Общее представление о почвенных ферментах

Почва является сложным субстратом и занимает важное место в системе экологического мониторинга. В почве, благодаря почвенным ферментам, поддерживается относительно стабильное содержание гумуса, полисахаридов, витаминов, аминокислот, кислотность, содержание подвижных форм элементов и т.д. Многие факторы меняют биохимическое равновесие почвы. Но если почва обладает высокой ферментативной активностью, то равновесие восстанавливается [1]. Ферментативная активность – это характеристика почвы, которая образуется в результате совокупности процессов поступления ферментов из живых организмов, стабилизации и действия в почве. Ферментативная активность изменяется под воздействием различных факторов, в т. ч. антропогенных. И при использовании с другими критериями она используется как надежный диагностический показатель, отражающий плодородие почв [2]. Для почвенных ферментов характерна высокая активность, строгая специфичность действия и определённая зависимость от условий окружающей среды: температура, pH, влажность и др. Например, если pH почвы не подходит для действия данного фермента, то происходит инактивация фермента [3, 4].

При создании определенных условий в почве ферменты выполняют важную задачу в почвенных процессах. Хазиев Ф.Х. в своих работах [5] выделил ряд функций почвенных ферментов:

• 1.    участие в распаде органических остатков и минеральных соединений;

• 2.    участие в биогенезе гумуса;

• 3.    поддержка биохимического гомеостаза почвы;

• 4.    роль ферментов в осуществлении биогеоценотических функций почв;

• 5.    роль ферментов в почвенном метаболизме в условиях, неблагоприятных для жизнедеятельности микроорганизмов.

В настоящее время обнаружено около тысячи почвенных ферментов. Из них более 150 получено в кристаллическом виде. Ферменты разделяют на шесть классов:

• 1.    Оксиредуктазы;

• 2.    Трансферазы;

• 3.    Гидролазы;

• 4.    Лиазы;

• 5.    Изомеразы;

• 6.    Лигазы [5].

Наиболее хорошо изученными являются ферменты, относящиеся к оксиредуктазам и гидролазам. Они участвуют в основных процессах гумификации почв, поэтому их активность – это веский показатель оккультуренности почв. В настоящее время обнаружено более 500 оксиредуктаз. К данному классу относят каталазу, пероксидазу и полифенолоксидазу и др. Основная роль – это участие в окислительновосстановительной реакции. Каталаза разлагает перекись водорода, которая образу- ется в процессе дыхания живых организмов и других биохимических реакций на воду и молекулярный кислород. Высокой каталазной активностью обладают те поч- вы, которые находятся под растениями с мощной глубоко проникающей корневой системой [6]. Полифенолоксидазе и перок- сидазе в почвах принадлежит главная роль в процессах гумусообразования. Полифе-нолоксидаза катализирует окисление полифенолов в хиноны в присутствии свободного кислорода воздуха. Пероксидаза катализирует окисление полифенолов в присутствии перекиси водорода или органических перекисей. Биологическое окисление катализируется ферментами дегидрогеназами, происходящее за счёт отщепления водорода от окисляемых субстратов. Белки, жиры, углеводы, аминокислоты, пурины, фенолы и другие многочисленные органические соединения, попадающие в почву, подвергаются окислению. Двумя важными особенностями оксиредуктаз является то, что они ускоряют большое число окислительно-восстановительных реакций, несмотря на ограниченный набор коферментов, и ускоряют химические реакции, связанные с высвобождением энергии, необходимой для синтетических процессов [7].

Гидролазы представляют обширный класс ферментов, которые осуществляют реакции гидролиза. Гидролазы широко распространены в почве. Они разрушают высокомолекулярные органические соединения. Их важная роль состоит в обогащении почвы питательными веществами, которые доступны для растений. К этому классу относятся ферменты уреаза (амидаза), инвертаза (карбогидраза), фосфатаза (фосфогидролаза) и др. Инвертаза – это фермент, катализирующий реакции гидролитического расщепления сахарозы на глюкозу и фруктозу. Активность инвертазы в лучшей степени характеризует уровень плодородия и биологическую активность почв [8]. Уреаза относится к фер- превращении белковых веществ. В результате уреазной реакции образуется аммиак служащий источником питания растений Для уреазной активности характерна сле- дующая закономерность: по мере увеличения размера структурных отдельностей наблюдалось повышений активности уреа- зы, достигающего максимальных величин в агрегатах 5-10 мм [8]. Фосфатаза катализирует гидролиз ортофосфорных эфиров различных спиртов и фенолов, фосфорорганических соединений. Роль фосфатазы заключается в том, что она переводит фосфор в доступные для растений формы. при недостатке фосфора происходит продукция фосфатазы, при повышении его доступности фосфатаза наоборот ингибируется.

Трансферазы – это ферменты, катализирующие перенос отдельных радикалов, частей молекул и целых молекул с одних соединений на другие. К классу трансфераз относят около 500 ферментов. В зависимости от того, что они переносят, различают фосфотрансферазы, аминотрансферазы, гликозилтрансферазы, ацилтрансфера-зы, метилтрансферазы и др. [1].

Остальные классы ферментов изучены меньше. Лиазы – ферменты, катализирующие разрыв С-О, С-С, C-N и других связей, а также обратимые реакции отщепления различных групп негидролитическим путем. Выделяют 7 подклассов. Изомеразы – катализируют реакции изомеризации. Лигазы – катализируют химические реакции с образованием связей за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) [9].

Системы ферментов присутствуют и функционируют в почве, последовательно выполняют биохимические реакции, покомпонентные и энергетические обмены. Всё это лежит в основе процесса синтеза и превращения веществ. Главная роль ферментов в почве состоит в том, что они осуществляют функциональные связи между всеми звеньями экосистемы [1].

ментам, которые принимают участие в