Файл: Fermentter-Now.doc

Оқу құралының негізгі мақсаты биохимия пәнінің ферменттер тарауын оқып үйренуші студенттерге көмек көрсету. Бұл студенттердің теориялық білімдерін тереңдетуге ықпал етеді және олардың өз бетінше логикалық ойлау және анализ жасау қабілетін дамытады.

Әдістемелік оқу құралы медициналық ЖОО-да оқитын студенттерге арналған.

ББК 28.072я7

Сыртқы пікір: Ақмола мемлекеттік медицина академиясының медициналық химия кафедрасының меңгерушісі, проф., х.ғ.д. Т.С.Сейтембетов

Пікір: Қарағанды мемлекеттік медицина академиясының биология кафедрасының доценті, б.ғ.к. Н.У. Танкибаева

ҚММА әдістемелік кеңесінің жиылысында талқыланды және құпталды. Хаттама № 5 15 қаңтар 2002ж.

ҚР Медициналық ЖОО ОӘБ жұмысшы комиссиясы бекітті және баспадан шығаруға ұсынды. Хаттама № 5 27 мамыр 2003 ж

1903010000

0 -----------------  Омаров Т.С., 2003

00(05)-54

ISBN 9965-406-53-7

КІРІСПЕ

Қазіргі кезеңде, басқа да ғылым салаларымен бірге қарқынды дамып келе жатқан өзінің зерттеулерінің қолданбалы нәтижелері және жетістіктері жердегі бүкіл тіршілік иелері үшін аса маңызды биохимия ілімінің бір бөлімі ферменттер болып табылады.

Ферменттердің тірі ағзаларда өтетін химиялық реакциялардың жүру барысын реттеп, белгілі бір тәртіппен өткізуі сол ағзаның тіршілік ету қабілетінің сақтауының, тұрақты болуының, ұрпақ жалғастыруының кепілі.

Қандай да бір реакциялардың жүру барысының өзгерісі міндетті түрде метаболиттік процесстердің өзгеруіне әкелетіні, сол себепті, ағзада зат алмасуының бұзылатыны күмән келтірмейді.

Ферменттерді медицинада пайдалану адам ағзасындағы әртүрлі патологиялық қалыптың (аурудың) пайда болу себептері мен дамуы механизмдерін (этиопатогенезді), (бұл — энзимодиагностика), емдеу жолдарының стратегиясы мен тактикасын құруды және емдеуді (бұл сол мақсатта ферменттерді дәрілік препарат ретінде пайдалану — энзимотерапия), емдеу барысының тиімділігін бақылау тәріздес аса маңызды проблемаларды шешуге жоғары дәлдікпен көмектеседі. Сонымен бірге, аурудың диагностикасы үшін маңызды, қазіргі қоғамда дені сау ұрпақ жалғастыру үшін алдын-ала болжауға мүмкіндік беретін саланың бірі – энзимопатология – тұқымқуалаушы және жүре пайда болатын аурулардың себептері мен даму механизмдерін айқындап, адамның қоғамдық және индивидуалдық аспектілеріндегі проблемаларды шешіп бере алады.

Ферменттерді зерттеудің нәтижелері тірі биологиялық объектілердің құрылысын, қасиеттері мен зат алмасуы процестерін басқа салалар мен бірге медицинаның да молекулалар деңгейінде зерделей алуына мүмкіндік береді.

Энзимологияны оқып-үйрену және білу студенттің болашақ кәсіпқой дәрігер болып қалыптасуы үшін өте қажетті.

I. ТЕОРИЯЛЫҚ МАТЕРИАЛДАР

ФЕРМЕНТТЕР (ЭНЗИМДЕР)

Ферменттердің жалпы сипаттамасы

Ағза торшаларының тіршілік етуі, қызметі, оларда өтетін химиялық реакция өнімдерінің түзілуі жылдамдығына тәуелді процесс. Реакция жылдамдығы оларға әсер етуші заттар - катализаторларға тығыз байланысты. Катализатор реакцияға қатысып, оның жылдамдығын жоғарылатады және реакция соңында бастапқы қалпына келеді.

Ферменттер торшаларда синтезделіп, биохимиялық реакцияларға қатысатын белоктық табиғаттағы биокатализаторлар.

Энзимология — ферменттерді зерттейтін ғылым саласы. Ол басқа ғылымдар биология, генетика, фармакология, химиямен тығыз байланысты.

Фермент немесе энзим (лат. fermentum — ашу; en — ішінде, zim — ашытқы Ван Гельмонт, 19 ғ. ұсынған) алғашқыда ашыту процестерінде анықталған зат.

Ферменттердің қызметі туралы алғашқы ғылыми еңбекті Кирхгофф (1814) жариялады. Кейін ашу процесі ашытқы торшаларында ғана өтеді деген ұйғарым жасаған Л. Пастерге (1871), Либих ферменттер торшалардың өмір сүруіндегі пайда болған өнім ол торшада да, олардан бөлек те қызмет атқарады деген қарсы пікір білдірді. Либихтің ғылыми көзқарасы М. Манассейна (1871), Бухнер (1897) зерттеулерінде эксперимент жүзінде дәлелденді.

Торшаларда синтезделген ферменттер өзіне тән арнайы қызметте-

рін ағзаның барлық мүшелерінде атқарады. Олардың табиғаты белок екені Зеренсон (1909), И.П. Павлов — пепсинді зерттеуінде, А.М. Данилевский — ферментті (липазаны) талғамды бөліп алуы, Самер (1926) — уреазаны кристалл түрінде алғаш алуы, Нортроп (1930) — пепсин, трипсинді таза күйінде бөліп алуы еңбектері негізінде дәлелденді. Ферменттік қасиет, негізінен, глобулалық құрылымдағы белоктарға тән екені белгілі болды. Бірақ, қазіргі кезде, кейбір құрылымдық белоктар да (фибриллалық белоктар — актин, миозин) каталиттік активтілік көрсететіні байқалған.

Ферменттер белоктарға тән физика-химиялық қасиеттерді байқатады. Сондықтан олар коллоидтық ерітінділер түзеді, молекулалық массасы 10000-нан, бірнеше млн далтон аралығында болады, ертінділері амфотерлік электролиттік қасиет көрсетеді. Кристаллдарының құрамында су молекуласы болады, ал толық сусызданған фермент кристаллы каталиттік активтілігін жоғалтатыны байқалған. Кеңістікте ұйымдасқан құрылымдық конформациясы бойынша белоктық глобулалық және фибриллалық формаларды қайталайды. Сонымен бірге, ферменттердің өзіне тән кейбір қасиеттеріне олардың термолабилділігі, әсер ету ерекшелігі, активтілігінің реттелуі жатқызылады.

Ферменттік реакция. Ферменттер өз әсерлерін микрогетерогендік (өте аз мөлшерде) катализаторға ұқсас жүргізеді. Фермент өзінің әсер етуші заты субстратпен (S) ферменттік реакция жүргенде фермент-субстрат комплексін (аралық зат) түзеді. Бұл комплекстің қызметі өте күрделі, ол субстрат пен фермент молекулаларының конформациялық өзгеруі, энергия өзгерістері және химиялық байланыстар өзгерулеріне әкеледі. Реакция өткеннен соң фермент-субстрат комплексі жаңа қалыпқа ауысып фермент-реакция өнімі комплексіне айналады. Содан кейін ол фермент және реакция өніміне (Р) жекеленіп бөлінеді

S + E → S·E → EP → E + P

Жай химиялық реакциялардан катализдік реакцияның айырмашылығы тәріздес бейорганикалық катализатор мен биокатализатордың да өзіндік ерекшеліктері болады.

Сур. 1. Ферменттік реакциядағы энергия өзгерістері

ерменттердің катализаторлық ерекшелігіне келесі қасиеттері жатқызылады:

а) Фермент өздігінен жаңа реакция жүргізбейді. Ол тек термодинамикалық мүмкін реакцияны ғана жүргізеді. Реакция барысында активтелу энергиясы төмендейді. Графикте көрсетілгендей реакцияның үлкен кедергі энергиясын сатылап бөліп төмендету және активтелу энергиясын жоғарлату арқылы реакция жылдамдығын жоғарлатады.

б) Фермент басталған реакцияның бағытын өз бетінше өзгерте алмайды. Ол бір ғана реакция өнімі түзілуі бағытында жұмыс істейді. Мысалы, глюкокиназа глюкозадан тек глюкоза-6-фосфат түзілуін жүргізеді.

в) Фермент қатысатын реакция қайтымды болса, ол реакцияны екі бағытта да жүргізе алады. Мысалы, көмірсулардың гликолиттік ыдырауына қатысатын фосфогексоизомераза, альдолаза, фосфоглицераткиназа, фосфоглицератлидаза және т.б.

г) Фермент реакцияға өте аз мөлшерде қатысады. Ферменттің бір молекуласы 1 минутта 1000-нан млн-ға дейін субстрат молекуласына әсер ете алады. Бұл көрсеткіш карбангидраза ферментінде 36 млн-ға дейін жетеді.

д) Фермент реакция өткеннен соң өзінің бастапқы қалпына қайта келеді. Сондықтан ол субстраттың жаңа молекуласына әсер етуге қашанда дайын болады.

е) Ферментативті реакцияның жоғарғы активтілігі оның реакцияны бейорганикалық катализаторлардан да жоғары жылдамдықта жүргізе алатындығы. Мысалы, белоктың аминоқышқылдарға дейінгі гидролиттік ыдырауын бейорганикалық катализатор (күшті қышқыл, сілті қатысуында) жоғары температурада (Т = 100° С) бірнеше сағатта жүргізсе ферменттер төменгі температурада (Т = 30—40° С) бірнеше минутта жүргізеді.

ж) Арнайы субстраттық ерекшелігінің өте жоғары дәрежелілігі. Фермент реакциялық қоспадан реакция өнімін беретін субстратты таңдай алады және тек сонымен ғана реакцияға түседі.

з) Ферментативті реакцияны реттеуге болатындығы. Бұл фермент молекуласында болатын активті орталыққа, субстрат мөлшеріне, фермент мөлшеріне, ортаның факторларына (рН, Т, қысым) байланысты. Сондықтан торшаларда мыңдаған реакциялар белгілі бір ретпен және қажеттілігіне сәйкес жүреді.

Ферменттердің құрылымдық ұйымы. Химиялық құрылысы бойынша ферменттер протеин (жай белоктар) және протеид (күрделі белоктар) болып бөлінеді. Фермент-протеиндердің активтілігі сол белоктың құрылымына байланысты. Фермент-протеидтердің активтілігі белоксыз табиғаттағы топ — кофакторға тығыз байланысты. Күрделі құрылыстағы ферментті — фермент-протеид, қос компонентті немесе холофермент, ал оның белоктық бөлігін белоктық компонент, немесе феррон (алып жүруші), немесе апофермент және қосымша топты простетикалық топ, немесе агон (активті топ), немесе кофермент (кофактор) деп атайды. Простетикалық топтың ерекшелігі ол апоферментпен мықты байланысады және ажыратылмайды. Мысалы, цитохром С-дағы гемдік топ белокпен ковалентті байланысқан, кофермент апоферменттен жеңіл бөлінеді, бірнеше ферментке қызмет ете алады және өз бетінше де өмір сүре алады. Ол коваленттік байланысқан болады. Простетикалық топтарға және коферментке витаминдердің туындылары, нуклеотидтер және олардың туындылары, кейбір моносахаридтердің фосфорлық эфирлері, тетрапирролдар мен металл құрамды порфириндер, глутатион (пептидтер) жатқызылады.