Биотехнология негіздері

Меншік активтік -1 мл белокқа келетін ферменттің бірлігі, оның тазалық өлшемі. Ферменттің тазалық дәрежесі де 1 мг белоктың меншікті активтігімен есептеледі. Неғұрлым фермент  таза болса соңшалықты оның активтігі  де жоғары болады.

Изоферменттер (грек. Isos бірдей, біркелкі және ферменттер). Изоферменттер деп белгілі бір субстратқа ғана талғауы бар, бірақ физикалық, химиялық, катализдік, иммунологиялық  қасиеттерімен ерешеленетін бір ферменттің әр түлерін айтады. Мысалы, сілекелей және ұйқы безінің a амилазасы крахмалды ыдыратады, яғни сол бір ғана реакцины жылдамдатады, бірақ олар бір бірінен ерігіштігімен, рН тың қалыпты мәнімен айырмашылықта болады.

Қазіргі кезде  лактатдегидрогеназаның (ЛДГ) 5 изоферменттері зерттелген.

Олардың қысқаша белгілері: ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4 және ЛДГ5. Бұл изоферменттер өгеруін іске асырады:сүт және пирожүзім қышқылдарының өзгеруін іске асырады .Бірақ, олар амин қышқылдық құрамымен, температураға деген тұрақтылығымен және т.б. ажыратылады.

Изоферменттердің организмдегі деңгейі оның күйі анықтайды. Әр түрліауруларда (жүрек, бауыр, бүйрек және т.б.) изоферменттердің қандағы деңгейінің көтерілетіндігін байқауға болады. Бұл көрсеткішті ауруды айыру үшін қолданады.

Проферменттер (лат. рro - бұрынырақ, алдында және ферменттер) ферменттердің активсіз түрі. Мысалы, қарын шырынының ферменті пепсин пепсиноген, ұйқы безінің ферменті трипсин трипсиноген, ұйқы безінің ферменті трипсин трипсиноген және т.б. активсіз түінде болады. Соның арқасында клеткалардың және тканьдердің өздігінен бүлінушілікке ұшырауы болдырылмайды. Профермент трипсиноген энтерокиназа ферментінің әсерімен активтендіріліп трипсин активтенгтүріне айналатындығын XX ғасырдың басында И.П.Павлов дәлеледеді. Пепсиногеннің активтеніп песинге айналу қарын сөліндег» тұз қышқылының әсерімен өтеді.

Активтену кезінде  профермент молекуласынан пептидтік  байланыстарды үзе отырып бір  немесе бірнеше пептидтер бөлініп  шығады. Соның нәтижесінде ферменттің тиісті конформациясы қалыптасып, оның активтік орталығы ашылыды.

Мультиферменттер жүйесі (лат.multum- көп жәнеферменттер) әр түрлі ферменттердің көптеген санынан құралған жиынтықтар. Мыс. Тыныс алу тізбегіндегі электрондарды тасымалдаушы цитохромдар, май қышқылдарының биосинтезіне, немесе ацетил КоА ның митохондрияда СО₂ және Н₂О ға дейін тотығуына қатысатын ферменттер жатады.

Қорыта айтқанда организмдегі ферменттердің активтігі  аулан түрлі факторларға байланысты Оларға температура, рН, активаторлар мен ингибиторлар, түрлі кофакторлар  жатады Сонымен қатар субстрат пен  фермент концентрациясының, метаболизм процесінде пайда болатын заттардың, металдардың да маңызы зор.

 

Ферменттің  активтік және өздік реттгіш (аллостерлі) орталықтар

Ферменттің  активтік орталығы деп оның молекуласының  субстратпен түйісетін бөлігін  айтады. Активтік орталық субстратты қосып алып, оны өзгертуге міндетті.

Ферменттердің активтік орталықтарында реакцияға  қабілетті  топтар бар мына төмендегі  амин қышқылдарын кездестіруге болады:

1 SН сульфгидриль тобы бар цистеин;

2 ОН гидроксиль тобы бар серин;

3 имидазол топты гистидин;

4 екінші карбоксиль  тобы бар аспарагин жәнк глютамин  қышқылдары;

5 индол сақинасы  триптофан;

6 гидрофобты  бүйірлік топтары бар амин  қышқылдары.

Активтік орталық  ферменттің полипептидтік тізбегіндеі  бір бірінен алыс орналысқан және амин қышқылдарының жақындасуынан пайда болған кеңістік пішін. Полипептидтік тізбектің жеке бөліктерінің кеңістіктегі жақындасуынан ферменттің екіншілей және үшіншілейқұрылымдары пайда болып, фермент активтікке ие болады. Күрделі ферменттің молекуласында екі активтік орталықтары бар. Оның біреуі апоферметтің, ал екіншісі коферменттің үстінде орналысқан.

Аллостерлі (реттегіш) орталық  екі және одан да көп  суббірліктен тұратын кейбір ферменттердің  молекуласының үстінде, активтік орталықтан тыс жерде орналысқан, қосымша бөлімшесіболады. Оны аллостерлі немесе реттегіш орталығы дейді. Ал, ферменттерді аллостерлі

Ферменттер  деп атайды (грек.allo және stereos  басқа  және орын).

Реттегіш орталық  активтік орталықтан едәуір  қашықтық та орналасады. Аллостерлі ферменттер реттегіш орталығы арқылы модулятордың (эффектордың) молекуласымен байланысқа түседі. Модулятор аллостерлі ферменттің конформациясын өзгерте отырып оның әсерін активтендіреді немесе бөгейді, ал өзі өзгермейді.

Ферменттің  аллостерлі эффекторына субстраттар,реакцияның өнімдері, нуклеотидтер (АМФ, АТФ), амин қышқылдары, сутекінің иондары және металдар жатады.

Ферменттердің әсері белгілі химиялық байланыстарға  бағытталған. Органикалық заттар мен  ферменттердің құрылымын зертей келе, Э.Фишер фермент пен субстраттың кеңістік сәйкестігінің жақындығы жөнінде қорытынды шығарып «кілт құлыпқа қалай дәл келсе фермент өзінің субстратына да солай дәл келеді» деп сипатталады.Кеңістіктегі нақтылы сәйкестілік катализдегі маңызды фактор. Бұл, екі жол мен іске асырылады:

1 ферменттің «өз» субстратын танып алуға және;

2 ферменттің  катализдейтін реакциясының қатаң  талғампаздығы арқылы. «Өз» субстраттын  танып алуы ферменттің активтік  орталығында оның субстратпен  жақындасуы туады. Егер субстраттың  кеңістіктегі пішіні (формасы) ферменттікіне сайма сай келсе, онда ол ферменттің бетіне бекуі электростатикалық тартылыс күштері, сутекті байланыстар және гидрофобтық өзара әрекеттесу, поляризация әсері және т.б. факторлар арқылыіске асырылады.

Ферменттің  субстратпен әрекет ету дағдысын екі теория арқылы түсіндіруге болады.

Уақытша, аралық қоспалар құру теориясы. Бірінші сатысында, фермент субстратаен қосылып  фермент субстрат комплексін түзеді.

         Ф        S                             Ф S

Фермент+Субстрат                  Фермент-

                                                   субстрат

                                                    комплексі

Бұл қайтымды процесс. Фермент-субстрат активті комплексінің пайда болуы активтендіру энергиясын едәуір төмендетіп, реакцияның өтуін жеңілдетеді. Субстрат ферменттің шабуылына ұшырайды. Субстраттың ферментпен түйіскен жерінде электрондарды бөлу басталады. Мыс. Металдар субстраттан электрондарды тартып алады. Соның нәтижесінде байлыныстар әлсіреп, үзіледі. Екінші сатысында , фермент субстрат комплексі реакцияның ақырғы өніміне дейін ыдырап, фермент басып шығады.

 

Ф                            Ф        +        Р₁+Р₂

Фермент-          Фермент        Реакцияның

субстрат                                     өнімдері

комплексі

 

Активтік орталық «қатал» конструкция емес, ло кеңістіктік құрылысы белгілі бір субстратқа ғана сай келетіндей болып қалыптасқан. Ферментпен субстарттың бір біріне тіркелу орындары комплементарлы болып келеді. Бұл, ферменттің басқа субстратқа катализатор бола алмайтындығын көрсетеді, яғни оның талдаушылық қасиетін белгілейді.

Ал, Кошланд  теориясы субстрат пен фермент қосылғанда фермент молекуласындағы активтік орталықтың конформациясы  субстратқа сәйкес өзгеріп, оған бейімделеді деп  түсіндіреді.

Ферменттің  әсер етуін мынадай ережелермен қортындылауға болады:

1 реакцияның барысында ферменттің құрылымы өзгермейді;

2 ферменттің өте аз мөлшерде әсер етеді;

3 ферментСұрақтар:

тер реакцияның тепе теңдігін жылжытпайды. Демек, олар тура және кеоі реакцияларды субстраттың  концентраиясына байланысты бір деңгейде шапшаңдатады;

4 ферменттер активтендіру энергиясын азайту арқылы реакцияның жылдамдығын көтереді. Молекуланың реакцияға түсуіне керекті энергияны активтендіру энергиясы деп атайды.

 

Ферменттердің атауы және жіктелуі

Ферменттердің қазірні атаулары мен жіктеуін 1961 ж. Халықаралық биохимиялық Одақтың Комиссиясы бекіткен.

Ферменттерді  екі жолын атайды: жүйелі (рациональдық) және трививальдық (жұмысшы).

Жүйелі бойынша  әрбір фермент атауының аодына оның шифры қойылады. Шифр төрт цифрдан құралады. Біріші цифр ферменттің қай класқа жататынын көрсетеді. Екінші цифр оның класс тармағын білдіреді. Үшінші цифр класстармағының түрін аңықтай түседі. Төртінші сан ферменттің осы класс тармағындағы рет нөмерін білдіреді. Ферменттің цифрындағы әрбір цифр бір бірінен нүктемен бөлінеді.

Өте қысқа, әрі  пайдануға қолайлы тривиальды атау  болып саналады. Ол екі жолмен пайда  болады:

1 фермент әсер  ететін субстраттың латынша түбіріне  «аза» суффиксін жалғау арқылы. Мыс. крахмалды (аmylum) ыдыратушы фермент амилаза.

2 фермент активтендіретін  реакцияның атауы «аза» суффиксімен  үстеу арқылы. Мыс. гидролаза субстратты судың көмегімен ыдратады. Кейбір ферменттердің тарихи атаулары (пепсин, трипсин және т.б.) қолданылады.

Жаңа жіктеу бойынша белгілі ферменттердің барлығы алты класқа бөінеді.

Оксидоредуктаза сутегінің атомдарын немесе электрондарды  бөліп және қосып алу арқылы субстарттың  тотығу тотықсыздану процесін үдететін фермент.

Трансфераза атомдардың түрліше оптарының тасымалдану  реакциясын катализдейтін фермент. Тасымалдайтын тобының атауына сәйкес метилтрасфераза, аминотрансфераза және т.б. деп аталады.

Гидролаза заттардың  түрліше топтарының гидролизіне  қатысатын фермент:

а) эстеразалар күрделі эфирлі байланыстарды гидролиздейді.

ә) липаза триглицеридтерді глицерин және май қышқылына ыдыратады.

б) гликозидазалар көмірсулардағы глюкозидтік байланыстарды гидролиздейді. Оларға амилаза, лактаза, мальтаза және т.б. жатады.

в) протеиназалар белоктардағы, полипептидтердегі пептидтік байланыстарды гидролиздейді:

Лиаза еселенген  байланысты түзе немесе бұза отырып, түрлі  атомдар тобы қосып немесе ажыратып алу реакциясын катализдейтін фермент.

Изомераза изомеризация реакциясын катализдейтін фермент.

Лигаза (синтетаза) АТФ энергиясының есебінен түрлі  заттардың синтезделу реакциясын шапшаңдататын фермент.

Тіршілік процестерінің  қалыпты өтуі ферменттердің әрекетіне  байланысты. Ферментативтік реакциялардың  бұзылуы әр түрлі ауруға шалдықтырады.

Сондықтан да, кез  келген ферменттің клеткадағы немесе биологиялық сұйықтардағы активтігін анықтау арқылы әр түрлі органлармен тканьдердегі өтіп жатқан өзгерістер жайында мағлұматтар алуға болады.

 

5 Тақырып Кондитерлік  өндірісі

Кондитерлік тағамдарды шикізат түріне және технологиялық  процестің түріне қарап, оны 2 түрге  бөлуге болады: ұнды және қантты. Үнды өнімдерге – печенье, галеттер, крекерлер, вафли, пряндіктер, кекстер, рулеттер, торт, ал қантты тағамдарға – какао-ұнтақ, шоколад, кәмпиттер, карамель, мармелад, пастила, ирис, халва жатады.

Ферменттік заттарды кондитерлік өндірісте қолданылуы – бір жағынан-шикізаттың түрі мен құрамына, екінші жағынан-технологиялық қажеттілігіне байланысты.

 

 

Протеаза және амилаздың қолданылуы

Комплексті ферменттік заттардың құрамында болатын  белсенді протеаздар және а-амилаздарды (мысалы, П10Х амилоризин) ұнды кондитерлік тағамдардың ашу процесінің тез жүруі және қамырдың реологиялық құрамының өзгеруі, пісуінің тездету мақсатында қолданады.

Ұнды кондитерлік тағам  өндірісінде галеттер, крекерлер, кекс сияқты заттарға ашытқы қосумен бірге комплекстік заттар протеолиттік жүруі басым болады, сонымен бірге оның құрамында а-амилаз болды. Бұл ферменттерде ашытқыдағы қант пен төменгі молекулалы азоттық заттардың қалғанын меланоидин реакциясына қатыстырады, бұл галеттер және крекерлерге түс және хош иіс береді.

Кекс және бисквиттік жартылай фабрикатты өндірісінде жоғары температурада қамырдың қалың қылып  пісіргенде, коплексті бактериялды  заттарды қолданған кезде оның белгілі  бір мөлшерінде қолданған жөн. Кондитерлік  қамырға механикалық жағынан  көп қысым берсе, ұндағы крахмал, ақуыз, т.б. заттардың полимер ферменттерінің соқтығысулеры артып, гидролиздің көбейіп кетуіне әкеліп соғады.

Сырлы пряндіктер үшін протеолиздің маңызы зор, сонымен бірге оның жұмсақтығы сақталуы керек. Белсенді пролеолиті бар  комплексті ферментті заттарды осындай өнімге қолданатынын көз жеткізуге болады.

Бисквиттік жартылай фабрикат өндірісінде белсенді түрдегі  протеолиттік фермент пен а-амилазы  бар комплексті ферментті заттар қажет.

Мұндай құрамда клейковинаның  қаттылығы азайып, бұл қамырдың пісірілуі кезінде жақсырақ көтерілуіне және дайын өнімнің ауалы ұсақ кеуектілігін қамтамасыз етеді. Декстриндердің түзілуі өз кезегінде олардың балғындығын қамтамасыз етеді.

Құрамында протеаза мен  а-амилаза бар комплексті ферментті  препараттар қатпарлы жартылай өңделген өнімнің қамырын дайындау кезінде оның өңделуін жеңілдетіп тездетеді, бұдан қамырдың эластикалық қасиеті күшейіп, оны пісіру кезінде шөгуінің алдын алуына өз себебін тигізеді. Сонымен қатар, вафель өнімдерін өндіру кезінде бұл препараттарды қолдану вафель қамырының жабысқақтығын төмендетеді және жұқа қытырлақ вафель беттерінің алынуына көмектеседі.

 

Инвертазаның  қолданылуы

Инвертаза кондитерлік  өндірісте кәмпит помадкасы құйылатын  қалыптың, дөңгелек помадтық қалыптардың  және шие ликері сияқты сұйық жеміс салмаларының өндірісінде қолданылады. Әрбір  жағдайда инвертазаның қолданылу себебі өте жоғары қанттың концентрациясында (78%) жартылай жұмсақ немесе сұйық консистенция алу үшін керек, ол ашу үрдісін тоқтатады. Инвертазаның қозғалысын бәсеңдету немесе жоғарылату кіргізілетін препараттың концентрациясын, судың мөлшерін және температуралық режимді өзгерту арқылы  жүзеге асырылады. Жоғары температурада инвертаза инактивирленеді, тіпті құю тепературасында (65^ОС) инвертазаның активтілігі 30 мин ішінде 12% төмендейді, ал 60 мин ішінде 24% төмендейді. Кәмпиттердің кейбір сорттарында, мысалы, шиелі ликерді кәмпиттерде инвертазасыз дайындау мүмкін емес. Кокостық жаңғақтардан помадтық масса өндіргенде инвертазаны қолдану себебі, осы ферменттің әсерінен түзілетін фруктозаның жоғары дәрежедегі ылғалды ұстауына негізделген.