zamiast dwóch centrów aktywnych ma jedno, wysoce plastyczne – miejsce katalityczne mogące dopasowywać się do substratów o zupełnie różnych strukturach. Takie zdolności niektórych enzymów uważane są za dowód na wciąż postępującą ewolucję – w tym przypadku na ewolucyjne przystosowywanie się enzymów do katalizy nowych reakcji. Cecha, którą nazwaliśmy „swobodnością enzymów”, charakteryzuje się o wiele niższym powinowactwem enzymu to drugiego substratu (nazywanego w tym przypadku „nietypowym”). Indeks dolny Na podstawie: Rinkoo Devi Gupta, Recent advances in enzyme promiscuity, „Sustainable Chemical Processes” 2016, nr 2, vol. 4. Indeks dolny koniecNa podstawie: Rinkoo Devi Gupta, Recent advances in enzyme promiscuity, „Sustainable Chemical Processes” 2016, nr 2, vol. 4.
R1736Ve9TpX4w
Zastanów się, jaki musi być stosunek stężeń substratu typowego i nietypowego, żeby zaszła reakcja inna niż hydroliza tłuszczów.
Lipaza wykazuje znacznie większe powinowactwo do tłuszczów (typowych substratów) niż do innych nietypowych substratów. W warunkach laboratoryjnych możliwe jest jednak osiągnięcie takiego stosunku stężeń obu substratów, żeby do centrum aktywnego lipazy dopasowywał się częściej substrat nietypowy. W związku z tym, że lipaza ma tylko jedno centrum aktywne, podczas przeprowadzania reakcji z udziałem nietypowego substratu jej zdolność do przeprowadzania hydrolizy tłuszczów maleje. W warunkach naturalnych wystarczająco wysoki stosunek ilości substratu nietypowego do tłuszczów nigdy nie występuje, więc z miejscem aktywnym łatwiej łączą się lipidy i do hamowania hydrolizy tłuszczów nie dochodzi.