Ферменттер туралы жалпы түсінік

29.01.2021

13385

Ферменттер деп ағзада жүретін алуан түрлі биохимиялық процестерге катализатор ретінде əсер ететін белоктік табиғатыбар қосылыстарды айтады.

Əдетте химиялық реакциялардың жүру жылдамдығын шапшаңдататын заттарды катализатор деп атайды. Ал ферменттер — өсімдіктер мен жануарлар жəне микроағзалар жасушаларынан бөлінетін белок тектес, ағзадағы биохимиялық реакцияларды шапшаңдататын қабілеті бар зат.

Оның қатысуынсыз қоректік заттардың ағзаға сіңуі мүмкін емес. Осыған сəйкес ферменттерді биологиялық катализаторлар деп атайды, өйткені, олар тірі
ағзада өтетін зат алмасу процесіне тікелей атсалысады. Фермент (латынның тілінде fermentum – ашу деген мағына береді) деген терминмен қатар əдебиетте энзим (грек тілінде –enaym, en –ішкі, zyme ашытқы деген мағына береді) деген сөз де қолданылады.

Ферменттерді жəне олар катализдейтін реакцияларды зерттейтін биохимия бөлімі энзимология деп аталады. Тірі жасушада зат алмасу процесі үздіксіз жүріп жатады.
Зат алмасу процесі дегеніміз — белгілі бір тəртіппен кезектесіп келіп отыратын əртүрлі химиялық реакциялардың жиынтығы.

Мұндай реакциялар жасушадан тыс жерде өте қиындықпен жəне мейлінше баяу жүреді. Ол үшін қатаң шарттар (жоғары температура, күшті қышқылдар, сілтілер жəне т.б.) қажет. Тірі жасушада бұл реакциялардың жылдамдығы тірі жасушалардан тысқары жердегіден миллиондаған есе артық.

Ферменттер – ағзадағы химиялық реакциялардың жылдамдығын жүздеген жəне мыңдаған есе өзгерте алатын белокты заттар, атап айтқанда, жекелеген қосындылардың синтезі мен ыдырауын, зат алмасу процестерін жəне тағы сол сияқтыларды шапшаңдататын заттар.

Мыңдаған жылдар бойы адам баласы шарап ашыту, ірімшік жасау, нан пісіру, тері илеу, сыра қайнатушылық кəсіппен шұғылданғаны белгілі. Бірақ бұл процестерге ферменттердің тікелей қатысының барлығын білмеген еді, сол кезде ғылым,
оның ішінде биология ғылымы өз дамуының ең төменгі сатысында тұрған болатын. Кейіннен табиғаттану ғылымдары саласында ашылған жаңалықтар мен қол жеткен табыстарға байланысты, биохимия саласы да біртіндеп дами бастады.

Луи Пастер спирттің ашу процесін зерттеп мынадай қорытындыға келеді: ашу процесін жүргізетін химиялық заттар емес, ашытқының, яғни тірі жасушалардың тіршілік əрекеті болып табылады. Ол: ферменттер ашытқыдан ажырамайды, олармен біртұтас деп санады. Ашуға қатысты мұндай көзқарас 1897 жылы Бухнер ашқан тамаша жаңалыққа дейін ұзақ уақыт сақталып келді. Ол құрамында тірі жасушалар жоқ ашытқы сөлін сумен бөліп алады.

Осы сөлдің өзі-ақ қантты тез ашытып, спиртке жəне көмір қышқыл газына айналдырғанын көреді. Осылайша қантты ыдыратып ашытатын ашытқының тірі жасушалары емес, керісінше олар жасап шығарған фермент (химиялық зат) екенін
дəлелдейді. Ферменттің қантты ашытқы өнімдеріне айналдыратын катализатор екенін анықтайды.

Спиртті ашу кезіндегі катализатордың химиялық табиғатын анықтау ферментті процестер жөніндегі зерттеуді алға апаруға дем беруші үлкен күш болды жəне соның нəтижесінде көптеген ферменттер бөлініп алынып, зерттелді. Ферменттер əсерінің
теориясы (Э. Фишер, 1890 ж.), ферментті реакциялардың кинетикасы (Л. Михаэлис пен М. Ментен, 1913 ж.) жөніндегі жұмыстар жарық көрді. ХХ ғасырдың бас кезінде И. П. Павлов жəне оның əріптестері ас қорытушы ферменттердің белоктік
табиғаты жөнінде өте маңызды мəліметтер алады.

Олар иттің қарынындағы сөлдің активтілігі оның құрамындағы белоктарға
байланысты екенін анықтады. Қарын сөлінде белок аз болса, онда пепсин де шағын мөлшерде болады. Өз мəліметтерін жəне басқа да ғалымдардың зерттеулерін талдай келіп, Павлов ферменттер дегеніміз – белоктік заттар деген қортындыға келді.
Ең алғаш таза ферментті 1926 ж. жас биохимик Дж. Самнер кристалл түрінде алды. Ол канавалия деген өсімдік дəнінен уреаза ферментін бөліп алып, оның кристалдарының белоктан тұратынын анықтайды.

Бұдан кейін 1930 ж. Дж. Нортроп пепсин кристалдарын, ал келесі жылы сол Нортроп пен М. Кунитц екеуі кристалды трипсинді бөліп алады. Осы екі ферменттің екеуі де
белок екен. Қазіргі кезде кристалдық түрде жүздеген фермент алынған. Зерттеліп табылған ферменттердің саны қазір 2000 шамасынан асады. Олардың бəрі де белоктік заттар.

Бір сөзбен айтқанда, ферменттер – биологиялық катализаторлар. Ферменттер тірі жасушада ғана емес, сонымен бірге жасушадан тыс ортада да өз күшін жоймай реакцияны тездетеді.

Мұның үлкен практикалық маңызы бар. Олардың əрқайсысы заттардың белгілі бір түріне ғана əсер ете алады. Мəселен, сүт қантын ыдырататын фермент оған ұқсас қанттарға (мальтоза, сазароза) əсер етпейді. Ал кейбір ферменттер белоктарды, майларды, көмірсуларды құрам бөліктеріне ыдыратып қана қоймай, сол заттардың жасушада синтезделуіне қатысады. Мұндай күрделі қосындыларды синтездейтін ерекше ферменттер де аз емес.

Ферменттік реакциялар бір-бірімен ұштасып, өзара байланысып жатады. Кейде топтасып қызмет атқарады. Ферменттер жай жəне күрделі белоктарға жатады. Күрделі
белоктар түрінде құрылған кейбір ферменттердің простетикалық
топтарына витаминдер кіреді. Ферменттердің физикалық жəне химиялық қасиеттері белоктың табиғатымен белгіленген. Ферменттер жартылай өткізгіш
мембрана арқылы диализденбейді, тұзбен тұндыруға бейім белок
тəрізді түсті жəне тұнба реакцияларын береді.

Ферменттерді тұзбен тұндыру, ацетонмен фракциялау жəне колонкалы хроматография əдістерімен бөліп алғанда, олар катализдік қасиеттерін жоғалтпайды. Кристалл күйінде бөлініп алынған ферменттер өте жоғары активті болады. Ағзада реакцияларды тездетуші ферменттер белок табиғатына байланысты, бейорганикалық катализаторлардан бірқатар маңызды айырмашылығы бар. Ферменттер температура əсеріне бейімделгіш əрекеті қатаң түрде тұрақты, электролит жəне т.б. заттардың қатысында рН ортасына байланысты активтілігі күшті өзгереді.

Ферменттердің бірінші қасиеті химиялық реакцияны өте шапшаңдатып, тездетіп жібереді. Мұны қарапайым мысалмен түсіндіруге болады. Айталық, химиктер кез келген реакцияны тез-дету үшін катализаторды қолданады. Катализатор өте аз мөлшерде пайдаланылса, ферментті болар-болмас қолданып-ақ реакцияны
өте тез жүргізе аламыз. Мысалы, катализатор əсерінен кез келген химиялық реакциялар бір секундтай уақыт аралығында өтсе, ал ферментті қатыстырғанда, бір секундтың оннан бір бөлігіндейақ уақыт кетеді екен.

Реакция қаншалықты шапшаң жүрсе, бізге қажетті затардың соншалықты көп өндірілетініне ешқандай күмəн жоқ. Фермент-катализатордың осы қасиеті тірі ағзалардың өмір сүруінде де үлкен рөл атқарады. Өйткені осыншалықты
тездеткіш қосылыс болмаса, адамның денесінде болып жататын өте қажетті сан алуан реакция аз уақытта іске аса қоймас еді.

Химиялық реакциялар кейде керісінше де жүреді, кез-келген зат жойылса, оның құрамындағы заттар бұрынғыдай бөлініп, қосылғанға дейінгі қалпына келеді. Ал ферменттер осының екеуіне де қатысып, екеуін де тездете алады. Ферменттердің бұл
қасиеті жасушалар мен ұлпалардың ішінде болатын өзгерістердің механизмін білуге мүмкіндік береді.

Ферментерді халық байлығы деуге болады. Ферменттерді халық шаруашылығында қолдану орасан зор экономикалық пайда келтіреді. Əсіресе, өнімнің өзіндік құнын кемітіп, сапасын жақсарту, жұмысшылардың еңбегін жеңілдету, еңбек өнімділігін
арттыру жөніндегі тиімділігі ұшан-теңіз.

Ферменттерді (биологиялық катализатор ретінде) қолдану – болашағы зор техникалық прогрестің жаңа кезеңі десек те болады. Сондықтан да үкіметтің шешімдерінде тағамдық, мал азықтық жəне шипалық (антибиотиктер) заттарды өндіруде биохимиялық əдістерді, соның ішінде ферменттерді кеңінен қолдану қажет
екендігі атап көрсетілген.

Егер алғашқыда ферменттер қоректік заттарды ыдыратуға себепші болса, кейіннен сол ыдыраған жай қосылыстардан ағзадағы ұлпалар мен жасушалардың құралуын
қамтамасыз етеді. Ферменттердің негізгі қасиеті – олардың активтілігі. Мыса лы,
крахмал клейстерінің судағы ерітіндісіне, сутегінің пероксидіне жəне кəдімгі сүтке ферменттерді қоспасақ, біз крахмалдың қантқа айналғанын, сутегі пероксидінің ажырағанын жəне сүттің ұйығанын байқай алмаймыз.

Ал крахмал ертіндісіне аз ғана мөлшерде амилаза ферментін қоссақ, оның аз уақыттың ішінде глюкоза қантына айналғанын көреміз. Сол сияқты каталаза ферментінің əсерінен сутегінің пероксиді ажырайды, ал мəйек ферменті қосылса, сүт тез арада ұйып қалады.

Дереккөз: Биохимия негіздері, С. Қ. Тұртабаев, А. К. Кабдрахимова, А. Ж. Еримова, Алматы, 2012

Басқа материал: