Subtilisiny

Další názvy: Subtilisin Carlsberg, Subtilisin A, Subtilopeptidase A, Subtilisin BPN, Subtilisin B, Subtilopeptidase B, Subtilopeptidase C, Subtilisin E, Subtilisin 309, Subtilisin 147

Skóre škodlivosti: 2 (Deriváty přírodních látek)

Subtilisiny – přírodní enzymy s širokým využitím

Subtilisiny jsou proteolytické enzymy ze skupiny serinových proteáz, které hrají klíčovou roli v rozkladu bílkovin. Tyto enzymy se přirozeně vyskytují u některých bakterií, zejména u rodu Bacillus. Mezi nejznámější zástupce patří subtilisin Carlsberg nebo subtilisin BPN'. V angličtině se běžně označují jako "subtilisins" a v některých textech se můžete setkat i se systematickým názvem subtilopeptidáza A. Subtilisiny mají široké průmyslové využití a staly se nedílnou součástí výrobků pro domácnost i potravinářství.

Chemické vlastnosti

Subtilisiny jsou enzymy složené z jediné polypeptidové řetězce, které vykazují specifickou terciární strukturu nezbytnou pro jejich enzymatickou aktivitu. Nejčastější subtilisin z Bacillus subtilis má molekulovou hmotnost přibližně 27 kDa. Chemický vzorec nelze jednoduše vyjádřit, protože jde o protein, ale jejich systematické označení podle Enzyme Commission je EC 3.4.21.62 (subtilisin A). V databázi CAS jsou vedeny například pod číslem 9014-01-1.

Za fyziologických podmínek jsou subtilisiny stabilní, bezbarvé až nažloutlé krystalické nebo lyofilizované prášky, dobře rozpustné ve vodě. Jsou aktivní v širokém pH rozmezí (6–10), s optimem kolem pH 8–9 a teplotní optimum se pohybuje kolem 50–60 °C, přičemž některé varianty si zachovávají aktivitu i při vyšších teplotách. Tato termostabilita z nich činí ideální enzymy pro použití v náročných průmyslových procesech.

Využití a aplikace

Díky schopnosti subtilisinů štěpit peptidové vazby a snadné produkci v mikroorganismech se tyto enzymy uplatňují v celé řadě oblastí. Nejznámější je jejich použití v pracích prostředcích – pomáhají rozkládat bílkovinné skvrny, jako jsou krev, potraviny nebo pot. Díky tomu zvyšují účinnost detergentů a umožňují praní i při nižších teplotách, což přispívá k úsporám energie a ochraně látek.

V potravinářském průmyslu se subtilisin používá například k hydrolýze bílkovin při výrobě fermentovaných výrobků, uvolňování aminokyselin nebo zlepšování chuti. Ve farmacii může sloužit k syntéze peptidů nebo čištění biologických materiálů. Speciální aplikace najdeme i v textilním a kožedělném průmyslu, kde enzymy urychlují odstraňování bílkovinových složek z vlákna nebo kůže.

Zajímavou oblastí je i biotechnologický výzkum, kde subtilisiny slouží jako modelové enzymy při studiu proteáz. Některé geneticky upravené varianty subtilisinů jsou použity také jako terapeutické enzymy nebo jako součást bioremediace (rozklad organických kontaminantů).

Přirozený výskyt a výroba

Subtilisiny jsou přirozeným produktem některých druhů bakterií, především Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis a dalších příbuzných druhů. Tyto bakterie produkují subtilisin během své růstové fáze nebo ve stresových podmínkách, kdy enzym pomáhá rozkladem okolních bílkovin zabezpečit živiny.

Komerční výroba subtilisinů probíhá převážně fermentací geneticky modifikovaných mikroorganismů v kontrolovaném prostředí. Kmeny jsou často optimalizovány pro vyšší výtěžnost, stabilitu enzymu a požadovanou specifickou aktivitu. Po fermentaci následuje izolace a čištění enzymu, který je poté upraven například lyofilizací do práškové nebo granulované podoby vhodné k dalšímu použití.

Bezpečnost a ekologie

Subtilisiny jsou obecně považovány za bezpečné při správném zacházení. Nicméně při kontaktu s kůží nebo vdechnutí práškových forem mohou být dráždivé nebo alergenní, zejména pro osoby citlivé na enzymy. Proto je při průmyslovém použití vyžadováno adekvátní ochranné vybavení.

Z environmentálního hlediska mají subtilisiny nízký dopad na životní prostředí. Jsou biodegradabilní a snadno rozložitelné, což je důležité hlavně u pracích prostředků. Často jsou uváděny jako přírodní alternativa k syntetickým aditivům, která snižuje zátěž pro vodní organismy. Podle portálu Ferwer patří subtilisiny mezi „šetrné enzymy", které při vhodném použití přispívají k ekologizaci praní.

Zajímavosti nebo souvislosti

Jednou z prvních proteáz, která byla využita v komerčních pracích prášcích, byl subtilisin z Bacillus subtilis. To se stalo v 60. letech 20. století, a od té doby následoval prudký rozvoj enzymatické technologie v domácí chemii. Díky genovému inženýrství byla vytvořena řada modifikovaných subtilisinů s lepšími vlastnostmi – vyšší stabilita v alkalickém prostředí nebo odolnost vůči detergentům.

Zajímavé je, že subtilisiny měly také význam při vývoji prvních biotechnologických produktů, jelikož byly jedním z prvních enzymů recombinantně exprimovaných v jiných bakteriálních kmenech. Díky tomu se staly jakousi průkopnickou molekulou syntetické biologie.

Na subtilisiny spoléhají i některé ekologicky zaměřené značky. Podle článku na blogu Ferwer jsou subtilisiny klíčové pro dosažení vyprání i odolných skvrn ekologickými prostředky bez chemických bělidel. Díky tomu zůstává zachována vysoká účinnost, aniž by byl zatížen vodní ekosystém.

Shrnutí

Subtilisiny jsou všestranné enzymy s klíčovým významem v mnoha oblastech dnešního průmyslu. Jejich přírodní původ, vysoká účinnost při nízkém zatížení životního prostředí a široká možnost aplikací z nich činí ideální pomocníky v domácnosti i ve vědě. Díky neustálému vývoji nových variant mají subtilisiny i do budoucna významný potenciál v biotechnologii, ekologii i každodenním životě.