Ферменттер жайлы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

I. Кіріспе

II. Негізгі бөлім

1) Микроорганизмдердің метаболизмі

а) Катаболизм және анаболизм

б) Көмірсулар катаболизмі

в) Биологиялық тотығу

2) Ферменттердің классификациясы

3) Клетка метаболизмнің реттелуі

4) Ферменттердің активтілігінің реттелуі

а) Физикалық және химиялық факторлар

б) Ингибиторлар және активаторлар

г) Ажырау биосинтез жолдарының реттелінуі (регуляция)

5) Ферменттердің қызметі, практикалық маңызы

III. Қорытынды

IV. Қолданылған әдебиеттер

І. Кіріспе.

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 ұқсас 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 төзімді келеді. Мәселен, клеткаға хлороформ, тимол, толуол сияқты заттар енсе, олардың тіршілігі бірден тоқталады, бірақ кейбір ферменттер өз күшін жоймай сақталып қалады. Ферменттердің бұл қасиетін бактериологиялық лабораторияларда қоректік орталар үшін пайдаланады.

Ферменттер суда, спиртте және глицерин мен түрлі тұз 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 әсер етеді.

Ферменттер

Экзоферменттер Эндоферменттер

Ферменттер тек тірі клеткаларда түзіледі және цитоплазмамен тығыз байланысты болады. Дегенмен оларды клеткадан бөліп алуға да мүмкіндік бар. Осындай қасиетіне сүйене отырып, ферменттерді экзоферменттер , яғни тірі клеткалардың сыртқы ортаға бөліп шығаратын ферменттері және эндоферменттер , яғни клетка ішінде әсер ететін ферменттер деп бөледі. Экзоферменттер 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. Олардың молекуласы негізінен белоктық заттардан құралған.

ІІ. Негізгі бөлім.

1) Микроорганизмдердің метаболизмі

Микроорганизмдердің физиологиялық функциялар негізінде заттардың алмасуы жүреді. Бұл процесті метаболизм деп айтады. Физиологиялық функциялар негізінде микроорганизмдердің клеткаларында әрдайым зат алмасу процестер жүреді.

Зат алмасу (метаболизм) - клетканың тіршілігін қамтамасыз ететін, организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы. Бұл организмнің тіршілік қабілетін сақтау және сыртқы ортамен қарым-қатынасын, организмге қоректік заттардың еніп, олармен ферменттер әсерінен ыдырауын, пайда болған жай заттардың клеткалар мен органдарға тасымалданып, олардың тотығуын, энергия бөлініп шығуын, клетка құрамындағы түзілістердің биосинтезделуін және қорытылған өнімдердің организмнен бөлініп шығуын қамтамасыз етеді. Клеткадағы қандай да болса, бір заттың белгілі бір тәртіппен ферменттік айналуға түсуін - метаболизмдік жол , ал осы кезде пайда болатын аралық өнім - метаболиттер деп аталады.

Метаболизм екі қарама-қарсы реакциялар топтарынан тұрады:

Катаболизм Анаболизм

Энергетикалық алмасу(диссимиляция) Конструктивті алмасу (ассимиляция)

Катаболизм немесе энергетикалық метаболизм , бейорганикалық және органикалық қосылыстардың тотығу реакцияларының жиынтығы. Қоректік заттардың ыдырауы энергия бөлінумен жүреді. Катаболизм жолында ірі полимерлі молекулалар алдымен кішкене фрагменттер мономерлерге ыдырайды, одан әрі органикалық қышқылдарға және фосфорлы эфирлерге айналады. Катаболизм ( грекше katabole - сыртқа шығару, ыдырау ), организмде тіршілік әрекеті процесінде пайдаланылған энергияны босата отырып, қажетсіз заттарды денеден сыртқа шығарып тастау. Клетка мен тінде болатын тотығу процесі ферменттерінің қатысуымен үздіксіз жүретін құбылыс. Ондағы белок, май, көмірсу сияқты күрделі органикалық заттар тотығу әсерінен ыдырайды. Осы процестен пайда болған энергия тіршіліктің қажетіне жұмсалады.

Анаболизм , биосинтез немесе конструктивті метаболизм, клетканың қор заттары және құрылымдық элементтерінің биосинтез реакцияларының жиынтығы. Анаболизм кезінде клеткалық заттардың қарапайым молекулалардан синтезі энергия жұтылуымен жүзеге асады. Анаболизм жолында ең алдымен клетканың негізгі компоненттері, одан кейін полимерлі макромолекулалар синтезделеді. Клеткада анаболизм және катаболиз процестері бір уақытта жүреді, бір-бірімен тығыз байланысты процестер. Метаболизм нәтижесінде көмірсулар (пируват) органикалық қышқылға, одан әрі майға, көмірсудан пайда болған органикалық қышқылдар аммиак азотымен реакцияласу нәтижесінде амин қышқылына, май, белоктар метаболизм нәтижесінде ыдырап, соңында аммиак, көмірқышқыл газы, т. б. қарапайым заттарға айналады.

Микроорганизмдерге энергияны қажет:

1) қоректік заттарды цитоплазмалық мембрана арқылы тасымалдауға ;

2) қоректік заттардан негізгі клеткалық компоненттерді синтездеуге;

3) көбею мен клетка қозғалысына.

Көмірсулардың катаболизмі

Микроорганизмдердің басым көпшілігі үшін көмірсулар энергия және көміртегі көзі болып табылады. Олар ыдырағанда энергия түзіледі. Көмірсулардың ең оңай сіңірілетіні - глюкоза, ал одан күрделілері, алдымен глюкозаға дейін ыдырайды. Сондықтан көмірсулардың ыдырау жолдары глюкозадан бастап қарастырылады. Бактерияларды көмірсулар ыдырауының 3 жолы белгілі:

Гликолиз (ФЕФ) ; Пентозафосфат (ПФ) ; Энтнер-Дудоров (КДФГ) .

Биологиялық тотығу

Прокариоттарда қоректену типтерінің яғни энергия алу жолдары алуантүрлі болғанымен олардың барлығы әртүрлі заттарды тотықтыру процесіне негізделеді. Тотығу- атомдар мен молекулалардың электрон жоғалту процесі. Тотықсыздану - электрондардың атом немесе молекулаға қосылу процесі. Ал жалпы тотығу-тотықсыздану реакциясы деп электронның бір молекуладан екінші молекулаға өтуін айтамыз. Электрон беретін зат донор, қосып алатын зат акцептор деп аталады. Тотығу-тотықсыздану процестері микроорганизмдердің негізгі энергия беретін процестері - тыныс алу мен ашудың негізін құрайды. Бұл реакцияларды биологиялық тотығу деген атаумен біріктіреді.

2) Ферменттердің классификациясы

Микроорганизмдер клеткасындағы ферменттер химиялық құрамы бойынша, құрылысы бойынша, әсер ету механизмі бойынша жануарлар клеткасында және өсімдіктерде түзілетін ферменттерге ұқсас болып келеді. Микроорганизмдер клеткасындағы ферменттер тек қана цитоплазмада болады, ал кейбір ферменттер клетка қабықшасында кездеседі.

1961 жылы ферменттерді ғылыми негізде құралған жаңа классификациясы жасалды. Осы классификация бойынша микроорганизмдер синтездейтін ферменттер 6 топқа бөлінеді:

Ферменттер

1) Оксидоредуктазалар - тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейтін ферменттер.

Оксидоредуктазалар катализдейтін реакциялардың жалпы түрі:

A ⁻ + B → A + B ⁻

A -тотықсыздандырғыш (электрондардың доноры), а B - тотықтырғыш (электрондардың акцепторы)

2) Лигазалар - әртүрлі молекулалардың (белоктардың, нуклеин қышқылының, пептидтердің т. б. ) бір-бірімен қосылуына катынасатын ферменттер тобы. Табиғатта кең тараған, белоктарды, липидтерді, углеводтарды түзуде үлкен роль аткарады. 100-ден астам лигазалар белгілі. Кейінгі кезде олар нуклеин қышқылдарын « тігу » үшін биотехнология саласында айрықша қолданылып жүр. Олар өзгеше биологиялық қасиетке ие жаңа ген жасауда да өз орнын алады.

3) Изомеразалар - изомерлердің структуралық өзгерісі реакцияларын катализдейтін ферменттер (рацемизация немесе эпимеризация) . Изомеразалар осыған ұқсас реакцияларды катализдейді: A → B, мұндағы В А-ның изомері.

4) Лиазалар - гидролитикалық және тотығу-тотықсыздану реакциялар емес субстраттың химиялық байланыстардың ажырау реакцияларын катализдейтін ферменттер ( C-C , C-O , C-N , C-S , т. б. ) .

5) Гидролазалар - ферменттер тобы. Гидролиз реакциясын яғни органикалық қосылыстардың үзілген жеріне су молекуласын (Н+ ОН) жалғау арқылы ыдырауын жеделдетеді. Гидролиз байланысының түріне қарай гидролазалар екіге бөлінеді: күрделі эфир байланысына және пептид байланысына әсер ететіндер. Табиғатта белоктарды (протеазалар), углеводтарды (гликозидазалар), майларды (липазалар) және нуклеин қышқылдарын (нуклеазалар) ыдырататын ферменттер көп тараған.

6) Трансферазалар - ферменттер тобы. Әртүрлі атомдардың бір молекуладан (донор) екінші молекулаға (акцептор) тасымалдауын жылдамдатады. Тасымалданатын атомдардың химиялық негізіне сай трансферазалар бір углерод тасыйтын (метилтрансферазалар), альдегид немесе кетон қалдықтарын, ацил топтарын, қант қалдықтарын тасыйтын (), аминтоптарын (аминотрансферазалар), фосфор калдықтарын (фосфотрансферазалар) т. б. таситын болып бөлінеді. Трансферазалар табиғатта кең тараған, зат алмасуында үлкен орын алады. Қазіргі уақытта 450-ден астам Трансферазалар белгілі.

3) Клетка метаболизмнің реттелуі

Соңғы уақытқа дейін прокариоттар клеткасының метаболизмнің реттелу процесстеріне көңіл бөлініп отыр. Алынған мәліметтерден клетканың метаболиттік процесстері күрделі және эффектитві системамен реттеліп отыратынын біліп отырмыз.

Интакты клеткада барлық болып жатқан метаболиттік процесстер реттеліп отыр. Әртүрлі регуляторлар бірдей уақытта бірдей реакцияларға әсер етуі мүмкін және де олар бағыты мен күші бойынша әр түрлі болады. Клеткалық реттегіш (регуляторлық) механизмдердің эффективтілігі өте жоғары. Негізі олар ғана ортадағы қоректік заттардың максималды түрде экономдауға жағадай жасайды, аралық және соңғы метаболиттердің артық синтезі кезде хабарлама береді және қоршаған ортаға бейімделуіне жауап береді. Осыдан, клетка белгілі бір жағадайларға байланысты белгілі бір метаболиттердің синтез жылдамдығының немесе клеткадағы энергияның түзілу жылдамдығын жоғарлатуға немесе төмендетуге қабілетті болу керек.

Клеткадағы реакциялардың көбісі ферменттердің көмегімен катализденетін болғандықтан, метаболизмнің реттелуі интенсивті ферменттік реакциялардың реттелуіне алып келеді. Соңғылардың жылдамдығы екі түрлі способпен реттелу мүмкін:

Ферменттердің санын өзгерті жолымен
Ферменттердің активтілігін өзгерту жолымен, яғни олардың каталитикалық потенциалдарына байланысты болады.

$C:\Users\Timur\Desktop\028.jpg$

4) Ферменттердің активтілігінің реттелуі

Ферменттердің активтілігін реттейтін факторлар табиғаты жағынан әртүрлі болады. Физикалық факторлар (температура, қысым, жарық, магниттік өріс, электрлік импульстер) химиялық факторларға қарағанда спецификалық әсері төменірек болады. Өз кезегінде соңғыларды бірнеше типтерге бөлуге болады. Кейбір химиялық заттар ферменттің активті центрмен байланыс жасайды, мысалы субстраттар, кофакторлар, конкурентті игибиторлар. Олар ферменттің активтіліге әсер тигізеді. Кейбір заттар ферменттің молекуласындағы арнайы участокпен байланыс жасайды. Ол участок ферменттің активтік центріне әсер тигізбейді, бірақ оның ферменттің активтілгінің өзгеруіне әсері бар.

Реттелудің тағы бір типі ол молекуланың химиялық модификациядан кейін ферменттің активтілігінің өзгеруі. Бұл жерде ферменттің активтілігіне әсер тигізе алатын белгілі топтар ферментпен қайтымды коваленттік байланыс жасау арқылы жүреді. Осы жолмен реттелетін прокаритоттарда екі ферменттік система бар. Глутаминнің синтезін катализдейтін глутаминсинтетаза E. coli , ол аденил тобының қалдығының болуына болмауына байланысты екі формада болады. Модификацияланатын ферментпен ковалентті байланыстың көмегімен арқылы қосылуы активтілігі төменірек түзілуіне алып келеді:

+АМФ

Модификацияланатын фермент

-АМФ

Егер де аденил тобын жойып тастаған жағдайда, деаденилды формалы фермент түзіледі, оның каталитикалық активтілігі жоғарылайды. Осындай аналогты механизм сірке қышқылындағы ацетил тобын қосу-алу (ацетилдеу-деацетилдеу) Rhodopseudomonas gelatinosa фотосинтездеуші бактерияның цитратлиаза ферментінде табылған. Бұл жағдайда ферменттің ацетилды формасы активті болып келеді.

Ферменттердің активтілігін реттейтін басқалармен салыстырғанда тезірек, нақты механизмі аллостеритикалық ферменттер деп алатын типті ферменттер жатады. Осы ферменттер зат алмасуда негізгі рөлін атқарады.

Аллостеритикалық ферменттер каталитикалық және реттегіш (регуляторлық) орталықтарынан тұрады, олар кеңістікте ортақ болмайтын, бірақ функционалды жағынан тығыз байланысты болады. Ферменттердің каталитикалық активтілігі эффекторлар деп аталатын метаболиттердің реттегіш орталық бөлігімен байланысы нәтижесінде өзгереді. Осы жолдың соңғы өнімдерінен басқа, эффектор болатын заттарға: ферменттердің субстраттары және де туысты метаболитикалық жолдардың кейбір соңғы өнімдері жатады. Егер эффектордың жұмысы ферменттің активтілігінің төмендеуіне алып келсе, онда ол теріс немесе ингибитор деп аталады. Ферменттердің активтілігін жоғарылататын эффекторды оң эффектор дейді. Оң эффектор немесе активатор көп жағдайда ферменттің субстарты болып табылады.

Аллостеритикалық реттеудің қарапайым бір жағдайы- биосинтетикалық жолда соңғы өнім болып қойылмаған алғашқы ферментті реттеу. Егер соңғы өнім артылып жиналатын болса, ол бірнші ферменттің активтігін басып тастайды, оны қайтымды байланыс принципі бойынша ингибитрлеу деп атауға болады. Осыған мысал L-изолейциннің биосинтезінің ингибитрлеуің қарастыруға болады:

L-изолейциннің биосинтезінің теріс қайтымды байланыс механизмі бойынша реттелуі:

$C:\Users\Timur\Desktop\fig030.gif$ Ф1-треониндезаминаза;

Ф2-Ф5-L-изолейцин биосинтезінде аралық деңгейлерді катализдейтін ферменттер;

Стрелкамен треониндезаминазаның ингибирленуі көрсетілген;

Биосинтездің ажыраған жолдар үшін реттеу механизмі күрделенеді, себебі бірнеше соңғы өнімдерінің шығуы бастапқы ферменттің активтілігіне байланысты болады. Реттеу механизмдерді бір соңғы өнімді қайта өңдеу кезінде онымен байланысты заттардың синтезіне әсер тигізбейтіндей етіп өзгерту керек. Ажыраған биосинтетикалық жолдар үшін қайтымды байланыс принципі бойынша бірнеше бақылау механизмдері жасалынған. Осы механизмдер бойынша реттеуге барлық жолдардың соңғы өнімдері қатысады. Егер биосинтетикалық жолдың бірінші этапы бір ферментпен катализденетін болса, осы ферменттің молекуласының жоғарғы участогінде түрлі реттеуші орталықтар бар, осы орталықтармен соңғы өнімдер байланысады, олар эффектордың қызметін атқарады. Кейбір аллостеритикалық ферменттер бірнеше молекулалы форма түрінде кездеседі(изофермент) . Изоферменттер тек бір ғана реакция катализдеу береді, бірақ олардың әртүрлі реттеуші қасиеттері бар. Ол изоферменттердің бірдей катализдік орталықтың, бірақ әртүрлі реттеуші орталықтардың болуына байланысты. Әрбір изофермент бөлек генмен кодтанады. Изоферменттердің болуы соңғы өнімдердің өзара тәуелсіз белгілі бір изоферменттің активтілігін ингибирлеуге жағдай жасайды, себебі әрбір изофермент жеке түрде өзінің соңғы өнімімен бақыланады.

$C:\Users\Timur\Desktop\031.jpg$

Ажыраған биосинтетикалық жолдардың реттеу схемасы:

І- алғашқы ферменттің бірнеше соңғы өнімдермен реттелуі; ІІ- изоферменттердің соңғы өнімдермен реттеулі; А- бастапқы субстрат, Б- аралық метаболит, В, Г, Д- соңғы өнімдер;

5) Ферменттердің қызметі, практикалық маңызы

Карбогидраза. Карбогидразаны көптеген микроорганизмдер бөліп шығарады. Олардың ішіндегі аса маңыздылары мыналар:

Амилаза (3. 2. 1) . Крахмалды мальтоза қантына дейін ыдыратады. Ол көптеген зең саңырауқұлақтары мен бактерияларда кездеседі.

Мальтаза . Дисахарид (а - глюкозидаза-3. 2. 1. 20) . Мальтоза қантын екі глюкоза молекуласына айналдырады. Барлық микроорганизмдерде дерлік кездеседі.

Сахараза (р-фруктофураназидаза - 3. 2. 1. 26) . Тростник (қамыс) қантын глюкозаға және фруктозаға ажыратады. Зең саңырауқұлақтарыида, ашытқы саңырауқүлақтарда, бактерияларда кездеседі.

Лактаза (р-галактозидаза-3. 2. 1. 23) . Сүт қантын (лактозаны) глюкоза және галактозаға ажыратады. Көптеген сүт қышқылы және басқа да бактерияларда болады.

Целлюлаза (р-1, 4 глюкан - 4 глюканогидролаза 3. 2. 1. 4) . Оны немесе цитаза деп те атайды. Мұны көптеген анаэробты микроорганизмдер бөліп шығарады. Ол клетчатканы целлобиозаға және жай қант - глюкозаға дейін ажыратады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.