Oxidoreductaze și Hidrolaze Importante pentru Industria Alimentară

I. ENZIME

I.1 SCURT ISTORIC

Reactiile enzimatice au fost folosite din timpurile cele mai vechi pentru fabricarea vinului, a otetului, a berii si a brânzei dar explicatia mecanismului acestor procese complexe, rolul si locul enzimelor în transformarile substan¬telor celulare au fost mult timp necunoscute, multe mecanisme si procese biochimice ramânând neclare si astazi.

O cercetare sistematica a lor a fost întreprinsa abia în epoca moderna. În 1713, Réaumur a observat dizolvarea carnii în sucul stomacal al ciorii. De asemenea, fiziologul Spallanzani (1783) a hranit animalele cu bucati de carne învelite în retele de sârma si a observat dizolvarea carnii în stomac.

Stahl, fondatorul teoriei flogisticului, explica fermenatia ca un proces în care una din substantele prezente transmite „miscarea sa interna” substantei care fermenteaza (1697). În 1680, van Leeuwenhoeck a observat la microscop celulele drojdiei de bere, dar aceasta descoperire nu a fost luata în seama timp de doua secole. Lavoisier (1789) a facut un bilant de materiale al fermentatiei, aratând ca oxigenul, hidrogenul si carbonul din zahar se regasesc în alcoolul si bioxidul de carbon ce iau nastere. Continuarea acestor idei a condus la ecuatia lui Gay-Lussac a fermentatiei alcoolice.

Dupa ce Kirchoff a observat, în 1820, ca o componenta glutinoasa din bobul de orez încoltit, numit malt, transforma cantitati de amidon mult mai mari decât propria sa greutate, într-un zahar solubil, maltoza, Dubrunfaut a gasit, în 1830, ca extractul apos, limpede, de malt are aceeasi actiune solubilizanta asupra amidonului ca maltul însusi. Din acest extract, Payen si Persoz (1833) au izolat prin precipitare cu etanol, prima enzima, amilaza, sub forma unui material solid alb, amorf, capabil sa solubilizeze o cantitate de amidon de 2000 de ori mai mare decât propria sa greutate. Acesti autori denumesc acest preparat, care s-a dovedit a fi extrem de termolabil, diastaza de la grecescul didotabis — separare.

Un moment istoric deosebit de important este recunoasterea clara, de catre Berzelius, în 1835, a caracterului catalitic al reactiilor enzimatice, precum si a rolului esential pentru viata animalelor si a plantelor jucat de aceste reactii. Chimistul suedez Berzelius formuleaza conceptul de cataliza, conform caruia un catalizator mareste viteza reactiilor chimice si rezulta la sfîrsitul lor, nemodificat-cantitativ si calitativ. Berze¬lius sugereaza ca diferite fenomene biologice, ca fermentatia si digestia pot fi explicate prin prezenta unor catalizatori biologici specifici materiei vii.Aceasta conceptie este confirmata de izolarea primelor enzime: în 1830, Robiquet si Boutron-Chalard au descoperit hidroliza amigdalinei, cu extract de migdale amare, iar în 1837, Liebig si Wöhler au izolat enzima respectiva, numind-o emulsina; pepsina din sucul gastric (Schwann, 1836); tripsina din sucul pancreatic (Kühne, 1848); lipaza (Claude Bernard, 1849); invertaza (Mitscherlich, 1841; Berthelot, 1860); ureeaza (Musculus, 1882), etc.

Cagnard-Latour si, simultan si independent, Kützing (1838) au atribuit fermentatia alcoolica celulelor din drojdie, considerate ca fiinte vii, probabil de natura vegetala. În aceste observatii îsi are originea teoria vitalista a fermentatiei. Sustinatorul principal al acestei teorii, Pasteur, a publicat în 1857 cercetarea sa celebra asupra fermentatiei alcoolice, în care sustine sau sugereaza ca fermentatia este un proces legat direct de metabolismul celulelor drojdiei. Liebig (1839) considera dimpotriva ca fermentatia este o descompunere a zaharului, datorita unor vibratii moleculare provocate de fenomenele chimice din celulele vii ale drojdiei.

În jumatatea a doua a secolului al IXX-lea, în urma lucrarilor lui Pasteur, multi chimisti faceau deosebire între fermentii formati sau figurati presupusi legati inseparabil de anumite elemente din celule sau chiar considerati identici cu celula vie, si fermenti neformati sau solubili, de tipul acelora din sucurile digestive sau din extractele apoase ale diferitelor materiale biologice. Fermentii neformati sunt deci substante care îsi exercita actiunea si în afara celulei vii. Termenul enzima, pentru a desemna fermentii neformati, a fost introdus de Kühne, în 1878, de la grecescul enzyme,care înseamna “în drojdi”, pentru toate substan’ele descoperite cu actiune de catalizator al unei reactii biochimice. Aceasta denumire, în acea perioada, la mare concurenta cu termenii “diastaza” si “ferment”, este astazi unanim acceptata si utilizata de biochimisti. Termenul de “ferment” provine de la latinescul ferveo-a fierbe si a fost introdus datorita fierberii aparente cauzate de eliberarea de CO2