Ферменттер

Фермент активтілігінің өлшемі жөнінде энзимологияда  мынадай ұғымдар қабылданған. Ферменттің халықаралық өлшемі Ө бас әріпімен («өлшем» деген сөздің немесе U ағылшын  тілінде – Unit деген сөздің бас  әріпімен) белгіленеді.                

Ферменттің  халықаралық өлшемі дегеніміз –  фермент әсерінің қолайлы жағдайында (рН, субстрат концентрациясы, т.б.) 25⁰С температурада бір минут ішінде субстраттың бір микромолін (1 мкмол 10^-6 мольге тең) катализдеп өңдей алатын фермент мөлшері.                

Меншікті  активтілік дегеніміз – ферменттік препараттағы бір мг белокқа тиісті фермент өлшемінің (Ө) шамасы; ол мкмоль 1 мин мг белок деп көрсетіледі. Меншікті активтілік ферменттік препараттың  тазалық өлшемі: фермент тазартылған  сайын, ол арта түседі және фермент  таза күйге жеткенде, ол көрсеткіш  ең жоғары және тұрақты болады. 

Тақырыбы 13: ФЕРМЕНТТЕР ӘСЕРІНІҢ ТЕОРИЯСЫ  

Ферменттер  химиялық реакцияларды миллион есе, тіпті одан да көп есе, 10²⁰ шамасына дейін тездетеді. Мысалы, уреаза ферменті (рН 8 және 20⁰С жағдайында) несеп нәрі (мочевина) гидролизін 10¹⁴ есе тездетеді. Мұндай  аса жоғары катализдік активтілікке қалай мүмкін болады? Ондай ерекше қасиетке жетуге олардың мынадай екі қызметті дәл атқару себеп болады: 1) фермент өзінің субстратын айырып таниды; 2) қатал іріктеп өзіне ғана тән реакцияны катализдейді.                 

Әдетте  химиялық реакциялардың жылдамдығы реакцияға түсетін молекулалардың соқтығысу жиілігіне байланысты. Ал соқтығысу жиілігі молекулалардың концентрациясы мен ортаның температурасына  байланысты.                

Температураның  артуына қарай молекулалар қозғалысының кинетикалық энергиясы да артады, бұл молекулалар соқтығысуының  жиілігіне әсер етеді. Реакцияның өтуі үшін молекулалардың соқтығысуы жеткіліксіз. Бұл кезде олар активті күйде болуы қажет, басқаша айтқанда, оларда реакция үшін қажетті энергияның біршама артық қоры болуы тиіс. Молекуланың реакцияға түсуіне керекті энергияны активтендіру энергиясы  деп атайды. Фермент осы реакцияға қажет активтендіру энергиясын азайту арқылы реакцияның жылдамдығын көтереді. Ол үшін фермент реакцияға ұшырайтын заттың молекуласымен (оны субстрат деп атайды) бірігіп кщмплекс түзеді. Бұл комплекстің  түзілуіне энергия әлдеқайда аз жұмсалады.                

Фермент – субстрат арқылы комплексін түзу кезінде субстрат молекулалары біраз  деформацияға ұшырайды, сондықтан реакцияның активтендіру энергиясы кемиді. Бұл  деформация субстраттың молекула ішілік байланыстарын әлсіретеді және молекуланы белгілі бір реакцияға неғұрлым қабілетті етіп шығарады. Комплекстің  түзілуі спектрлік методтардың  жәрдемімен дәлелденген.                

Фермент – субстрат аралық комплексін түзуде субстрат ферменттің бүкіл молекуласымен  емес, оның активті орталықтар деп  аталатын жекелеген учаскелерімен  қосылады. Ферменттің әрбір молекуласында 1-2 активтік орталық бар екені  анықталып отыр.

Тақырыбы 14: ФИЗИОЛОГИЯЛЫҚ ЖӘНЕ БИОХИМИЯЛЫҚ                         

ЖАҒДАЙЛАРДЫ РЕТТЕУДЕ АКТИВТІ  ЕМЕС                   

ФЕРМЕНТТЕРДІҢ АТҚАРАТЫН ҚЫЗМЕТІ                  

Проферменттер (латын тілінде pro – алдыңғы, бұрынғы және фермент деген сөзден шыққан) – ферменттердің активті емес түрі. Безді эпителийде бірқатар протеолиттік ферменттер активті емес күйде – проферменттер (немесе зимогендер) түрінде синтезделеді. Мысалы, пепсин қарынның ішкі қабатында пепсинрген проферменті түрінде түзіледі, трипсин ұйқы безінде трипсиноген түрінде түзіледі, т.с.с. Осының арқасында проферменттер түзілген клеткалар мен ұлпалар өздерін өздері бүлдіріп бұзбайды.                 

Проферменттердің  активті түрге (ферментке) айналуын физиологиялық және биохимиялық  жағдайлар реттейді. Проферменттің  активтену процесі былай болады: пептидтік байланысты үзу арқылы профермент молекуласынан бір пиптид немесе бірнеше пептид бөлініп ажырайды, осының нәтижесінде ферменттің сәйкес конформациясы қалыптасады және оның активті орталығы ашылады. Активсіз түрден активті түрге айналу механизмі әр түрлі. Активті топтары парализатормен (ингибитор) байланысқан кейбір ферменттер, сол тобы ыдырағанда активтіге айналады. Мысалы, активсіз пепсиноген яки трипсиноген, полипептидті табиғаты бар ингибиторынан бөлгенде, активті пепсин мен трипсинге айналады. Ферменттердің активсіз түрі тотыққан формасы болып келеді, оларды тотықсыздандырғыштар әсерімен активтендіруге болады. Мысалы, катепсин мен аргиназа, цистеин, глютатион мен аскорбин қышқылы және басқа да тотықсыздандырғыштармен активтендіріледі.                

ХХ ғасырдың бас кезінде И.П.Павлов ең бірінші  болып көрсеткендей, профермент трипсиноген  энтерокиназаның көмегімен активтенеді  де активті фермент трипсинге  айналады.                

Мультиферменттік  жүйе (латын тілінде multum – көп және фермент деген сөзден шыққан) – бұл көптеген әр түрлі ферменттерден құралған жиынтық. Мысалы, май қышқылдары синтезін реттеуші ферменттер мультиферменттік үлкен жүйе құрайды. Ашытқыда мультижүйе өзара тығыз байланыстағы әр түрлі жете ферменттен тұрады. Әрбір жеке мультиферменттік жүйе 2 ферменттен  20 ферментке дейінгі топтан құралады.                

Әрбір ферменттің белгілі бір химиялық реакцияны катализдейтіні белгілі. Мультиферменттік жүйеде бірінші фермент  катализденген реакция өнімі  екінші фермент катализдейтін келесі реакция үшін субстрат болады, т.с.с.                 

Митохондрияларда  А ацетилкоферметті СО₂ және  Н₂О айналдырып, тотықтыруға мультиферменттік комплекс қатысады. Тыныс алу тізбегінде электрондарды ауыстырып алмастыратын цитохромдар мультиферменттік жүйеге жатады. 

Тақырыбы 15: ФЕРМЕНТТЕРДІҢ  ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ  ЖӘНЕ                        

СУТЕК АСҚЫН ОКСИДІН  БҰЗАТЫН ФЕРМЕНТТЕР                  

Ферменттер  биологиялық катализатор ретінде  әрі гомогендік, әрі гетерогендік катализаторлардың белгілерімен сипатталады. Ферменттердің аса тұрақсыздығына байланысты әсері де көптеген факторларға  тәуелді келеді.  Катализдік әсерін су ерітінділерінде көрсетеді. Бірақ молекулалық салмағы үлкен болғандықтан /10000-100000/ гетерогендік катализаторға тән ферменттердің катализдік активтігі олардың беткейінде ерекше бөлімдер – активті орталық болуымен аяқталады. Ферменттердің гомогендік және гетерогендік катализаторлардың жалпы белгілерімен қатар, ерекше қасиеттері де болады. Ферменттердің негізгі ерекшелігі, жоғары катализдік активтігі мен өте жоғары  талғампаздығында. Себебі: ферменттердің құрылыс ерекшелігі мен әсер ету механизмінде. Ферменттер катализаторлар сияқты активация энергиясына әсер етіп, оны төмендетеді. Бұл ферменттер қатысында реакция жылдамдығын жоғарылатады.                 

Ферменттік  катализдің өзіне тән белгісі, оның мультиплеттігі, яғни бір мезгілде бірнеше (үштен артық) реакцияға  көптеген активті орталық пен  сәйкес субстраттарды қатыстыруында.                 

Фермент сонымен қатар қышқылдар мен  сілтілердің әсерін де өте тез  сезіп отырады. Демек, бір фермент  қышқылы аз реакцияға белсенділік  көрсетеді, енді біреуі сілтісі  аз реакцияны қалайды, ал үшіншісі бейтарап жағдайды жақсы көреді. Ферменттердің бұл қасиеттерін адамның ас қорыту процесінен тез аңғаруға болады. Мысалы, ас ең алдымен ауызға түсіп тіспен шайналады да сілекейге шыланады. Ас сілекейге шыланғанда бейтарап реакцияға түседі. Демек, бұл кезде сілекейде болатын ферменттер іске кіріседі. Бұл фермент (амилаза) көмірсуларға былайша айтқанда крахмалға ғана әсер етеді. Сондықтан, ауызда астың көмірсулы бөлігі ғана қорытылады.                 

Сутек асқын оксидін  бұзатын ферменттер                

Каталаза.           Өсімдіктер дүниесіне қандай таралса, жануарлар дүниесіне де каталаза ферменті сондай кең тараған.               Әсіресе, ол бауыр мен эритроцитте көп кездеседі. Өзінің химиялық табиғаты жағынана каталаза күрделі белоктар, ал простетикалық тобы гемге ұқсас.  Спектрлік анализ бойынша, сутек асқын оксиді бұзылу процесінде каталаза құрамына енетін темірдің тотығуы мен  тотықсыздануы жүретіні анықталды.                 

Пероксидаза. Сутек асқын оксидін бұзатын фермент. Оның әсер ету механизмі каталазаға қарағанда күрделірек: пероксидаза  сутек асқын оксидімен комплексті қосылыс түзіп, активтелініп және белгілі субстратқа сутек акцептора ретінде  әсер етуге қабілетті болады.  Бұл фермент көбінесе өсімдіктерде кездеседі. Пероксидаза құрылымы  жағынан белок, оның простетикалық тобы гем туындылары. Осы ферменттің әсерін байқау үшін субстрат ретінде сутегін жоғалтқанда белгілі түске ие болатын заттарды – органикалық бояғыштар  (бензидин, гваяк шайыры, пирогаллол және т.б.) алады. Пероксидаза, әсіресе хренде көп болады. Жануарлар ағзасында кездеспейді деуге болады,  тек аз мөлшерде сүт пен лейкоцитте кезедседі. Проксидаза құрамында үш валентті темір бар. Оны гваяк тұндырмасы (көк түс) немесе пуппургалиннің (сарғылт) тұнбасы пайда болуымен анықтайды. 

Зертханалық жұмыc №1  

Пектолитикалық  ферменттердің  продуценттерін алу әдісі. 

Саңырауқұлақтардың  ферментті    синтезін  анықтауда  субстратты  агарлы  ортаны  қолдануда  культуралардың  көп  мөлшерде скринингті  қолдануға  рұқсат етіледі.рН- 7,0 ортада  пектинлиаздың, ал рН-5,0 пектингидролаздың  активтілігін  тұрақтандыру үшін қолданылады.

Агарланған  ортада Mucor  және Rhizopus туыстарын ферментсинтездеуші  қасиетіне мінездемесін  қолданылды..

Анықталғандай 10 зерттелген  Rhizopus саңырауқұлақ  туысында үшеуі  синтезделмейді.

Көптеген  зрттеушілер ферменттердің  продуценттерін  алуда құрамында  пектинді  заттары бар қоректік  орталарда  түптік  және  беттік культивирленген  микроорганизмдерді  қолданады.

Селективті  орта  көмегімен  морфологиялық  қасиеттері  өзгертілген  мутанттар  алуға  болады.

Әтртүрлі  физикалық және  химиялық  мутагендерді  қолдануға  жоғары  активті  продуценттердің  штаммдарын  алуға  болады.Физикалық мутагендер  ретінде  көбінесе УФ, рентген гамма сәулелері,  температуралық  өңдеу, ал  химиялық  мутагендерге- этиленимин, байланыс, антибиотиктер  т.б.  қолданылады, кейде  әртүрлі  мутагендердің  комбинация жолымен  мутагендік  өңдеу  жүргізіледі.

 

 Зертханалық жұмыc №3

Ферменттік  препараттарды  алу  және  қолдану.

Ферменттік  препараттар  әртүрлі  препараттық  формада  жіберідеді. Ауылшаруашылық  жеңіл өнеркәсіптерінде көп жағдайда 2х және 3х-ты индексті  техникалық  ферментті  препарттарды  қолданады. Біріншісі, өзімен бірге  еритін  заттардың  культуралды  сұйықтықта, сұйық концентрантты микроорганизмдер  продуценті  құрғақ 40  пайыздан  аспайтын  заттарды  құрайды. 3х индексті  ферментті препарат тозаңдатылуда  кептіру,  қорытындысында  материал  арнайы  құралдармен диспергирлейді және  токты  газды  жылытқыштарда  кептіреді.

Тағам өнеркәсіптерінде, медицинада және ғылыми зерттеулерге тазартылған және жоғары тазартылған ферменттік препараттарды  талап етеді.

Өңдеу кезінде алынған пектомацерин Г3х  ферменттік препараты Penicillium digitatum культуралдық сұйықтығының фильтратты концентрациясы 30°С  температурада жылу тасымалдағышы максимальды пектолитикалық  белсенділігін көрсетті.

Пектолитикалық  ферменттердің мицелиалды саңырауқұлақтары патогенездің факторларының бірі болып  табылады, өзіне тән мацерирленген  өсімдік ұлпалары болады.

Мацерация- бұл өсімдік ұлпасының ферментативтік декструкциясы.Мацерациялық зерттеуде  негізгі рольді пектолитикалық ферменттер атқарады.Кейбір жағдайларда мацерацияның жауаптысы пектингидролазалар, ал басқа  да – пектинлиаздар болып табылады.

Клеткалардың  және ұлпа бөліктерінің ең үлкен шығу жолдары картоптың, сәбіздің, петрушканың, қиярдың, асқабақтың, қызыл бұрыштың Aspergillius awamori эндоПГ-н өңдеу кезінде  алынды.

Пектинлиаза және Aspergillius japonicus көкөністердің толық  қатарының ұлпаларын мацерирлейді.

 

 Зертханалық жұмыc №5