Исследуем продукты на содержание крахмала с помощью йода 3 класс таблица

Разнообразие веществ стр. 41 - 45. Окружающий мир 3 класс 1 часть

Практическая работа

1. С помощью разбавленной настойки йода определи, есть ли крахмал в продуктах, выданных тебе учителем.

Учитель выдал для проведения опыта кусочек хлеба, картофель, яблоко и сосиску. Чтобы определить наличие крахмала в этих продуктах учитель выдал разбавленный раствор йода.

Пипеткой следует капнуть на исследуемые образцы продуктов раствор йода. При наличии в продуктах крахмала, поверхность образца потемнеет. Если крахмала нет, поверхность образца не изменит свой цвет.

2. Результаты исследования запиши и зарисуй в рабочей тетради.

В результате опыта установлено, что крахмал присутствует в хлебе и картофеле. После попадания на них йода, их поверхность потемнела.

Крахмала не оказалось в яблоке и сосиске. Их поверхность не поменяла цвет после контакта с йодом.

Работаем со взрослыми:

1. Пользуясь текстом учебника, устно опишите 1—2 вещества по плану: название вещества, внешние признаки, главные свойства, где встречается в природе (содержится), как используется человеком.

Описание вещества “Соль”по плану для 3 класса:

Название вещества: соль

Внешние признаки: белая однородная масса в виде мелких крупинок.

Главные свойства: солёная на вкус, растворяется в воде.

Где встречается в природе: под землёй в виде каменной соли, в растворенном виде в воде океанов.

Как используется человеком: используется в кулинарии для придания пищи солёного вкуса.

Описания вещества “Сахар” по плану для 3 класса:

Название вещества: сахар

Внешние признаки: белая однородная масса в виде мелких кристаллов.

Главные свойства: сладкий на вкус, растворяется водой.

Где встречается в природе: содержится в тростнике и сахарной свёкле, в растениях.

Как используется человеком: используется в кулинарии для придания пищи сладкого вкуса.

2. Прочитайте текст. Используя полученную информацию, объясните, что изображено на рисунках.

На рисунках мы видим, как животные и растения используют кислоты для собственной защиты. Муравей может выбрызгивать муравьиную кислоту и отпугивать врагов. Пчела может ввести кислоту с помощью жала обороняясь. А крапива защищает себя жгучими волосками на листьях, в которых тоже содержится кислота.

Проверь себя

1. Каковы главные свойства поваренной соли и сахара?

Главные свойства поваренной соли и сахара одинаковы. Они белого цвета, хорошо растворяются в воде. Но соль на вкус солёная, а сахар — сладкий.

2. Как обнаружить крахмал в продуктах питания?

Обнаружить крахмал можно с помощью раствора йода. Достаточно капнуть немного йода на поверхность продукта, и если продукт питания потемнеет, в нём содержится крахмал.

3. Какие кислоты встречаются в природе?

В природе встречаются щавелевая, молочная, лимонная, яблочная кислоты, и многие другие.

4. Чем опасны кислотные дожди?

От кислотных дождей страдают растения и животные, от них портятся постройки и в том числе старинные памятники.

Задания для домашней работы

1. Запиши в словарик: химия, поваренная соль, крахмал, кислота.

Химия — наука о веществах

Поваренная соль — простое вещество, на вкус солёное

Крахмал — белый порошок, содержится в растениях

Кислота — вещество, обладающее кислым вкусом

2. Дома возьми три блюдца и насыпь в одно из них сахар, в другое — поваренную соль, в третье — крахмал. Как различить эти вещества?

Проще всего отличить эти вещества по вкусу. Соль будет солёной, сахар сладким, а крахмал безвкусным. Крахмал не растворяется в воде.

На следующем уроке

Вспомни, как можно доказать, что вокруг нас есть воздух. Какое значение имеет воздух для растений, животных, человека?

Доказать наличие воздуха можно надув воздушный шарик. Он пустой на вид, но заполнен воздухом.

Воздух содержит кислород, который нужен для дыхания человеку, животным и растениям. А также в воздухе содержится углекислый газ, который нужен растениям для питания.

Без воздуха невозможно существование жизни.

Йод - Информация об элементе, свойства и использование

Расшифровка:

Химия в ее элементе: йод

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам журналом Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

Здравствуйте, на этой неделе кретины, крекеры и чистая вода.История начинается в Италии, а вот и Андреа Селла.

Андреа Селла

Когда я был ребенком, каждое лето я проводил пару недель высоко в итальянских Альпах в идиллической маленькой деревушке под названием Конь, которая тихо уютно устроилась между высокими, покрытыми льдом пиками. Для большинства итальянцев это имя ассоциируется с сенсационным убийством. Другие знают, что зимой в долине одни из лучших мест для ледолазания в Альпах. Но для меня Cogne всегда будет связан с йодом.

Однажды днем, когда мне было около 10 лет, возвращаясь с папой из долгой прогулки, мы миновали унылое серое здание на окраине деревни. Он был окружен высоким металлическим забором и выглядел как учреждение. На скамейке в одиночестве сидел странно выглядящий старик - у него были взлохмаченные волосы, пустой взгляд и большой вздутый мешочек кожи там, где должна была быть шея. Я был совершенно потрясен этим странным существом. Я приставал к отцу вопросами.Кто был он? Что с ним не так? Почему он выглядел таким грустным?

Мой отец, чье терпение перед шквалом вопросов было почти безграничным, объяснил, что бедняк вырос с недостаточным содержанием йода в рационе. Йод, продолжал он, необходим для правильного развития щитовидной железы в области шеи, и что, если человек не будет есть правильную соль, особенно в детстве, у него может развиться зоб, а также пострадает умственное развитие. . Позже я читал об английских путешественниках, проходящих через Альпы, о Кретинских долинах - путевые книги того периода часто содержат мрачные иллюстрации этих несчастных.Цифры ошеломляют; Наполеоновская перепись населения кантона Вале в 1800 году обнаружила 4000 кретинов из 70 000 населения - более чем у 50% был бы зоб.

Болезнь была известна медицинским писателям на протяжении веков. Гален, например, рекомендовал лечение морскими губками. В 1170 году Роже Салерно рекомендовал морские водоросли. Аналогичные предложения были сделаны и в Китае.

Парацельс, великий целитель, алхимик и писатель эпохи Возрождения, был одним из первых, кто заметил связь между зобом и кретинизмом, и первым предположил, что минералы в питьевой воде могут играть роль в возникновении этого состояния.Но что это за загадочные минералы, оставалось загадкой.

В 1811 году молодой французский химик Бернар Куртуа, работая в Париже, наткнулся на новый элемент. Фирма его семьи производила селитру, необходимую для производства пороха для наполеоновских войн. Для этого использовали древесную золу. Нехватка древесины во время войны заставила их вместо этого сжигать водоросли, которых было много на побережье северной Франции. Добавив к золе концентрированную серную кислоту, Куртуа получил удивительно пурпурный пар, который кристаллизовался на стенках контейнера.Пораженный этим открытием, он запаковал кристаллы в бутылки и отправил их одному из ведущих химиков своего времени Жозефу Гей-Люссаку, который подтвердил, что это новый элемент, и назвал его иодом - йод - в честь греческого слова, обозначающего фиолетовый. Куртуа продолжал играть с элементом и был довольно шокирован, обнаружив, что при смешивании с аммиаком он дает твердое вещество шоколадного цвета, которое сильно взрывается при малейшей провокации. Его современнику, Пьеру Дюлонгу, повезло меньше: он потерял глаз и часть руки при изучении материала, став первым в длинном списке жертв из-за этого неприятного материала.

Ядовитые свойства йода вскоре были осознаны, и настойка, представляющая собой желтовато-коричневый раствор, стала широко использоваться в качестве дезинфицирующего средства. Даже сегодня самые распространенные таблетки для очистки воды, которые можно купить в туристических магазинах, содержат йод.

Спустя всего два года после его открытия врач в Женеве Франсуа Коиндэ начал задаваться вопросом, не является ли йод в водорослях отсутствующим минералом, вызывающим зоб. Поэтому он начал давать своим пациентам настойку йода перорально, что было неприятным занятием, но, по его словам, это привело к исчезновению опухоли через 6-10 недель.Его коллеги, однако, обвинили его в отравлении своих пациентов, и в какой-то момент он, как утверждается, не мог выходить на улицу из-за страха подвергнуться нападению.

Но, хотя элементарный йод явно был токсичен , Коиндет был на правильном пути, и в течение 19 ^-го века, сделав шаг вперед на два шага назад, гипотеза постепенно завоевала доверие по мере экспериментов с более приятной на вкус солью. , йодид калия, показал, что зоб можно вылечить. К началу 1920-х годов швейцарские кантоны начали вводить йодированную соль, и в последующие десятилетия многие страны, страдающие от зоба, последовали их примеру, и эта политика была настолько эффективной, что многие из нас в развитом мире не осознавали, насколько серьезным было это заболевание, и слово кретин во многом потеряло свое значение.

Когда я вернулся в Конь прошлым летом, я попытался вспомнить, где был институт. Все, что я смог найти, - это летний лагерь для отдыха, где дети весело играли за воротами, где я видел старика. Я позвонил отцу, чтобы спросить его, и мы поговорили о былых временах - плохих старых временах кретинов - и о призраках, изгнанных этим уникальным пурпурным элементом - йодом.

Крис Смит

Призраки, которые явно живут среди британской аристократии. Это химик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Андреа Селла рассказывал историю о йоде, элементе номер 53.На следующей неделе мы направим внимание на вещество, которое вообще не нуждается в освещении, потому что оно излучает собственный свет.

Brian Clegg

Его считали источником энергии и яркости, его использовали в зубных пастах и ​​патентованных лекарствах - его даже втирали в кожу головы как средство для восстановления волос.

Но применение радия, которое принесло ему известность, заключалось в его использовании в светящейся в темноте краске. Жуткое синее свечение радия, которое часто использовалось для обеспечения световых индикаторов на часах, переключателях самолетов и циферблатах приборов, считалось безвредным и практичным источником ночного освещения.И только когда несколько рабочих, которые красили светящиеся циферблаты, начали страдать от язв, анемии и рака вокруг рта, стало ясно, что что-то не так.

Крис Смит

И вы можете услышать историю радия от Брайана Клегга на следующей неделе в «Химии в его элементе». Надеюсь, вы присоединитесь к нам. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(промо)

(конец промо)

Йод

Химический элемент йод относится к галогенам и неметаллам. Он был открыт в 1811 году Бернаром Куртуа.

Зона данных

Открытие йода

Доктор Дуг Стюарт

Йод был открыт Бернаром Куртуа в 1811 году во Франции.

Куртуа пытался извлечь хлорид калия из морских водорослей. После кристаллизации хлорида калия он добавил к оставшейся жидкости серную кислоту.

Это, что довольно неожиданно, произвело пурпурный пар, который конденсировался в темные кристаллы. Это были первые кристаллы йода в истории.

Куртуа изучил это новое вещество и обнаружил, что оно хорошо сочетается с фосфором и водородом, но не образует легко соединений с углеродом или кислородом.

Он также обнаружил, что при смешивании с аммиаком он образует твердое вещество коричневого цвета (трииодид азота), которое взрывается при малейшем прикосновении.

Название «Йод» происходит от греческого слова «иод», что означает фиолетовый.Пурпурный пар йода показан ниже на фотографии Матиаса Мольнара.

Химические часы реакции - удивительные изменения цвета.

Кристаллы йода сублимируются (переходят из твердого состояния в газ, но не в жидкое), а затем снова замерзают в твердый йод.

Кристаллы йода. Фото Бена Миллса.

Внешний вид и характеристики

Вредное воздействие:

В малых дозах йод слабо токсичен, а в больших количествах он очень ядовит.Элементарный йод является раздражителем, который может вызывать язвы на коже. Пары йода вызывают сильное раздражение глаз.

Характеристики:

Йод - голубовато-черное блестящее твердое вещество. Хотя он менее реакционноспособен, чем элементы над ним в группе 17 (фтор, хлор и бром), он все же образует соединения со многими другими элементами.

Хотя йод не является металлом, он проявляет некоторые металлические свойства.

При растворении в хлороформе, четыреххлористом углероде или сероуглероде йод дает растворы пурпурного цвета.Он плохо растворяется в воде, образуя желтый раствор.

Использование йода

Йод важен в медицине как в радиоактивной, так и в нерадиоактивной формах. Йодид и тироксин, содержащий йод, используются в организме.

Раствор, содержащий йодид калия (KI) и йод в спирте, используется для дезинфекции внешних ран. Элементарный йод также используется в качестве дезинфицирующего средства.

Иодид серебра используется в фотографии.

Йод иногда добавляют в поваренную соль для предотвращения заболеваний щитовидной железы.

Другие области применения йода включают катализаторы, корм для животных, печатные краски и красители.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 450 частей на миллиард по весу, 73 части на миллиард по молям

Изобилие солнечной системы: частей на миллиард по весу, частей на миллиард по молям

Стоимость, чистая: 8,3 $ за 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: В природе йод встречается в форме йодид-ионов, в основном в морской воде.Он попадает в пищевую цепочку через водоросли и другие морские растения. Йод содержится в некоторых минералах и почвах.

В промышленных масштабах йод получают несколькими способами, такими как взятие паров йода из обработанного соляного раствора, ионным обменом солевого раствора или высвобождением йода из йодата, взятого из нитратных руд.

Изотопов: 34, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 108 до 141. Встречающийся в природе йод состоит из одного стабильного изотопа: ¹²⁷ I

Крахмал и микробные α-амилазы: от концепций до биотехнологических применений

Амилазы - это класс ферментов, способных переваривать эти гликозидные связи, обнаруженные в крахмале. Амилазы могут быть получены из множества источников. Они присутствуют во всех живых организмах, но ферменты различаются по активности, специфичности и требованиям от вида к виду и даже от ткани к ткани в одном и том же организме. Амилазы, переваривающие сырой крахмал, вырабатываются множеством живых организмов, от микроорганизмов, включая грибы, дрожжи и бактерии, до растений и людей.

3.1. Микробные источники амилаз

Несколько бактерий, продуцирующих амилазу, грибов и других микроорганизмов были изолированы и охарактеризованы на протяжении многих десятилетий. Бактерии и грибы выделяют амилазы вне своих клеток для осуществления внеклеточного пищеварения.

Среди видов плесневых грибов, продуцирующих высокие уровни амилазы, находятся Aspergillus niger , Aspergillus oryzae (Aunstrup, 1979), Thermomyces lanuginosus (Arnesen et al., 1998) и Penicillium expansum (Doyle et al., 1989) в дополнение ко многим видам рода Mucor (Domsch et al., 1995; Petruccioli, Federici, 1992; Zare-Maivan & Shearer, 1988). Сообщалось, что четыре вида грибов Ganoderma могут продуцировать относительно слабую амилазу в опилочной среде (Y.W. Wang & Y. Wang, 1990). Амилолитические дрожжи сильно различаются по секреции амилазы и степени гидролиза крахмала (De Mot et al., 1984a, 1984b). Штаммы Filobasidiuim capsuligenum способны к обширному гидролизу крахмала (De Mot et al., 1984c; Макканн и Барнетт, 1984).

Что касается бактерий, Bacillus spp и родственные им роды продуцируют большое количество внеклеточных ферментов, из которых амилазы имеют особое значение для промышленности, например, B. cereus (Rhodes et al., 1987), B. Circleans (Siggens, 1987), B. subtilis (El-Banna et al., 2007), B. licheniformis (El-Banna et al., 2008) и Clostridium thermosulfurogenes (Hyun & Зейкус, 1985а).Бактерии, принадлежащие в основном к роду Bacillus , широко используются для промышленного производства термостабильной α-амилазы (Тонкова, 2006). Однако большинство из разжижающих амилаз Bacillus , таких как ферменты из B. amyloliquefaciens и B. stearothermophilus , имеют оптимум pH от 5 до 7,5 (Yamamoto, 1988). Многие щелочные амилазы были обнаружены в культурах Bacillus sp. (Hayashi et al., 1988; Kim et al., 1995). Все эти щелочные амилазы относятся к осахаривающему типу, за исключением ферментов из Bacillus sp. штамм 707 (Kimura et al., 1988) и B. licheniformis TCRDC-B13 (P. Bajpai и P.K. Bajpai, 1989). Термостабильные β-амилазы были выделены из видов Bacillus (Shinke et al., 1974; Takasaki, 1976). Кроме того, штамм A6 Lactobacillus plantarum был выбран благодаря его способности синтезировать большие количества внеклеточной α-амилазы (Giraud et al., 1991). Кроме того, различные рубцовые бактерии проявляют способность использовать крахмал в качестве субстрата для роста и присутствуют в рубце в достаточном количестве, чтобы иметь количественное значение при ферментации этого субстрата. Эти виды включают Bacteroides ruminicola , Ruminobacter amylophilus , Butyrivibrio fibrisolvens , Selenomonas ruminantium и Streptococcus bovis (Russell, 1984).

Гены, кодирующие внутриклеточные α-амилазы, описаны для Escherichia coli и Streptococcus bovis (Satoh et al., 1997; Уайтхед и Котта, 1995). Хотя была проведена некоторая характеристика этих активностей, не было установлено четкой физиологической роли внутриклеточной α-амилазы ни для E. coli , ни для Streptococcus bovis . Однако постулируется, что он играет важную роль в быстром росте клеток в Streptococcus bovis (Brooker & McCarthy, 1997).

Многие гипертермофильные микроорганизмы содержат в своих геномах ферменты, гидролизующие крахмал, даже несмотря на то, что они живут в среде, где крахмал встречается редко (Sambrook et al., 1989). Среди описанных до сих пор ферментов Thermotoga maritime , расщепляющих полисахариды, есть две α-амилазы, одна представляет собой предполагаемый внеклеточный липопротеин (AmyA) (Liebl et al., 1997) и один расположен в цитоплазме (AmyB) (Lim et al. др., 2003). Geobacillus thermoleovorans , как было обнаружено, продуцирует гипертермостабильную, сильно мальтозообразующую и Са ²⁺ независимую α-амилазу (Malhotra et al. 2000; Narang & Satyanarayana 2001). Сообщалось, что многочисленные гипертермофильные археи, особенно глубоководные виды Thermococcale и Sulfolobus , продуцируют α-амилазы (Leuschner and Antranikian, 1995; Sunna et al., 1997).

Промышленный потенциал высокомальтозообразующих α-амилаз из Thermomonospora curvata (Collins et al., 1993) ограничен их умеренной термостабильностью и требованием Ca ²⁺ .

α-Амилазы секретируются несколькими видами Streptomyces , например S. albus (Andrews & Ward, 1987), S. griseus IMRU3570 (Vigal et al., 1991), S. thermocyaneoviolaceus (Hang et al., 1996).Ген, кодирующий внеклеточную α-амилазу, был клонирован из многих видов Streptomyces (Bahri & Ward, 1990; Virolle et al., 1988). Кроме того, активность α-амилазы видов Thermoactinomyces впервые была описана Куо и Хартманом (1966). После этого в других исследованиях было обнаружено несколько α-амилаз с разными характеристиками (Obi & Odibo, 1984; Omar et al., 2011; Shimizu et al., 1978; Uguru et al., 1997). Имеющиеся сведения о продукции β-амилазы среди актиномицетов немногочисленны и относятся в основном к нетермостабильному ферменту (Shinke et al., 1974).

3.2. Типы амилаз

Ферменты, относящиеся к амилазам, эндоамилазам и экзоамилазам, способны гидролизовать крахмал. Эти ферменты классифицируются в зависимости от того, как атакуется гликозидная связь. Ферменты, расщепляющие крахмал, обнаруживаются в многочисленных семействах гликозилгидролаз (GH) (13, 14 и 15), главным образом в семействе 13 GH (Coutinho & Henrissat, 1999; Henrissat, 1991).

Эндоамилазы способны расщеплять α, 1-4 гликозидные связи, присутствующие во внутренней части (эндо-) цепи амилозы или амилопектина.α-амилаза (EC 3.2.1.1) - хорошо известная эндоамилаза. Он обнаружен в большом количестве микроорганизмов, принадлежащих как архее, так и бактериям (Pandey et al., 2000). Конечными продуктами действия α-амилазы являются олигосахариды различной длины с α-конфигурацией и α-предельные декстрины, которые представляют собой разветвленные олигосахариды. α-амилазы часто делятся на две категории в зависимости от степени гидролиза субстрата (Fukumoto & Okada, 1963). Осахаривающие α-амилазы гидролизуют от 50 до 60%, а разжижающие α-амилазы расщепляют от 30 до 40% гликозидных связей крахмала.

Ферменты, принадлежащие ко второй группе, экзоамилазы, либо расщепляют исключительно α, 1-4 гликозидные связи, такие как β-амилаза (EC 3.2.1.2), либо расщепляют как α, 1-4, так и α, 1-6 гликозидные связи, такие как амилоглюкозидаза или глюкоамилаза (EC 3.2.1.3) и α-глюкозидаза (EC 3.2.1.20). Экзоамилазы действуют на внешние остатки глюкозы амилозы или амилопектина и, таким образом, продуцируют только глюкозу (глюкоамилазу и α-глюкозидазу) или мальтозу и β-предельный декстрин. β-амилаза и глюкоамилаза также преобразуют аномерную конфигурацию высвобожденной мальтозы из α в β.Глюкоамилаза и α-глюкозидаза различаются по предпочтениям в отношении субстратов: α-глюкозидаза лучше всего действует на короткие мальтоолигосахариды и высвобождает глюкозу с α-конфигурацией, тогда как глюкоамилаза лучше всего гидролизует длинноцепочечные полисахариды. β-амилазы и глюкоамилазы также были обнаружены в большом количестве микроорганизмов (Pandey et al., 2000).

3.3. Действие и структура α-амилаз

3.3.1. Механизм действия

В целом считается, что α-амилазы представляют собой эндо-действующие амилазы, которые внутренне гидролизуют α- (1-4) гликозидные связи полимеров крахмала.Было предложено несколько моделей паттерна действия амилазы, таких как случайное действие и действие множественной атаки. Случайное действие также называют однократным или многоцепочечным атакующим действием (Azhari & Lotan, 1991). В первом случае молекула полимера последовательно полностью гидролизуется перед диссоциацией комплекса фермент-субстрат. В то время как в последнем случае за эффективное столкновение гидролизуется только одна связь. Действие множественной атаки является промежуточным между одноцепочечным и многоцепочечным действием (Bijttebier et al., 2008), где фермент последовательно расщепляет несколько гликозидных связей после первой (случайной) гидролитической атаки перед диссоциацией от субстрата.

Короче говоря, можно ясно видеть, что действие множественной атаки является общепринятой концепцией для объяснения различий в паттерне действия амилаз (Kramhøft et al. 2005; Svensson et al. 2002). Однако большинство эндоамилаз имеют низкий или очень низкий уровень множественного атакующего действия (Bijttebier et al., 2008). Хотя лишь несколько сообщений касаются влияния pH и температуры на характер действия амилаз, это влияние было подтверждено.Bijttebier et al. (2007) показали, что уровень множественной атаки нескольких эндоамилаз повышается с повышением температуры до степени, зависящей от самой амилазы.

3.3.2. Молекулярная масса

Несмотря на большое различие характеристик микробных α-амилаз, их молекулярные массы обычно находятся в одном диапазоне 40-70 кДа (Gupta et al., 2003). Ratanakhanokchai et al. (1992) сообщили о самой высокой молекулярной массе α-амилаз, 210 кДа, для Chloroflexus aurantiacus . Принимая во внимание, что 10 кДа α-амилазы Bacillus caldolyticus , как сообщалось, было самым низким значением (Gupta et al., 2003).

Эта молекулярная масса может быть повышена из-за гликозилирования, как в случае α-амилазы T. vulgaris , которая достигает 140 кДа (Omar et al., 2011). Напротив, протеолиз может привести к снижению молекулярной массы. Например, α-амилаза T. vulganis 94-2A (AmyTV1) представляет собой белок 53 кДа и меньшие пептиды 33 и 18 кДа, которые, как было показано, являются продуктами ограниченного протеолиза AmyTV1 (Hofemeister et al., 1994 ).

3.3.3. Модульная структура

α-амилазы из разных организмов имеют примерно 30% идентичности аминокислотных последовательностей и все принадлежат к одному и тому же семейству 13 гликозилгидролаз (Henrissat & Bairoch, 1993).Трехмерные (3D) структуры α-амилаз выявили мономерные, содержащие кальций ферменты с единственной полипептидной цепью, свернутой в три домена (A-C).

Самый консервативный домен ферментов семейства α-амилазы, A-домен, состоит из высокосимметричной складки из восьми параллельных β-цепей, расположенных в цилиндре, окруженном восемью α-спиралями. Высококонсервативные аминокислотные остатки семейства α-амилаз, участвующие в катализе и связывании субстрата, расположены в петлях на С-концах β-цепей в этом домене.Это типично для всех ферментов, принадлежащих к семейству α / β-стволовых белков (Farber & Petsko, 1990).

α-амилазы имеют B-домен, который выступает между β-листом №3 и α-спиралью №3. 3. Он варьируется от 44 до 133 аминокислотных остатков и играет роль в связывании субстрата или Ca ²⁺ (Marc et al., 2002). Последовательность этого домена сильно различается; у α-амилазы Bacillus он относительно длинный и складывается в более сложную структуру β-цепей (Machius et al., 1995), тогда как в α-амилазе ячменя присутствует нерегулярно структурированный домен из 64 остатков (Kadziola et al. ., 1994).

Все известные α-амилазы, за некоторыми исключениями, содержат консервативный сайт связывания Ca ²⁺ , который расположен на границе раздела между доменами A и B (Linden et al., 2003; Prakash & Jaiswal, 2010). Кроме того, было обнаружено, что α-амилаза, продуцируемая Bacillus thermooleovorans , содержит сайт связывания хлорид-иона в их активном центре (Malhotra et al., 2000), который, как было показано, увеличивает каталитическую эффективность фермента, предположительно за счет повышения pKa остатка, дающего водород, в активном центре (Prakash & Jaiswal, 2010).

α-амилазы имеют относительно консервативный домен C, который сворачивается в антипараллельный β-бочонок. Ориентация домена C относительно домена A варьируется в зависимости от типа и источника амилазы (Bayer et al., 1995). Функция этого домена неизвестна.

Структурные исследования подтвердили, что активные центры гликозилгидролаз состоят из множества сайтов связывания или субсайтов для сахарных единиц полимерных субстратов. Открытая щель активного сайта образуется между доменами A и B, так что остатки из домена B участвуют в связывании субстрата.Сайты связывания субстрата обычно выстланы ароматическими остатками, которые осуществляют гидрофобные взаимодействия стэкинга с сахарными кольцами. Кроме того, активные центры содержат множество остатков, которые образуют водородные связи с субстратом напрямую или через молекулы воды (Aleshin et al., 1994; Svensson & Sogaard, 1993).

В Така-амилазе А, первой протеин-α-амилазе, исследованной с помощью рентгеновской кристаллографии, в центре активного центра были обнаружены три кислотных остатка, т.е. одна глутаминовая и две аспарагиновые кислоты (Matsuura et al., 1984), и последующие мутационные исследования показали, что эти остатки важны для катализа (Janecek, 1997; Svensson, 1994). В настоящее время считается, что остаток глутаминовой кислоты является донором протона, в то время как первая из двух консервативных аспарагиновых кислот, появляющихся в аминокислотной последовательности члена семейства α-амилаз, как полагают, действует как нуклеофил. Роль второй аспарагиновой кислоты менее определена, но было высказано предположение, что она участвует в стабилизации оксокарбениевого ионоподобного переходного состояния, а также в поддержании глутаминовой кислоты в правильном состоянии протонирования для активности (Uitdehaag et al., 1999). Эти остатки встречаются около концов 3, 4, 5 и 7 цепей α / β -бочки и обнаруживаются в четырех коротких последовательностях, давно признанных консервативными в ферментах семейства α-амилазы.

3.3.4. Гликозилирование

Гликозилирование является одной из основных посттрансляционных модификаций, которые влияют на множество функций ферментов, включая секрецию, стабильность и фолдинг (Barros et al., 2009; Shental-Bechor & Levy, 2009). Олигосахариды обычно связаны с боковыми цепями аспарагина (N-связанное гликозилирование) или с боковыми гидроксильными цепями серина и треонина (O-связанное гликозилирование) (Shental-Bechor & Levy, 2009).

Гликопротеины были обнаружены в α-амилазах штаммов A. oryzae (Eriksen et al., 1998), B. stearothermophilus (Srivastava, 1984) и B. subtilis (Matsuzaki et al., 1974; Ямане и др., 1973). Как правило, для большинства α-амилаз это около 10% (Vihinen & Mantsala, 1989). Полагают, что эти углеводные фрагменты ответственны за высокую молекулярную массу некоторых α-амилаз. Сообщается, что содержание углеводов достигает 56% в S.castelii (Sills et al., 1984). Кроме того, высокомолекулярная α-амилаза 140 кДа, продуцируемая T. vulgaris (Abou Dobara et al., 2011), является хорошим примером высоко гликозилированной α-амилазы (Omar et al., 2011). Используя SDS-PAGE, гликопротеины могут быть обнаружены путем начального окисления углеводов периодной кислотой и последующего окрашивания катионными красителями, такими как альциановый синий (Wardi & Michos, 1972).

3.4. Производство микробных α-амилаз

Основным преимуществом использования микроорганизмов для производства амилаз является экономичность массового производства и простота манипуляции с микробами для получения ферментов с желаемыми характеристиками (Lonsane & Ramesh, 1990).Скрининг продуцентов α-амилазы является ключевым этапом производства. Гидролиз крахмала обычно определяется непосредственно на чашках в виде прозрачных зон, окружающих колонии. Диаметр области гидролиза, в определенных пределах, всегда был связан с эффективностью амилазы (Dhawale et al., 1982).

3.4.1. Факторы, влияющие на продукцию

На продукцию и стабильность α-амилазы в среде влияет множество физико-химических факторов. Несмотря на возможность экспрессии в широком диапазоне условий культивирования, α-амилаза может денатурироваться при некоторых условиях.Многие белки легко агрегируют в так называемые тельца включения во время экспрессии в бактериальных системах (Espargaro et al., 2008). Ингибирование агрегации белков во время ферментации / экспрессии может быть достигнуто путем регулирования условий производства (Bahrami et al., 2009; Hao et al., 2007).

Что касается инкубационного периода, многие исследователи обнаружили, что продукция внеклеточной α-амилазы связана с ростом (Abou Dobara et al., 2011; Asoodeh et al., 2010; Murthy et al., 2009).Изменения в продуктивности внеклеточных ферментов можно объяснить различиями во времени индукции отдельных компонентов ферментной системы, ингибированием продуктами гидролиза субстрата и дифференциальной инактивацией протеазами и / или изменением pH в условиях культивирования (Tuohy & Coughlan, 1992; JP Wang et al., 1993). Доказано, что накопление сахаров в среде выше критической концентрации ингибирует выработку ферментов (Dona et al., 2010; J.P. Wang et al., 2006).

Среди физических параметров, температура и pH среды играют важную роль в производстве и стабильности α-амилазы. Как правило, влияние температуры на продукцию амилазы связано с ростом организма. Следовательно, оптимальная температура зависит от того, является ли культура мезофильной, термофильной или психрофильной. Среди грибов и актиномицетов в большинстве исследований продукции амилазы была достигнута оптимальная урожайность в диапазоне 25-40 ° C (Gupta et al., 2003). Однако термофильные грибы, такие как Thermomyces lanuginosus (Mishra & Maheshwari, 1996), и актиномицеты, а именно; Сообщалось, что Thermomonospora fusca (Busch & Stutzenberger, 1997) и Thermoactinomyces vulgaris (Abou Dobara et al., 2011) оптимально продуцируют α-амилазу при 50 ° C, 55 ° C и 55 ° C соответственно. С другой стороны, он был произведен при более широком диапазоне оптимальных температур бактериями, достигающими 90 ° C у видов Thermococcale и Sulfolobus (Leuschner & Antranikian, 1995; Sunna et al., 1997). Также сообщалось, что значения pH служат индикатором начала и окончания синтеза ферментов (Friedrich et al., 1989), поскольку изменение pH влияет на стабильность α-амилазы в среде (Calamai et al., 2005). Стоит отметить, что активный центр α-амилазы состоит из большого количества заряженных групп (Lawson et al., 1994; Strokopytov et al., 1996; Uitdehaag et al., 1999), что объясняет тот факт, что большинство α-амилаз имели оптимальный pH в диапазоне от кислого до нейтрального (Bozic et al., 2011; Pandey et al., 2000; Sun et al., 2010).

Обычно активность амилазы связана с утилизацией субстрата. Природа индуцибельности α-амилазы подтверждена у различных микроорганизмов (Abou Dobara et al., 2011; Aiyer, 2004; Asoodeh et al., 2010; Ryan et al., 2006). Производство α-амилазы также подвергается катаболической репрессии мальтозой и глюкозой, как и большинство других индуцибельных ферментов, на которые влияют продукты гидролиза субстрата (Bhella & Altosaar, 1988; Morkeberg et al., 1995). Однако, как сообщалось, синтез α-амилазы штаммами Bacillus не подвергался катаболической репрессии моносахаридами (Kalishwaralal et al., 2010). Gupta et al. (2003) классифицировали ксилозу и фруктозу как сильно подавляющие синтез α-амилазы. Добавление крахмала к среде обычно используют для получения α-амилазы из различных микроорганизмов, как сообщается в литературе.

Источник азота как базовый компонент среды является основным фактором, влияющим на продукцию α-амилазы.Его эффект был не только как источник азота, но также как источник ионов металлов и регулятор pH. Многие исследователи зафиксировали, что источники органического азота поддерживают максимальное производство α-амилазы различными бактериями (Abou Dobara et al., 2011; Aqeel & Umar, 2010; Mrudula & Kokila, 2010; Saxena et al., 2007). Повышенное производство α-амилазы из органических источников азота можно объяснить высоким содержанием питательных аминокислот и витаминов. Однако сообщалось, что различные неорганические соли способствуют лучшему продуцированию грибами (Gupta et al., 2003). Было обнаружено, что в качестве источника ионов металла хлорид аммония усиливает продукцию α-амилазы T. vulgaris , где хлорид является стабилизатором, по сравнению с другими солями аммония (Abou Dobara et al., 2011). Кроме того, те же авторы также сообщили о различной продуктивности α-амилазы при использовании нитрата натрия из нитрата калия.

3.4.2. Измерение активности фермента

Разнообразие и гетерогенность природных субстратов в сочетании со смешанной специфичностью отдельных ферментов представляет проблему при характеристике амилаз.Кроме того, ферментативная деградация природных нерастворимых субстратов включает стадии и механизмы, которые еще не поняты на молекулярном уровне. Поэтому в биохимических исследованиях всегда используют крахмал в какой-либо модифицированной форме для упрощения анализа. Существует четыре основных типа субстратов, используемых для измерения активности: очищенные нерастворимые субстраты, приближенные к нативному субстрату, модифицированные нерастворимые субстраты, растворимые модифицированные полисахариды и растворимые олигосахариды. Каталитическую активность обычно измеряют путем количественного определения образовавшихся растворимых сахаридов или хромофорного агликона.Действие фермента на нерастворимые субстраты также можно оценить другими способами. Например, вискозиметрический метод был использован для измерения активности α-амилазы на крахмальных пастах (Marciniak & Kula, 1982).

Измерение растворимых продуктов из нерастворимых или растворимых полимерных субстратов часто означает анализ образовавшихся восстанавливающих сахаров. Одним из самых простых и широко используемых является метод 3,5-динитросалициловой кислоты (DNS) (Miller, 1959). Однако развитие окраски в реакции не строго пропорционально количеству присутствующих редуцирующих сахаров, но также и длине олигосахаридов, что приводит к более высоким кажущимся восстанавливающим значениям с более длинными сахарами (Robyt & Whelan, 1972).Сам DNS также ломает основу. Также было разработано несколько других методов определения редуцирующего сахара. В некоторых случаях к полимерному субстрату были прикреплены группы красителей, например окрашенный амилозой и амилопектин (Klein et al., 1970) и окрашенный и поперечно-сшитый крахмал (Cesk et al., 1969). Ферментативный анализ основан на окрашивании субстрата.

Крахмал образует с йодом комплекс темно-синего цвета, при прогрессирующем гидролизе крахмала он становится красно-коричневым. Было описано несколько процедур количественного определения амилазы, основанных на снижении интенсивности синего цвета в результате ферментативного гидролиза крахмала (Swain et al., 2006). Этот метод определяет декстринизирующую активность α-амилазы по снижению цветовой реакции йода. Кроме того, для амилаз используются комбинированные методы анализа, в которых концентрация высвобожденной глюкозы определяется либо глюкозооксидазой / пероксидазой (Kunst et al., 1984), либо методом гексокиназы / глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Rauscher, 1984). ).

Как правило, различные доступные методы определения активности α-амилазы основаны на снижении интенсивности крахмал-йодной окраски, повышении содержания редуцирующих сахаров, разложении окрашенного в комплекс субстрата и снижении вязкости суспензии крахмала.

3.4.3. Очистка фермента

Очистка - ключевой этап производства ферментов, на котором удаляются остаточные клеточные белки и другие загрязнения. Различные методы были разработаны для очистки ферментов на основе их свойств до их характеристики или использования в биотехнологических и промышленных процессах. Коммерческое использование α-амилазы обычно не требует очистки фермента, но для применения ферментов в пищевой, фармацевтической и клинической отраслях требуются амилазы высокой чистоты.Фермент в очищенной форме также является необходимым условием при изучении взаимосвязей между структурой и функцией и биохимических свойств.

Используемые методы очистки амилаз могут значительно различаться, но большинство протоколов очистки включают серию шагов (Sun et al., 2010). Выбор протокола очистки, естественно, зависит от предполагаемого использования, причем наивысшая чистота обычно требуется для основных целей, в которых даже разделение изоферментов может быть важным. Чистота и достигаемый выход зависят от количества стадий и используемых методов разделения.

Для очистки α-амилаз от микробных источников в большинстве случаев использовались классические методы очистки. Эти методы включают отделение культуры от ферментационного бульона, селективное концентрирование путем осаждения с использованием сульфата аммония или органических растворителей. Затем неочищенный фермент подвергают хроматографии. Наиболее часто используемые методы - это аффинная хроматография, ионный обмен и / или гель-фильтрация. Сшитый крахмал или производные крахмала являются полезными аффинными адсорбентами для выделения бактериальных α-амилаз (Somers et al., 1995). Primarini & Ohta (2000) выделили и разделили две чистые α-амилазы из Streptomyces sp. с использованием адсорбции крахмала, α-CD Sepharose 6B и DEAE-Toyopearl 650M. Адсорбция α-амилазы из Streptomyces sp. E-2248; на крахмале с последующим разделением на DEAE-Toyopearl и Toyopearl-HW55S дает самую высокую степень очистки (2130-кратную) (Kaneko et al., 2005). Кроме того, α-амилаза из Bacillus licheniformis была очищена в 6 раз с выходом 38% с использованием двух стадий гель-фильтрационной хроматографии на колонке Sephadex G-100 и Superose 12 (Bozic et al., 2011).

В дополнение к классическим хроматографическим методам иммуноаффинная хроматография применялась для получения высокоочищенных амилаз (Jang et al., 1994). Недавние успехи в понимании физических и функциональных свойств амилаз, а также селективности и емкости адсорбентов привели к большей рациональности в разработке методов разделения. Однако возможности методов разделения амилаз не были полностью использованы.

3.4.4. Промышленные желательные аспекты

Стабильность биокатализаторов часто является ограничивающим фактором при выборе ферментов для промышленного применения из-за повышенной температуры или экстремального pH во многих биотехнологических процессах. Следовательно, существует постоянная потребность в улучшении стабильности ферментов и, следовательно, в удовлетворении требований, предъявляемых к конкретным приложениям.

Например, проблема традиционных моющих ферментов состоит в том, что они должны работать в стиральной машине в условиях, которые очень неблагоприятны для стабильности фермента.В условиях стирки pH очень щелочной. Высокая температура (55–60 ° C) в посудомоечной машине требует наличия термостабильных ферментов. Кроме того, предпочтительно быть устойчивым к различным ингредиентам моющих средств, таким как поверхностно-активные вещества, хелатирующие и окислительные агенты (отбеливатели).

В целом, температура оказывает комплексное влияние на белок, прямо или косвенно, как на физические, так и на химические процессы агрегации (Y.W. Wang et al., 2010). Следовательно, это наиболее важный фактор окружающей среды, который необходимо учитывать при работе с белками на протяжении всего процесса разработки и коммерциализации.Преимущества использования термостабильных α-амилаз в промышленных процессах включают снижение риска загрязнения, увеличение скорости диффузии и снижение стоимости внешнего охлаждения. Короче говоря, почти во всех отраслях промышленности требуются термостабильные ферменты. Помимо термостабильности и других факторов, таких как активность с высокими концентрациями крахмала, то есть более 30% сухих веществ, или выход белка при промышленной ферментации, являются важными критериями для коммерциализации (Schäfer et al., 2000). Кроме того, α-амилазы с широким диапазоном pH желательны для удовлетворения всех областей применения, будь то кислотные, например, производство глюкозного сиропа, или щелочи, как детергенты.

Однако в последнее время наметилась тенденция к использованию α-амилазы со средней температурной стабильностью (ITS) (Ahuja et al., 1998, цитируется у Gupta et al., 2003). Олесен (1991) обнаружил, что эта особенность делает фермент полезным для хлебопекарной промышленности, так как предотвращает липкость хлеба. Кроме того, современной тенденцией среди потребителей является использование более низких температур для стирки или мытья посуды. При таких более низких температурах моющие средства с α-амилазами, оптимально работающие при умеренных температурах и щелочном pH, будут подходящими (Marc et al., 2002). Хотя известно большое количество микробных α-амилаз, α-амилаза со свойством «ITS» была обнаружена лишь у нескольких микроорганизмов (Gigras et al., 2002).

Еще одна важная желательная особенность - кальциевая независимость. Большинство известных α-амилаз, за ​​некоторыми исключениями, содержат консервативный сайт связывания Ca ²⁺ (Linden et al., 2003; Prakash & Jaiswal, 2010), что делает кальций важным для активности фермента. При производстве фруктозного сиропа ионы Ca ²⁺ ингибируют фермент глюкозоизомеразу, используемый на последней стадии процесса (Тонкова, 2006), и могут приводить к образованию неорганических осадков, которые оказывают вредное воздействие на ферментацию и последующую переработку ( Kelly et al., 2009). Поскольку удаление этих ионов металлов требует затрат и времени для всего производственного процесса (Kelly et al., 2009), использование стабильных и функциональных α-амилаз в отсутствие ионов Ca ²⁺ при высоких температурах может пользоваться большим уважением.

Смотрите также

• 
  Какие продукты стимулируют потенцию у мужчин
• 
  Какие продукты можно есть при воспалении поджелудочной железы
• 
  Какие продукты можно есть кормящей маме в 4 месяца список продуктов
• 
  Белок в моче от каких продуктов
• 
  Продукты содержащие железо детей
• 
  Какие продукты вредны для беременных
• 
  В каких продуктах много жиров
• 
  Какие продукты нельзя есть чтоб похудеть
• 
  Содержание насыщенных жиров в продуктах таблица
• 
  Соляная кислота в каких продуктах находится
• 
  Продукты с большим содержанием йода список