Рассмотренные в предыдущих разделах сферы применения гидролаз доминировали в прошлом и преобладают сейчас в биохимической технологии с использованием ферментов. В то же время в пищевой, фармацевтической и биохимической отраслях промышленности применяются и другие ферментативные процессы. Более того, как мы увидим в последующих разделах этой главы, в последние годы открылись новые возможности использования ферментов.

4.2.1. Применение ферментов в медицине

Свободные или внеклеточные ферменты находят все более и более широкое применение в медицине. В табл. 4.7 приведен краткий перечень самых распространенных и наиболее перспективных в медицине ферментов.

Таблица 4.7. Ферменты, применяющиеся в медицине

В защитных жидкостях организма, например, в слизи носовой полости и слезах, содержится фермент лизоцим, гидролизующий мукополисахариды клеточных стенок ряда (грамположительных) бактерий. Этот фермент применяется в качестве антибактериального средства; по-видимому, он выполняет и другие каталитические функций.

Начальные стадии ряда заболеваний, а также внутренние травмы сопровождаются понижением или повышением концентраций некоторых ферментов в таких легко поддающихся анализу жидкостях организма, как лимфа, кровь или моча. Наличие данного фермента легко установить с помощью соответствующего субстратного теста. Таким образом, определение ферментативной активности в жидкостях организма можно использовать в качестве средства диагностики. Данные об изменении концентрации тех или иных ферментов в сыворотке крови дают полезную информацию при диагностировании целого ряда заболеваний, связанных с нарушениями функций сердца, поджелудочной железы, патологическими изменениями в мышечных и костных тканях, а также с ростом злокачественных опухолей.

Фермент L-аспарагиназа катализирует гидролиз L-аспарагина:

L-Аспарагин + Н₂О → L-аспартат + NH₃

Для некоторых типов опухолевых клеток L-аспарагин является незаменимым питательным веществом; L-аспарагиназа разрушает аспарагин и тем самым может тормозить рост таких клеток. Известно, что Е. coli продуцирует две различные аспарагиназы, из которых только одна проявляет антилимфомную активность.

Как мы уже отмечали выше, проницаемость клеточных мембран и составляющих их структурных элементов для многих веществ сравнительно низка; в случае клеток высших животных это свойство мембран обусловлено наличием очень вязкой полигиалуроновой кислоты. Эффективность некоторых лекарственных препаратов и местных анестетиков, например, в стоматологии, повышается при одновременном введении гиалуронидазы, частично разрушающей этот мембранный барьер.

Некоторые одноклеточные организмы продуцируют пенициллиназу (или β-лактамазу) и таким образом защищают себя от летальных доз пенициллиновых антибиотиков. Организм человека не вырабатывает пенициллиназу, поэтому аллергическую реакцию на введенный больному пенициллин можно снять путем инъекции раствора пенициллиназы, которая в идеальном варианте превращает этот антибиотик в вещество," не вызывающее аллергии.

Глюкозооксидаза катализирует окисление глюкозы до глю- коновой кислоты:

Глюкоза + О₂ + Н₂О → глюконовая кислота + Н₂О₂

Поскольку образующийся при этом пероксид водорода легко обнаружить с помощью какого-либо индикатора, глюкозооксидазу можно использовать в качестве чувствительного и специфичного реагента на глюкозу, определяемую, например, в крови» или моче (в частности, в случае сахарного диабета). Другие области применения биологических катализаторов в медицине мы рассмотрим в ходе изучения иммобилизованных ферментов.

4.2.2. Применение негидролитических ферментов
в промышленности и перспективы
расширения сферы их использования

Только что упоминавшийся фермент глюкозооксидаза применяется и в тех случаях, когда возникает необходимость в деструкции глюкозы пли в связывании кислорода. Так, сухой яичный порошок при хранении темнеет в результате взаимодействия глюкозы с белками. Добавление ряюкозооксидазы предотвращает эту реакцию, обычно называемую браунинг-реакцией или реакцией Майяра. Обескислороживание с помощью глюкозооксидазы применяется также в производстве и при хранении безалкогольных напитков на основе апельсинового сока, консервированных Напитков, порошкообразных сухих пищевых продуктов, майонеза, соусов для салатов и расфасованного сыра. В последнем случае в присутствии кислорода образуются продукты окисления, имеющие неприятный запах; для связывания кислорода в упаковку с сыром добавляют не только глюкозооксидазу, но и глюкозу. Такие ферментные добавки в течение длительного времени связывают кислород, проникающий через упаковочные материалы, и тем самым способствуют увеличению срока годности расфасованных пищевых продуктов, так как при температуре их хранения ферментативная активность сохраняется достаточно долго.

Образующийся в процессе катализируемой глюкозооксидазой реакции пероксид водорода обладает бактерицидными свойствами. Если же его наличие по каким-либо причинам нежелательно, то в систему добавляют еще один фермент – каталазу, которая катализирует реакцию:

2Н₂О₂ → 2Н₂О + О₂

В присутствии каталазы эта реакция протекает очень быстро [V_max/e₀ = 1,2•10⁷ (с•М)^-1, K_m = 10^–7 М]. Способность каталазы быстро разлагать пероксид водорода используется в некоторых средствах для крашения волос.

В табл. 4.8 перечислены некоторые другие области применения негидролитических ферментов; соответствующие процессы находятся в стадии разработки или промышленного внедрения. Одним из перспективных ферментов, в частности, является глюкозоизомераза, превращающая глюкозу во фруктозу. Поскольку этот и ряд других приведенных в таблице процессов часто осуществляются с помощью иммобилизованных ферментов, мы рассмотрим их подробнее в следующих разделах.

Таблица 4.8. Некоторые разработанные в последние годы области применения негидролитических ферментов
и наиболее перспективные сферы их использования