Топырақтың ферментативті белсенділігі. «Фермент белсенділігі» өрнек нені білдіреді?

Топырақтың ферментативті белсенділігі [лат. Fermentum - ашытқы] - топырақтың құрамындағы ферменттердің есебінен экзогендік және өзіндік органикалық және минералдық қосылыстардың айналу процестеріне каталитикалық әсер ету қабілеті. Топырақтың ферментативті белсенділігін сипаттағанда жалпы белсенділік көрсеткішін айтамыз. Әртүрлі топырақтардың ферментативті белсенділігі бірдей емес және олардың генетикалық ерекшеліктерімен және өзара әрекеттесетін орта факторларының кешенімен байланысты. Топырақтың ферментативті белсенділігінің деңгейі әр түрлі ферменттердің (инвертаза, протеаза, уреаза, дегидрогеназа, каталаза, фосфатаза) белсенділігімен анықталады, 1 г топыраққа уақыт бірлігінде ыдыраған субстрат мөлшерімен өрнектеледі.

Топырақтың биокаталитикалық белсенділігі олардың микроорганизмдермен байыту дәрежесіне және топырақтың түріне байланысты. Ферменттердің белсенділігі генетикалық горизонт бойынша өзгереді, олар гумустың құрамымен, реакция түрлерімен, тотығу-тотықсыздану потенциалымен және басқа профильдік көрсеткіштермен ерекшеленеді.

Тың орман топырақтарында ферментативті реакциялардың қарқындылығы негізінен орман қоқыстарының горизонттарымен, ал егістік топырақтарда – егістік қабаттарымен анықталады. А немесе А горизонттарының астында орналасқан барлық биологиялық белсенділігі төмен генетикалық горизонттардың ферменттік белсенділігі төмен. Топырақты өңдеу кезінде олардың белсенділігі аздап артады. Егістік алқаптары үшін орман топырақтарын игергеннен кейін қалыптасқан егістік горизонттың орман қоқысымен салыстырғанда ферментативті белсенділігі күрт төмендейді, бірақ өңделген сайын ол жоғарылайды және жоғары өңделген топырақта орман қоқысының көрсеткіштеріне жақындайды немесе асып түседі.

Ферменттік белсенділік топырақ құнарлылығының жағдайын және ауыл шаруашылығында пайдалану және егіншілік мәдениетінің деңгейін көтеру кезінде болатын ішкі өзгерістерді көрсетеді. Бұл өзгерістер тың және орман топырақтарын өңдеуге тартуда да, оларды пайдаланудың әртүрлі әдістерімен де анықталады.

Бүкіл Беларусь бойынша жыл сайын егістік топырақтарда 0,9 т/га дейін гумус жоғалады. Эрозия нәтижесінде жыл сайын танаптардан 0,57 т/га қарашірік қайтарымсыз шығарылады. Топырақтың құрғауының себептері топырақтың органикалық заттарының минералдануының жоғарылауы, топыраққа органикалық тыңайтқыштардың жеткіліксіз жеткізілуіне байланысты минералданудан жаңа қарашірік түзілу процестерінің артта қалуы және топырақтың ферментативті белсенділігінің төмендеуі болып табылады.

Топырақтың органикалық заттарының биохимиялық өзгерістері ферменттердің әсерінен микробиологиялық белсенділік нәтижесінде жүреді. топырақ микроорганизмінің ферментативті белсенділігі

Ферменттер жануарлардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің тіршілігінде ерекше рөл атқарады. Топырақ ферменттері өсімдіктердің, жануарлардың және микробтардың қалдықтарын ыдыратуға, сонымен қатар қарашірік синтезіне қатысады. Нәтижесінде қоректік заттар сіңуі қиын қосылыстардан өсімдіктер мен микроорганизмдер үшін оңай қол жетімді формаларға ауысады. Ферменттер жоғары белсенділікпен, әсер етудің қатаң ерекшелігімен және әр түрлі орта жағдайларына үлкен тәуелділікпен сипатталады. Олардың каталитикалық функциясының арқасында олар денеде немесе оның сыртында көптеген химиялық реакциялардың жылдам жүруін қамтамасыз етеді.

Басқа критерийлермен бірге топырақтың ферментативті белсенділігі топырақтың өңделу дәрежесін анықтау үшін сенімді диагностикалық көрсеткіш бола алады. Зерттеу нәтижесінде 4, б. 91 микробиологиялық және ферментативті процестердің белсенділігі мен топырақ құнарлылығын арттыратын шараларды жүзеге асыру арасындағы байланысты белгіледі. Топырақты өңдеу және тыңайту микроорганизмдердің дамуы үшін экологиялық жағдайларды айтарлықтай өзгертеді.

Қазіргі уақытта биологиялық объектілерде бірнеше мың жеке ферменттер ашылды және олардың бірнеше жүздері бөлініп, зерттелді. Тірі жасушада 1000-ға дейін әртүрлі ферменттер болуы мүмкін екені белгілі, олардың әрқайсысы сол немесе басқа химиялық реакцияларды жеделдетеді.

Ферменттерді қолдануға қызығушылық технологиялық процестердің қауіпсіздігін арттыру талаптарының үнемі артып отыруымен де байланысты. Барлық биологиялық жүйелерде бар, осы жүйелердің өнімі де, құралдары да бола отырып, ферменттер физиологиялық жағдайларда (рН, температура, қысым, бейорганикалық иондардың болуы) синтезделеді және жұмыс істейді, содан кейін олар аминқышқылдарына ыдырай отырып, оңай шығарылады. Көптеген ферменттік процестердің өнімдері де, қалдықтары да улы емес және оңай бұзылады. Сонымен қатар, көп жағдайда өнеркәсіпте қолданылатын ферменттер экологиялық таза түрде өндіріледі. Ферменттер биологиялық емес катализаторлардан олардың қауіпсіздігімен және биологиялық ыдырау қабілетінің жоғарылауымен ғана емес, сонымен қатар әсер ету ерекшелігімен, реакцияның жұмсақ шарттарымен және жоғары тиімділігімен ерекшеленеді. Ферменттердің әсер етуінің тиімділігі мен ерекшелігі мақсатты өнімді жоғары өнімді алуға мүмкіндік береді, бұл ферменттерді өнеркәсіпте пайдалануды экономикалық жағынан тиімді етеді. Ферменттерді пайдалану технологиялық процестерде су мен энергияны тұтынуды азайтуға көмектеседі, атмосфераға СО2 шығарындыларын азайтады және технологиялық циклдардың қосалқы өнімдерімен қоршаған ортаны ластау қаупін азайтады.

Жетілдірілген агротехнологияларды қолдану тек егістік емес, сонымен қатар суармалы топырақ қабаттарының микробиологиялық процестерін қолайлы бағытта өзгерте алады.

Жасушадан тыс ферменттердің тікелей қатысуымен топырақтың органикалық қосылыстары ыдырайды. Осылайша, протеолитикалық ферменттер белоктарды аминқышқылдарына ыдыратады.

Уреаза мочевина СО2 және NH3-ке дейін ыдырайды. Алынған аммиак пен аммоний тұздары өсімдіктер мен микроорганизмдер үшін азотпен қоректену көзі ретінде қызмет етеді.

Көмірсулардың ыдырауына инвертаза және амилаза қатысады. Фосфатты топтың ферменттері топырақтағы фосфорорганикалық қосылыстарды ыдыратып, соңғысының фосфаттық режимінде маңызды рөл атқарады.

Топырақтың жалпы ферментативті белсенділігін сипаттау үшін әдетте топырақ микрофлорасының басым көпшілігіне тән кең таралған ферменттер – инвертаза, каталаза, протеаза және т.б.

Біздің республика жағдайында көптеген зерттеулер жүргізілді 16, б. 115 антропогендік әсердегі топырақтардың құнарлылығы мен ферментативті белсенділігінің деңгейіндегі өзгерістерді зерттеуге арналған, алайда алынған мәліметтер тәжірибелік жағдайлар мен тәжірибелік жағдайлардың айырмашылығына байланысты нәтижелерді салыстырудың қиындығына байланысты өзгерістердің сипатына жан-жақты жауап бермейді. зерттеу әдістері.

Осыған байланысты топырақты негізгі өңдеудің ресурс үнемдеу әдістерін әзірлеу және топырақты қорғау әдістерін қолдану негізінде нақты топырақ-климаттық жағдайларда топырақтың гумусты жағдайын және оның ферменттік белсенділігін жақсарту мәселесінің оңтайлы шешімін іздеу. құрылымын сақтауға, топырақтың тығыздалуына жол бермеуге және олардың сапалық жағдайын жақсартуға және топырақтың құнарлылығын ең аз шығынмен қалпына келтіруге көмектесетін ауыспалы егістер өте өзекті.

Ферменттердің катализденетін реакцияларының жылдамдығын анықтайтын факторларды және ферменттердің активтенуі мен тежелуі туралы сұрақтарды қысқаша қарастырайық.

Белгілі болғандай, кез келген химиялық реакцияның жылдамдығы уақыт өткен сайын төмендейді, алайда ферментативті реакциялар жылдамдығының уақытқа қатысты қисығы (қараңыз.

күріш. 4.17) әдетте біртекті химиялық реакцияларға тән жалпы пішінге ие емес. Уақыт өте келе ферментативті реакциялар жылдамдығының төмендеуі реакция өнімдерінің ингибиторлық әсеріне, ферменттің субстратпен қанығу дәрежесінің төмендеуіне (себебі реакцияның жүруіне қарай субстрат концентрациясы төмендейді) және ішінара әсер етуі мүмкін. қоршаған ортаның берілген температура мен рН кезінде ферменттің инактивациясы. Сонымен қатар, кері реакция жылдамдығының әсерін ескеру керек, ол ферментативті реакция өнімдерінің концентрациясы жоғарылаған сайын маңызды болуы мүмкін. Осы жағдайларды ескере отырып, тіндердегі және биологиялық сұйықтықтардағы ферментативті реакциялардың жылдамдығын зерттеу кезінде бастапқы реакция жылдамдығы әдетте ферментативті реакция жылдамдығы сызықтыққа жақындаған жағдайда (соның ішінде субстрат концентрациясы ферментті қанықтыру үшін жеткілікті жоғары болғанда) анықталады. ).

Субстрат пен фермент концентрациясының ферментативті реакция жылдамдығына әсері

Жоғарыда келтірілген материалдан ферменттік реакцияның жылдамдығын анықтайтын маңызды факторлардың бірі субстрат концентрациясы болып табылатын маңызды қорытынды шығады. Ферменттердің тұрақты концентрациясында реакция жылдамдығы біртіндеп артып, белгілі бір максимумға жетеді (4.12 және 4.13-суреттерді қараңыз), субстрат мөлшерін одан әрі арттыру реакция жылдамдығына іс жүзінде әсер етпейтін кезде; бұл жағдайларда негізінен субстрат артық және фермент толығымен қаныққан деп есептеледі. Соңғы жағдайда жылдамдықты шектейтін фактор ферменттің концентрациясы болып табылады.

Кез келген ферментативті реакцияның жылдамдығы тікелей ферменттің концентрациясына байланысты. Суретте. 4.18-суретте субстраттың қаныққан концентрациясы болған кездегі реакция жылдамдығы мен ферменттің жоғарылау мөлшері арасындағы байланыс көрсетілген. Бұл шамалар арасындағы бар сызықтық қатынас реакция жылдамдығының ферменттің мөлшеріне пропорционал екенін көрсетеді.

Ферменттердің активтенуі және тежелуі

Ферменттік реакцияның жылдамдығы, яғни ферменттің белсенділігі ортада активаторлар мен ингибиторлардың болуымен де анықталады: біріншісі реакция жылдамдығын арттырады және кейде оны өзгертеді, екіншісі реакцияны тежейді. Ферменттердің белсенділігіне әсер ететін химиялық қосылыстардың арасында әртүрлілігі бар

4.4-кесте. Металл белсендірілген ферменттер

Фермент	Металл	Фермент	Металл
Цитохромдар	Фе	Амилаза	Са
Каталаза	»	Липаза	»
Пероксидаза	>>	Карбоангидраза	Zn
Триптофан оксидаза	»	Лактатдегидрогеназа	»
Гомогентиза	»	Уриказа	»
Аскорбатты оксидаза	Си	Карбоксипептидаза	»
Тирозиназа	»	Пируват карбоксилаза	Mg
Фенолоксидаза	»	Фосфатазалар	»
Ксантиноксидаза	Ай	Фосфоглюкокиназа	»
Нитратредуктаза	»	Аргиназа	Mn
Альдегидоксидаза	»	Фосфоглюкомутаза	»
Кейбір пептидазалар	Co	Холинестераза	»

әртүрлі заттар. Осылайша, тұз қышқылы пепсиннің, өт қышқылдарының - панкреатикалық липазаның әрекетін белсендіреді; кейбір тіндік ферменттер (оксидоредуктазалар, катепсиндер, аргиназалар), өсімдік протеиназасы папаин және басқалары бос SH топтары (глутатион, цистеин) бар қосылыстармен, ал кейбіреулері С витаминімен айтарлықтай белсендіріледі. Екі валентті иондар әсіресе жиі активаторлар және кейде бір валентті металдар ретінде қызмет етеді. Барлық белгілі ферменттердің төрттен бір бөлігі толық каталитикалық белсенділікті көрсету үшін металдардың болуын талап ететіндігі туралы дәлелдер алынды. Көптеген ферменттер металдарсыз мүлдем белсенді емес. Осылайша, мырышты жою кезінде көміртегі ангидраза ферментативті белсенділіктен іс жүзінде айырылады; Оның үстіне, бұл ферменттің әрекеті үшін мырыш басқа металмен алмастырылмайды. Әсері бірқатар металдармен белсендірілетін ферменттер белгілі, атап айтқанда энолаза Mg 2+, Mn 2+, K+ арқылы белсендіріледі. Кестеде 4.4 кейбір ферменттердің әрекетіне металдардың қатысуына мысалдар келтірілген».

Металдардың ферменттердің активтендіргіш әрекетіндегі рөліне келетін болсақ, қолда бар деректер кейбір жағдайларда металл иондары (Co 2 +, Mg 2 +, Zn 2 +, Fe 2+) ферменттердің протездік топтарының қызметін немесе электрон қызметін атқаратынын көрсетеді. акцепторлар мен донорлар немесе электрофилдер немесе нуклеофильдер ретінде әрекет етеді, реактивті топтарды қажетті бағытта сақтайды. Басқа жағдайларда олар субстратты белсенді аймаққа бекітуге және фермент-субстрат кешенінің түзілуіне ықпал етеді. Мысалы, Mg 2+ иондары теріс зарядталған фосфат тобы арқылы осы қосылыстардың гидролизін катализдейтін фосфатазалардың белсенді орталығына органикалық заттардың монофосфорлық күрделі эфирлерінің қосылуын қамтамасыз етеді. Кейбір жағдайларда металл субстратпен қосылып, фермент әрекет ететін шынайы субстратты құрайды. Атап айтқанда, Mg 2+ иондары шынайы субстрат – АТФ магний тұзының түзілуіне байланысты креатинфосфокиназаны белсендіреді. Ақырында, фермент молекуласының активті орталықты және бүкіл үш өлшемді құрылымын түзуге және тұрақтандыруға металдардың (мысалы, сілекей амилазасының молекуласындағы Са 2+ иондарының) тікелей қатысуының тәжірибелік дәлелі бар. Сондай-ақ металдар жиі аллостериялық модулятор ретінде әрекет ететінін атап өткен жөн (эффекторлар, 4.22-суретті қараңыз). Аллостериялық орталықпен әрекеттесе отырып, мұндай металл (эффектор) ферменттің ең қолайлы кеңістіктік конфигурациясының және белсенді фермент-субстрат кешенінің қалыптасуына ықпал етеді.

Физиологиялық концентрациядағы аниондар әдетте тиімсіз немесе ферменттерге аз белсендіреді. Ерекшелік - бұл

син, аниондармен белсендірілген кейбір оксидоредуктазалар, сондай-ақ хлор иондарының әсерінен белсенділігі жоғарылайтын крахмалдың гидролизін катализдейтін сілекей амилазасы және галоген аниондарымен белсендірілетін аденилатциклаза.

Ингибиторлар әдетте ферменттермен катализденетін реакциялардың ішінара немесе толық тежелуіне әкелетін заттар деп аталады. Жақында ферменттердің ингибиторлары ретінде әрекет ететін белоктар (немесе полипептидтер) болып табылатын антиферменттер (антиферменттер) ашылды. Мұндай заттарға, мысалы, соя трипсинінің ингибиторы және сарысу антитрипсині жатады. Олар сәйкес ферменттермен қиын диссоциацияланатын комплекстер түзеді. Кейде ингибитор күрделі ферменттердің құрамына кіре алады, мысалы, тірі организмдердегі фосфорлану және фосфорлану процестерін катализдейтін белоккиназалар мен ақуыз фосфатазалары. Дегенмен, мұндай антиферменттердің шынайы ингибиторлар немесе реттеуші суббірліктер болып табылатыны әлі нақтыланбаған, атап айтқанда, протеинкиназадағы реттеуші (R) және протеин фосфатазасындағы тежегіш (I) суббірлігінің тағайындалуында қандай айырмашылық бар? .

Ферменттер белоктар болып табылады, сондықтан ақуыздың денатурациясын тудыратын кез келген агенттер (жылу, қышқылдар, сілтілер, ауыр металдардың тұздары) ферменттің инактивациясына әкеледі. Дегенмен, мұндай инактивация салыстырмалы түрде спецификалық емес. Бұл ферменттердің әсер ету механизмімен байланысты емес. Әлдеқайда үлкен топ бір ферментке немесе бір-бірімен байланысты ферменттер тобына әсер ететін арнайы ингибиторлар деп аталатындардан тұрады. Бұл ингибиторларды зерттеу бірқатар себептерге байланысты маңызды. Біріншіден, ингибиторлар ферменттің белсенді аймағының табиғаты, сонымен қатар оның функционалдық топтары мен фермент-субстрат кешенінің түзілуін қамтамасыз ететін химиялық байланыстары туралы құнды ақпарат бере алады. Фермент молекуласындағы бір немесе басқа топты химиялық реакция сферасына кіргізбейтін арнайы байланыстыратын заттар белгілі. Осылайша, йодоацетат 1CH 2 -COOH, оның амид және этил эфирі, парахлоромеркурибензоат ClHg-CgH 4 -COOH және басқа реагенттер ферменттердің кейбір SH топтарымен салыстырмалы түрде оңай химиялық байланысқа түседі. Егер мұндай топтар катализ актісі үшін маңызды болса, онда мұндай ингибиторларды қосу фермент белсенділігінің толық жоғалуына әкеледі:

R- S H+ICH 2 -COOH-«-HI+R- S -CH2-COOH

Бірқатар басқа ферменттердің әрекеті (холинэстераза, трипсин және химотрипсин) кейбір фосфорорганикалық қосылыстармен, мысалы, DPP сияқты, белсенді аймақта сериннің негізгі гидроксил тобының блокталуына байланысты күшті тежеледі. Екіншіден, ингибиторлар ферменттер мен изоферменттердің көптеген формаларының табиғатын зерттеуде энзимологияда кең қолданыс тапты, олар электрофоретикалық қозғалғыштығымен емес, бір ингибиторға сезімталдықтағы айырмашылықтармен ерекшеленеді.

Көп сатылы зат алмасу процесінің жекелеген кезеңдерін өшіретін ингибиторлардың көмегімен химиялық реакциялардың реттілігін және оған қатысатын ферменттердің табиғатын дәл анықтауға болады. Осылайша, йодоацетатты, фторидті және басқа да ингибиторларды қолдану арқылы бұлшықет тініндегі глюкозаның сүт қышқылына тотығу-тотықсыздануының гликолитикалық жолы ашылды, ол 11 фермент пен 10 аралық метаболит қатысатын 11 кезеңнен тұрады.

Көптеген токсиндер мен улардың ағзаға әсер ету механизмі ферменттердің тежелуімен байланысты. Осылайша, циан қышқылымен улану кезінде тыныс алу ферменттерінің (цитохром оксидазасының), әсіресе ми жасушаларының толық тежелуі салдарынан өлім болатыны белгілі. Кейбір инсектицидтердің адам және жануарлар организміне улы әсері жүйке жүйесінің қызметінде бірінші реттік рөл атқаратын фермент холинэстеразаның белсенділігін тежеумен байланысты.

Рационалды химиотерапия – дәрілік заттарды медицинада мақсатты түрде қолдану – бұл препараттардың ферменттердің биосинтезіне, ферменттердің өздеріне әсер ету механизмін немесе олардың организмдегі реттелуін дәл білуге ​​негізделуі керек. Селективті ингибиторлар кейде кейбір ауруларды емдеу үшін қолданылады. Осылайша, трипсин, химотрипсин және калликреиннің ингибиторы - тразилол - жедел панкреатитті емдеу үшін кеңінен қолданылады. Кейбір табиғи және синтетикалық қосылыстардың (антиметаболиттер деп аталатын) ферменттерге селективті ингибиторлық әсері химиотерапевтік препараттарды синтездеудің тиімді әдістерін әзірлеуге негіз болады. Бұл жол фермент синтезі мен зат алмасу жылдамдығын реттеуге кең мүмкіндіктер ашады.

Ингибирлеу түрлері.Қайтымды және қайтымсыз тежелуді ажыратады. Егер ингибитор молекуласы ферменттің функционалдық топтарының тұрақты өзгерістерін немесе модификациясын тудырса, онда тежелудің бұл түрі қайтымсыз деп аталады. Көбінесе қайтымды тежелу орын алады, оны Михаэлис-Ментен теңдеуі негізінде сандық түрде зерттеуге болады. Қайтымды тежелу, өз кезегінде, субстрат концентрациясын жоғарылату арқылы ферментативті реакцияның тежелуін жеңу мүмкін бе, жоқ па, соған байланысты бәсекелес және бәсекелес емес болып бөлінеді.

Бәсекелестік тежелуді субстратқа ұқсас құрылымы бар, бірақ шынайы субстраттың құрылымынан аздап айырмашылығы бар заттар тудыруы мүмкін. Мұндай тежелудің классикалық мысалы сукцинатдегидрогеназаны (SDH) малон қышқылымен тежеу ​​болып табылады. Бұл фермент янтарь қышқылын (сукцинатты) фумар қышқылына дегидрлеу арқылы тотығуды катализдейді:

Егер ортаға малонат (ингибитор) қосылса, онда оның шынайы субстрат сукцинатымен құрылымдық ұқсастығы (бірдей иондалған карбоксил топтарының екеуінің болуы) нәтижесінде ол белсенді орталықпен әрекеттесіп, фермент-ингибитор түзеді. күрделі, алайда малонаттан сутегінің тасымалдануы болмайды. Өйткені субстрат (сукцинат) және ингибитор (малонат) құрылымдары

әлі де біршама ерекшеленеді, олар белсенді сайтқа қосылу үшін бәсекелеседі,! және тежеу ​​дәрежесі ингибитордың абсолютті концентрациясымен емес, малонат: және сукцинат концентрацияларының қатынасымен анықталатын болады. Бұл тежелудің түрін кейде метаболикалық антагонизмнің тежелуі деп те атайды (4.19-сурет) Жалпы түрде ингибитор мен фермент арасындағы реакцияны келесі теңдеумен көрсетуге болады:

Алынған комплекс фермент-ингибиторлық кешен (ЭИ) деп аталады, фермент-субстраттық кешенге (ES) қарағанда реакция өнімдерін түзу үшін ыдырамайды. EI комплексінің диссоциация константасы немесе ингибиторлық константа (ATj) Михаэлис-Ментен теориясына сәйкес кері және тура реакциялардың тұрақтыларының қатынасы ретінде анықталуы мүмкін:

яғни ингибиторлық константа фермент пен ингибитор концентрациясының көбейтіндісіне тура пропорционал және E1 кешенінің концентрациясына кері пропорционал.

Бәсекелестік тежелу әдісі медициналық тәжірибеде кең қолданыс тапты. Мысалы, сульфаниламидті препараттар бактериялар тудыратын кейбір жұқпалы ауруларды емдеу үшін қолданылатыны белгілі. Анықталғандай, бұл препараттар құрылымдық жағынан пара-аминобензой қышқылына ұқсайды, оны бактерия жасушасы бактериялық ферменттердің құрамдас бөлігі болып табылатын фолий қышқылын синтездеу үшін пайдаланады. Осы құрылымдық ұқсастыққа байланысты сульфаниламид ферменттің әрекетін блоктайды, бұл бактериялардың өсуін тежеуге әкелетін фолий қышқылын синтездейтін ферментпен кешеннен пара-аминобензой қышқылын ығыстырады.

В6 дәрумені мен фолий қышқылының кейбір аналогтары, атап айтқанда дезоксипиридоксин мен аминоптерин (5-тарауды қараңыз) организмдегі көптеген биохимиялық процестерді тежей отырып, кофермент тежегіштері (немесе антивитаминдер) деп аталатын бәсекеге қабілетті әрекет етеді.

Бәсекелес емес тежелу субстраттарға құрылымы жағынан ұқсас емес және көбінесе активті орталықпен емес, фермент молекуласының басқа жерімен байланысатын заттардан туындайды. Тежеу дәрежесі көп жағдайда ингибитордың ферментке әсер ету ұзақтығымен анықталады. Тежелудің бұл түрімен тұрақты коваленттік байланыстың түзілуіне байланысты фермент көбінесе толық инактивацияға ұшырайды, содан кейін тежелу қайтымсыз болады. Қайтымсыз тежелудің (инактивацияның) мысалдары ретінде фермент молекуласындағы функционалдық топтарды немесе металл иондарын байланыстыру мен өшіруден тұратын йодоацетат, DPP, сондай-ақ диэтил-п-нитрофенилфосфат және циан қышқылының әрекетін келтіруге болады.

Тежеу түрі туралы сұрақты нақтылау үшін Майклис-Ментен, Линвивер-Берк теңдеулерін немесе басқаларды пайдаланыңыз, мысалы, Эди-Хофсти теңдеуін:

және түзу сызықты координаталардағы сәйкес графиктер.

Суретте. 4.20 тежеудің бәсекелес түрімен ингибитор мәнді арттыратыны анық Қ т(абсциссада кесілген сегменттердің ұзындығының айырмашылығына тең мөлшерде), максималды жылдамдыққа әсер етпестен. Бұл субстраттың жеткілікті жоғары концентрациясында [S] ингибиторды EI кешенінен субстрат молекулалары ығыстыратынын білдіреді. Бәсекелестік емес тежелу кезінде (4.21-сурет) ингибитор максималды жылдамдықты азайтады. Мән болса Қ ттөмендемейді, содан кейін олар мүлдем бәсекеге қабілетті емес тежелу туралы айтады. Ингибирлеудің ұқсас түрі белсенді емес, қиын диссоциацияланатын EI және (немесе) EIS кешендерінің түзілуі кезінде пайда болады. Көбінесе тежелудің аралас түрі (кейде жартылай бәсекеге қабілетсіз түрі деп аталады) бар, онда Fmax төмендеуі бір мезгілде жоғарылаумен біріктіріледі. Қ т.Бұл EI кешені ішінара белсенділікті сақтайды дегенді білдіреді, яғни субстрат кешіктірілген каталитикалық түрлендіруге ұшырайтын аралық үштік комплексті EIS құру мүмкіндігі. Сирек жағдайларда фермент белсенділігінің тежелу дәрежесі субстрат концентрациясының жоғарылауымен жоғарылауы мүмкін; Тежелудің бұл түрі үшін бәсекеге қабілетті емес тежелу деген өте дәл емес термин ұсынылған. Мұндай тежелудің механизмдерінің бірі ингибиторды ЭС кешенімен біріктіріп, белсенді емес немесе баяу әрекет ететін үштік ESI кешенін құру мүмкіндігіне байланысты.

Осылайша, субстрат концентрациясының функциясы ретінде ферментативті реакция жылдамдығын графикалық талдау арқылы ферментативті катализдің мүмкін механизмін жарықтандыратын ферментативті реакциялардың кинетикасы туралы құнды ақпаратты алуға болады.

ФЕРМЕНТТЕРДІҢ БЕКЕНДІЛІГІН РЕТТЕУ

Тірі организмдердің қайталанбас қасиеттерінің бірі – катаболикалық (биодеградациялық) және анаболикалық (биосинтетикалық) процестердің таңғажайып тепе-теңдігі. Сонымен қатар жасушаларда бір мезгілде организмнің ішкі ортасының тұрақтылығын қамтамасыз ететін сан алуан реттеуші механизмдермен реттелетін жүздеген және мыңдаған әртүрлі заттардың синтезі, ыдырауы және өзара айналу процестері жүреді. Осы реттеуші механизмдердің кейбірі, олардың арасында ферменттердің белсенділігін реттейтін механизмдер маңызды рөл атқарады, төменде талқыланады.

_£Әсер етумасса әрекетінің заңы. Ферментті катализдейтін қайтымды химиялық реакцияда, мысалы: A + B<=* С + D концентрация компонентов реакции и со­ответственно направление реакции будут регулироваться влиянием закона действия масс. Оно, в частности, может быть показано в обратимой реакции трансаминиро-вания, катализируемой ферментом аланинаминотрансферазой:

Алания + а-Кетоглутарат +± Пируват + глутамат

Реттеудің бұл түрі шектеулі ғана рөл атқарады, өйткені нақты жағдайда реакция әдетте бір бағытта жүреді, өйткені алынған өнімдер басқа ферменттердің әрекеті үшін субстраттар болып шығуы мүмкін және реакция сферасынан жойылады; бұл жағдайларда шынайы тепе-теңдік емес, тұрақты (стационарлық) күй орнатылады.

^Мөлшерінің өзгеруі фермент.Индукцияланған фермент синтезінің құбылысы бактерияларда көміртегі мен энергияның жалғыз көзі сол немесе басқа көмірсулар, мысалы, глюкоза болатын ортада өсірілгенде жақсы зерттелген. Ортадағы глюкозаны лактозамен ауыстыру лактозаны глюкоза мен галактозаға ыдырататын галактозидаза ферментінің (лактоза генімен бағдарламаланған, 13-тарауды қараңыз) индукцияланған немесе адаптивті (кідіріс фазасының қысқа кезеңінен кейін) синтезіне әкеледі. Жануарлар ұлпаларында ферменттердің мұндай жылдам синтезі салыстырмалы түрде сирек байқалады, ал синтезді индукциялау механизмі тек аздаған ферменттер (тирозин трансаминазалар, серин және треониндегидратазалар, триптофан пирролаза және т.б.) үшін зерттелген. Бірақ организмге белгілі бір улар, канцерогенді заттар, алкалоидтар, инсектицидтер түскенде, бөтен заттарды тотықтыратын бауыр жасушаларының эндоплазмалық торының гидроксилазалары – ферменттердің белсенділігі (тиісінше саны) бірнеше күннен кейін күрт жоғарылайды. заттарды ағзаға улы емес өнімдерге айналдырады. Екінші жағынан, мұндай гидроксилазалардың әсерінен бөтен заттардың ағзадағы улы қосылыстарға айналу жағдайлары сипатталған. Бұл детоксикацияға қарама-қарсы құбылыс летальды синтез деп аталады.

"-■ Проферменттер.Асқазан-ішек жолдары мен ұйқы безінің протеолитикалық ферменттері белсенді емес күйде, проферменттер (зимогендер) түрінде синтезделеді. Бұл жағдайларда реттеу арнайы агенттердің әсерінен проферменттердің белсенді ферменттерге айналуына байланысты. Осылайша, трипсин ұйқы безінде трипсиноген түрінде синтезделеді. Соңғысы автокатализ нәтижесінде немесе басқа протеиназалардың әсерінен ішекте белсенді трипсинге айналады (11 тарауды қараңыз). Белсенді емес пепсиногеннің белсенді пепсинге айналуы тұз қышқылының қатысуымен шектелген протеолиз нәтижесінде автокаталитикалық жолмен жүзеге асады және сонымен бірге проферменттен полипептидтік сипаттағы спецификалық ингибитордың бөлінуімен байланысты. Белсенді емес түрдегі протеиназалардың және басқа белсенді емес прекурсорлардың бірқатар ақуыздарының синтезі проферменттер түзілетін орган жасушаларының жойылуын болдырмайтын белгілі бір биологиялық мағынаға ие.

Ферменттің химиялық модификациясы.Кейбір белоктар үшінші реттік құрылымының қалыптасуы кезінде постсинтетикалық модификацияға ұшырайды (1 тарауды қараңыз). Шықты,

энергетикалық алмасудың негізгі ферменттері - фосфорилаза, гликоген синтаза және т.б. да спецификалық ферменттер - протеинкиназа және ақуыз фосфатаза арқылы жүзеге асырылатын фосфорлану және дефосфорлану арқылы бақыланатынын, олардың белсенділік деңгейі өз кезегінде гормондармен реттеледі. Көмірсулар алмасуының негізгі ферменттерінің белсенділік деңгейі және соған сәйкес метаболикалық процестердің қарқындылығы мен бағыты осы ферменттердің фосфорланған және фосфорланған формаларының қатынасымен анықталады. Ферменттердің химиялық постсинтетикалық модификациясы сонымен қатар шектелген протеолиз, метилдеу, гликозилдену және басқа процестерді қамтиды, осылайша ферменттердің белсенділігін реттеудің микроскопиялық түрін және сәйкесінше зат алмасу процестерінің физиологиялық жылдамдығын қамтамасыз етеді.

Кері байланыс принципі бойынша ферменттердің белсенділігін реттеу.Көптеген қатаң биосинтетикалық реакцияларда көп сатылы ферменттік процестің жылдамдығын реттеудің негізгі түрі биосинтетикалық тізбектің соңғы өнімі бірінші қадамды катализдейтін ферменттің белсенділігін басатын кезде кері байланысты тежеу ​​болып табылады.

Жасушаларда көп сатылы биосинтетикалық процесс жүреді делік, оның әрбір сатысы өз ферментімен катализденеді:

Реакциялардың мұндай жалпы реттілігінің жылдамдығы негізінен соңғы өнімнің (Р) концентрациясымен анықталады, оның рұқсат етілген деңгейден жоғары жиналуы процестің бірінші сатысында, сәйкесінше, ферментке күшті тежегіш әсер етеді. Et.

Алғаш рет изолейцин мен КТФ синтезін зерттеу кезінде E. coli-де метаболиттер арқылы ферменттердің белсенділігін бақылаудың мұндай механизмінің болуы көрсетілді. Соңғы өнім болып табылатын изолейцин треонинді бес ферментативті реакцияны қамтитын изолейцинге айналдыру процесінің бірінші сатысын катализдейтін треониндегидратазаның белсенділігін таңдамалы түрде басатыны анықталды. Сол сияқты, КТП биосинтетикалық жолдың соңғы өнімі ретінде бірінші ферментке (аспартат карбамоилтрансфераза) тежегіш әсер етеді, сол арқылы өзінің синтезін реттейді. Мұндай тежелудің түрі кері байланыс тежелу немесе ретроингибиция деп аталады. Оның бар екендігі барлық тірі ағзаларда дәлелденген және қазіргі уақытта ферменттердің белсенділігін және жалпы жасушалық метаболизмді реттеудің жетекші түрлерінің бірі болып саналады».

Екінші жағынан, биосинтетикалық және биодеградациялық функцияларды 2 бір мезгілде орындайтын амфиболалық процестерде реттеудің болуы ретроингибиция түрімен де, жоғары энергиялы қосылыстармен де дәлелденді - жасушаның энергетикалық күйінің көрсеткіштері. Амфиболалық процестер үшін реттеудің тек соларға ғана тән бірегей түрі, сонымен қатар, көп сатылы жолдағы бірінші метаболит соңғы кезеңді катализдейтін ферментті белсендіретін кезде прекурсор арқылы белсендіру болып табылады. Осылайша, гликогеннің прекурсоры болып табылатын глюкоза-6-фосфаттың гликоген синтаза ферментіне белсендіруші әсері дәлелденді.

Түпкілікті өніммен тежелудің және бірінші өніммен активтенудің ұқсас түрлері аллостериялық (регуляторлық) ферменттерге тән, эффектор субстраттан құрылымдық жағынан ерекшеленіп, фермент молекуласының арнайы (аллостериялық) орталығында, кеңістіктік қашықтықта байланысады. белсенді орталық. Белсенді және белсенді емес аллостериялық ферменттердің оңайлатылған түрдегі өзара түрленуі, сондай-ақ субстрат пен эффекторлардың қосылуы кезінде байқалатын конформациялық өзгерістер суретте көрсетілген. 4.22. Теріс эффектордың аллостериялық орталыққа қосылуы фермент молекуласының белсенді орталығының конфигурациясында елеулі өзгерістер туғызады, соның нәтижесінде фермент өзінің субстратына жақындығын жоғалтады (белсенді емес кешеннің түзілуі).

Аллостериялық әрекеттесу бастапқы реакция жылдамдығының субстрат немесе эффектор концентрациясына тәуелділік қисықтарының сипатында, атап айтқанда, осы қисықтардың S-пішіндісінде (гиперболалық Михаэлис-Ментен қисығынан ауытқу) көрінеді. Бұл бір субстрат молекуласының байланысуы екінші молекуланың белсенді жерде байланысуын жеңілдетеді, осылайша реакция жылдамдығын арттырады. Сонымен қатар, аллостериялық реттеуші ферменттер реакция жылдамдығының фермент концентрациясына сызықты емес тәуелділігімен сипатталады.

Ферменттердің белсенділігін реттеудің басқа түрлері.Метаболизм процестерінің жылдамдығын және жасушаішілік ферменттердің белсенділігін басқаратын бірқатар басқа механизмдер бар. Жасушадағы ферменттің абсолютті мөлшері оның синтезі мен ыдырау жылдамдығымен реттеледі. Реттеу механизмдеріне сонымен қатар ортақ субстрат үшін ферменттер арасындағы бәсекелестік, изоферменттердің бірінің белсенділігінің тоқтауы (ферменттердің бірнеше формаларында), кофактор концентрацияларының әсері және компартменттелу құбылыстары кіруі мүмкін. Компартменттелу механизмі маңызды биологиялық рөл атқарады, ферменттерді биомембраналарды (мысалы, лизосомалық ферменттер: протеиназалар, фосфатазалар, рибонуклеазалар және басқа да гидролитикалық ферменттер, олар әрекет ететін цитоплазмалық заттардан) пайдалана отырып, олардың субстраттарынан кеңістікте бөледі. Сонымен қатар, бұл механизм бір мезгілде үйлесімсіз болатын метаболикалық процестерді бөлуге мүмкіндік береді. Соңғысына мысал ретінде негізінен цитоплазманың еритін фракциясында болатын май қышқылдарының синтезделу жолдарын және митохондрияда шоғырланған май қышқылдарының ыдырау жолдарын келтіруге болады.

ФЕРМЕНТТЕРДІҢ БЕКЕНДІЛІГІН АНЫҚТАУ

Биологиялық объектілердегі ферменттердің сандық құрамын анықтау белгілі бір қиындықтарды тудырады, өйткені сирек жағдайларды қоспағанда, тіндердегі ферменттер болмашы шағын концентрацияда болады. Демек, ферменттердің мөлшері белгілі, келісілген өлшеу шарттарында катализделген реакция жылдамдығымен бағаланады. Температураның, ортаның рН және ферменттің субстратпен толық қанығуының оңтайлы жағдайында катализделген реакция жылдамдығы пропорционал болады.

фермент концентрациясы. Ферментативті реакцияның жылдамдығы субстраттың жоғалу жылдамдығымен немесе реакция өнімінің түзілу жылдамдығымен бағаланады. Ферменттің концентрациясын өрнектеу және оның белсенділігін сандық бағалау үшін Халықаралық биохимиялық одақтың ферменттер жөніндегі комиссиясы стандартты халықаралық бірлік (E немесе U): ! Кез келген ферменттің белсенділік бірлігі - оптималды жағдайларда минутына 1 микромоль субстраттың (мкмоль/мин) айналуын катализдейтін ферменттің мөлшері. Халықаралық бірліктер жүйесін (СИ) енгізуге байланысты фермент бірлігі каталының (кат) жаңа анықтамасы ұсынылды; 1 каталитикалық белсенділік 1 с ішінде 1 мольге (1 моль/с) тең жылдамдықпен реакция жүргізуге қабілетті. Халықаралық өлшем бірлігінің (E) каталға қатынасын келесі түрде көрсетуге болады: 1 мысық = 1 моль -Бірге"" = 60 моль x x мин " = 60 10 6 мкмоль x x мин " 1 = 6 10 7 E; немесе 1 E = = 1 мкмоль мин ~" =

= (1/60) мкмоль с " = = (1/60) мккат = 16,67 нкат. Сонымен, ферменттің 1 E 16,67 нкатқа сәйкес келеді._23

Сондай-ақ фермент бірліктерін 25 °C температурада, оңтайлы рН және қанығу концентрациясынан жоғары субстрат концентрациясын өлшеу ұсынылады. Бұл жағдайларда жылдамдық субстратқа қатысты нөлдік ретті реакцияға сәйкес келеді және тек фермент концентрациясына байланысты болады.

Ферменттермен практикалық жұмыста белсенділікті білдіру үшін ерекше және молярлық белсенділіктің туынды ұғымдары жиі қолданылады. Ферменттің спецификалық белсенділігі әдетте 1 мг ақуызға келетін ферменттік белсенділік бірліктерінің саны (немесе 1 кг белсенді ақуызға келетін каталдардың саны) ретінде көрсетіледі. Секундына бір фермент молекуласымен түрленетін субстрат молекулаларының саны әдетте айналымдар саны немесе молярлық белсенділік деп аталады (молярлық каталитикалық белсенділік 1 г-моль ферментке каталиттерде көрсетіледі). Эритроцит каталазасының бір молекуласы, мысалы, сутегі асқын тотығының 44000 молекуласының 1-ін ыдыратуға қабілетті.

ФЕРМЕНТТЕРДІ ЖАСУШАІШІЛІК локализациялау

Жасушаның құрылымдық түзілімдеріндегі (ядро, митохондрия, лизосомалар және т.б.) ферменттерді локализациялау мәселесі, әсіресе препаративті энзимологияда, зерттеушіге ферментті таза күйінде бөліп алу және оқшаулау міндеті қойылған кезде өте маңызды. Цито- және гистохимияның көмегімен ферменттің локализациясын анықтау салыстырмалы түрде оңай. Ол үшін органның жұқа кесінділері тиісті субстраттармен инкубацияланады, ал инкубациядан кейін белгілі бір түс алу үшін қолайлы реагенттерді қосу арқылы реакция өнімінің локализациясы анықталады.

Препаративті энзимологияда тіндердің гомогенаттарын дифференциалды центрифугалау әдісі жиі қолданылады. Ол үшін алдымен қолайлы дезинтегратордың көмегімен жасушалық құрылым жойылады және алынған квазигомогенді (гомогенизацияланған) масса 0 - 4 °C температурада дифференциалды центрифугалауға ұшырайды. Жоғары жылдамдықты центрифугаларда гомогенаттарды дифференциалды центрифугалаудың шамамен диаграммасы суретте көрсетілген. 4.23 «Әдетте ферменттердің таралуы гомогенаттарды фракциялық центрифугалау арқылы оқшауланған дәйекті жеке фракцияларда, атап айтқанда центрифугалаудың төмен жылдамдығында алынатын ядролық фракцияда, орташа центрифугалау жылдамдығында тұнбаға түсетін митохондриялық фракцияда зерттеледі. , микросомадағы (немесе рибосоманың) фракциясында), ол оқшаулау үшін жоғары жылдамдықты центрифугалауды қажет етеді және соңында цитоплазманың еритін фракциясы болып табылатын қалған мөлдір үстіңгі затқа түседі. Айта кету керек, митохондриялық фракция біртекті емес, өйткені ол одан лизосомалар деп аталатын бөлшектерді бөліп алуға болады, олардың мөлшері митохондриялар мен микросомалардың өлшемдері арасында аралық орынды алады. Өз кезегінде микросомалық фракция да гетерогенді, өйткені ол негізінен гетерогенді құрылымның эндоплазмалық торының элементтерінен пайда болады. .

Центрифугалық фракциялау әдісін қолдана отырып, кейбір белоктардың ядроларда синтезделетіні белгілі болғанымен, бауыр мен бүйректің ядролық фракциясында ферменттердің аз екендігі көрсетілді. Белок синтезінің негізгі орны, қазір анықталғандай, цитоплазманың рибосомалық бөлігі болып табылады. Сондай-ақ гликолитикалық ферменттер негізінен цитоплазманың еритін бөлігінде шоғырланған, ал цитохромоксидаза және Кребс циклінің ферменттері митохондриялық фракцияда локализацияланған. Май қышқылдарының тотығу фосфорлануын және ыдырауын катализдейтін ферменттер де митохондриялармен байланысты. Май қышқылдарының биосинтезін катализдейтін ферменттер, керісінше, цитоплазманың еритін бөлігінде болады.

Таза (гомогенді) күйдегі биологиялық объектілерден ферменттерді оқшаулау және оқшаулау үшін жоғарыда егжей-тегжейлі талқыланған белоктарды жеке түрде оқшаулау әдістерінің барлық арсеналы қолданылады (1-тарауды қараңыз).

ФЕРМЕНТТЕРДІҢ ЖІКТЕЛУІ ЖӘНЕ НОМЕНКЛАТУРАСЫ

Ферменттердің қазіргі классификациясы мен номенклатурасын Халықаралық биохимиялық одақтың ферменттер жөніндегі комиссиясы әзірледі және 1961 жылы Мәскеуде өткен V Халықаралық биохимиялық конгрессте бекітілді 2 .

Жүйелі номенклатураның қажеттілігі, ең алдымен, әр түрлі зерттеушілер өз қалауы бойынша атаулар берген жаңадан ашылған ферменттер санының жыл сайын тез өсуінен туындады. Сонымен қатар, кейде бір фермент үшін екі немесе одан да көп атаулар қолданылды, бұл номенклатурада шатасуды тудырды. Кейбір фермент атаулары катализделген реакция түрін мүлде көрсетпеді.

1961 жылға дейін ферменттердің бірыңғай классификациясы болған жоқ. Қиындықтар әртүрлі зерттеушілердің ферменттерді жіктеу үшін әртүрлі принциптерді негізге алуында болды. Комиссия ферменттердің жіктелуі мен олардың белгіленуі үшін негіз бола алатын үш принципті қарастырды. Бірінші принцип - ферменттің химиялық табиғаты, яғни флавопротеидтерге, пиридоксаль-фосфатты ақуыздарға, гемопротеидтерге, металлопротеидтерге және т.б. жатады. Алайда бұл принцип жіктеу үшін жалпы негіз бола алмады, өйткені ферменттердің аз ғана саны үшін қол жетімді протездік топтар белгілі сәйкестендіру және тікелей анықтау болып табылады. Екінші принцип - фермент әрекет ететін субстраттың химиялық табиғаты; Бұл принцип бойынша ферментті жіктеу қиын, өйткені белгілі бір заттар класындағы әртүрлі қосылыстар (белоктар, көмірсулар, липидтер, нуклеин қышқылдары) және сансыз аралық метаболизм өнімдері субстрат ретінде қызмет ете алады. Қабылданған классификация үшінші принципке негізделген - кез келген ферменттің әрекетіне тән катализделген реакция түрі; бұл принципті ферменттердің классификациясы мен номенклатурасының негізі ретінде пайдалану қисынды.

Осылайша, катализделген химиялық реакцияның түрі субстрат(лар) атауымен біріктіріліп, ферменттердің жүйелі атауына негіз болады. Осы классификация бойынша ферменттер алты негізгі класқа бөлінеді: 1) оксидоредуктазалар; 2) трансферазалар; 3) гидролазалар; 4) лиазалар; 5) изомеразалар; 6) лигазалар (синтетазалар).

Оксидоредуктазалар. TOОксидоредуктазалар класына биологиялық тотығудың негізінде жатқан тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейтін ферменттер жатады. Олардың жүйелі атаулары «донор: акцепторлы оксидоредуктаза» түрінде, мысалы, лактат: LDH үшін NAD «1» оксидоредуктазасы.

Келесі негізгі оксидоредуктазалар ажыратылады: протондардың (электрондардың) оттегіге тікелей берілуін катализдейтін аэробты дегидрогеназалар немесе оксидазалар, протондардың (электрондардың) оксигенді субстратқа емес, аралық қабатқа ауысуын жеделдететін анаэробты дегидрогеназалар, тек электрондардың тасымалдануын катализдейді. Бұл класқа сонымен қатар сутегі асқын тотығы қатысатын реакцияларды катализдейтін гемі ​​бар каталаза және пероксидаза ферменттері кіреді.

Трансферазалар.Трансферазалар класына әртүрлі атомдардың, атомдар тобының және радикалдардың молекулааралық тасымалдану реакцияларын катализдейтін ферменттер жатады. Олардың атауы «донор: тасымалданатын топ – трансфераза» түрінде құрастырылған.

Бір көміртекті қалдықтардың, ацил, гликозил, альдегид немесе кетон, нуклеотид қалдықтары, азот топтары, фосфор және күкірт қышқылы қалдықтары және т.б. тасымалдануын катализдейтін трансферазалар бар. Мысалы: метил және формилтрансферазалар, ацетилтрансферазалар, аминотрансферазалар, т.б.

Гидролазалар. INГидролазалар класына су молекуласының қатысуымен органикалық заттардың молекулаішілік байланыстарының ыдырауын катализдейтін ферменттердің үлкен тобы жатады. Олардың атауы «субстрат - гидролаза» түрінде құрастырылған. Оларға: эстеразалар – күрделі эфирлердің гидролизі және синтезі реакцияларын катализдейтін ферменттер, гликозидтік байланыстың үзілуін жеделдететін гликозидазалар, фосфоангидрид пен пептидтік байланыстарды ыдырататын қышқылдардың гидролизін катализдейтін фосфатазалар мен пептидті гидролазалар; -пептидтік байланыстардан басқа ангидридті байланыстар және т.б.

Лиаздар.Лиазалар класына C-O, C-C, C-N және басқа байланыстардың ыдырауын катализдейтін ферменттер, сондай-ақ әртүрлі топтардың жойылуының қайтымды реакциялары жатады.

гидролитикалық емес субстраттардан; бұл реакциялар түзілумен бірге жүреді»!

қос байланыс немесе қос байланыс орнына топтар қосу арқылы. Ферменттер белгіленген*!

«субстрат-лиаз» терминімен аталады. Мысалы, фумаратгидратаза (жүйелі

Орысша атауы: L-малат гидролиза) молекулалардың қайтымды бөлінуін катализдейді;

алма қышқылынан су фумар қышқылын түзеді. Сол топқа»

декарбоксилазалар (карбокси-лиазалар), амидин-лиазалар және т.б.

Изомеразалар. Изомеразалар класына әртүрлі катализдейтін ферменттер кіреді

изомерлену реакцияларының түрлері. Олардың жүйелі атауын ескере отырып құрастырылған

реакция түрі: «субстрат – цис-транс изомераза». Егер изомерлену молекулаішілік топты тасымалдауды қамтыса, онда фермент мутаза деп аталады.

Изомеразалар класына амин және гидроксиқышқылдарға, көмірсуларға және олардың туындыларына әсер ететін рацемазалар мен эпимеразалар, альдозалар мен кетозалардың өзара айналуын катализдейтін молекулаішілік оксидоредуктазалар, ацил, фосфорил және басқа топтарды тасымалдайтын молекулаішілік трансферазалар және т.б.

Лашазалар (синтетазалар). Лигазалар класына АТФ (немесе басқа нуклеозидтрифосфат) ыдырау энергиясын пайдалана отырып, екі бастапқы молекуладан органикалық заттардың синтезін катализдейтін ферменттер жатады. Олардың жүйелі атауы «X: Y лигаза» түрінде болады, мұнда X және Y бастапқы заттарды білдіреді. Мысал ретінде L-глутамат: аммиак лигазасы (глютаминсинтетаза), оның қатысуымен глутамин глутамин қышқылынан және АТФ қатысуымен аммиактан синтезделеді.

ФЕРМЕНТТЕР ТІЗІМІ

Ферменттердің жіктелуі мен нөмірленуі (индексленуі) үшін негіз болатын әзірленген жүйеге сүйене отырып, Халықаралық комиссия сонымен бірге 1961 жылға қарай бастапқыда шамамен 900 ферменттен тұратын ферменттер тізімін қамтитын ферменттер классификациясын (EC) дайындады. Ферменттердің тізіміне (Ферменттер номенклатурасын қараңыз, 1979) қазірдің өзінде 2142 жеке ферменттер енгізілген; бүгінгі күнге дейін одан да көп екені анықталды. Әрбір фермент бойынша тізімде нөмірден (кодтан) басқа жүйелі (рационалды) атауы, ұсынылатын (жұмыс) атауы, фермент катализдейтін химиялық реакция, сонымен қатар әсер ету ерекшелігі туралы ескертпелер келтірілген. Төрт таңбалы кодты пайдаланып әрбір ферментке нөмір тағайындау ұсынылады.

Осылайша, әрбір ферменттің коды нүктелермен бөлінген төрт саннан тұрады және келесі принцип бойынша құрастырылады. Бірінші сан ферменттердің алты негізгі класының бірінің санын көрсетеді. Екінші сан химиялық түрленудің осы түріне қатысатын субстраттардың негізгі түрлерін сипаттайтын ішкі сыныпты білдіреді. Мысалы, трансферазаларда екінші цифр тасымалданатын топтың сипатын, гидролазаларда гидролизденетін байланыстың түрін және т.б. көрсетеді. Бұл ішкі сыныптар, өз кезегінде, бір-бірінен ерекшеленетін неғұрлым нақты топшаларға (белгіленген ішкі сыныптарға) бөлінеді. реакциялардың осы кіші тобына қатысатын қосылыстардың (донорлар немесе акцепторлар) химиялық табиғатында. Бөлімшенің саны, дәлірек айтсақ, саны фермент кодында үшінші орынға қойылады. Гидролазалар үшін, мысалы, бұл сан гидролизденетін байланыстың түрін, ал лиазалар үшін кететін топтың түрін және т.б. көрсетеді. Кодтың алғашқы үш саны ферменттің түрін дәл анықтайды. Ақырында, берілген қосалқы класқа жататын барлық ферменттер кодта төртінші орында орналасқан алфавиттік тәртіпте сериялық нөмірді алады.

Осылайша, төрт санның тұрақты жиынтығымен сипатталатын әрбір ферменттің сәйкес коды бар, оның астында ол ферменттер тізіміне кіреді. Кестеде мысал ретінде. 4.5 тізімнен екі ферментті көрсетеді.

4.5-кесте. Фрагмент	ферменттер тізімінен
	Ұсынылады		Жүйелі	Арнайы ескертпелер
Шифр	(жұмыс істейтін)	Реакция	Аты	галстуктар және т.б
	Аты			тәуелділіктер
CF 1.1.1.27	лактатдегид-	L-лактат + NAD+ =	L-лактат:	Басқаларды тотықтырады
	рогеназа	пируват + NADH 2	NAD+ -оксидор-	оксимонокарбонды
			дуктаза	қышқылдар
CF 2.6.1.5	Тирозиндер-	L-тирозин + 2-оксо-	L-тирозин:	Ақуыз пиридок-
	бірақ трансфераша	глутарат = 4-гидроксифе-	2-оксоглютарат	сальфосфат. Фени-
		нилпируват + L-глю-	аминотрансфер-	лаланин әрекет ете алады
		Тамат	артта	орнына әрекет ету
				Розана

Ферменттердің халықаралық классификациясын абсолютті мінсіз деп санауға болмайтынын ерекше атап өткен жөн, өйткені ферменттер негізінен бірдей реакцияларды катализдейтініне қарамастан, кейбір жағынан ол органикалық химияда жалпы қабылданған химиялық реакциялардың классификациясына сәйкес келмейді.

Ферменттердің белсенділігі туралы түсінік

Күнделікті биохимиялық тәжірибеде ферменттің мөлшері іс жүзінде бағаланбайды, тек оның белсенділігі. Белсенділік санға қарағанда кеңірек ұғым. Бұл, ең алдымен, реакцияның нәтижесін, атап айтқанда субстраттың жоғалуын немесе өнімнің жиналуын білдіреді. Әрине, ферменттің жұмыс істеген уақытын және фермент молекулаларының санын елемеуге болмайды. Бірақ әдетте фермент молекулаларының санын есептеу мүмкін болмағандықтан, ферменті бар биологиялық материалдың мөлшері (көлемі немесе массасы) пайдаланылады.

Осылайша, ферменттердің белсенділігін анықтау кезінде бір мезгілде үш айнымалыны ескеру қажет:

• алынған өнімнің немесе жоғалған субстраттың массасы;
• реакцияға жұмсалған уақыт;
• ферменттің мөлшері, бірақ іс жүзінде ферменті бар биологиялық материалдың массасы немесе көлемі.

Осы факторлардың арасындағы байланыстарды түсіну үшін екі ғимараттың құрылысы анық және қарапайым мысал бола алады. Ғимараттарды реакция өніміне теңестірейік, жұмысшылар ферменттер, ал команда биологиялық материалдың көлеміне сәйкес болсын. Сонымен, 3-сыныптағы есептер:

1. Бір ғимараттың құрылысында 10 адамнан тұратын бригада, тағы бір ұқсас ғимаратта 5 адамнан тұратын бригада жұмыс істеді. Құрылыс бір уақытта және толық көлемде аяқталды. Қай жерде жұмысшының белсенділігі жоғары?
2. 3 қабатты бір ғимараттың құрылысында 10 адамнан тұратын бригада, 12 қабатты басқа ғимаратта 10 адамнан тұратын бригада жұмыс істеді. Құрылыс бір уақытта және толық көлемде аяқталды. Қай жерде жұмысшының белсенділігі жоғары?
3. 5 қабатты бір ғимараттың құрылысында 10 адамнан тұратын бригада, тағы бір осындай ғимаратта 10 адамнан тұратын бригада жұмыс істеді. Бірінші ғимараттың құрылысы 20 күнде болса, екіншісі 10 күнде салынды. Қай жерде жұмысшының белсенділігі жоғары?

Ферменттердің белсенділігін сандық анықтау негіздері

1. Фермент активтілігі өнімнің жинақталу жылдамдығымен немесе ферменті бар материалдың мөлшерімен субстраттың жоғалу жылдамдығымен өрнектеледі.

Іс жүзінде олар әдетте пайдаланады:

• заттың мөлшер бірліктері - моль (және оның туындылары ммоль, мкмоль), грамм (кг, мг),
• уақыт бірліктері – минут, сағат, секунд,
• масса немесе көлем бірліктері – грамм (кг, мг), литр (мл).

Басқа туындылар да белсенді қолданылады - катал (моль/с), халықаралық белсенділік бірлігі (IU, Unit) мкмоль/мин сәйкес келеді.

Осылайша, ферменттің белсенділігін, мысалы, ммоль/с×л, г/сағ×л, ХБ/л, кат/мл және т.б.

Мысалы, белгілі

2. Әртүрлі зертханаларда алынған нәтижелерді салыстыруға болатындай стандартты жағдайлар жасау - оптималды рН және бекітілген температура, мысалы, 25 ° C немесе 37 ° C, субстраттың ферментпен инкубация уақытын сақтай отырып.

Микроорганизмдердің ферментативті белсенділігі бай және әртүрлі. Оның көмегімен сіз микробтың түрі мен түрін белгілеп қана қоймай, оның нұсқаларын (биоварлар деп аталатын) анықтауға болады. Негізгі ферментативті қасиеттерді және олардың сапалық анықталуын қарастырайық.

Көмірсулардың ыдырауы (сахаролитикалық белсенділік), яғни қышқыл немесе қышқыл және газдың түзілуімен қанттарды және көп атомды спирттерді ыдырату қабілеті, құрамында сол немесе басқа көмірсулар мен индикаторлар бар Гисс орталарында зерттеледі. Көмірсулардың ыдырауы кезінде түзілетін қышқылдың әсерінен индикатор ортаның түсін өзгертеді. Сондықтан бұл орталар «әртүрлі қатарлар» деп аталады. Берілген көмірсуды ашытпайтын микробтар ортада оны өзгертпей өседі. Газдың болуы агары бар ортада көпіршіктердің пайда болуымен немесе оның сұйық ортадағы «жүзуде» жиналуымен анықталады. «Float» - стерильдеу алдында ортасы бар пробиркаға салынған, ұшы жоғары қаратылған, тығыздалған тар шыны түтік.

Сонымен қатар, сахаролитикалық белсенділік Endo, EMS және Ploskirev орталарында зерттеледі. Осы орталарда кездесетін сүт қантын (лактозаны) қышқылға дейін ашытатын микроорганизмдер түрлі-түсті колониялар түзеді – қышқыл ортадағы индикатордың түсін өзгертеді. Лактозаны ашытпайтын микробтардың колониялары түссіз.

Сүт лактозаны ашытатын микробтардың көбеюіне байланысты ұйып қалады.

Құрамында еритін крахмал бар орталарда амилаза түзетін микроорганизмдер өскенде крахмал ыдырайды. Олар бұл туралы культураға бірнеше тамшы Люголь ерітіндісін қосу арқылы біледі - ортаның түсі өзгермейді. Бұл ерітіндімен қорытылмаған крахмал көк түс береді.

Протеолитикалық қасиеттері (яғни белоктарды, полипептидтерді және т.б. ыдырату қабілеті) желатин, сүт, сарысу және пептон бар орталарда зерттеледі. Желатинді ашытатын микробтар желатинді ортада өскенде, орта сұйылтады. Әртүрлі микробтар тудыратын сұйылтудың табиғаты әртүрлі. Казеинді (сүт ақуызын) ыдырататын микробтар сүттің пептонизациясын тудырады - ол сарысудың көрінісін алады. Пептондар ыдырағанда индол, күкіртсутек және аммиак бөлінуі мүмкін. Олардың қалыптасуы индикаторлық қағаздар арқылы анықталады. Сүзгі қағазын алдын ала белгілі ерітінділермен сіңдіріп, кептіреді, ұзындығы 5-6 см тар жолақтарға кесіп, МПБ-ға дақылды сепкеннен кейін оны пробирка қабырғасымен тығынның астына салады. Термостаттағы инкубациядан кейін нәтиже есепке алынады. Аммиак лакмус қағазының көк түске боялуын тудырады; қорғасын ацетаты мен натрий гидрокарбонатының 20% ерітіндісіне малынған қағазға күкіртсутегін бөлгенде, қорғасын сульфаты түзіледі – қағаз қара түске боялады; индол қымыздық қышқылы ерітіндісіне малынған қағаздың қызаруын тудырады.

Осы орталардан басқа микроорганизмдердің әртүрлі қоректік субстраттарды ыдырату қабілеті белгілі бір реагенттермен сіңдірілген қағаз дискілері арқылы анықталады («SIB» қағаз индикаторлық жүйелері). Бұл дискілерді зерттелетін культурамен бірге пробиркаларға түсіреді және 37°С термостатта 3 сағат инкубациялаудан кейін көмірсулардың, аминқышқылдарының, ақуыздардың және т.б. ыдырауы дискілердің түсінің өзгеруіне қарай бағаланады.

Гемолитикалық қасиеттері (эритроциттерді жою қабілеті) қан орталарында зерттеледі. Бұл жағдайда сұйық орта мөлдір болады, ал тығыз ортада колония айналасында мөлдір аймақ пайда болады. Метемоглобин түзілген кезде орта жасыл түске боялады.

МӘДЕНИЕТТЕРДІ САҚТАУ

Ғылым немесе өндіріс үшін құнды оқшауланған және зерттелген мәдениеттер (штаммдар) тірі мәдениеттер мұражайларында сақталады. атындағы медициналық биологиялық препараттарды стандарттау және бақылау мемлекеттік ғылыми-зерттеу институтында Бүкілодақтық мұражай орналасқан. Л.А. Тарасевич (ГИСК).

Сақтаудың мақсаты – микроорганизмдердің өміршеңдігін сақтау және олардың өзгергіштігін болдырмау. Ол үшін микроб жасушасындағы алмасуды әлсірету немесе тоқтату керек.

Дақылдарды ұзақ уақыт сақтаудың ең озық әдістерінің бірі лиофилизация болып табылады - мұздатылған күйден вакуумда кептіру тоқтатылған анимация жағдайын жасауға мүмкіндік береді. Кептіру арнайы құрылғыларда жүзеге асырылады. Дақылдарды жабық ампулаларда 4 °C температурада, жақсырақ -30-70 °C температурада сақтаңыз.

Кептірілген дақылдарды қалпына келтіру.

Ампуланың ұшын қыздырғыштың жалынында қатты қыздырып, оны салқын сумен аздап суланған мақта тампонымен ұстаңыз, сонда әйнекте микрожарықтар пайда болады, олар арқылы ампулаға ауа баяу өтеді. Сонымен қатар, жарықтардың қыздырылған шеттерінен өтіп, ауа зарарсыздандырылады.

Жабық ампулада вакуум бар екенін ұмытпаңыз. Ауа оған бірден үлкен тесік арқылы енсе, ампулада культура шашылып, сыртқа шығарылуы мүмкін.

Ауаның енуіне мүмкіндік беріп, ампуланың жоғарғы бөлігін пинцетпен тез сындырып, оны алып тастаңыз. Саңылауды аздап күйдіріп, ампулаға стерильді Пастер пипеткасымен немесе шприцпен еріткіш (сорпа немесе изотоникалық ерітінді) қосыңыз. Ампуланың мазмұнын араластырыңыз және оны тасымалдаушыға егіңіз. Алғашқы екпелерде қалпына келтірілген дақылдардың өсуі баяулауы мүмкін.

Сондай-ақ арнайы құрылғыларда дақылдарды сұйық азотта (-196 °C) ұзақ уақыт сақтауға болады.

Дақылдарды қысқа мерзімде сақтау әдістері келесідей: 1) микроорганизмнің қасиеттеріне, орта және өсіру жағдайына байланысты аралықпен субкультивация (жаңа қоректік ортаға мерзімді қайта себу). Субкультуралар арасында дақылдар 4 °C температурада сақталады; 2) мұнай қабаты астында консервациялау. Дақыл агарда биіктігі 5-6 см бағанада өсіріледі, стерильді вазелинмен толтырылады (май қабаты шамамен 2 см) және тоңазытқышта тігінен сақталады. Әртүрлі микроорганизмдердің сақтау мерзімі әр түрлі, сондықтан оның өміршеңдігін тексеру үшін пробиркалардан дақылды мезгіл-мезгіл себеді; 3) -20-70 °С температурада сақтау; 4) жабық түтіктерде сақтау. Қажет болса, сақталған материал жаңа піскен ортаға себіледі.

8-тарау. ФАГИЯЛАР

Фагтар - бактериялардың және басқа да бірқатар микроорганизмдердің вирустары. Белгілі бір жағдайларда олар иелерінің лизисін (ерітуін) тудырады. Фагтардың әрекеті табиғатта болады және тәжірибеде қолданылады.

42-сурет Бактериофагтар

Фагтың ашылу және зерттелу тарихы. 1898 жылы Н.Ф.Гамалея күйдіргі таяқшаларының фильтраты осы микроорганизмдердің жаңа дақылдарының лизисін тудыратынын көрсетті.1915 жылы Ф.Туорт стафилококктардың ақ мөлдір емес колониялары мөлдір болып, жойылып кететінін және стафилококктарды ыдырататын агент стафилококктарды сүзетінін анықтады. микроорганизмдердің жаңа дақылдарын еріту қабілетін сақтау. Микроорганизмдердің лизисі құбылысы сипатталды, бірақ оның табиғаты зерттелмеген. Сондықтан бактериофагты ашу құрметі канадалық ғалым д'Хереллге тиесілі.

Д'Херель (1917) дизентериямен ауыратын науқастан күнделікті алып, осы аурудың қоздырғышының жаңа егілген культурасы бар пробиркаларға енгізген нәжіс фильтраттарын зерттеді.Термостаттағы инкубациядан кейін дақыл өсті.Бірақ. бір күні ол өспей қалды, бірақ еріді.Бұл науқастың сауығуының басталуымен сәйкес келді.

Д'Херель нәжіс фильтраттарының лизистік қабілеті жаңа бактериялар дақылдарына бірізді өту арқылы жоғарылайтынын көрсетті.Осыдан ғалым оларды бактерия сүзгілері арқылы өтетін тірі агент, яғни вирус арқылы ерітеді деген қорытындыға келді.Қазіргі уақытта оның көзқарасы ғалымдардың көпшілігі мойындайды.

Д'Херелл табылған вирусты бактериофаг - бактерия жегіш (грек тілінен аударғанда phagos - жейтін), ал құбылысты - бактериофагия деп атады.

Электрондық микроскоптың ашылуымен фагтың корпускулалық табиғаты дәлелденіп, оның морфологиясы зерттелді.

Д'Херелдің жаңалығы фагты бірқатар жұқпалы ауруларды емдеу және алдын алу үшін пайдаланған дәрігерлердің назарын аударды.Қазіргі уақытта фагтар медициналық тәжірибеде және әртүрлі биологиялық зерттеулерде кеңінен қолданылады.Бактериологтар, вирусологтар, биохимиктер, генетиктер, биофизиктер, молекулалық биологтар. , және эксперименталды онкологтар фагтарды, гендік инженерия және биотехнология мамандарын және т.б. зерттейді. Фагты зерттеу биологияның ең қызықты тарауларының бірі ретінде жалғасуда.

ФАГТАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ

Фагтардың морфологиясы. Фагтардың көпшілігі басы мен құйрығынан тұрады, сондықтан оларды сперматозоидтармен салыстырады. Ең көп зерттелген Т-фагтар ішек таяқшасы). Олардың процесі қабықпен жабылған және омыртқалары мен фибрилдері бар базальды пластинамен аяқталатын қуыс цилиндр (стержен) болып табылады. Фагтардың мөлшері, бастың пішіні мен өлшемі, процестің ұзындығы мен құрылымы әртүрлі фагтар үшін әртүрлі. Мысалы, қабығы жиырылмайтын процессі ұзын фагтар, процессі қысқа, процесссіз, жіп тәрізді фагтар бар.

Фагтардың химиялық құрамы. Барлық вирустар сияқты фагтар да нуклеин қышқылының бір түрінен (ДНҚ фагтары жиі кездеседі) және ақуыздан тұрады. Спиральға бұралған нуклеин қышқылының молекуласы фагтың басында орналасқан. Фаг қабықшасы (капсид) және қосымшасы ақуызды сипатта болады. Процестің бос ұшында литикалық фермент, әдетте лизоцим немесе гиалуронидаза болады.

Фагтың сезімтал жасушамен әрекеттесуікезекті кезеңдерден өтеді. Бүкіл цикл әртүрлі жүйелердегі фаг-бактерияларды бірнеше минуттан 1-2 сағатқа дейін алады.Бұл процестің ретін ішек таяқшасының Т-жұп фагының мысалын қолданып талдап көрейік.

I кезең – фаг бөлшектерінің жасуша бетіндегі рецепторларға адсорбциясы құйрық процесінің жіпшелері арқылы жүзеге асады. Бір жасушада жүздеген фагтар адсорбциялануы мүмкін (жасушаның лизисі үшін біреуі жеткілікті). Фагтардың адсорбциясы ерекше.

II кезең – фаг нуклеин қышқылының жасушаларға енуі (инъекциясы) әртүрлі фагтар үшін әртүрлі жүреді. E. coli Т-фагтарында базальды қабат тікенектері жасуша қабырғасымен байланыста болады. Таяқша жасуша қабырғасын «теседі». Процессте орналасқан фермент, көбінесе лизоцим, цитоплазмалық мембрананы бұзады. Бұл жағдайда процесс қабығы жиырылады, ал фаг нуклеин қышқылы таяқша арқылы жасушаға «инъекцияланады». Фагтың бос ақуыз қабығы («көлеңке») сыртта қалады.

III кезең – жасуша ішінде фаг ақуызы мен нуклеин қышқылының көбеюі.

IV кезең – жетілген фаг бөлшектерінің жиналуы және түзілуі.

Сурет.43 Фагтың құрылымы.

1 - бас; 2 - ДНҚ; 3 - өзек; 4 - қақпақ; 5 - базальды пластина; 6-шыбықтар; 7 – құйрық фибрилдері.

Сурет.44 Фагтардың морфологиясы.

1- басы, процессі және жиырылғыш қабығы бар фагтар; 2-бас және процесс, жиырылғыштығы жоқ; 3 - бас және қысқа процесс; 4 - құйрықсыз фагтар; 5-жіпті фагтар.

V кезең — жасуша лизисі және одан жетілген фаг бөлшектерінің бөлінуі. Әдетте, жасуша қабырғасы жарылып, жаңа жасушаларды жұқтыруға қабілетті бірнеше жүздеген жаңа фагтар қоршаған ортаға шығарылады. Бұл лизис іштен лизис деп аталады.

Ішкі лизистен айырмашылығы, сырттан лизис жасушаға бірден өте көп фагтар адсорбцияланғанда болады. Олар жасуша қабырғасында көптеген тесіктер жасайды, олар арқылы жасуша мазмұны сыртқа шығады. Осылайша, сырттан лизис кезінде фаг көбеймейді және оның бөлшектерінің саны көбеймейді.

Микроорганизмдерге әсер ету сипатына қарай вирулентті және қалыпты фагтар бөлінеді.

Вирулентті фагтар жаңа жасушаларды жұқтыруға қабілетті көптеген фаг бөлшектерін қоршаған ортаға шығару арқылы жұқтырған жасушаның лизисін тудырады. Бұл жағдайда микроорганизмдердің культурасы лизиске ұшырайды. Сұйық орта мөлдір болады - фаголизат түзіледі - фагтардың көп саны орналасқан орта. Тығыз ортада өсетін бактерияларда вирулентті фагтың дамуымен не үздіксіз лизистің мөлдір аймақтары түзіледі, не жеке мөлдір түзілімдер – фаг колониялары өседі. Оларды теріс колониялар (бляшкалар) деп атайды. Әртүрлі фагтардың колониялары мөлшері мен құрылымы бойынша ерекшеленеді.

Қалыпты фагтар популяциядағы барлық жасушаларды лизиске ұшыратпайды. Фагтар олардың кейбіреулерімен симбиозға түседі: фагтың нуклеин қышқылы (оның геномы) жасуша хромосомасына біріктіріліп, фаг деп аталады. Бір хромосома түзіледі. Бактерия жасушасы өлмейді. Жасуша геномының бір бөлігіне айналған профаг оның көбеюі кезінде ұрпақтардың шексіз санына, яғни жаңа жасушаларға берілуі мүмкін. Микроб жасушасының қалыпты фагпен (профагпен) симбиозы құбылысын лизогенез, ал профаг бар культураны лизогендік деп атайды. Бұл атау профагтың жасуша хромосомасынан өздігінен шығып, цитоплазмаға ауыса отырып, вирулентті фагқа айналу қабілетін көрсетеді. Вирулентті фаг пайда болған культураның жасушалары өледі (лиза), қалғандары лизогенділігін сақтайды.

Фаг пен бактерия жасушасының өзара әрекеттесуінің негізгі кезеңдерінің схемасы.

1 – клеркке фаг нуклеин қышқылын енгізу; 2-жас, асыл тұқымды

фагтар; 3 - жетілген фагтар; 4 – фагтардың оқшаулануы.

Лизогенді культуралар бастапқы қасиеттерінен негізгі қасиеттері бойынша ерекшеленбейді, бірақ олар аттас фагпен қайта жұқтыруға төзімді. Лизогенді культураға еніп кететін сәулелену (белгілі бір дозалар және рентген сәулелерінің әсері, ғарыштық сәулелер), белгілі бір химиялық заттар және бірқатар басқа факторлар әсер еткенде, вирулентті фагтың түзілуі және оның дақылдық жасушалардың лизисі айтарлықтай артады.

Қалыпты фагтар микробиологиялық өндіріске зиян келтіруі мүмкін. Мысалы, вакциналардың, антибиотиктердің және басқа да биологиялық заттардың өндіруші штаммдары лизогенді болып шықса, қалыпты фагтың вирулентті болу қаупі бар, бұл өндірістік штаммның лизисін тудырады.

Қалыпты фагтар микроорганизмдердің өзгергіштігінің күшті факторы болып табылады. Профаг микробтық культураның кейбір қасиеттерін өзгерте алады, мысалы, дифтерия таяқшаларының арасында байқалатын токсиндерді шығаруға қабілетті етеді, скарлатинаның қоздырғышы және т. , фаг иесі жасушаның хромосомасының бір бөлігін ұстап алады және хромосоманың бұл бөлігін басқа жасушаға ауыстыра алады, онда фаг қайтадан профагқа айналады және жасуша жаңа қасиеттерге ие болады.

Фагтардың табиғатта таралуы барлық жерде кездеседі. Фагтар оларға сезімтал микроорганизмдер кездесетін жерлерде: суда, топырақта, ағынды суларда, адам және жануарлардың секрецияларында және т.б. белгілі бактериялардың барлығы дерлік өздеріне тән фагтардың иелері болып табылады.

Фагтардың физикалық және химиялық факторларға төзімділігі олардың иелерінің вегетативті формаларына қарағанда жоғары. Фагтар 75°С дейін қыздыруға, ұзақ кептіруге, рН 2,0-ден 8,5-ке дейін шыдайды. Олар антибиотиктерге, тимолға, хлороформға және ілеспе микрофлораны бұзатын бірқатар басқа заттарға сезімтал емес. Сондықтан бұл заттар фагтарды бөліп алуда және консервациялауда қолданылады. Қышқылдар мен дезинфекциялық заттар фагтарға зиянды.

ФАГТАРДЫ ПРАКТИКАЛЫҚ ҚОЛДАНУ

Фагтарды қолдану олардың қатаң ерекшелігіне және микроб жасушаларын жоюға немесе олармен симбиозға түсуге негізделген.

Фаг профилактикасы және фаготерапия - фагтардың көмегімен инфекциялардың алдын алу және емдеу фагтың науқастың денесінде патогенді кездестіргенде, оны жою фактісіне негізделген. Қазіргі уақытта фагтар стафилококк және стрептококк инфекцияларын, тіпті антибиотиктерге төзімді инфекцияларды, сондай-ақ тырысқақ, оба және басқа бірқатар инфекцияларды, мысалы, ішек таяқшасы мен протей тудыратын инфекцияларды емдеуде және алдын алуда кеңінен қолданылады.

Фаг диагностикасы мыналарды қамтиды: а) белгілі (диагностикалық) фагтарды пайдалана отырып, оқшауланған дақылдарды идентификациялау. Мәдениет оны лизингке ұшыратқан фагқа сәйкес келеді. Мысалы, егер лизис тырысқақ фагынан туындаған болса, онда бұл тырысқақ вибрионының дақылы. Тип фагтарының қатаң спецификасы түр ішіндегі нұсқаларды типтеуге мүмкіндік береді (фагеварлар). Фагтарды типтеу эпидемиологияда үлкен маңызға ие, өйткені ол инфекцияның көзін анықтауға және басқа да бірқатар мәселелерді шешуге мүмкіндік береді; б) микробтық сынақ культурасының көмегімен белгісіз фагты анықтау. Егер фаг дизентерия қоздырғышының культурасын лизистесе, онда ол дизентериялық фаг; в) RNTF фагының титрінің жоғарылау реакциясын қолданатын жеделдетілген диагностикалық әдіс қоздырғыштың таза дақылын бөліп алуды қажет етпейді. Сорпаға титрі қатаң белгіленген зерттелетін материал (пациенттен немесе қоршаған орта объектілерінен) және индикаторлық фаг қосылады.

Қалыпты фагтар биологияның іргелі мәселелерін шешуде кеңінен қолданылады. Олардың көмегімен генетикалық код зерттелді, гендік инженерияда үлкен жетістіктерге қол жеткізілді, олар ісіктердің өсуін зерттеу үшін, микроорганизмдердің өзгергіштігінің факторы ретінде және басқа зерттеулерде қолданылады. Лизогенді дақылдар, «сау» дақылдардан айырмашылығы, радиацияға сезімтал болғандықтан, олар ғарыш кемелерін ғарыштық сәулелерден қорғаудың сенімділігін анықтауға қызмет етеді: егер қорғаныс сенімсіз болса, профаг вирулентті түрге айналады және культураны лизиске ұшыратады.

ФАГТАРДЫ ДАЙЫНДАУ

Өндірісте фаг препараттарын алу кезінде микроорганизмдердің және фагтардың жақсы зерттелген штамдары пайдаланылады, олар әдетте реакторларда өсіріледі, бұл фаголизатты көп мөлшерде алуға мүмкіндік береді.

Фагтар сұйық түрінде (ампулалар мен флакондар), таблеткалар мен суппозиторийлерде шығарылады. Ішке қабылдауға арналған фаг таблеткалары фагтарды асқазан сөліндегі тұз қышқылының әсерінен қорғайтын қышқылға төзімді жабынмен қапталған.

Барлық фаг препараттары бөтен флораның жоқтығына, зиянсыздығына және активтілігіне (титріне) міндетті бақылауға жатады, ол өндірісте жүргізіледі. атындағы медициналық биологиялық препараттарды стандарттау және бақылау мемлекеттік ғылыми-зерттеу институтында іріктеп бақылау жүргізіледі. Л.А. Тарасевич. Шығарылатын фаг мыналарды көрсететін белгімен жабдықталған: оны шығаратын мекеме, фагтың атауы, сериясы, бақылау нөмірі және жарамдылық мерзімі. Әрбір қаптамада фагты пайдалану және сақтау бойынша нұсқаулықтар бар.

Ферменттер - белгілі бір химиялық реакциялардың катализіне қатысты спецификалық әрекетімен сипатталатын ақуыздық сипаттағы химиялық реакциялардың катализаторлары. Олар барлық тірі топырақ ағзаларының биосинтезінің өнімдері болып табылады: ағаш және шөптесін өсімдіктер, мүктер, қыналар, балдырлар, микроорганизмдер, қарапайымдар, жәндіктер, омыртқасыздар және омыртқалылар, табиғи ортада белгілі бір агрегаттар - биоценоздар арқылы ұсынылған.

Тірі организмдердегі ферменттердің биосинтезі зат алмасу типінің тұқым қуалайтын берілуіне және оның бейімделгіш өзгергіштігіне жауапты генетикалық факторларға байланысты жүзеге асады. Ферменттер - бұл гендердің әрекеті жүзеге асырылатын жұмыс аппараты. Олар ағзалардағы мыңдаған химиялық реакцияларды катализдейді, олар ақыр соңында жасушалық метаболизмді құрайды. Олардың арқасында денеде химиялық реакциялар жоғары жылдамдықпен жүреді.

Қазіргі уақытта 900-ден астам ферменттер белгілі. Олар алты негізгі класқа бөлінеді.

1. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейтін оксиредуктазалар.

2. Әртүрлі химиялық топтар мен қалдықтардың молекулааралық тасымалдану реакцияларын катализдейтін трансферазалар.

3. Молекулярлық байланыстардың гидролитикалық ыдырау реакцияларын катализдейтін гидролазалар.

4. Қос байланыстағы топтардың қосылу реакцияларын катализдейтін лиазалар және мұндай топтарды абстракциялаудың кері реакциялары.

5. Изомерлену реакцияларын катализдейтін изомеразалар.

6. АТФ (аденозин үшфосфор қышқылы) есебінен байланыс түзу арқылы химиялық реакцияларды катализдейтін лигаздар.

Тірі организмдер өліп, шіріген кезде олардың ферменттерінің бір бөлігі жойылады, ал кейбіреулері топыраққа еніп, өз белсенділігін сақтайды және топырақ түзілу процестеріне және топырақтың сапалық сипаттамасы – құнарлылығын қалыптастыруға қатыса отырып, топырақтың көптеген химиялық реакцияларын катализдейді. . Белгілі бір биоценоздар кезіндегі әртүрлі топырақ типтерінде биокаталитикалық реакциялардың белсенділігімен ерекшеленетін өзіндік ферменттік кешендер түзілген.

В.Ф.Купревич пен Т.А.Щербакова (1966) топырақтың ферментативті кешендерінің маңызды белгісі болып ферменттердің бар топтарының әрекетінің реттілігі болып табылады, бұл әртүрлі топтарды білдіретін бірқатар ферменттердің бір мезгілде әрекет етуі қамтамасыз етілетіндігінде көрінеді. ; топырақта артық мөлшерде болатын қосылыстардың түзілуі мен жиналуы алынып тасталады; артық жинақталған жылжымалы қарапайым қосылыстар (мысалы, NH 3) бір немесе басқа жолмен уақытша байланысады және азды-көпті күрделі қосылыстардың түзілуімен аяқталатын циклдарға жіберіледі. Ферменттік кешендер – теңдестірілген өзін-өзі реттейтін жүйелер. Бұл жерде негізгі рөлді микроорганизмдер мен өсімдіктер атқарады, олар топырақ ферменттерін үнемі толықтырып отырады, өйткені олардың көпшілігі қысқа өмір сүреді. Ферменттердің саны әрекеттесуші заттардың (субстрат, фермент) химиялық табиғатына және өзара әрекеттесу жағдайларына (компоненттердің концентрациясы, рН, температура, ортаның құрамы, әсер ету) уақыт бойынша белсенділігімен жанама түрде бағаланады. активаторлар, ингибиторлар және т.б.).

Бұл тарауда гидролазалар класына жататын ферменттердің – инвертаза, уреаза, фосфатаза, протеаза белсенділігі және оксиредуктазалар класына жататын – каталаза, пероксидаза және полифенолоксидаза белсенділігінің кейбір химиялық процестеріне қатысуы қарастырылады. құрамында азот және фосфор бар органикалық заттардың, көмірсутекті заттардың және гумустың түзілу процестерінде өзгеруі. Бұл ферменттердің белсенділігі топырақ құнарлылығының маңызды көрсеткіші болып табылады. Сонымен қатар, сортты-подзоликалық, сұр орманды және шымтезек-карбонатты топырақтар мысалында әртүрлі өңдеу дәрежесіндегі орман және егістік топырақтардағы бұл ферменттердің белсенділігі сипатталатын болады.

ТОПЫРАҚ ФЕРМЕНТТЕРІНІҢ СИПАТТАМАСЫ

Инвертаза – глюкоза мен фруктозаның эквимолярлы мөлшеріне сахарозаның гидролитикалық ыдырау реакцияларын катализдейді, сонымен қатар микроорганизмдердің тіршілігі үшін энергия өнімі – фруктоза молекулаларының түзілуімен басқа көмірсуларға әсер етеді, фруктоза трансфераза реакцияларын катализдейді. Көптеген авторлардың зерттеулері басқа ферменттерге қарағанда инвертаза белсенділігі топырақтың құнарлылығы мен биологиялық белсенділігінің деңгейін жақсы көрсететінін көрсетті.

Уреаза несепнәрдің аммиак пен көмірқышқыл газына гидролитикалық ыдырауын катализдейді. Мочевинаның агротехникалық тәжірибеде қолданылуына байланысты неғұрлым құнарлы топырақтарда уреаза белсенділігі жоғары болатынын ескеру қажет. Ол барлық топырақтарда олардың ең жоғары биологиялық белсенділік кезеңінде - шілде-тамыз айларында артады.

Фосфатаза (сілтілі және қышқылдық) – ортофосфат түзе отырып, бірқатар фосфорорганикалық қосылыстардың гидролизін катализдейді. Фосфатазаның белсенділігі өсімдіктерді жылжымалы фосформен қамтамасыз етумен кері байланысты, сондықтан оны топыраққа фосфор тыңайтқыштарын енгізу қажеттілігін белгілеу кезінде қосымша көрсеткіш ретінде пайдалануға болады. Ең жоғары фосфатаза белсенділігі өсімдіктердің ризосферасында болады.

Протеазалар - ферменттер тобы, олардың қатысуымен белоктар полипептидтерге және аминқышқылдарына ыдырайды, содан кейін олар аммиакқа, көмірқышқыл газына және суға гидролизденеді. Осыған байланысты протеазалардың топырақ тіршілігінде маңызы зор, өйткені олар органикалық компоненттер құрамының өзгеруімен және өсімдіктерге сіңетін азоттық формалардың динамикасымен байланысты.

Каталаза – белсендіру әрекетінің нәтижесінде тірі организмдерге улы сутегі асқын тотығы суға және бос оттегіге бөлінеді. Минералды топырақтың каталаздық белсенділігіне өсімдік жамылғысы үлкен әсер етеді. Әдетте, күшті, терең енетін тамыр жүйесі бар өсімдіктер астындағы топырақ жоғары каталаздық белсенділікпен сипатталады. Каталаза активтілігінің ерекшелігі, ол профиль бойынша аз өзгереді және топырақтың ылғалдылығымен кері байланыста және температурамен тікелей байланыста болады.

Полифенолоксидаза және пероксидаза – олар топырақта қарашірік түзілу процестерінде маңызды рөл атқарады. Полифенолоксидаза бос атмосфералық оттегінің қатысуымен полифенолдардың хинондарға дейін тотығуын катализдейді. Пероксидаза сутегі асқын тотығы немесе органикалық пероксидтердің қатысуымен полифенолдардың тотығуын катализдейді. Бұл жағдайда оның рөлі пероксидтерді белсендіру болып табылады, өйткені олар фенолдарға әлсіз тотықтырғыш әсер етеді. Әрі қарай, хинондардың аминқышқылдарымен және пептидтермен конденсациялануы гумин қышқылының бастапқы молекуласын құруы мүмкін, ол кейіннен қайталанатын конденсацияларға байланысты күрделене түсуі мүмкін (Кононова, 1963).

(Чундерова, 1970) атап өтілгендей, полифенолоксидаза (S) белсенділігінің пероксидаза (D) белсенділігіне пайызбен көрсетілген қатынасы () топырақта гумустың жиналуымен байланысты, сондықтан бұл мән гумустың жинақталуының шартты коэффициенті (К) деп аталады. Удмуртияның егістік, нашар өңделген топырағында мамырдан қыркүйекке дейінгі кезеңде ол: сазды-подзолды топырақта - 24%, сұр орманда подзолизацияланған топырақта - 26% және сазды-карбонатты топырақта - 29% болды.

ТОПЫРАҚТАҒЫ ФЕРМЕНТТІК ПРОЦЕСТЕР

Топырақтың биокаталитикалық белсенділігі олардың микроорганизмдермен байыту дәрежесіне айтарлықтай сәйкес келеді (11-кесте), топырақтың түріне байланысты және генетикалық горизонт бойынша өзгереді, бұл гумустың құрамының, реакцияның, Қызыл- Өгіз потенциалы және профиль бойынша басқа көрсеткіштер.

Тың орман топырақтарында ферментативті реакциялардың қарқындылығы негізінен орман қоқыстарының горизонттарымен, ал егістік топырақтарда – егістік қабаттарымен анықталады. Кейбір топырақтарда да, басқа да топырақтарда А немесе А горизонттарының астында орналасқан барлық биологиялық белсенділігі төмен генетикалық горизонттардың ферменттік белсенділігі төмен, ол топырақты өңдеу кезінде аздап оң жаққа өзгереді. Егістік алқаптары үшін орман топырақтарын игергеннен кейін қалыптасқан егістік горизонттың орман қоқысымен салыстырғанда ферментативті белсенділігі күрт төмендейді, бірақ өңделген сайын ол жоғарылайды және жоғары мәдени түрлерде ол көрсеткіштеріне жақындайды немесе асып түседі. орман қоқысы.

11. Орта Оралдағы топырақтың биогендік құрамы мен ферменттік белсенділігін салыстыру (Пухидская, Ковриго, 1974 ж.)

Бөлім нөмірі, топырақ атауы	Горизонт, сынама алу тереңдігі, см		Микроорганизмдердің жалпы саны, мың. 1 г абс. құрғақ топырақтар (орташа 1962 ж., 1964-1965)	Фермент белсенділігінің көрсеткіштері (1969-1971 жж. орташа)
				Инвертаза, тәулігіне 1 г топыраққа мг глюкоза	Фосфатаза, 1 сағатта 100 г топыраққа мг фенолфталеин	Уреаза, мг NH, 1 г топыраққа 1 тәулікте	Каталаза, мл 0 2 1 г топыраққа 1 мин	Полифенолоксидаза		Пероксидаза
								100 г топыраққа мг пурпурогаллин
3. Сазды-орташа подзоликалық, орташа сазды (орман астында)
					Анықталмаған
1. Сазды-орташа-подзолды, орташа сазды, нашар өңделген
10. Сұр орман подзолизацияланған ауыр сазды нашар өңделген
2. Содты-карбонатты, аздап сілтіленген, жеңіл сазды, аздап өңделген

Топырақтағы биокаталитикалық реакциялардың белсенділігі өзгереді. Ол көктемде және күзде ең төмен, әдетте шілде-тамыз айларында ең жоғары болады, бұл топырақтағы биологиялық процестердің жалпы жүру динамикасына сәйкес келеді. Дегенмен, топырақтың түріне және оның географиялық орналасуына байланысты ферментативті процестердің динамикасы өте әртүрлі.

Тест сұрақтары мен тапсырмалар

1. Қандай қосылыстар ферменттер деп аталады? Олардың өндірілуі және тірі организмдер үшін маңызы қандай? 2. Топырақ ферменттерінің қайнар көздерін атаңыз. Топырақтың химиялық процестерінде жеке ферменттер қандай рөл атқарады? 3. Топырақтың ферменттік кешені және оның қызметі туралы түсінік беріңіз. 4. Тың және егістік топырақтардағы ферментативті процестердің жүруіне жалпы сипаттама беріңіз.