Ферменты в технологиях кожи и меха

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

В. А. Сысоев

ФЕРМЕНТЫ 

В ТЕХНОЛОГИЯХ КОЖИ 

И МЕХА

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2020

УДК 675.02(075)
ББК 37.252я7

С95

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. техн. наук Л. М. Хайдарова
канд. техн. наук С. Ю. Грузкова

С95

Сысоев В. А.
Ферменты в технологиях кожи и меха : учебное пособие / В. А. Сы-
соев; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Ка-
зань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 144 с.

ISBN 978-5-7882-2891-4

Представлены сведения о строении и свойствах гидролитических фер-

ментов, входящих в состав ферментных препаратов, используемых в техноло-
гических процессах получения кожи и меха.

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подго-

товки 29.03.01 «Технология изделий легкой промышленности». Может быть 
полезно магистрантам, аспирантам и научным работникам.

Подготовлено на кафедре плазмохимических и нанотехнологий высо-

комолекулярных материалов.

ISBN 978-5-7882-2891-4
© Сысоев В. А., 2020
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 675.02(075)
ББК 37.252я7

О г л а в л е н и е

1. Особенности строения ферментов........................................................8

2. Классификация и номенклатура ферментов ......................................15

3. Термодинамика химических реакций.................................................22

4. Катализаторы в химических  реакциях ..............................................26

5. Особенности ферментов  как катализаторов .....................................30

6. Кинетика ферментативных реакций ...................................................35

6.1. Термолабильность ферментов ......................................................35

6.2. Влияние рН среды на активность ферментов..............................37

6.3. Концентрация реагентов и константа равновесия ......................39

6.4. Концентрация фермента................................................................41

6.5. Концентрация субстрата ...............................................................42

6.6. Уравнение Михаэлиса–Мэнтен ....................................................43

6.7. Активаторы и ингибиторы ферментов.........................................51

7. Характеристика гидролитических ферментов...................................58

7.1. Протеолитические ферменты........................................................58

7.1.1. Сериновые протеиназы (3.4.21) .............................................61

7.1.2. Тиоловые (цистеиновые) протеиназы (3.4.22)......................65

7.1.3. Карбоксильные протеиназы (3.4.23)......................................66

7.1.4. Металлосодержащие протеиназы (3.4.24).............................67

7.2. Эстеразы (КФ 3.1) ..........................................................................68

7.3. Гликозидазы (3.2.1)........................................................................69

8. Выделение и очистка ферментов ........................................................74

9. Микробиологические ферментные препараты сырья .......................78

10. Оценка действия ферментов и активность ферментных 
препаратов.................................................................................................84

Введение......................................................................................................6
Список сокращений.....................................................................................5 

11. Действие ферментов на основные компоненты шкуры..................87

11.1. Основные компоненты шкуры....................................................87

11.2. Действие ферментов на волокнообразующие белки шкуры .......92

11.2.1. Строение и структура коллагена..........................................93

11.2.2. Синтез коллагена...................................................................97

11.2.3. Действие ферментов на коллаген.......................................100

11.3. Строение и структура кератина................................................103

11.4. Свойства кератина .....................................................................104

11.5. Действие ферментов на кератин...............................................106

11.6. Эластин .......................................................................................107

12. Применение ферментных препаратов в кожевенном 
производстве ...........................................................................................112

12.1. Отмока кожевенного сырья.......................................................114

12.2. Обезволашивание.......................................................................118

12.3. Мягчение голья ..........................................................................123

12.4. Обработка дубленого кожевенного полуфабриката...............124

13. Ферментативные процессы мехового производства .....................127

13.1. Отмока мехового сырья.............................................................129

13.2. Обезжиривание мехового сырья...............................................130

13.3. Мягчение меховых шкур...........................................................132

13.4. Обработка мехового полуфабриката........................................134

14. Переработка белковых отходов.......................................................136

15. Перспективные направления применения ферментов 
в технологиях кожи и меха....................................................................139

Библиографический список...................................................................142

С п и с о к  с о к р а щ е н и й

IUB – International Union of Biochemistry (Международный био-

логический конгресс);

КРС – крупный рогатый скот;
КФ – классификация ферментов;
МЕ (Е) – международная единица активности ферментных пре-

паратов;

нПАВ – неионогенные поверхностно активные вещества;
ХПК – химическое потребление кислорода;
ПААГ – полиакриламидный гель;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
ПРК – продукты растворения коллагена;
ПТН – протеолетические ферментные препараты;
ФРК – ферментно растворимый коллаген.

В в е д е н и е

Обмен веществ в организме можно определить как совокуп-

ность всех химических превращений, которым подвергаются соедине-
ния, поступающие извне. Эти превращения включают все известные 
виды химических реакций: межмолекулярный перенос функциональ-
ных групп, гидролитическое и негидролитическое расщепления хими-
ческих связей, внутримолекулярную перестройку, новообразование хи-
мических связей и окислительно-восстановительные реакции. Такие 
реакции протекают в организме с чрезвычайно большой скоростью 
только в присутствии катализаторов. Все биологические катализаторы 
представляют собой вещества белковой природы и носят названия фер-
менты или энзимы. 

Термин «ферментация» в переводе с латинского fermentum –

брожение, закваска. Термин «энзим», являющийся в настоящее время 
синонимом термина «фермент», обозначает ту же закваску, но в пере-
воде с греческого. В русском языке наиболее распространен последний
вариант, от которого происходят названия всех процессов с участием 
этих катализаторов (ферментативные процессы). Однако научное 
направление, занятое изучением ферментов, называется энзимологией.

Таким образом, ферменты можно определить как специфические 

белки с молекулярной массой от 15 000 до нескольких миллионов даль-
тон, которые образуются в клетках животных и растительных организ-
мов и выполняют функции катализаторов биохимических реакций. 
Практически все биохимические реакции катализируются ферментами.

В процессе реакции катализа в контакт с субстратом вступает 

не вся молекула фермента, а определенный ее участок, который назы-
вается активным центром. Эта зона молекулы не определяется простой 
последовательностью аминокислотных остатков, а формируется при 
скручивании белковой молекулы в третичную структуру. Отдельные 
участки аминокислот сближаются между собой, образуя определенную 
конфигурацию активного центра.

Эффективность действия ферментов определяется значитель-

ным снижением энергии активации катализируемой реакции в резуль-
тате образования промежуточных фермент-субстратных комплексов. 
Присоединение субстратов (веществ, на которые действует фермент) 
происходит в активных центрах, которые обладают сходством только с 
определенными субстратами, чем достигается высокая специфичность 

(избирательность) действия ферментов. В отличие от небелковых ката-
лизаторов (Н+, ОН─, ионы металлов), каждый фермент способен ката-
лизировать очень небольшое число реакций, часто только одну. Таким 
образом, ферменты представляют собой реакционно-специфические 
катализаторы.

Промышленностью выпускаются чистые ферменты и фермент-

ные препараты, представляющие собой смеси, содержащие основной 
целевой фермент с высокой активностью, менее активные ферменты 
и балластные вещества. Часто для повышения стабильности фермента 
и увеличения срока его действия используют неподвижный нераство-
римый носитель. Ферменты, применяемые в такой форме, называются 
иммобилизованными. В кожевенном и меховом производстве фер-
менты используются в водных растворах. Их применяют для ускорения 
и более качественного проведения таких процессов, как отмока, мягче-
ние голья, обезволашивание, квашение и киселевание шкур, при утили-
зации и переработке отходов.

В процессах хранения сырья необходимо решение обратной за-

дачи, а именно, максимально снизить активность ферментов, вырабаты-
ваемых микроорганизмами шкуры или содержащихся в самой шкуре, по-
скольку они могут способствовать ее разрушению. Поэтому своевремен-
ное консервирование шкур и их хранение в определенных условиях, вы-
зывающих инактивацию разрушающих сырье ферментов, также явля-
ется важной задачей для кожевенного и мехового производства.

1 . О С О Б Е Н Н О С Т И  С Т Р О Е Н И Я  Ф Е Р М Е Н Т О В

Будучи белками, ферменты обладают всеми их свойствами. 

Вместе с тем биокатализаторы характеризуются рядом специфических 
качеств, тоже вытекающих из их белковой природы. Эти качества от-
личают ферменты от катализаторов обычного типа. Сюда относятся 
термолабильность ферментов, зависимость их действия от значения рН 
среды, специфичность, подверженность влиянию активаторов и инги-
биторов. 

Поскольку ферменты являются белковыми веществами, их 

строение характеризуется различными уровнями организационной 
структуры:

−последовательностью расположения аминокислотных остат-

ков в полипептидных цепях (первичная структура);

−конформацией полипептидных цепей (вторичная структура);
−взаимным расположением цепей и их упаковкой в молекуле 

фермента (третичная и четвертичная структуры). 

Основная роль в каталитической активности фермента принадлежит 

третичной структуре.

По химическому строению различают простые ферменты, кото-

рые состоят только из аминокислотных остатков, и сложные, имеющие 
наряду с белковой частью – апоферментом еще и небелковую часть,
или кофактор (от лат. co (cum) – вместе и factor – делающий) (рис. 1.1). 
Функции кофактора следующие: участие в акте катализа, осуществле-
ние контакта между ферментом и субстратом, стабилизация молекулы 
фермента в пространстве. Кофакторы подразделяют на:

−простетические группы;
−коферменты;
−металлокоферменты. 
Простетическая группа – это органическое соединение небелковой 
природы, прочно связанное с белковой частью фермента 
(апоферментом) и остающееся присоединенным к молекуле белка в течение 
всего каталитического акта (например, липоевая кислота, рибофлавин, 
биотин, гемы и др.). Этим простетическая группа отличается 
от коферментов-переносчиков, действие которых связано с их переходом 
от одной молекулы фермента к другой. 

Коферменты представляют собой органические соединения 

небелковой природы, участвующие в ферментативной реакции 

в качестве акцепторов отдельных атомов
или атомных
групп, 

отщепляемых ферментом от молекулы субстрата. Кофермент соединен 
с апоферментом непрочной связью, которая легко разрушается под 
действием кислот, щелочей или при диализе, что приводит 
к образованию каталитически неактивных компонентов. В общем 
случае 
осуществлению 
ферментативного 
акта 
предшествует 

образование 
комплекса 
между
коферментом, 
субстратом 

и апоферментом в составе активного центра
фермента. В ходе 

каталитического процесса кофермент не претерпевает необратимых 
химических
превращений 
и 
может 
многократно 
участвовать 

в ферментативных 
реакциях. 
Огромное 
число 
известных 

биохимических реакций протекает с участием ограниченного набора
коферментов. Большинство коферментов – производные витаминов
или содержат витамин в качестве компонента. Химическая природа
кофермента
в значительной мере определяет тип и механизм 

ферментативной реакции.

Рис. 1.1. Строение ферментов

Металлокоферменты представляют собой сравнительно легко 

отделимые от апофермента неорганические кофакторы – ионы таких 
металлов, как цинк, медь, калий, магний, кальций, железо, молибден.

Однако указанные различия кофакторов часто условно, 

поскольку одно и то же соединение действует в одних случаях как 
типичный диссоциирующий кофермент, в других – остается прочно 
связанным с белком. Поэтому четкой границы между терминами 
«кофактор», «кофермент» и «простетическая группа» нет.

Характерной особенностью сложных или двухкомпонентных 

ферментов является то, что ни апофермент, ни кофактор в отдельности 
не обладают заметной каталитической активностью. Только их ком-
плекс проявляет ферментативные свойства. Этот каталитически актив-
ный молекулярный комплекс носит название холофермента (рис. 1.2). 
При этом белок резко повышает каталитическую активность небелко-
вой группы, присущую ей в свободном состоянии в очень малой сте-
пени. Кофактор же стабилизирует белковую часть и делает ее менее 
уязвимой к денатурирующим агентам. 

Рис. 1.2. Схема активного центра сложных ферментов

Представление о том, что в катализе участвует лишь ограничен-

ная область молекулы фермента, возникло вследствие того, что раз-
меры ферментов значительно превышают размеры многих, особенно 
низкомолекулярных, субстратов. Область фермента, непосредственно 
связанную с химическими превращениями, часто называют каталити-
ческим центром (участком).

Таким образом, хотя непосредственным исполнителем каталити-

ческой функции является кофактор, образующий каталитический центр, 
его действие немыслимо без участия полипептидных фрагментов 

белковой части фермента. Более того, в апоферменте есть участок, ха-
рактеризующийся специфической структурой, избирательно связываю-
щий кофермент. Это так называемый коферментсвязывающий домен.
Его структура у различных апоферментов, соединяющихся с одним и тем 
же коферментом, очень сходна. Таковы, например, пространственные 
структуры нуклеотидсвязывающих доменов ряда дегидрогеназ. 

Иначе обстоит дело у однокомпонентных ферментов, не имею-

щих добавочной группы, которая могла бы входить в непосредствен-
ный контакт с преобразуемым соединением. Предполагают, что ката-
литический центр однокомпонентного фермента представляет собой 
уникальное сочетание нескольких аминокислотных остатков, распола-
гающихся в определенной части белковой молекулы.

Чаще всего в каталитических центрах однокомпонентных фер-

ментов встречаются остатки серина, гистидина, триптофана, аргинина, 
цистеина, тирозина, аспаргиновой и глутаминовой кислот. Радикалы 
перечисленных аминокислот (R-группы) выполняют здесь ту же функ-
цию, что и кофермент в составе двухкомпонентного фермента. Боль-
шинство этих R-групп занимают удаленное положение в составе поли-
пептидной цепи и пространственно сближены только благодаря много-
численным изгибам, поворотам и скручиванию цепи. Поэтому катали-
тический центр возникает в тот момент, когда белковая молекула при-
обретает присущую ей третичную структуру. Он представляет собой 
своего рода карман, попадая в который молекула субстрата атакуется 
функциональными группами с исключительной точностью. Следова-
тельно, изменение третичной структуры фермента под влиянием тех 
или иных факторов может привести к деформации каталитического 
центра и изменению ферментативной активности.

Кроме каталитического центра, образованного сочетанием ами-

нокислотных радикалов или присоединением кофермента, у ферментов 
различают еще два центра – субстратный и аллостерический.

Под субстратным центром понимают участок молекулы 

фермента, ответственный за присоединение вещества (субстрата), 
подвергающегося ферментативному превращению. Часто этот участок 
называют «якорной площадкой» фермента, где, как судно на якорь, 
становится субстрат. Во многих случаях прикрепление субстрата 
к ферменту идет за счет взаимодействия с γ-аминогруппой радикала 
лизина, расположенного в субстратном центре. Эту же роль могут
выполнять СООН-группа глутаминовой кислоты, а также НS-группа 
цистеина. Однако работы последних лет показали, что гораздо большее 

значение 
здесь 
имеют 
силы 
гидрофобных 
взаимодействий 

и водородные связи, возникающие между радикалами аминокислотных 
остатков субстратного центра фермента и соответствующими 
группировками в молекуле субстрата.

Понятие о каталитическом и субстратном центре не следует абсолютизировать. 
В реальных ферментах субстратный центр может совпадать (
или перекрываться) с каталитическим центром. Более того, каталитический 
центр может окончательно формироваться в момент присоединения 
субстрата. Поэтому часто говорят об активном центре фермента, 
представляющем сочетание первого и второго. Т. е. понятие «активный 
центр» более широкое, чем понятие «каталитический центр», 
поскольку в формировании каталитического центра и регуляции активности 
фермента в целом принимают участки молекулы, не принимающие 
непосредственного участия в химических реакциях.

Помимо активного центра, ряд ферментов снабжены регуля-

торным или аллостерическим центром. С этой зоной фермента взаимодействуют 
вещества, влияющие на его каталитическую активность. 

Подавляющее число ферментов по форме макромолекул являются 
глобулярными белками.

В живых организмах многие белки синтезируются в форме неактивных 
белков-предшественников, которые называют пробелками. 
В тех случаях, когда белки являются ферментами, пробелки называют 
проферментами или зимогенами. На этой стадии они не обладают каталитическими 
свойствами. Соответственно образуется и название такого 
профермента. Например, пепсин – пепсиноген.  Существование 
зимогенов определяется тем, что ферментативные процессы в организмах 
протекают, как правило, периодически. В частности, синтез про-
теаз в виде каталитически неактивных проферментов защищает ткани, 
в которых они образуются (например, ткань поджелудочной железы 
или стенок желудка) от самопереваривания.

Вещества специфической природы, катализирующие естественную 
неактивность фермента, называются киназами. Они, как правило, 
присутствуют в тканях совместно с зимогеном и, при необходимости,
в соответствующих условиях способствуют переходу зимогена в активную 
форму. Процесс активирования пептидгидролаз может состоять 
в разрыве некоторых пептидных связей (избирательного протеолиза) 
с отщеплением или без отщепления свободных пептидов. Возможно 
также отщепление присутствующего в проферменте ингибитора. Главным 
следствием избирательного протеолиза является изменение