Дәріс кешені тағамдық биохимия курстың мақсаты және міндеті
Дәріс 6 Ферменттер. Ферменттердің құрылымы мен құрамы. Ферменттердің классификациясы. Ферменттердің әсер ету механизмі
жүктеу/скачать 209,74 Kb.
|
Дәрістер кешені ТБ
| Дәріс 6
Ферменттер. Ферменттердің құрылымы мен құрамы. Ферменттердің классификациясы. Ферменттердің әсер ету механизмі Тірі ағзалар үнемі козғалыста және тепе-теңдікте болады, яғни ағзаға сырттан қоректік заттар еніп тұрады және керексіз өнімдер сыртка шығарылады. Бұл құбылысты зат алмасу деп атайды. Зат алмасудың қалыпты жүруін орталық жүйке жүйесі және эндокрин (ішкі секреция) бездерінің гормондары реттейді. Эндокрин бездері өз әсерін ферменттер арқылы іске асырады. Ағзанын барлык клеткасында бір мезгілде белгілі ретпен және өзара үйлесімді де алуан түрлі химиялық реакциялар жүріп жатады. Ал ферменттер осы реакцияларды миллиондаған есе жылдамдатады. Тіршіліктің мағынасы да осында. Егер ферменттер катыспаса, ағзадағы химиялык реакциялар өте баяу да тәртіпсіз жүрер еді. Мұндай жағдайда тіршіліктің озі де болмайды. Сондықтан да ферменттер барлық тіршілік процестерінің негізі болып табылады. Ал ферменттер әсерінің кандай болмасын бүзылуы әртүрлі жайсыз құбылыстарға душар етеді. Ферменттер деп ағзада жүретін алуан түрлі биохимиялық процестерге катализатор ретінде эсер ететін белоктік табиғаты бар қосылыстарды айтады) Фермент деген атау ғалымдарға көптеген жылдардан бері белгілі болса да, оның табиғи қасиеті соңғы жылдары ғана аныктала бастады. Әдетте химиялық реакциялардың жүру жылдамдығын шапшандататын заттарды катализаторлар деп атайтыны белгілі. Ал ферменттер — өсімдіктер мен жануарлар және микроорганизмдер клеткаларынан бөлінетін белок тектес, ағзадағы биохимиялык реакцияларды сан мын есешапшандататын қабілеті бар зат. Мұның қатысуынсыз коректік заттардың ағзада сіңуі мүмкін емес. Осыған сәйкес ферменттерді биологиялық катализаторлар деп атайды, өйткені, олар тірі ағзада өтетін зат алмасу процесіне тікелей ат салысады. Фермент (латынның тілінде fermentum — ашу деген мағына береді) деген терминмен қатар әдебиетте энзим (грек тілінде — епаут, еп — ішкі, zyme — ашытқы деген мағына береді) деген сезде қолданылады. Ферменттерді және олар катализдейтін реакцияларды зерттейтін биохимия белімі энзимология деп аталады. Зат алмасу процесі дегеніміз белгілі бір тәртіппен кезектесіп келіп отыратын әртүрлі химиялық реакциялардың жиынтығы. Мұндай реакциялар клеткадан тыс жерде {in vitro) өте киындықпен және мейлінше баяу жүреді. Ол үшін қатаң шарттар (жоғары температура, күшті кышқылдар, сілтілер және т.б.) қажет. Тірі клеткада бұл реакциялардын жүрісін ферменттер тездетеді. Мәселен, асқорыту жолында крахмал моносахаридтерге, белок амин кышқылдарына ыдырайды және т.б. Бұл химиялык реакциялардың жылдамдығы тірі клеткалардан тыскары жердегіден миллиондаған есе артық. Ферменттер — ағзадағы химиялык реакциялардын жылдамдығын жүздеген және мындаған есе өзгерте алатын белокты заттар, атап айтканда жекелеген қосындылардың синтезі мен ыдырауын, зат алмасу процестерін және тағы сол сияқтыларды шапшандататын заттар. Биохимияныц даму тарихына үңілсек, бүл едәуір дәрежедегі ферменттерді зерттеу тарихы деп білуіміз тиіс. Ферменттер туралы ілімнің дамуы көне заманға барып тіреледі. Мыңдаған жылдар бойы адам баласы шарап ашыту, ірімшік жасау, нан пісіру, тері илеу, сыра қайнатушылық кәсіппен шүғылданғаны белгілі. Бірақ, бүл процестерге ферменттердің тікелей қатысының барлығын адамдар білмеген еді, себебі сол кезде ғылым, оның ішінде биология ғылымы өз дамуының ең төменгі сатысында тұрған болатын. Кейіннен табиғатгану ғылымдары саласында ашылған жаналықтар мен қол жеткен табыстарға байланысты, бұл ілім саласы да біртіндеп дами бастады. Ферменттер қатысатын процестерді ғылыми тұрғыдан зерттеу XVII ғасырдың орта кезінен басталады. Осы кезде Гельмонт қанты бар сұйык заттардың ашуы ерекше қоздырушылар көмегімен жүретінін анықтаған. Осыдан кейін Лавуазье ашу кезінде қант түгелдей көмір кышқылгазға және спиртке айналатынын анықтады. XIX ғасырдың ортасында кейбір фермент препараттары (уыттан — амилаза, қарын сөлінен — пепсин, т.б.) бөлініп алынды. Сөйтіп, катализ және катализаторлар жөніндегі ілім жарықка шықты (Берцелиус және баскалар). Бұл кезде атқарылған зерттеу жұмыстары ферменттердің химиялық зат екенін, олардын негізі биологиямен байланысты екенін дәлелдеді. Луи Пастер спирттің ашу процесін зерттеп мынадай қорытындыға келеді: ашу процесін жүргізетін химиялык заттар емес, ашыткынын, яғни тірі клеткалардын тіршілік әрекеті болып табылады. Ол ферменттер тірі ашытқыдан ажырамайды, олармен біртұтас деп санады. Ашуға қатысты мұндай көзкарас 1897жылы Бухнер ашкан тамаша жаналыкка дейін ұзақ уақыт сақталып, келді. Ол құрамында тірі клеткалар жоқ ашыткы сөлін сумен бөліп алады. Осы сөлдің өзі-ак қантты тез ашытып, спиртке және көмір қышқыл газға айналдырғанын көреді. Осылайша қантты ыдыратып ашытатын ашытқынын тірі клеткалары емес, керісінше олар жасап шығарған фермент (химиялык зат) екенін дәлелдейді. Ферменттің қантты ашыткы өнімдеріне айналдыратын катализатор екенін аныктайды. Спиртті ашу кезіндегі катализатордын химиялық табиғатын анықтау ферментті процестер жөніндегізерттеуді алға апаруға дем беруші үлкен күш болды және соның нәтижесінде көптеген ферменттер бөліп алынып, зерттелді. Ферменттер әсерінің теориясы (Э. Фишер,1890ж.), ферментті реакциялардың кинетикасы (Л.Михаэлис пен М. Ментен, 1913ж. )жөніндегі жұмыстар жарык көрді. XX ғасырдың бас кезінде И.П. Павлов және оның әріптестері ас қорытушы ферменттердің белоктік табиғаты жөнінде өте маңызды мәліметтер алады. Олар иттің карынындағы сөлдін 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. Ен алғаш таза ферментті 1926 ж. жас биохимик Дж.Самнер кристалл түрінде алды. Ол канавалия деген осімдік дәнінен уреаза ферментін боліп алып, оның кристалдарының белоктан тұратынын анықтайды. Бұдан кейін 1930 ж. Дж. Нортроп пепсин кристалдарын, ал келесі жылы сол Нортроп пен М. Кунитц екеуі кристаллы трипсинді бөліп алады. Осы екі ферменттің екеуі де белок екен. Қазіргі кезде кристалдык түрде жүздеген фермент алынды. Зерттеліп табылған ферменттердің саны казір 2000 шамасынан асады. Олардың бәрі де белоктік заттар. Бір созбен айтканда, ферменттер — биологиялық катализаторлар. Мәселен, мәйек ферментінің (химозин) бір бөлігі 800 мындай болік сүтті үйыта алады. Ферменттер тірі клеткада ғана емес, сонымен бірге клеткадан тыс ортада да оз күшін жоймай реакцияны тездетеді. Мүның үлкен практикалык маңызы бар. Олардың әркайсысы заттардың белгілі бір түріне ғана эсер ете алады. Мәселен, сүт қантын ыдырататын фермент оған ұқсас кднттарға (мальтоза, сахароза) әсер етпейді. Ал кейбір ферменттер белоктарды, майларды, комірсуларды құрам боліктеріне ыдыратып кана қоймай, сол заттардың клеткада синтезделуіне катысады. Мұндай күрделі қосындыларды синтездейтін ерекше ферменттерде аз емес. Ферменттік реакциялар бір-бірімен ұштасып, өзара байланысып жатады. Кейде топтасып қызмет аткарады. Ферменттер жай және күрделі белоктарға жатады. Күрделі белоктар түрінде күрылған кейбір ферменттердің простетикалық топтарына витаминдер кіреді. Мысалы: флавинді ферменттердін простетикалық тобына рибофлавин, ал кейбір декарбоксилаза (С02 боліп шығару) және декарбоксилдеуші (С02 байланыстыру) дегидрогеназа қүрамына тиамин енеді. Ферменттердің физика-химиялык касиеттері белоктың табиғатымен белгіленген. Ферменттер жартылай өткізгіш мембрана арқылы диализденбейді, түзбен түндыруға бейім белок тәрізді түсті және тұнба реакцияларын береді. Ферменттерді тұзбен тұндыру, ацетонмен фракциялау және колонкалы хроматография әдістерімен бөліп алғанда, олар катализдік касиеттерін жоғалтпайды. Кристалл күйінде болініп алынған ферменттер өте жоғары активті болады. Ағзада реакцияларды тездетуші ферменттер белок табиғатына байланысты, бейорганикалық катализаторлардан бірқатар маңызды айырмашылығы бар. Ферменттер температура әсеріне бейімделгіш әрекеті катаң түрде тұрақты, электролит және т.б. заттардың катысында pH ортасына байланысты активтігі күшті озгереді. Жоғарыда айтылғандай барлык ферменттер белоктар табиғатына кіретін заттардың қатарына жатады. Соған орай оның ерекше мәні бар. Өмір — белоктік денелердің тіршілігі деген ғылыми әрі дәл айтылған тұжырымға мектеп қабырғасында жүріп-ақ сан рет қанғанбыз. Бірак біздер ферменттің белоктік касиеттерінен мүлде хабарсыз едік. Дегенмен, жаңағы бір ғылыми түжырымныңтын процестер жоқ болғандықтан, ғылым фермент мәселесіне айрыкша мән беріп отыр. Ферменттер тірі ағзада өтіп жататын мындаған биохимиялык реакцияларға катынасатын болғандықтан кей-кейде оны "өмір кілті"деп орынды атап жүр. Ферменттердің кандай касиеттері бар? Енді соған тоқталайык. Оның ең бірінші қасиеті химиялық реакцияны өте шапшаңдатып, тездетіп жібереді. Мұны карапайым мысалмен былай түсіндіруге болады. Айталык, химиктер кез келген реакцияны тездету үшін катализаторды қолданады. Катализатор өте аз мөлшерде пайдаланылса, ферментті болар-болмас колданып-ақ реакцияны өте тез жүргізуге жетеміз. Мысалы катализатор әсерінен кез-келген химиялық реакциялар бір секундтай уақыт аралығында өтсе, ал ферментті қатыстырғанда, бір секундтын оннан бір болігіндей-ак уақыт кетеді екен. Реакция қаншалықты шапшаң жүрсе бізге қажетгі заттардың коп ондірілетініне ешқандай күмән жок. Турасын айтканда бұл өте маңызды нәрсе. Фермент — катализатордың осынау қасиеті тірі ағзалардың омір сүруінде де үлкен рол атқарады. Өйткені, осыншалықты тездеткіш қосылыс болмаса адамның денесінде болып жататын оте қажетті сан алуан реакция аз уақытта іске аса қоймас еді. Осыдан миллиард жыл бүрын біздің планетамызда алғашқы тіршілік басталған сәттерде белгілі белоктар органикалық косылыстар жасай бастаған болу керек. Бірақ, сол белоктар, алғашкы ферменттер пайда болып, оларды химиялық реакцияларға түсіріп, химиялык косылыстар жасап, зат алмастыратын жағдайға жеткізгенше тірі жәндікке айналған жок. Ферменттердің тағы бір мынандай қызық касиеті бар. Химиялык реакциялар кейде керісінше де жүреді кез-келген зат жойылса, оның күрамындағы заттар бұрынғыдай болініп, косылғанға дейінгі қалпына келеді. Ал, ферменттер осының екеуіне де катысып, екеуін де тездете алатамыры тым тереңде жатыр. Өмірде белок катынаспайды. Ферменттердің бұл қасиеті клеткалар мен ұлпалардың ішінде болатын өзгерістердің механизмін білуге мүмкіндік береді. Ферменттерді халық байлығы деуге болады. Ферменттерді халық шаруашылығында қолдану орасан зор экономикалық пайда келтіреді. Өнімнің өзіндік күнын кемітіп, сапасын жақсарту, жұмысшылардың еңбегін жеңілдету, еңбек өнімділігін арттыру женіндегі тиімділігі ұшан-теңіз. Ферменттерді (биологиялық катализатор ретінде) колдану-болашағы зор техникалык прогрестің жаңа кезеңі десек те болады. Сондықтан да үкіметтің шешімдерінде тағамдық, мал азықтық және шипалық (антибиотиктер) заттарды өндіруде биохимиялык, әдістерді, соның ішінде ферменттерді кеңінен колдану қажет екендігі атап көрсетілген. Егер алғашында ферменттер коректік заттарды ыдыратуға себепші болса, кейіннен сол ыдыраған жай қосылыстардан ағзадағы ұлпалар мен клеткалардың құралуын камтамасыз етеді. Сонымен тіршілік, омір, яғни Ф. Энгельс айтқандай, зат алмасудың біртұтас екі құрамды бөлігі — ассимиляция және диссимиляция осы ферменттердің көмегімен ғана жүзеге асады. Ферменттердің негізгі касиеті — олардың активтілігі. Мысалы, крахмал клейстрінің судағы ерітіндісіне, сутегінің пероксидіне және кәдімгі сүтке ферменттерді коспасақ, біз крахмалдың кантка айналғанын, сутегі пероксидінің ажырағанын және сүттің ұйығанын байкай алмаймыз. Ал крахмал ерітіндісіне аз ғана молшерде амилаза ферментін қоссақ, оның аз уақыттың ішінде глюкоза қантына айналғанын кореміз. Сол сияқты каталаза ферментінің әсерінен сутегінің пероксиді ажырайды, ал мәйек ферменті қосылса сүт тез арада ұйиды. жүктеу/скачать 209,74 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|