Ферменттермен жұмыс істеу әдістемесі

Қазақстан Республикасының Ғылым және Білім министрлігі

Семей қаласындағы Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

Тақырыбы: « Ферменттермен жұмыс істеу әдістемесі »

Орындаған: Қабиева Т. Т.

Тексерген: Кабденова А. Т.

Семей қ. 2015 ж

Жоспар

І. Кіріспе

ІІ. Негізгі бөлім

1. Ферменттердің қасиеттері.
2. Ферменттің активтілігін өлшеу.
3. Ферменттің атаулары және классификациясы
4. Ферменттерді бөліп алу және тазарту.
5. Фермент препараты.
6. Ферменттердің химиялық құрамы бойынша жіктелуі және коферменттер.
7. Ферменттердің қолданылуы

ІІІ. Қорытынды

IV. Пайдаланған әдебиеттер

Кіріспе

Ферменттер - барлық тірі организмдер құрамына кіретін арнайы ақуыздар. Химиялық реакциялардьі жеделдетеді. Реакция түрлеріне сай ферменттер 6 топқа бөлінеді:оксидоредуктазалар, трансферазалар, гидролазалар, лиазалар, изомеразалар, лигазалар.

Ферменттер жасушаларда синтезделіп, биохимиялық реакцияларға қа­тысатын ақуыздық табиғаттағы биокатализатор болып табылады. Фермент немесе энзим (лат. fermentum - ашу; грек. en - ішінде, zim - ашытқы; 19 ғ. Ван Гельмонт ұсынған) алғашқыда ашыту үдерістерін­де анықталған зат. Энзимология, ферментология - ферменттерді зерттейтін ғылым саласы. Ол басқа ғылымдармен: биология, генетика, фармакология, химиямен тығыз байланысты. Ферменттердің қызметі туралы алғашқы ғылыми еңбекті Кирхгофф (1814) жариялады. Кейін ашу үдерісі ашытқы клеткаларында ғана өтеді деген ұйғарым жасаған Л. Пастерге (1871), Либих фермент­тер клеткалардың өмір сүруіндегі пайда болған өнім, ол клеткада да, олардан бөлек те қызмет атқарады деген қарсы пікір білдірді. Либихтің ғылыми көзқарасы М. Манассейна (1871), Бухнер (1897) зерттеулерінде эксперимент жүзінде дәлелденді. Клеткаларда синтезделген ферменттер өзіне тән арнайы қызметтер­ін организмнің барлық мүшелерінде атқарады. Ферменттік қасиет, негізінен глобулалық құрылымдағы ақуыздарға тән екені белгілі. Бірақ, қазіргі кезде кей­бір фибриллалық ақуыздар да (актин, миозин) катализдік белсенділік көрсететіні анықталды.

1. Ферменттердің қасиеттері.

Ферменттер өз әсерін өте аз мөлшерде катализаторға ұқсас жүргізеді. Фермент өзінің әсер етуші заты- субстратпен (S) ферменттік реакция жүргенде фермент- субстраттық кешен (аралық зат) түзеді. Бұл кешеннің қызметі өте күрделі, ол субстрат пен фермент молекулалары конформациясы мен энергиясын және химиялық байланыстарын өзгертеді. Реакция өткен соң фермент- субстраттық кешен жаңа қалыпқа ауысып, фермент- реакция өнімі кешеніне айналады. Содан кейін ол фермент және реакция өніміне (Р) жекеленіп бөлінеді: S+E S $\bullet$ E EP E+P. Ферменттердің катализдік ерекшеліктеріне келесі қасиеттері жатқызылады: а) фермент өздігінен жаңа реакция жүргізбейді. Ол тек термодинамикалық мүмкін реакцияны ғана жүргізеді. Реакция барасында активтендіру энергиясы төмендейді. Реакцияның үлкен кедергі энергиясын сатылап бөліп, төмендету және активтендіру 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 гликолиздік ыдырауына қатысатын фосфогексо-изомераза, альдолаза, фосфоглицерат- киназа, фосфоглицератлидаза және т. б.

2. Ферменттің активтілігін өлшеу.

Бөліп алынған таза фермент өзінің ферменттік активтілігімен бағаланады. Ферменттік активтілік дегеніміз белгілі фермент бөлшегінің көмегімен нақты уақыт ішінде ыдыраған субстрат шамасы. Мысалы, α- амилазаның осындай қасиетін зерттеп білу үшін 25°С жағдайында және 1 минут ішінде 1 мг фермент ыдыратқан крахмал мөлшерін анықтау қажет.

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

Ферменттің халықаралық өлшемі дегеніміз- фермент әсерінің қолайлы жағдайында (рН, субстрат концентрациясы, т. б. ), 25°С температурада бір минут ішінде субстраттың бір микромолін катализдеп өңдей алатын фермент мөлшері.

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

Катализдік активтілік (қысқаша- кат) дегеніміз- стандартты жағдайда 1 моль субстратты 1 с уақыт ішінде өңдеп өзгерте алатын фермент мөлшері болып табылады.

Ферментті препаратта белоктың бар екенін Къельдал әдісімен (жалпы азотты анықтап, ол көрсеткішті 6, 25 санына көбейтеді), немесе Лоуридің колориметриялық әдісімен анықтайды, ал тұнық және боялмаған ерітінділерде 280 нм кезінде Варбург пен Христианның спектрофотометриялық әдісі бойынша анықтайды.

3. Ферменттің атаулары және классификациясы

Ферменттер атаулары екі түрлі: жүйелік (рационалды) атау және тривиалдық (іскерлік) атау.

Ферменттердің жүйелік атаулары айтарлықтай күрделі, бірақ ол реакцияға кірісетін субстрат жөнінде толық мәлімет береді. Бұл атаулар әдетте ғылыми әдебиеттерде қолданылады. Жүйелік атау бойынша әр ферменттің нөмірі(шифры) болады, ол төрт саннан тұрады және бұл сандардың арасы нүктемен бөлінген. Бірінші сан ферменттің класын білдіреді, екіншісі сан класс тармағын, үшінші сан- класс тармағы бөлігін, төртінші сан өз қатарындағы нөмірін көрсетеді.

Ферменттердің тривиалдық атаулары қысқа да қолдануға ыңғайлы. Мысалы, бір ферменттің жүйелік атауы 2. 7. 1. 2. АТФ: глюкозо-6- фосфотрансфераза. Ал осы ферменттің тривиальдық атауы глюкокиназа (гексокиназа) .

Ферменттің классификациясы. Ферменттер катализдейтін химиялық реакциялар түріне қарай 6 классқа бөлінеді.

Оксидоредуктозалар бұл класқа тотығу- тотықсыздану реакцияларын катализдейтін ферменттер жатады. Трансферазалар бір молекуладан екінші молекулаға әртүрлі атомдарды, атом топтарын және радикалдарды тасымалдаушы ферменттер жатады. Гидролазалар суды байланыстырып субстраттардағы байланыстарды ыдырататын ферменттер гидролазалар деп атайды. Лиазалар субстраттағы байланыстардың С-О-N ыдырауын гидролиздемей немесе тотықтырмай катализдейтін ферменттер лиазалар деп атайды. Изомеразалар молекула ішінде әртүрлі изомеризациялау реакцияларын катализдейтін ферменттерді изомеразалар деп атайды. Лигазалар басты екі молекуладан АТФ-тың энергиясын қолданып органикалық заттардың синтезделуін катализдейтін ферменттерді лигазалар деп атайды.

4. Ферменттерді бөліп алу және тазарту.

Ферменттер адамның, жануарлардың, өсімдіктердің ұлпаларында және микроорганизмдерде синтезделіп жасалады. Ферментті 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 (2-8°С) ұнтақтайды. Осылайша ұнтақталған біртектес массаны центрифугаға салып өңдейді. Осы кезде фермент оның сұйық бөлігіне ( центрифугаға) өтеді де, шөгіндіні тастайды.

Ферменттер белоктық заттар болғандықтан, оларды алу үшін белокты бөліп шығаратын әдісті қолданады. Белокты шөктіріп тұнбаға түсірудің бірінші кезеңінде 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 ион алмасу хроматография әдісін қолданады. Әсіресе әр түрлі смолалар, олардың ішінде ерімейтін ДЭАЭ- целлюлоза кең түрде қолданылады.

Полиакриламидті, крахмалды немесеагарлы гельде жүргізілетін электрофорез әдісімен де ферменттерді бөліп алуға болады.

Осыдан кейін бөліп алынған фермент препаратының біртекті тазалығын тексереді. Ферменттің тазалық дәрежесі оның меншікті активтілігімен бағаланады, бұл кезде ферменттің активтілігін 1 мг белокқа шағып есептейді. Әдетте ферментті тазарту жұмысын, осы істің келесі кезеңінде олардың меншікті активтілігін одан әрі артпайтындай деңгейге дейін немесе электрофорездеу, гель-сүзу, ионалмасу хроматография не ультрацентрифугалау кезінде тек бір ғана белок компоненті бөлінгенге дейін жүргізе береді.

5. Фермент препараты

Фермент препараты өндірісі микроорганизмдерді беттік және түптік культивирлеу әдісімен алынғаны негізделген. Фермент препаратын негізгі тұтынатын болып тамақ өндірісі және ауылшаруашылығы саналады. Ферменттің негізгі алынатын көзі болып микрорганзмдер және жануарлар мен өсімдіктердің мүшелері мен ұдпасы саналады.

Артықшылығы фермент көзі ретінде микроорганизмдер арзан қоректік ортада өсірлуі және әртүрлі ферменттердің үлкен саны мол мөлшерде синтезделеді. Ферменттің микроорганизм продуцентінің ішіндегі микроскопиялық саңырауқұлақ туысы Aspergillus, Penicillum Rhizopus, спора түзетін бактерия ьуысы Bacillus, ашытқы туысы Saccharomyces туысына үлкен көңіл бөлінуде. Егер фермент перапаратын беттік әдіспен культивирлесе «П» деп, ал түптік әдіспен культивирлесе «Г» деп белгілейді.

Өндірістік фермент препараты әр түрлі балласты қоспа заттардан тұрады. Фермент препаратын тазартуға концентрлеу дәрежесі, оның аты индексінің алдындағы санымен көрсетіледі. Егер индексі «2х» болса, онда фермент препараты ерімейтін заттардан босаған концентрленген сироптан алынғанын білдіреді. Құрғақ фермент препараты алдында «3х» индексі болады. «2х» және «3х» индекспен белгіленген ферменттер, техникалық фермент препараттары деп аталады. Әртүрлі әдіспен тазартылып алынған ферментпрепараты «10х» деген индекспен белгіленеді. Ал фракцияланғанды «15х» деген индекспен белгілейді, Тазалығы жоғары бірақ кристалл түріндегі фермент препараты емес, құрамында 25%-ке дейінгі қоспа балласты заттар болса және ультрафильтрлік қондырғыда концентрлеу әдісімен одан әрмен қарай шашыратқыш кептіргіш қондырғыда кептіріп алынған препараттардың тазарту дәрежесіне қарай белгіленген препарат протеолитикалық фермент препаратын құрайды, түптік культивирлеу әдісімен Bacillus subtilis культурасынан алынған, концентрленген, тазартылған және шашыратқыш кептіргіште кептірілген деп белгілейді.

6. Ферменттердің химиялық құрамы бойынша жіктелуі және коферменттер.

Барлық басқа белоктар сияқты, ферменттер де химиялық құрамы бойынша екі топқа бөлінеді. Олар қарапайым ферменттер және күрделі ферменттер.

Қарапайым ферменттер дегеніміз- қарапайым белоктар , олар гидролиз кезінде амин қышқылдарына ғана ажырап бөлінеді. Қарапайым ферменттерге мыналар жатады: рибонуклеаза, пепсин, трипсин, химотрипсин, папаин, амилазалар және гидролаза класына жататын басқа да ферменттер.

Күрделі ферменттер дегеніміз- күрделі белоктар. Күрделі ферменттер екі бөліктен: белоктық және белоктық емес бөліктен тұрады. Ферменттердің белоктық бөлігі апофермент деп, ал белоктық емес бөлігі простетикалық топ немесе кофактор деп аталады. Апофермент кофакторсыз ( простетикалық топсыз) активті болмайды. Күрделі ферменттердің кофакторлары металл иондары немесе белоктық емес органикалық заттар. Мұндағы металл иондары активаторлар деп аталады. Активаторлар мына иондар: Na ⁺ , K ⁺ 6 Fe ³⁺ , Cu ²⁺ , Co ²⁺ , Zn ²⁺ , Mg ²⁺ , Mn ²⁺ , Ni ²⁺ , 180 шамасынан астам ферментте металл иондары активатор қызметін атқарады. Кофактор (простетикалық топ) белоктық емес зат болғандықтан кофермент деп аталады.

Коферменттер ( лат тіліндегі Ко-бірге және фермент деген сөзден шыққан) - құрамында белок жоқ органикалық қосылыстар, олар апорферментпен тығыз байланысқан. Ферменттің мықты байланысқан кофакторы- простетикалық топ. Көптеген ферменттердің активтігі үшін екі фактордың да-металл иондарының да, простетикалық топтың да (немесе коферменттің) болуы қажет.

Коферменттер- төменгі молекулалы заттар , олар жоғары температураға төзімді келеді және ферменттің белоктық бөлігінен оңай ажырайды. Мысалы, диализ кезінде осылай болады. Олар сөзсіз қажетті кофактор ретінде ферменттердің катализдік жұмысына қатысады.

Көптеген коферменттер витаминге жатады немесе витаминдер туындысы болып табылады. Коферменттерге активтік тобы бар витаминдер - тиаминпирофосфат (В ₁ витаминнің туындысы), никотинамидті коферменттер (РР витамині бар) жатады. В ₂ , В ₆ , В ₁₂ витаминдері және басқа да витаминдер кіреді. Сондықтан да витаминнің жеткіліксіз болуы коферменттердің синтезін бұзады, соның салдарынан тиісті ферменттердің түзілуі тежеледі. Осыдан кейін зат алмасу бұзылады және адам мен жануар организмі бірқалыпты тіршілік ете алмайды.

Витаминдік емес коферменттер де бар , мысалы, металлпорфириндер( цитохромдағы гемдер), нуклеотидтер (УДФ- глюкоза), пептидтер (глутатион), т. б. осындай коферменттер. Мұндай коферменттер зат алмасудың аралық өнімдерінен түзіледі және әрқашан да организмде болады.

Биохимиялық реакцияларда коферменттер екі түрлі қызмет атқарады.

1. Күрделі фермент құрамында субстраттың (субстрат дегеніміз фермент әсер

ететін зат) катализдік өңделіп өзгеруіне қатысады, бұл кезде кофермент оның активті ортасына енеді;

2. Бір субстраттан екінші субстратқа (немесе басқа ферментке)

электрондарды, протондарды немесе жеке химиялық топтарды тасымалдайды.

7. Ферменттердің қолданылуы

Өндірісте көбінесе гидролазалар (синтетикалық жуғыш заттар өндірісіндегі детергенттер) және глюкозидазалар (кондитерлік өнімдер, жеміс және көкөніс шырындарын шығаруөндірісінде) қолданылады. Сондай-ақ ферменттер тағамдық, целлюлоза-қағаз, медициналық және басқа салаларда кең қолданады.

Тағам өндірісінде шығарылатын ферменттер көлемінің жартысы глюкоамилазалар және глюкоизомеразалар. Олар крахмалды ыдрататын катализдеушілер, ал крахмеал спирт өндірісіндегі негізгі субстрат болып, глюкозо-фруктозалық сиропты алу үшін пайдаланады.

Крахмат 2 полмерлерден құралады: амилоза - сызықты полисахрид және амилопектин - полимердің тармақталаған молекуласы. Α-амилаза крахмалды олгигосахаридтерге, декстиндерге дейін ыдыратады. Крахмалдық ерітінді «ериді». Одан кейін глюкоамилаза декстиндерді моносахаридтерге, глюкозаға дейін ыдыратыа, пуллуназа амилопектинді дисахаридтерге дейін белсенді катаболиздейді.

Бактериальды термостабиьлді α-амилазамен 80-110ºС 2-4 сағатта крахмал ериді. Одан кейін декстриндерді 60°-қа дейін салқындатады және моносахаридтерге дейін 24-48 сағст бойы ыдыратады.

Ауылшарушылықта ферменттерді жем қоспалары ретінде амилосубтилин, протосубтилин, глюкамоварин, амилоризин; целлюлоза-қағаз өндірісінде - целлюлозалар қолданыоалды.

Амилазаларды астық және картоп крахмалды қанттау үшін, спирт және сыра өндірісінде, нан пісіруде қолданады.

Пектолитикалық ферменттерді қолдану өңделетін шикізат бірлігінен шырынның шығуын 5-25% көтеруге көмектеседі. Бұл шырынның және шарптң мөлдірленінде, зығырды өңдегенде өте жоғары экономикалық эффект береді. Фермент жабысқақ пектинді заттарды гидролиздеу нәтижесінде зығыр талшықтары шоқтарын босатып алуға жол ашады.

Целлюлозаның гидролизі кезінде глюкоза бөлінеді, кейінгісін тағамдық гидролизі кезінде глюкоза бөлінеді, кейігісін тағамдақ және жемдік ақуызды препараттар өндірісінде, биоэтанолды алуда қолданады.

Медицинада ферменттер емдеу мақсатыиен қолданады:

- α-амилазалар. Фестал препараты құрамында бар - асқазан-ішек-қарын ауруларын емдеуде қолданылады;

- протеазалар - іріңденген жараларды емдеуде.

- стрептокиназа - фибринолитикалық фермент, тромбоздар емдеуіне қолайлы.

- лизоцим - әр түрлі қабыну үрдістерінде және т. б.

Протеолитикалық ферменттер етті, ет өнімдерінің, балықты жұмсарту үшін (тендеризация) қолданады. Бұл жартылай өнімдердіөңдеуді жеңілдетеді, жылдамдатады және олардың сапасын көтереді. Сілтілі протеазалар синтетикалық жуғыш заттардың қрамында, шашты алу және теріні жұмсарту, қылды бөлу мақсатында тері илеу өндірісінде қолдау тапты.

Лактатты ыдыратушы β-галактозидаза препараттары құрамында лактоза бар сүт қалдықтарынан өңдегенде сүт өндірісінде қолданылады. Лактоза өте маңызды көмірсу, бірақ бұл қант нашар еритін, тәтті емес, ашатқалармен ашымайтын, көбінесе оның галактозаға және глюкозаға дейін ыдыратуын жүзеге асырмақ, онда бұл қоспа тәттә дәмге ие болып, суда жақсы еріп, глюкоза жануарлармен де, микроорганизмдермен де сіңеді.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс