Фермент

     

 

             Жоспары:

1. Кіріспе

Ферменттер туралы жалпы  түсінік

2. Негізгі бөлімі

Ферменттердің активтілігі  мен анықтау әдістері

Ферменттердің турлері

3. Қорытынды

Ферменттердің фармацияда қолданылуы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

1. Т.С. Сейтембетов, Биологиялық химия оқулық Алматы -2010.
2. С.О. Тапбергенов, Медициналық биология Алматы-2009.
3. Кенжебеков П.К. Биологиялық химия Шымкент -2005.
4. Сейітов З.С. Биохимия, 2007.
5. Сейтімбетова А.Ж., Леходин С.Ж. Биологиялық химия 2009.
6. Трещкова С.Ж. белоктар, белоктар биосинтезі, молекулалық генетиканың негіздері, 2000.
7. Строив Е.А. Биологическая химия, 1986.
8. Сейтімбетов Т.С., Толеов Б.А., Сейтімбетова А.Ж. Биологиялық химия, 2010,2011.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          Ферменттер.

 

Ферменттер  – арнайлығы бар белоктар, жасушаларда түзіліп химиялық үрдістерді тездетуге қабілетті биологиялық катализаторлар.  «Фермент» термині «fermentum» - ашытқы латын сөзінен шыққан. Ағылшын тіліндегі әдебиеттерде «энзим» сөзі пайдаланылады, грек тілінінен «en zyme» – ашытқыда деген мағына береді. Ферменттер немесе энзимдер — тірі жасушалардың барлық әрекеттеріне қатысатын, органикалық заттарды өзтеріске ұшырататын, зат алмасу процесін реттейтін биологиялық катализаторлар, айырықша белоктар. Ферменттердің қатысуының нәтижесінде химиялық реакциялардың жүруіне қажет қуат шығыны азаяды.                                                                Ферменттерді тұңғыш рет орыс ғалымы К. СКирхгофф XIX ғасырдың бас кезінде ашқан. Ферменттер химиялық активтігі күшті заттар. Мәселен, мәйек ферментінің (химозин) бір бәлігі 800 мың-дай бөлік сүтті ұйыта алады. Ферменттер тек тірі клеткада ғана емес, сонымен бірге клеткадан тыс ортада да өз күшін жоймай реакцияны тездетеді. Мұның үлкен практикалық маңызы бар. Олардың әрқайсысы заттардың белгілі бір түріне әсер ете алады. Мәселен, сүт қантын ыдырататын фермент оған үқсас басқа қанттарға (мальтоза, сахароза) әсер етпейді. Ал кейбір ферменттер белоктарды, майларды, углеводтарды құрам бөліктеріне ыдыратып қана коймай, сол заттардың клеткада синтезделуіне қатысады. Ауыр металл тұздары цианид ‘қосылыстары және формальдегид ферменттердің қызметін нашарлатады. Мүндай заттарды ингибиторлар деп атайды. Ферменттер кейбір улы заттардың әсеріне тәзімді келеді. Мәселен, клеткаға хлороформ, тимол, толуол сияқты заттар енсе, олардың тіршілігі бірден тоқталады, бірақ кейбір ферменттер әз күшін жоймай сақталып қалады. Ферменттердің бұл қасиетін бактериологиялық лабораторияларда қоректік орталар үшін пайдаланады.   Ферменттер суда, спиртте және глицерин мен түрлі түз араласкан ортада ериді. Сонымен қатар ферменттер белгілі бір жағдайда ғана әсер ете алады. Ферменттердің әсер етуі үшін қолайлы температура, клеткалар тіршілігі үшін қажетті температурадан, әлдеқайда жоғары болады. Мәселен, көптеген бактериялардың көбейіп, өсіп дамуы үшін колайлы температура +25—30° болса, ферменттердің көпшілігі +45—50°-та, ал кейбіреулері тіпті +60°-та жақсы әсер етеді. Температура +80—100°-қа жеткенде ферменттердің әсері мүлде жойылады. Ортаның реакциясы да ферменттердің күшіне үлкен әсер етеді. Кейбір ферменттер кышқылды ортада (рН 2—2,5), қалғаидары сілтілі немесе нейтралды ортада жақсы эсер етеді.

Ферменттер мен бейорганикалық катализаторлардың ұқсастығы:

- тек энергиялық мүмкіндігі бар реакцияларды катализдейді ;

 

 

 

 

 

 

-  кері реакциялардың  тепе-теңдігін өзгертпейді; 

- реакция бағытын өзгертпейді; 

-реакция нәтижесінде  пайдаланылмайды. 

Ферменттердің бейорганикалық катализаторлардан айырмашылығы (жалпы  қасиеттері):

-құрылысының күрделігі  , бір компонентті (жәй белоктар) және екі компонентті (күрделі белоктар);

- әсер ету қуаттылығы  жоғары;

- арнайылығы;

- активтілгін реттеуге  болатын заттар;

- ағзада жәйлі жағдайда  әсер етеді.

Ферменттердің әсер ету  механизмі.

Ферменттердің әсер ету  механизмі 3 сатыдан тұрады:

• фермент-субстратты  комплекстің түзілуі;
• «фермент- реакция өнімі» комплексінің түзілуі;
• реакция өнімінің ферменттен бөлінуі.  

Бірінші сатысы  ферменттің белоктан айырмашылығы активті орталығының болуында, активті орталығы арқылы фермент субстратымен байланысып реакцияны тездетеді. Активті орталық – ферменттердің беткі жағына орналасқан аминқышқылдарының функционалды топтарының белгілі бір шектелген кеңістікке шоғырлануы. Кейбір ферменттерде активті орталықтан басқа аллостерикалық орталықта болады, олар активті орталықтың жұмысын реттеуге қатысады.

Екінші сатысы – фермент субстратпен байланысқаннан кейін, ферменттің активті орталығындағыфункционалды топтар субстратпен әрекеттесіп, электрондардың орналасуын және электр зарядтарының мөлшерін өзгертеді. Осының нәтижесінде субстрат деформацияланып, субстраттардың жеке бөліктеріні арасындағы байланыстар әлсірейді. Осы өзгерістердің салдарынан активтену энергиясы төмендеп, субстрат ыдырайды, реакция өнімі түзіледі. Бұл сатыда реакция өнімі ферментпен байланысқан күйде болады, өте қысқа уақыт жүреді.

Үшінші сатысы – реакция жылдамдығы осы сатысына байланысты.  Ферменттің реакция өнімінен бөлінуі жүреді.

Ферменттер тек тірі клеткаларда түзіледі және цитоплазмамен  тығыз байланысты болады. Дегенмен оларды клеткадан бөліп алуға да мүмкіндік бар. Осындай қасиетіне сүйене отырып, ферменттерді эктоферменттер, яғни тірі клеткалардың сыртқы ортаға беліп шығаратын ферменттері және эндоферменттер, яғни клетка ішіндеәсер ететін ферменттер деп бөледі. Эктоферменттер көбінесе ортадағы күрделі органикалық заттарды құрылысы қарапайым заттарға дейін ыдыратады да тірі клеткаға қоректік заттар

 

 

 

 

 

даярлайды. Ал эндоферменттер, қоректену процесімен бірге, энергияны  бөліп шығару реакциясына да белсене  қатысады. Сондықтан бұл фер-менттерді бөліп шығаратын микроорганизмдер қоректік ортадағы барлық күрделі заттарға бір мезгілде әсер ете алады.                 Организмде кездесетін ферменттердің саны мыңға жуық. Олар-дың молекуласы негізінен белоктық заттардан құралған. 1961 жылы ферменттердщ ғылыми негізде құралған жаңа классификадиясы жасалды. Осы классификация бойынша, барлық ферменттер 6 класқа бөлінеді: 
1) Тотығу-тотықсыздану ферменттері, 2) Траксферазалар, 3) Гидролазалар, 4) Лиазалар, 5) Изомеразалар, 6) Лигазалар (синтетазалар). 
Сонымен қатар әрбір ферменттің екі түрлі аты болады. Оның бірі ғылыми аты, күрделі аты; екіншісі — әдетте қолданылып жүрген қарапайым аты. Мысалы, глюкоза қантына фосфор қышқылын қосып, оны фосфорлық эфирге айналдыратын ферментті әдетте глюкокиназа деп атайтын болса, оның қазіргі ғылыми аты—2,7,1,1 АТФ сілтіглюкоза-6 фосфотрансфераза. Крахмалды су молекуласын қосу арқылы ыдыратып мальтоза қантына айналдыратын ферменттің бірін — амилаза деп атайды, оның қазіргі ғылыми аты —а-глюкан-мальтогидролаза. Қанттың ашуы кезінде оны спиртке айналдыратын ферменттің бірі әдетте алькагольдегидрогеназа деп аталады. Бүл ферменттің казіргі ғылыми аты 1.1.ІЛ.-алкаголь: НАД — оксидаредуктаза. Әрине ферменттердің осындай күрделі ғылыми аттарын қолдану жеңіл емес, сондықтан олардың қалыптасқан қарапайым аттарын қолданады. 
Әр ферменттің атының алдында төрт санды «таңба» кездеседі. Ол фермент системасында әр ферменттің алатын орнын көрсетеді. Бірінші сан ферменттің қай топқа жататынын көрсетсе, екінші сан топ тармағын, үшінші — тармақ буынын, тертіншісі — ферменттің қатардан алатын орны көрсетіледі. Тағы бір айта кететін жағдай ферменттердің аты әдетте ыдырататын заттарының атымен аталады. Тек ол заттардың аяғына «аза» деген жұрнақ жалғанады. Мәселен, крахмалды ыдырататын фермент амилаза. Олай болатын себебі латын тілінде крахмал — амилиум. Соған сәйкес ферменттін, аты амилаза болып аталады.

Барлық белгілі  ферменттер  катализдейтін реакция  түріне байланысты 6 класқа бөлінеді.

1. Оксидоредуктазалар - тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейді.
2. Трансферазалар - атом немесе атом топтарының бір заттан екінші затқа тасымалдануын катализдейді.
3. Гидролазалар - судың қатысуымен күрделі заттардың жай заттарға ыдырауын катализдейді.
4. Лиазалар-затардың сусыз ыдырауын немесе синтезін катализдейді.

 

 

 

 

 

5. Изомеразалар-изомерлену рекцияларын катализдейді.
6. Лигазалар немесе синтетазалар –АТФ энергиясын пайдаланып синтезделу процесін катализдейді.Гидролазалар (гректің «гюдор» — су деген сөзі). Ферменттердің бүл тобына полисахарид, дисахарид, майлар және белоктарды ыдырататын түрлері жатады. Бұлардың кейбіреулерін қазіргі кезде кристалл күйінде бөліп алған. Мұнда ферменттік реакция тек судың қатысуымен жүреді.                                                                                                      Бұл топқа ең алдымен карбогидраза ферменттері жатады. Карбогидразаны көптеген микроорганизмдер бөліп шығарады. Олардың ішіндегі аса маңыздылары мыналар: 
   Амилаза Крахмалды мальтоза қантына дейін ыдыратады. Ол көптеген зең саңырауқұлақтары мен бактерияларда кездеседі. 
   Мальтаза Дисахарид (а — глюкозидаза). Мальтоза қантын екі глюкоза молекуласына айналдырады. Барлық микроорганизмдерде дерлік кездеседі. 
   Сахараза (р-фруктофураназидаза). Тростник (қамыс) қантын глюкозаға және фруктозаға ажыратады. Зең саңырауқұлақтарыида, ашытқы саңырауқүлақтарда, бактерияларда кез-деседі. 
   Лактаза (р-галактозидаза). Сүт қантын (лактозаны) глюкоза және галактозаға ажыратады. Көптеген сүт қышқылы және басқа да бактерияларда болады. 
   Целлюлаза (р-1,4 глюкан — 4 глюканогидролаза). Оны немесе цитаза деп те атайды. Мұны көптеген анаэробты микроорганизмдер бөліп шығарады. Ол клетчатканы целлобиозаға және жай қант — глюкозаға дейін ажыратады. 
   Целлобиаза (/5-глюкозыдаза). Целлобиазаны екі глюкоза молекуласына айналдырады. Гидролазаның бір тармағы — эстеразалар (күрделі эфирлер ферменттері). Бұл топқа қышқыддар мен спирттер арасындағы эфир байланыстарын бұзатын ферменттер жатады. Мұндай ферменттердің бірі — липаза. Ол майларды глицерин мен май қышқылдарына ажыратады. Липаза көптеген микроорганизмдерде, өсімдіктер мен жануарлардың клеткаларында болады.                                                                                                              Пектиназа. Өсімдіктердің клеткаларының аралығында кездесетін пектин заттарын ажыратады. Мұнда пектин заттарынан галактоза, арабиноза, ксилоза, сірке, галактурон қышкылдары және метил спирті түзіледі. Бұл ферменттер көптеген бактериялар мен зең саңырауқұлақтарынан табылған. 
   

 

 

 

 

 

 

Липазалар (глицерин эфирлерінің  гидролизі). Майды гидролиз арқылы глицерин және май қышқылдарына ыдыратады. 
Протеазалар. Бұл ферменттер белоктарды пептон, поли-пептид және амин қышқылдарына дейін ажыратады. Мұның сүтті үйытатын қасиеті бар. Бұл ферменттер көптеген шіріткіш бактерияларда, өсімдіктерде, асқазан шырынында кездеседі, Бұл топқа көптеген ферменттер жатады: пепсин, трипсин химотрипсин папаин полипептизада, дипептидаза, аминопептидазалар карбоксипептидазалар т. б. 
Дезаминаза Амин қышқылдарын аммиак пен окси қышқылдарға бөледі. Бұл фермент пуриндық негіздерге әсер етіп, олардан аммиакты бөліп шығарады. 
Тотығу-тотықсыздану ферменттері. Бұған микроорганизмдердін тыныс алуы және түрлі ашыту процестерін жүргізуге қатысатын көптеген ферменттер жатады. Ашу процесінің қоздырғышы —ашытқы саңырауқұлақтар клеткаларындағы ферменттер бұрын зимаза деп аталып келді. Қазір сол зимазаның өзі көптеген ферменттерден тұратыны анықталды. 
Олар сутегін тасымалдап органикалық заттардың тотығуын немесе тотықсыздануын қамтамасыз етеді. Сөйтіп, бұл ферменттердің әсерінен клетканың метаболиз процесі жүреді.                                         Соның нәтижесінде, клеткада көптеген аралық өнімдер (органикалық қышқылдар, фосфорлық эфирлер, энергия қоры — АТФ және АДФ т. б.) түзіледі. Сонымен қатар, бұл реакциялар организм мен оның клеткалары үшін энергия көзі болып саналады. Пайда болған заттардың химиялық қүрамы да өзгеше және бөлінетін энергия микроорганизмдердің тіршілігіне жүмсалады. Бұл топқа енетін ферменттердің практикалық маңызы барлары мыналар: 
Альдолаза . Кейбір ашыту микроорганизмдерінде кездеседі. Бүл ферменттің әсерінен алты мүшелі гексоза қанты үш мүшелі қосылысқа ажырайды. 
Декарбоксилаза . Көптеген ашытқы саңырауқүлақтарда болатын фермент. Бұл фермент қанттар айырылуының бастапқы өнімі ретінде пайда болған пирожүзім қышқылын сірке альдегиді мен көмір қышқыл газына айналдырады. 
Клеткада жүретін тотығу мен тотықсыздану реакцияларын және тыныс алу процесін тездетіп, энергияның бөлінуіне қатысатын ферменттердің ішіндегі ең маңыздылары мыналар: 
Дегидрогеназалар. Бұл ферменттер органикалық заттарда бірінен екіншісіне сутегінің алмасуына себепші болады. Соның нәтижесінде бірінші затта оттегінің саны артып тотығады да, екіншісін-де сутегінің саны артып, тотықсыздаңады. 

 

 

 

Оксидазалар — аэробты  дегидразалар. Олар тотығатын органи-калық  заттардан сутегін бөліп алып, ауадағы оттегіне жалғастыру нәтижесінде  ортада су немесе сутегі асқын тотығын  түзейді. 
Бұл реакциялардың нәтижесінде клетка өзін керекті энергиямен қамтамасыз етеді. 
Пероксидаза әдетте көптегең фенол, полифенол, ароматтық аминдердің сутегі асқын тотығы көмегімен тотығуын жеделдетеді. Бұлар жануарлар клеткаларында, жоғары және тәменгі сатыдағы өсімдіктерде, көптеген микроорганизмдерде кездеседі. 
Қаталаза — тотығу реакциясына тікелей қатыспағанмен каталаза аэробты тыныс алуға байланысты жүретін процестерді қоздырады. Әсіресе аэробты бактерияларда көп тараған фер-мент. Сонымен қатар ол сутегінің асқын тотығын молекула күйін-дегі оттегі мен суға ажыратады. Аэробты тыныс алу барысында молекулалық оттегінщ тотықсыздануынан түзілетін сутегі асқын тотығы тірі клеткаларды уландырады. Сондықтан оның су мен оттегіне ажырауы организмге аса қажетті шарттардың бірі болып табылады.                                               Тірі организмде жүретін барлық процестер ферменттердің қатысуымен атқарылады. Олардың әсерімен қорек құрамындан күрделі заттар қарапайым қосылыстарға ыдырап, соңынан олардан осы организмге тән макромолекулалар түзіледі.                                                                       Ферменттерге өте зор талғамдылық қасиет тән. Әр фермент тек белгілі бір затқа, белгілі бір байланыс түріне әсер етеді. Мысалы, мальтоза қантын ыдырататын мальтаза ферменті басқа қанттарға эсер етпейді.                 Ферменттер әрекетінің негізіңде үш түрлі әсер жатады 1) жинақтау (концентрациялау әсері; 2) бағдарлау (ориентациялау) әсері; 3) көп бағытты катализ.                                                                                                             Ферменттер алдымен ершндіден қоректі заттар субстратының әр түрлі молекулаларын талғап алып, оларды өз беткейіне жинақтайды, қоректі қорыту процесіне дайындайды, ал ферменттер олардың химиялық өзтерістерін тездетеді. Белоктар, майлар, көмірсулар молекулаларының құрамы ндағы ком-поненттер көбінесе ангидридтік байланыстар арқылы полимерлер түзеді. Бұл байланыстар ферменттердің әрекетімен су қосу арқылы (гидролиз) үзіледі. Соидықтан бұл процесті гидролиздік ыдырау, ал оны қамтамасыз ететін ферменттерді гидролазалар деп аталады.  Ас қорыту жолында қоректік заттар түрлі микроорганизмдер ферменттерінің әсерімен биологиялык, өндеуден де өтеді. Ас қорыту жүйесінің айтарлықтай көлемді алдынғы бөлімдерінде (қарывда) және ішектің кеңіген соңғы бөлімдерінде (әсіресе

 

 

 

 

 

бүйенде) алуан түрлі  микроорганизмдер өздеріне қолайлы  жағдай тауып (түрақты жылылық, кажетті  ылғалдьгқ, сілтілік не байтарап орта, мол және үздіксіз келіп тұратын  қоректік заттар), тез көбейіп өседі  де, қоректі тездетіп ыдыратуға көмектеседі. Өсімдік тектес азық құрамында организмде қиын қорытылатын және ас қорыту сөлдерінде ерімейтін заттарға бай клетчатка көп мөлшерде болады. Ал ас қорытатын сөлдер құрамында оны ыдырататын ферменттер болмайды. Сондықтан клетчатка тек микроорганизмдер ферменттерінің әсерімен қорытылады. Тоқ ішекте микроорганизмдер әрекетімен белоктар шіріп, майлар тотығып, көмірсулар ашиды, организмге қажет көптеген заттар (амин қышқылдары, дәрмендәрілер т.б.) түзіледі да, бұл молекулалардың өзара әрекеттесуін тездетеді. Ферменттердің бұл әрекетін жинақтау (концентрациялау) әсері деп атайды. Қоректік заттардың ыдырау процесі дұрыс жүру үшін фермент беткейіне жинақталған субстраттар молекулаларының белгілі аудандары бірбірімен жанасуы керек, демек олар бірінебірі бағдарлануы керек. Ферменітердің осындай бағдарлау әрекетінің әсерінен қоректік заттардың ыдырау процесі мығдаған есеге шапшандайды. Ферменттердің негізгі қасиеті олардың күрделі құрылысына байланысты. Қазіргі деректерге қарағанда фермент молекулаларында белсенді орталық деп аталатын бөлік болады. Ферменттер қоректік затқа әсер ету үшін субстрат молекулаларының пішіні осы белсенді орталықтың пішінімен үйлесуі керек. Белсенді орталық функционалдық топтан немесе жеке амин қышқылынан тұрады. Қазіргі кезде біраз ферменттердің белсенді орталығының табиғаты жақсы зерттелген. Мысалы, химотрипсин ферментінің белсенді орталығы екі бөліктен тұратын көрінеді. Оның бірінші бөлігі — сіңіру аймағы. Оған серин, гистидин, аспарагин қышқылдарының қалдықтары кіреді. Белсенді орталықтың бұл бөлігінің пішіні май тамшысы тәрізді.Белсенді орталықтың екінші бөлігі — катализдік топ. Ол арқылы фермент субстрат молекулаларының белгілі бір орталықтарын шабуылдап, көп бағытты катализ процесін жүргізеді.                                                          Қазіргі кездегі деректерге сәйкес фермент пен субстрат өзара әрекеттестікте болады. Субстрат әсерімен кейбір фермент өз белсенді орталығының пішінін, өзінің функционалдық тобын зор катализдік белсенділік көрсететіндей етіп бағыттайды. Өз кезегінде ферментпен қосылыса келе субстрат та белгілі дәрежеде пішінін (конфигурациясын) өзгереді. Осының нәтижесінде оның белсенді орталықтың функционалдық тобымен жанасу мүмкіндігі артады. Химиялық реакция соңында фермент — субстрат кешені ажырап, соңғы ыдырау өнімі бөлінеді де, фермент босанады. Осыдан соң босанған белсенді