Ферменттер зат алмашуунун жана биохимиялык реакциялардын бардык этаптарында маанилүү роль ойногон биокатализаторлор. Алар өзгөчө кызыгууну жаратат жана көптөгөн өнөр жай масштабындагы процесстерде органикалык катализаторлор катары колдонулат. Бул макалада микробдук ферменттер жана алардын классификациясы камтылган.
Кириш
Ар кандай биоиндустриялар субстраттарды жана чийки заттарды кайра иштетүүдө колдонуу үчүн өзгөчө мүнөздөмөлөрү бар ферменттерди талап кылат. Микробдук ферменттер химиялык катализаторлорду колдонууга салыштырмалуу биологиялык процесстерде реакцияларды үнөмдүү жана экологиялык жактан таза жүргүзүү үчүн биокатализатордун ролун аткарышат. Алардын өзгөчө мүнөздөмөлөрү коммерциялык кызыкчылык жана өнөр жайлык колдонуу үчүн колдонулат. Ферменттер абдан спецификалык, алар 4000ге жакын биохимиялык реакцияларды катализдейт. Нобель сыйлыгынын лауреаты Эмил Фишер мунун себебин ферменттин да, субстраттын да спецификалык толуктоочу геометриялары бар экенин айткан.бири-бирине туура келет.
Аныктама
Ферменттер жашоону камсыз кылуу үчүн зарыл болгон бардык маанилүү химиялык алмашуулар үчүн жооптуу чоң биологиялык молекулалар. Алар тамак-аш сиңирүүсүнөн ДНК синтезине чейинки метаболизмдик реакциялардын ылдамдыгын да, өзгөчөлүгүн да ылдамдатуучу өтө тандалма катализаторлор. Аларда болуп жаткан бардык метаболизм процесстери микроорганизмдердин клеткаларында кандай ферменттер пайда болгонуна көз каранды.
Тарых
1877-жылы Гейдельберг университетинин физиология профессору Вильгельм Фридрих Куэн биринчи жолу «фермент» терминин колдонгон, ал латынча fermentum, «ачыткы» дегенди билдирет. Микроорганизмдердин ферменттерин алуу Байыркы Грецияда башталган. Алар тамак-аш менен суусундукту сактоо үчүн колдонулган.
1783-жылы атактуу италиялык католик дин кызматчысы Лаззаро Спалланзани биогенез боюнча эмгегинде бул биомолекуланын маанилүүлүгүн биринчи жолу айткан.
1812-жылы Готлиб Сигизмунд Кирхгоф крахмалды глюкозага айландыруунун жол-жобосун изилдеген. Өз экспериментинде ал ферменттердин катализатор катары колдонулушун баса белгилеген.
1833-жылы француз химиги Ансельм Паен биринчи фермент диастазаны ачкан.
Ондогон жылдардан кийин, 1862-жылы, Луи Пастер кантты спиртке ачытуу процессин изилдеп жатып, ал ачыткы клеткаларындагы жашоо күчү менен катализделген деген жыйынтыкка келген.
Жаратылышта табылган биомолекулаларзыгыр булгаары, булгаары жана индиго сыяктуу буюмдарды жасоодо байыркы мезгилден бери кеңири колдонулуп келет. Бул процесстердин бардыгына микроорганизмдер – фермент өндүрүүчүлөр себепкер болгон.
Мааниси
Химиялык реакцияларды жеңилдетүү үчүн ферменттер керек. Микроорганизмдердин жашоосунда алардын ролу абдан маанилүү. Бул зат алмашуу процесстерин, дем алуу, тамак сиңирүү жана жашоонун башка түрлөрүн камсыз кылуудан турат. Ферменттер туура иштегенде гомеостаз сакталат. Микроорганизмдердеги ферменттердин дагы бир ролу – зат алмашууну тездетүү.
Атайын мүмкүнчүлүктөр
Микроорганизм ферменттеринин касиеттери төмөнкүлөрдү камтыйт:
- жылуулукка туруктуулук;
- термофилдик жаратылыш;
- рН диапазонун өзгөртүүгө сабырдуулук;
- температураны жана рНды өзгөртүүдө аракеттин туруктуулугу;
- башка катуу реакция шарттары.
Алар термофильдүү, ацидофилдүү же щелочтуу болуп бөлүнөт. Термостабилдүү фермент системасы бар микроорганизмдер узакка созулган ири масштабдуу өндүрүштүк реакцияларда микробдук булгануу мүмкүнчүлүгүн азайтат. Микробдук ферменттер чийки заттын гидролиз процессинде масса өткөрүүнү жогорулатууга жана субстраттын илешкектүүлүгүн төмөндөтүүгө жардам берет.
Классификация
Реакциясынын мүнөзүнө жараша иш-аракеттердин кеңири спектри болгондуктан, ферменттер катализине жараша төмөнкүдөй классификацияланат:
- Оксидоредуктазалар. Кычкылдануу реакциялары бир молекуладан электрондордун өтүшүн камтыйтбашкага. Биологиялык системаларда бул суутектин субстраттан алынышы.
- Трансфераздар. Ферменттердин бул классы атом топторунун бир молекуладан экинчисине өтүшүн катализдейт. Аминотрансферазалар же трансаминазалар аминокислотадан альфа-оксо кислотасына аминотоптун өтүшүн жеңилдетет.
- Гидролаза. Гидролизди катализдөө, субстраттарды суу менен бөлүү. Реакцияларга белоктордогу пептиддик байланыштар, углеводдордогу гликозиддик байланыштар жана липиддердеги эфирдик байланыштар кирет. Негизинен чоңураак молекулалар майда фрагменттерге бөлүнөт.
- Liase. Кош байланыштарга топтордун кошулушун катализдөө же биринчисин алып салуу менен экинчисинин пайда болушу. Мисалы, пектат-лиазалар гликозиддик байланыштарды бета-жоюу аркылуу ажыратат.
- Изомеразалар. Алар бир эле молекулада топтордун бир абалдан экинчисине өтүшүн катализдейт. Субстраттын түзүлүшүн өзгөртүп, анын атомдорун кайра иретке келтириңиз.
- Лигалар. Молекулаларды коваленттик байланыштар менен бириктириңиз. Алар биосинтетикалык реакцияларга катышып, жаңы байланыш топтору пайда болот. Мындай реакциялар кофакторлор түрүндөгү энергияны талап кылат.
Колдонмо
Ачытуу көп тамактарды даярдоодо колдонулат. Тамак-аш өнөр жайында микробдук ферменттерди колдонуу узакка созулган процесс. Төмөнкү түрлөрү кеңири колдонулат:
- Амилаза. Крахмалды суюлтуу, нандын сапатын жакшыртуу, жемиш ширелерин тактоо.
- Глюкоамилазалар. Глюкоза жана фруктоза жогору болгон сыра жана сиропторду өндүрүү.
- Протеаза. Тендерлештирүүэт, сүт коагуляция.
- Лактаза. Адамдардын лактоза чыдамсыздыгын азайтуу, пребиотикалык тамак-аш кошулмалары.
- Липаза. Чеддер сырын өндүрүү.
- Фосфолипазалар. Липолизделген сүт майын өндүрүү.
- Эстераза. жемиш ширесинин даамын жана жытын жакшыртуу. Диеталык булалардын деэстерификациясы. Кыска чынжырлуу эфирлерди өндүрүү.
- Целлюлаздар. Жаныбарларга тоют.
- Глюкоза оксидаза. Тамак-ашты сактоо мөөнөтүн жакшыртуу.
- Лакказ. Шараптан полифенолдорду жок кылуу.
- Каталаздар. Тамак-ашты сактоо. Сыр өндүрүүнүн алдында сүттөн суутек перекисин алып салуу.
- Пероксидаза. Тамактын даамын, түсүн жана сапатын өнүктүрүү.
Протеаза
Микробдук системалардан алынган протеазалар үч түрдүү болот: кислоталуу, нейтралдуу жана щелочтуу. Алкалиндүү сериндик протеазалар биоиндустрияда эң көп колдонулат. Алар экстремалдык физиологиялык параметрлердин анормалдуу шарттарында жогорку активдүүлүккө жана туруктуулукка ээ. Алкалиндик протеазалар жуугуч каражаттарда колдонулганда ферменттик активдүүлүктүн жогорку туруктуулук касиетине ээ. Алар биоиндустрияда кеңири колдонууну тапты:
- кир жуугуч порошокторду чыгаруу;
- тамак-аш өнөр жайы;
- тери иштетүү;
- фармацевтика;
- молекулярдык биология жана пептиддердин синтези боюнча изилдөө.
Амилаза
Бул микроорганизмдердин ферменти, ал крахмалдын кантка ыдырашын катализдейт. Ал болгон1833-жылы Ансельм Пейен тарабынан ачылган жана бөлүнгөн. Бардык амилазалар гликозиддик гидролазалар. Алар өнөр жайда кеңири колдонулат жана ферменттер рыногунун дээрлик 25% ын түзөт. Мындай тармактарда колдонулат:
- тамак;
- нан;
- кагаз жана текстиль;
- таттуулар жана жемиш ширелери;
- глюкоза жана фруктоза сироптору;
- жуучу каражаттар;
- крахмалдан отун этанол;
- алкоголдук ичимдиктер;
- тамак сиңирүү жардам;
- кургак тазалоодо так кетирүүчү.
Клиникалык, медициналык жана аналитикалык химияда да колдонулат.
Ксиланаза
Гемицеллюлоза целлюлоза, лигнин жана пектин менен бирге айыл чарба калдыктарынын негизги курамынын бири. Xylan анын негизги компоненти болуп саналат. Ксиланазанын мааниси анын пентозаны өндүрүүдө, жемиш ширелерин тазалоодо, сиңирүүнү жакшыртууда жана лигноцеллюлоздуу айыл чарба калдыктарын күйүүчү майга жана химиялык заттарга биоконвертациялоо үчүн биотехнологиялык колдонулушуна байланыштуу бир топ жогорулады. Ал тамак-аш, текстиль жана целлюлоза-кагаз өнөр жайларында, айыл чарба калдыктарын утилизациялоодо, этанол өндүрүүдө жана мал азыгында колдонулушун тапты.
Лакказ
Лигинолиттик ферменттер лигноцеллюлоздуу айыл чарба калдыктарын гидролиздөөдө, өзгөчө лигниндин комплекстүү жана насоссуз түзүүчү деградациясында пайдалуу. Алар табияты боюнча абдан ар тараптуу жана бир катар өндүрүштүк процесстерде колдонулушу мүмкүн. Лигнолитикалык фермент системасы целлюлозаны биодеколорациялоодо жана шарап менен жемиш ширесин турукташтыруу, жынсы кир жуугуч, косметика жана биосенсорлор сыяктуу башка тармактарда колдонулат.
Липаза
Бул микроорганизмдердин ферменти, майлардын ажырашын жана гидролизин катализдейт. Липазалар - эстераздардын субклассы. Алар майларды сиңирүү, ташуу жана кайра иштетүүдө чоң роль ойнойт. Липаздардын көбү майлуу субстраттын глицерин омурткасында, өзгөчө ичке ичегиде белгилүү бир абалда катышат. Алардын кээ бирлери жугуштуу оору учурунда бөлүнүп чыккан патогендик организмдер менен көрсөтүлөт. Липазалар биотехнологиялык баалуу ферменттердин негизги тобу болуп эсептелет, бул негизинен алардын колдонулуучу касиеттеринин көп кырдуулугуна жана массалык өндүрүштүн жеңилдигине байланыштуу.
Lipase колдонмосу
Бул ферменттер диетадагы триглицериддердин кадимки метаболизминен сигнал берүү жана клетка сезгенүүсүнө чейин ар кандай биологиялык процесстерге катышат. Кээ бир липаза иш-аракеттери клеткалардын ичиндеги белгилүү бир бөлүмдөр менен чектелген, ал эми башкалары клеткадан тышкаркы мейкиндиктерде иштешет:
- Панкреатикалык липазалар клеткадан тышкаркы мейкиндиктерге бөлүнүп чыгарылат, алар тамактануудагы липиддерди бүт денеге таралуучу жөнөкөй формаларга айландырышат.
- Айлана-чөйрөдөн аш болумдуу заттарды сиңирүүнү жеңилдетет.
- Липаза активдүүлүгүнүн жогорулашы алмаштыратбиодизель иштетүүдө кадимки катализаторлор.
- Нан бышыруу, кир жуучу каражаттар, биокатализатор катары колдонулат.
- Текстиль өнөр жайында кездеменин сиңирүүчүлүгүн жана боёодо тегиздигин жогорулатуу үчүн колдонулат.
- Кыска чынжырлуу май кислоталарынын жана спирттердин эфирлерин синтездөө аркылуу тамактын даамын өзгөртүү үчүн.
- Липазалардын болушу же жогорку деңгээли белгилүү бир инфекцияны же ооруну көрсөтүп, диагностикалык курал катары колдонсо болот.
- Бактерициддик таасири бар. Зыяндуу шишиктерди дарылоодо колдонсо болот.
- Косметикада жана фармацевтикада чоң коммерциялык мааниге ээ (териге кам көрүү каражаттары, чач тарткычтар).
