Ферменттер

Фермент активтігіне ортаның рН мәнінің  әсері аминқышқылы қалдықтарының  бүйірлік топтарының иондалатын қасиеттеріне байланысты.                      

Фермент активтігіне температураның әсері. Тірі организмде ферменттер 30-40⁰ жағдайында өз қызметін атқарды, сондықтан осы  температура шамасында активтігі өте жоғары. Ортаның температурасы осы оңтайлы температурадан өзгерсе, жоғарыласа немесе төмендесе, ферменттің активтігі төмендейді. Таза күйінде бөліп алынған ферменттер температурасының әсері әр түрлі факторларға байланысты.

Ферменттердің тежелуі  

      Клеткада  ферменттік реакциялар ерекше заттармен  реттеледі. Бұл заттардың кейбіреуі  ферменттің активтігін арттырады, екінші заттар ферменттің активтігін төмендетеді, тіпті тежейді. Ферментті активтендіретін  заттар – активаторлар, ал тежейтін заттар ингибиторлар (тежегіштер) деп  аталады.

      Тірі  организмде жүзеге асатын биохимиялық  жүйелердің жылдамдығы реакцияны катализдейтін  ферменттің активтігін тежеу арқылы реттеледі. Мысалы, көмірсулар ыдырағанда гликолиз процесі арқылы олар пируватқа  дейін өзгереді. Осы 10 реакциядан қрылған  ферменттік жүйеде фосфофруктокиназа  деген фермент бір реакцияны  катализдейді. Осы ферменттің активтігін тежеу арқылы гликолиз процесінің жылдамдығы реттеледі.

      Тежегіштердің әсері қайтымсыз және қайтымды болады.

Тақырыбы  7: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ АТАУЫ (НАМЕНКЛАТУРАСЫ) ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТОПТАСТЫРУ                  

Қазіргі кезде ферменттерді катализдейтін  реакциялардың түрі 2000-нан астам, ол жыл сайын өсуде. Ферменттердің  топтастырылуы мен атауларын  Халықаралық биохимиялық одақтың  Комиссиясы 1961 жылы бекіткен. Бұл топтастыру мен атаулардың негізіне ферменттерді катализдейтін реакциялардың түрі алынған. Осы топтастыру бойынша  ферменттер 6 класқа бөлінеді:                

1. Оксидоредуктазалар  – тотығу-тотызсыздану реакцияларын  катализдейтін ферменттер.                

2. Трансферазалар  – атомдар тобын және молекула  қалдықтарын алмастырып, ауыстыратын  биохимиялық реакцияларды катализдейтін  ферменттер.                

3. Гидролазалар  – гидролиздеу реакцияларын катализдейтін  ферменттер.                

4. Лиазалар  – субстраттың ыдырауы нәтижесінде  оның молекуласында қос байланыстың  түзілуін және қос байланыс  бойынша химиялық топтардың қосылуын  катализдейтін ферменттер.                

5. Изомеразалар  – заттардың молекулаішілік өзгерістерін  катализдейтін ферменттер.                

6. Лигазалар  (синтетазалар) – екі молекуланың  қосылуы арқылы жаңа органикалық  қосылыстардың синтезін катализдейтін  ферменттер. Бұл реакция АТФ молекуласында  пирофосфат байланыстың ыдырауымен  қосарланған. 

ақырыбы 8: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ ПРАКТИКАЛЫҚ МАҢЫЗЫ ЖӘНЕ ИММОБИЛДЕНГЕН ФЕРМЕНТТЕР                  

Ферменттерді  әр түрлі өнеркәсіптерде, мысалы, тамақ  өнеркәсібінде, тоқыма өнеркәсібінде  және басқа өнеркәсіптерде пайдаланады. Себебі, ферменттер уытсыз, ортаның  жайлы жағдайларында қызмет атқарады, субстрат ретінде арзан, жеңіл алынатын шикізаттарды пайдаланады. Ферменттер өзінің бірегей қасиеттерін клеткадан бөліп алғанда да сақтайды. Ферменттерді өнеркәсіптерде па   пайдалану экономикалық және экологиялық жағынан қолайлы (пайдалы).

     Қазіргі күнде 2000-нан астам фермент белгілі, ал өнеркәсіпте 30 шамасындай ғана ферментті  пайдаланады. Ферменттер өндірісінің  көлемі жыл сайын өсуде.   
 

     Ферменттерді  медицинада пайдалану  

     Қазіргі күнде ферменттерді ауруларды емдеу  үшін (энзимоемдеу), аурудың түрін  анықтау үшін (энзимодиагностика) пайдаланады.

     Қазіргі күнде аурудың түрін анықтау  үшін ферменттер, яғни энзимодиагностикалық әдістер кең пайдаланылады. Энзимодиагностиканың қажеттігі мынада: кейбір ауру пайда  болғанда белгілі ферменттердің  активтігі немесе мөлшері өзгеруі  мүмкін. Сондықтан белгілі ферменттің активтігін анықтау нәтижесінде  аурудың түрін, табиғатын анықтауға  болады. Мысалы, инфаркт миокарда болғанда қан сары суында аспартатаминотрансфераза деген ферменттің мөлшері көбейеді (зерттеген аурулардың 97%-ында). Ферменттердің  активтігінің өзгеруінің диагностикалық мағынасы өте жоғары және аурудың  жазылуын бақылауға мүмкіндік береді.

     Ферменттердің кемістігі аномалды зиянды метаболиттердің  жинақталуына себеп болуы мүмкін. Мысалы, фенилкетонурия дейтін ауру пайда  болғанда зиянды фенилпирожүзім деген  қосылыс көп мөлшерде жиналады, бұл  фенлиаланингидроксилаза дейтін ферменттің кемістігінен болады.

     2-кестеде  медицинада пайдаланылатын ферменттердің  мысалдары берілген.  

      Тақырыбы 9: ФЕРМЕНТТЕРДІ ИММОБИЛДЕУ ӘДІСТЕРІ  

     Ферменттерді  иммобилдеу үшін пайдаланылатын әдістерді  негізіне алған ұстауыштардың сипаттамасына  байланысты екі топқа бөледі: 1) физикалық әдістер; 2) химиялық әдістер.

     Физикалық әдістер

     Бұл топқа жататын әдістерде ферменттер ұстауыфшпен коваленттік байланыспайды. Олар ұстауышпен электростатикалық, гидрофобты әрекеттесу арқылы байланысады.

     Физикалық әдістердің келесі түрлері белгілі:

1)             адсорбциялық әдістер.

     2)             Ферменттерді гель немесе полимер ұстауыштарының саңылауларына енгізу;

      3)            Екі фазалық жүйені пайдаланып, ферментация процесін жүргізу, фермент тұрақты су фазасының құрамында ұсталады. Мысалы, су – органикалық ерітінді.  

Адсорбциялық  әдістер

а) Суда ерімейтін ұстауыштарға ферменттердің  адсорбциясы.

     Бұл әдісте органикалық және органикалық  емес ұстауыштар пайдаланылады.

     а) Органикалық емес ұстауыштарға ферменттердің  адсорбциясы.  

     Химиялық  әдістер.

     Химиялық  әдістердің негізіне фермент молекуласының  функционалды топтарының ұстауышпен ковалентт  і байланысуы алынған.

     Химиялық  әдістердің артықшылығы:

     1) фермент ұзақ уақыт бойы ұстауышпен  байланысқан түрде болады, ерітіндіге  шығып кетпейді.

     2) қажетті ферменттердің қолайлы  ұстауышпен ковалентті байланыс  түзуі үшін ерекше әдісті таңдап  алып, ферменттердің қасиеттеріне  ұстауыштың жағымсыз әсерін төмендетуге  болады.

     Химиялық  әдістердің екі түрі белгілі:

     1) ферменттерді полимерлі ұстауыштармен  байланыстыру арқылы иммобилдеу;

     2) ұстауыштарды пайдаланбай, белок  молекулаларын өзара көлденең  тігу.

     Ферменттерді  полимерлі ұстауыштармен ковалентті байланыстыру үшін ерекше химиялық реакциялар пайдаланылады. Химиялық әдістерді  топтастыру негізіне химиялық реакциялардың  түрі алынады.

     Кең пайладанылатын әдістің бірі – бромциан әдісі. Осы әдісті қысқаша қарастырайық.

Тақырыбы 10: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ ҒЫЛЫМИ ДАМУ                     

ТАРИХЫ  ЖӘНЕ ЗЕРТТЕЛУІ                  

Ферменттер  қатысатын процестерді ғылыми тұрғыдан зерттеу XVII ғасырдың орта кезінен басталады. Осы кезде Гельмонт қанты бар  сұйық заттардың ашуы ерекше қоздырушылар көмегімен жүретінін анықтаған. Осыдан кейін Лавуазье ашу кезінде  қант түгелдей көмір қышқыл газға  және спиртке айналатынын анықтады.                 

XIX ғасырдың  ортасында кейбір фермент препараттары (уыттан – амилаза, қарын сөлінен  – пепсин, т.б.) бөлініп алынды. Сөйтіп, катализ және катализаторлар  жөніндегі ілімжарыққа шықты  (Берцелиус және басқалар). Бұл  кезде атқарылған зерттеу жұмыстары  ферменттердің химиялық зат екенін, олардың негізгі  биологиямен байланысты екенін дәлелдеді.                

Луи Пастер спирттің ашу процесін зерттеп мынадай  қорытындыға келеді: ашу процесін жүргізетін химиялық заттар емес, ашытқының, яғни тірі клеткалардың тіршілік әрекеті  болып табылады. Ол ферменттер тірі ашытқыдан ажырамайды, олармен біртұтас деп саналады. Ашуға қатысты мұндай көзқарас 1897 жылы бухнер ашқан тамаша жаңалыққа дейін ұзақ уақыт сақталып келді. Ол құрамында тірі клеткалар  жоқ ашытқы сөлін сумен бөліп  алады. Осы сөлдің өзі-ақ қантты тез  ашытып, спиртке және көмір қышқыл газға айналдырғанын көреді. Осылайша қантты ыдыратыпашытатын ашытқының  тірі клеткалары емес, керісінше олар жасап шығарған фермент (химиялық зат) екенін дәлелдейді. Ферменттің қантты ашытқы өнімдеріне айналдыратын катализатор  екенін анықтайды.                

Спиртті ашу кезіндегі  катализатордың химиялық табиғатын анықтау ферментті процестер жөніндегі зерттеуді алға апаруға дем беруші үлкен күш болды және соның нәтижесінде көптеген ферменттер бөліп алынып, зерттелді. Ферменттер әсерінің теориясы (Э.Фишер, 1890 ж.). ферментті реакциялардың кинетикасы (Л.Михаэлис пен М.Ментен, 1913 ж.) жөніндегі жұмыстар жарық көрді. ХХ ғасырдың бас кезінде И.П.Павлов және оның әріптестері ас қорытушы ферменттердің белоктік табиғаты жөнінде өте маңызды мәліметтер алады. Олар иттің қарынындағы сөлдің активтігі оның құрамындағы белоктарға байланысты екенін анықтады. Қарын сөлінде белок аз болса, онда пепсин де шағын мөлшерде болды. Өз мәліметтерін және басқа да ғалымдардың зерттеулерін талдай келіп, павлов ферменттер дегеніміз – белоктік заттар деген қорытындыға келді. 

Тақырыбы 11: ФЕРМЕНТТЕРДІ БӨЛІП АЛУ ЖӘНЕ ТАЗАРТУ                 

Ферменттер  адамның, жануарлардың, өсімдіктердің  ұлпаларында және микроорганизмдерде синтезделіп жасалады. Ферентті бөліп  алу үшін, ол көп кездесетін материалды (шикізатты) таңдап алу керек. Егер фермент  алынатын материал жануар ұлпасы болса, онда ол ұлпаны басқа бөліктерден  бөліп ажыратады және қанын жуып тазартады. Таңдап алынған материалдағы ферменттер бұзылып кетпеу үшін, оны  төменгі температурада (2-8⁰ С) ұнтақтайды. Осылайша ұнтақталған біртектес массаны центрифугаға салып өңдейді. Осы кезде фермент оның сұйық бөлігіне (центрифугатқа) өтеді де, шөгіндіні тастайды.                

Ферменттер  белоктік заттар болғандықтан, оларды алу үшін белокті шығаратын әдісті қолданады. Белокты шөктіріп тұнбаға  түсірудің бірінші кезегінде  центрифугатқа аммоний сульфатын  немесе органикалық еріткіштерді (этил спиртін немесе ацетонды) қосады. Бұл  кезде ферменттермен қоса бүкіл  белоктар дерлік тұнбаға  түсіріледі. Бұдан кейін ферменттерді ептілікпен бөліп алу үшін ионалмасу хроматография әдісін қолданады. Әсіресе  әртүрлі шайырлар, олардың ішінде ерімейтін ДЭАЭ-целлюлоза кең түрде қолданылады.                

Полиакриламидті, крахмалды немесе агарлы гелде жүргізілетін электрофорез әдісімен де ферменттерді бөліп алуға болады.

Тақырыбы 12: ФЕРМЕНТТІҢ АКТИВТІЛІГІН ӨЛШЕУ ЖӘНЕ АНЫҚТАУ ӘДІСТЕРІ                  

Бөліп алынған таза фермент өзінің ферменттік активтілігімен бағаланады. Ферменттердің  активтілігі өте жоғары болады. Ферменттік активтілік дегеніміз белгілі фермент  бөлшегінің көмегімен нақты уақыт  ішінде алынған субстрат шамасы. Мысалы,  -амилазаның осындай қасиетін зерттеп білу үшін 25⁰С жағдайында және 1 минут ішінде 1 мг фермент ыдыратқан крахмал мөлшерін анықтау қажет.                

Ферменттерді  мөлшерлік анықтау негізінен  үш принципке сүйенеді:                

1. Ферменттердің  аз мөлшері белгілі субстраттың  мөлшеріне қалай әсер ететіндігін  анықтау.                

2. Берілген субстрат мөлшерінен фермент әсері арқылы осы процесте түзілген өнімдерді анықтау.                

3. Ферменттің  активтілігі, оның әсер ету  жылдамдығына негізделген. Ферменттердің  активтігі әр түрлі реакция  жағдайында температураға, рН  ортаға және субстраттың концентрациясына тәуелді болады. Ферменттердің шамасы субстраттың шамасына және инкубация  уақытына пропорционал болады.