Биологиялық тотығуға катысатын ферменттер

1. Биологиялық тотығу - ағза жасушасында куат түзілуінің негізгі жолы. Осы күнгі жаңа ілімдер бойынша биологиялык тотыгу дегеніміз тотығатын заттан (субстрат – S)бөліп алынған сутегінің протондары мен әлектрондарын ферменттер тізбегі арқылы соңында белсендірілген оттегі атомына тасымалдау реакциясы. Электрондарын берген заттар (донор) тотыгып, бос әнергия корын кемітсе, электронды косып алган заттар (акцептор) тотықсызданып, өзінін бос әнергия корын көбейтеді. Сонымен биологиялык тотығудың негізін тотығу-тотықсыздану реакциялары кұрайды. Бұл реакциялар катализдейтін ферменттерді -оксидоредуктаза деп атайды. Тірі ағзада биологиялық тотыгу 2 жағдайда жүруі мүмкін: аэробты (оттегінің қатысуымен) және анаэробты (оттегінсіз). Сондыктан да оны жүргізетін ферменттер де 2 топқа белінеді: дегидрогеназалар және оксидазалар.

Дегидрогеназа ферменттерінің құрамына белсенді топ ретінде: 1)НАД, НАДФ 2) ФАД, ФМН; 3) Коэнзим Q; 4) НГҒе кіреді.

Оксидазалар сутегінің әлектрондарын оттегі атомына тасымалдайды.

Бұл қызметті кұрамында темір бар цитохром (в,с,а,а₃) тобы атқарады. Бұл ферменттер жасушаның құрылымына кіретін митохондрийдің ішкі мембранасының бетінде жинақталған. Митохондрий - куат станциясы.Биологиялық тотығу кезінде сутегі электрондары мен протондары қалай тасымалданады соған тоқталайық. Бірінші аэробты жагдайда:

ІБиологиялық тотығу кезінде бөлініп шыққан қуаттың бір бөлімі жылуға, ал екінші бөлімі АҮФ молекуласын қайта түзуге жұмсалады. Осы жолмен түзілген АҮФ-ты тотықгыра фосфорлау деп атайды. 1937 жылы ағылшын биохимигі Кребс ашкан үшкарбон кышқылдар циклі ағза жасушасында көмірсулар, майлар және аминқышқылдары арқылы қуат бөлінуінің негізгі жолы ("жану қазаны"). Үшкарбон циклі жасуша митохондрийінің матриксінде өтіп, негізінен 8 химиялық реакция кезінде белсенді сірке қышқылы (ацетил - КоА) сатылап тотығу арқасында зат алмасуының соңғы өнімдері: С0₂, Н₂0, бөлінген қуат АҮФ-ның бойына жинақталады (8-сурет). Үшкарбон цикліндегі биологиялык тотығу арқылы сутегі электрондары мен протондары бөлінетін тотығатын субстраттар: изоцитрат, а - кетоглутарат, сукцинат (янтар кышкылы), малат (алма қышқылы). Тірі ағзада кейде субстраттан сутегін бірінші акцептор ретінде ФАД қосып алуы мүмкін. Тотықсызданған ФАДН₂ сутегін тікелей оттегі молекуласына тасымалдап, ағзада сутегінін аскын тотығы пайда болады. Бұл коспа ұлпаларда көп жинақталса уландырады. Сондықтан пайда болған жағдайда жасушада (барлык ұлпалар мен ортада) каталазаның әсерінен ыдырайды:

2Н₂0₂-----------► 2Н₂0₂+0₂

Егер ағзада оттегі жеткіліксіз болса, биологиялық тотығу анаәробты жағдайда өтеді. Осындай жағдайда тотықсызданған НАДН₂ сутегінің электрондары мен протондары екінші бір субстратка тасымалдайды.

СН₃-СО-СООН +НАД Н₂-------► СН₃-СНОН-СООН

пирожүзім қышқылы сүт кышқыпы

Анаэробты биологиялык тотығу процесінде қуатқа бай басқа да макроэргиялық косылыстар пайда болады. Осы қосылыстардың куаты АҮФ молекуласын түзуге жүмсалса - субстратгы фосфорлау деп аталады.. Мысалы, көмірсулардың анаәробты тотыгу кезінде қуат коры мол екі косылыс: 1,3 дифосфоглицерат пен фосфоэнолипируваттың, немесе бүлшық.еттегі креатинфосфаттың қуаты АҮФ қайта түзуге жұмсалады.

Сондықтан субстратты фосфорлау реакциясы жалпылай төмендегідей жазуға болады. Мысалы:

S~Р0₃Н₂+АҮФ-----► АҮФ+S

Қорыта айтканда зат алмасу мен куат алмасуы - тіршіліктің негізі. Бүл кұбылыстар бір-бірінсіз болуы мүмкін емес.

Өзіндік бакылау сұрактары:

1. Адам ағзасының жасушалары үшін куат көздері не?

2. Макроәргиялык қосылыстарға кандай заттар жатады?

3. Тірі ағзада куат алмасу сатылары?

4. Қуат алмасу процесіндегі АҮФ-ның манызы кандай?

5. Биологиялық тотығу дегеніміз не?

6. Биологиялыктотығу процесіне қатысатын ферменттерді атаңыз.

7. Тотыктыра фосфорлау, субстратты фосфорлау процестерінің қуат алмасуындағы маңызы қандай?

Өзіндік бақылау сұрақтары:

Әдебиеттер:

1. Сейтов З. Биологиялық химия. Алматы: Қайнар, 1992

2. А.Ж.Сейтембетова, С.С. Лиходий “Биологиялық химия”

Алматы “Білім “ 1994

3. Қайырханов К.К. Жануарлар биохимиясы Алматы Ана тілі 1993

Дәріс № 25,26 Су және минералдық алмасулар

Мақсаты:

Негізгі сұрақтары:

1. Су және онын агзадағы биологиялық қызметі

2. Ағзадағы су тепе-теңдігі, оған дене кызметінің әсері

3. Минералды заттар, олардын ағзадағы қызметі

1.Адам ағзасында су (Н₂0) - ең бір маңызды қосылыс. Ағзадағы судың мөлшері жасқа, жынысқа және кызметтік күйіне байланысты өзгеріп отырады. Ересек адам ағзасында дене сапмағының 2/3 су, немесе 42 кг: ерлерде жалпы дене салмағының 60% пайызын кұраса, әйелдерде - 50% пайыз. Адамның тіршілік ету кезеңдерінде оның ағзасындағы судыц мөлшері өзгеріп отырады, мысалы, эмбрионда 97% пайыз болса, қартайгаи ағзада - 50% пайыз. Сүттің, сілекей, ас қазан сөлінің қүрамындағы су мөлшері 90-99% пайыз, қанда 80-85% пайыз, дене салмағымеи салыстырғандағы судың мелшері ұлпалар мен мүшелерде әртүрлі (32-кесте).

Ағзада су үш түрде кездеседі: 1) бос күйінде - қанда, лимфада, сілекей, асқазан, ішек сөлдерінде, несеп, жүлын-ми сұйықтыктарында т.б.;

2) байланысқан түрінде жоғары молекулалы заттар: полисахаридтердің, белоктардың, нуклеотидтердің сыртқы гидрат кабықшасының құрамына кіреді; 3) молекула ішіндегі су жасуша қүрылымдары: ядро, митохондрий, рибосомалар т.б. қүрамында болады.

Судың биологиялық қызметі:

-су әмбебап еріткіш болғандыктан кептеген химиялық реакциялардың жылдамдығын есіреді;

-ас қорыту жолдарында коректік заттардың қорытылуына, тасымалдануына, сіңуіне, ағза жасушаларына жеткізілуіне, зат алмасуының соңғы өнімдерінің сыртқа бөлінуіне қатысады;

-жасушадағы органеллалардың қүрылысы мен қызметінің тұрақтылығын қамтамасыз етеді;

- көмірсулар, липидтер, белоктар, куат алмасуларына белсенді қатысады (гидролиз, гидратация, дегидрлеу т.б.);

-ағзаның ішкі ортасының қышқыл-сілті тепе-тендігінің бірқалыпты ұстауға қатысады, себебі Н⁺; ОН иондарына диссоцияланады;

-ағзаның осмостық қысымын белгілеуге қатысады, суда еріген органикалык және бейорганикалық заттар концентрациясына байланысты;

-бұлшық етте, буында, сіңірде оларды үйкелеуден сақтайды;

-ағзадағы жылуды реттеуге қатысады, себебі 50% пайызға жуық ағзадан бөлінетін жылу судың буға айналуы арқылы болады

2. Ересек адамға тәулігіне бір килограмм салмағына 40 граммдай су қажет (егер орташа салмагы 70 кг болса, оған 2,5-2,8 л су қажет) (11-сурет)

Ағзадағы судың мөлшері сырттан келетін - экзогенді және зат алмасу кезінде, ягни жасуша метаболизмінде түзілетін - эндогенді су қорларі.і арқылы бірқалыпта сақталады. Алайда оның мөлшері сыртқы ортаныи температурасына, ішілген тағамның ерекшелігіне, жасаған жұмыстың қарқынына байланысты өзгеріп түрады. Ағзада су тәулігіне 1,5 л-дсн сусындар, 0,75 тағам арқылы түссе, жасушада заттар алмасуы кезінде

0,2. л пайда болады, мысалы, 100 г май тотыққанда 107 мл, 100 г белок тотыққанда 41 мл, 100 г көмірсудан 46 мл су пайда болады.

Ағзадан су тәулігіне несеппен бүйрек арқылы (1,5-1,6 л-дей), тері және өкпе арқылы (0,7 л-дей), термен (0,15 л-дей), нәжіспен (0,05 л-дей) сыртқа шығады. Ағзадан бөлінетін судың мөлшері сыртқы орта жағдайларының әсерінен өзгеріп тұрады. Әсіресе ауыр дене жүмысын орыңдаган кезде термен және деммен бөлінетін судың мөлшері өседі. мысалы, төзімділікті кажет ететін дене жүктемелерін орындағандн спортшы 1 сағатта 2-3 л су жоғалтады және де бүйрек аркылы бөлінетін судың мөлшері азаяды. Себебі бүл жагдайда су алмасуын реттеуп-катысатын вазопрессин гормоны (гипофиз) көп бөлініп бүйрск тамырларын тарылтады. Су алмасуын реттеуге бүйрек үсті безінің гормоны - альдостерон қан плазмасында натрийдің сакталуын қамтамасыз ету аркылы плазмадағы су мөлшерін реттейді. Бүйрек арқылы судың бөлінуін тироксин, паратгормон және жыныс безінің гормондары күшейтеді.

Қан плазмасындағы судың мөлшері азайғанда ми кыртысындағы орталықтар қозып, шөлдеу сезімі пайда болады, яғни орталық жүйке жүйесі ағзадағы су алмасуын реттейді.

3. Ағзадағы алуан түрлі биохимиялық процестердің іске асуы үшін минералды заттардың маңызы зор. Минералды заттар ағзада жасуша, ұлпалардың күрамына кіреді, олардың жалпы мөлшері салыстырмалы т үрде шамалы ғана - дене салмағының (кебу) 4-10% пайыз, минералды заттар ағза ұлпасында катиондар мен аниондар және ерімейтін түздар түрінде кездеседі. Адам ағзасында кездесетін кейбір минералды заттардың физиологиялық маңызына токталсақ:

Кальций фосфорлы және көмір қышқылды косылыс түрінде сүйекте, қанда, лимфада кездеседі, барлық минералды заттардың 40% пайызын құрайды. Ол қанның ұйуына, бүлшық еттердің жиырылуы мен босаңсуына, көмірсулардың анаэробты жолмен ыдырауын жүргізетін және креатинфосфатты ыдырататын ферменттердің белсенділігін үдетуге қатысады.

Фосфор ағзадағы барлық минералды заттардың 22% пайызын құрайды, оның 80% пайызы сүйекте.кальций фосфаты түрінде кездеседі. Сонымен катар фосфордың ағзада қуат түзілуінде маңызы зор, фосфор қалдығы түрінде макроэргиялық қосьшыстар - АҮФ, АДФ, КРФ, әртүрлі нуклеотидтер күрамына кіреді. Фосфор қышқылынын түздары (NаН₂Р0_4, Nа₂НРО₄) буфер жүйелерінің кызметін атқарып ағзадағы қышқыл-сілті. тепе-тендігін бірқалыпты ұстауға қатысады.

Натрий мен калий ағзада хлорлы, қос көмір қышқылды және фосфор қышқылды түздар ретінде кездеседі. Бүл иондар сүйық ортаның осмостық кысым мөлшерін сақтауға, қышқыл-сілті тепе-тендігін сақгауға, жүйке импульсін өткізуге, ұлпаның қозуына, су алмасуын реттеуге т.б. қатысады. Темір ағзада органикалық емес және органикалық қосылыстар ретінде кездеседі. Ол қандағы гемоглобин мен бүлшық еттердегі миоглобиннің құрамына кіреді. Мысалы, қанда, бауырда, мида, аз мөлшерде бүлшық еттерде болады. Ол тотықтырушы каталаза, цитохром, аскорбиноксидаза және лактаза ферменттерінің кұрамына кіреді. Ол гемоглобинді түзуге қатысады.

Ағзадағы сұйық орталардың реакциясын бірқалыпты ұстап тұруда ондағы буфер жүйелерінің маңызы зор. Ағзаның сүйык ортасында кездесетін буфер жүйелерді түзуге әртүрлі минералды заттар: бикарбонаттар, фосфорлы түздар, аммоний түздары, органикалық қышқылдардың натрий немесе калий тұздары қатысады.

Ағзадағы тұздардың алмасуын реттеуге орталык жүйке жүйесімен қоса, бүйрек үсті, қалқанша, қалқанша бездері маңындағы бездердің гормондары катысады.

Өзіндік б ақылау сүрактары:

1. Ағзадағы судың биологиялық маңызы.

2. Ағзадағы судың мөлшері.

3. Ағзадағы үлпалар мен жасушалардағы судың мөлшері.

4. Ағзадағы су тепе-теңдігі.

5. Дене қызметі кезіндегі су алмасуының ерекшелігі.

6. Су алмасуының реттелуі.

7. Кальций, фосфордың ағзада атқаратын қызметі.

8. Дене қызметінің минералды заттар алмасуына әсері.

Өзіндік бақылау сұрақтары:

Әдебиеттер:

1. Сейтов З. Биологиялық химия. Алматы: Қайнар, 1992

2. А.Ж.Сейтембетова, С.С. Лиходий “Биологиялық химия”

Алматы “Білім “ 1994

3. Қайырханов К.К. Жануарлар биохимиясы Алматы Ана тілі 1993

Дәріс №27,28 Белоктар, нуклеин қышқылдары, көмірсулар және липидтер алмасуындағы өзара байланыстылық

Мақсаты:

Негізгі сұрақтары:

1. Гетеротрофты ағзадағы зат айналымының өзара байланысы

2. Белоктар мен нуклеин қышқылдарының алмасуы өзара байланысы

3. Нуклеин қышқылдары мен көмірсулар алмасуы өзара байланысы

4. Нуклеин қышқылдары мен липидтер алмасуы өзара байланысы

5. Белоктар мен көмірсулар алмасуы өзара байланысы

6. Белоктар мен липидтер алмасуы өзара байланысы

7. Көмірсулар мен липидтер алмасуының өзара байланысы

1. Гетеротрофты ағзадағы зат айналымының өзара байланысы

Тірі ағзада жүріп жататын заттар алмасуының әр кезеңдері мен

пі.іеында олардың арасында тығыз байланыс бар екенін көруге болады.

Заттар алмасуының дайындық және қарапайымдалу кезеңдерінде

тағамдағы нәрлі заттар ыдырау арқылы ағзада аралық өнімдері пайда

болады. Аралық өнім табиғатына қарамастан сол ағзаға тән

белоктар, ферменттер, липидтер, көмірсулар т.б. заттарды жасауға немесе қуат көзі ретінде жұмсалуы мүмкін.

Ағзада заттар табиғатына қарамай тотығуы кезінде болінген куат ЛҮФ-ның бойына жинақталады. Сонымен көмірсу, липидтер, белоктар іиімасуының өзара байланысы екі жағдайда іске асады: біріншіден, (біркелкі аралық өнімдердің болуы арқылы; екіншіден, заттар алмасуының нсгізін қалайтын көптеген реакциялардың қайтымды болуының себебінен комірсулар майларға, белок алмасуының өнімдері көмірсу және майларды қүрауға жүмсалады немесе керісінше. Мысалы, белсенді сірке кышқылы (Ацетил-КоА) ағзада көмірсулар (пирожүзім қышкылының тотыға декарбоксилденуі), майлар (майлы кышқылдар мен глицериннің тотығуы), (белоктар (аминкышқылының кетонды қышкылдарға айналып ыдырауы)алмасу кезінде пайда болып, одан әрі ол Кребс циклінде тотығып қуат беруі, немесе ағзаға қажетті майлы қышқылдар, кетоденелер, холестерии, стероидты гормондар, өт кышқылдарын т.б. заттарды кұруда алғашкы өнім болуы мүмкін

Көмірсулардың аэробты жағдайда тотығуы мен майлардың тотығуы және кейбір аминкышқылдарының (аланин, цистеин, глицин) тотыға дезаминдеу реакциясының өнімі - пирожүзім қышқылы. Бүл өнім ағзаға кажет көмірсулар, липидтер, ауыстыруға болатын аминқышкылдарын түзуге немесе белсенді сірке қышқылымен үштасып қуат береді (35-кесте).

Затгар алмасуының соңғы өнімдерін (С0₂, Н₂0, NH₃) ағзада пайдалану салдарынан да олардың өзара байланьісын көруге болады.

Әрбір тірі жасуша тіршілік әрекетіне қажет су, ондағы химиялық Р еакциялар: Кребс циклі, майлы қышқылдардың тотығуы, нуклеин қышқылдарын, гликоген т.б. заттарды синтездеуге қатысады. Көмір қышқыл газын холестерин, нуклеин қышқылдарын, өт қышкылдарын синтездеуге пайдаланады және карбонат буфер жүйесінің құрамына кіреді, сонымен катар өкпе арқылы, несеппен мочевинаның қүрамында сыртқа шығады. Аммиак ағзада холин үшін азот көзі болып табылады.

Қорыта келгенде, заттар алмасуының өзара байланысы арқылы алуан түрлі реакцияларға қатысатын ферменттер, жасуша құрылымдары үнемделеді. Заттар алмасуының негізін қалайтын өте жоғары дәрежеде жүйелі түрде жүретін биохимиялық процестер орталық жүйке жүйесі мен гормондардың қатысуымен реттеліп, сыртқы ортаның әсеріне бейімделу арқылы тірі ағзада тіршілік қамтамасыз етіледі.

Организмде әр түрлі заттардың биохимиялык өзгерістері бір-бірімен өте тығыз байланыскан: біреуі екіншісіне әуелі, бір уақытта, бірге, біртүтас өзара катыстыкта өтеді. Организм-біртүтас күрылым. Қандай да бір заттар тобының алмасуының бүзылуы түтас бір организмнің зат алма-суының бүзылуына апарып соғады.

Клеткалардың динамикалык күйі тіршілікті сипаттаудың ең бір тамаша белгісі. Организмде өтетін зат алмасуының реакциялары жоғары дәрежелі келісімділігімен сипатталады. Биохимиялық реакциялар белгілі бір ретпен және бірізділік-пен өтеді. Олар тіршілік әлемінің үзак эволюциясының нәти-жесінде біртүтас тәртіпті жүйе кұра отырып, генетика түрғысынан бекіді де, тұкым куалап үрпактан үрпакка тарады.

Зат алмасуы эаттармен энергияның организмде өзгеруі-нің заңды тәртібі болып келеді. Белоктар мен майлардың алмасуының үдемелілігі көмірсулардың алмасуымен камтамасыз етіледі және керісінше. Азыкта майлар жетіспегенде олардың организмле деген кажеттілігін өтеу үшін, белоктар мен көмірсулардың ыдырауы күшейе түседі және т.т. Сейтіп, орга-низм біртүтастыкта кызмет етеді.

Сонымен, зат алмасуы деп, белгілі бір тәртіппен кезек-тесіп келіп отыратын әр түрлі, күрделі және көп кырлы био-химиялык реакциялардың жиынтығын айтады. Клеткадағы өтіп жаткан барлык процестердің жиынтығын, яғни коректік заттар-дың ыдырауын, жаңа косылыстардың түзілуін және энергияның айналымын зат алмасуы /метаболизм/ немесе зат алмасуының диірмені деп атайды. Кребс циклі метаболиэмдік казан сиякты

Диірменнің ең бір тамаша касиеті оның оңай түрде бөгде коректік заттарды өзгертіп, оларды организмнің өзінікіне айналдыруы.

Зат алмасуының өзара байланыстары орталык жүйке жүйесі, ішкі секреция бездері аркылы реттеледі. Реттелу ферменттер-мен, гормондармен, цАМФ-пен және биохимиялык реакциялардың жалпы өнімдерімен іске асырылады. Әрбір ферменттік реакция белгілі бір метаболизм жолдарының бөлімін күрса, ал зат алмасуы сол барлык метаболизм жолдарының жиыктыгы больп

келеді. Көптеген метаболиттык жолдардың киылысында түрған "торапты" метаболитке пирожүзім кышкылы жатады. Бір жағдай-да күрделі заттардың ыдырауы онымен аякталса, ал екінші-сінде одан түзілуі басталады. Әр түрлі алмасулардың өзара байланыстары Кребс циклінің реакциялары аркылы іске асады.

Сонымен, биохимияның ең түпкі /міндеті/ максаты -тірі организмдердің тіршілігін химия тілінде жазып шығу.

12.2. Көмірсу лар мен майлардың алмасуының ө зара байланысы

Көмірсулардың майға айнал уы. Май молекуласы глицеринмен май кышкыдцарының күрделі эфирі болып келетіндіктен, көмірсулардан глицериннің және май кышкылдарының пайда болуын жеке-жеке карастырып өтейік.

Глицериннің көмірсулардан түзілуі онша күрделі емес. Көмірсулардың анаэробтык ыдырауының аралық өнімі - фосфор-ланған глицеральдегид тотыксызданып фосфоглицеринге айна-лады. Ал соңғысы фосфатазаның кемегімен гидролизденіп гли-церин түзеді.

Жоғары май кышкылдарының көмірсулардан пайда болуы біздерге Кнооп теориясынан белгілі

Май кышкылдарының β-тотығуы ацетил-КоА-ның пайда

болуына әкелді. Ал, ацетил-КоА тек кана май кьшкылдарының

тотығуының аралык өнімі гана емес, сонымен катар көмірсу-

лардың аэробтық ыдырауының да аралык өнімі болып келеді.

Ол үшінн көмірсулардың ыдырауындағы пирожүз-ім кышкылының

ацетил-КоА-га айналуын еске түсірейік.

Сснымен, ацетил-КоА көмірсулар мен майлардың алмасуын байланыстырушытүйін болып келеді. Осы жерде екі алмасу бір-біріне айнала алады, бірігеді. Әрі карай осы ортақ өнім сол екі алмасуга ортак бір циклде сол бір зат алмасуының акыргы өнімдеріне: СО₂ және Н₂О-га ыдырайды.

Майлардың көмірсуларга ай налуы. Бүл процесс кыскы үзак үйкыга түсетін организмдерде болады. Қыста тыныс алу коэффициенті өте төмен - 0,4-0,6. Мүндай тыныс алу коэффи-циеңті майларга тән. Ал бүның езі көмірсулардың түзілуіне жалғыз материал май кышкылдары гана бола алатындыгын дәлел-дейді.

Клетка липазасының ыкпалымен май гидролизденеді.

Глицерин өзінің альдегидіне тотыгып, ал соңгысы фосфор-ланады да, глюкоза және гликогеннің пайда болуының кайнар кезіне айналацы.

Жогары май кышқылдарының β-тотығуынан ацетил-КоА, ал одан пируват және т.б., анаэробиоэга тән, заттар пайда бола-ды. Міне, бүл да майлардың көмірсуларга айнала алатындығының мысалы бола алады.

Көмірсулар мен белоктардың алмасуының әзара

байланыстары

Екі алмасудың байланыстырушы түйін пирожүзім кьшкылы болады. Пируваттан аланин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин және баскалары пайда бола алады.

Бүдан баска, пируваттан кымыздык сірке кышкылы түзіледі, ал одан аспарагин кышкылы күрылады:

Пирожүзім кышкылы трикарбон кышкылының цикліне еніп

о(- кетоглутар кышкылына айналады, ал одан глутамин кыш-

кылы пайда- болады:

Көмірсулармен белоктардың бір-біріне айналымы глюко-кортикокдтармен реттеледі.

Керісінше, белоктардан көмірсулар түзілу імүмкін. Көптеген амин къшкылдарынан организмде пирожүзім кьшкылы түзіле алады, ал пируваттан кемірсуларға өту күрделі емес,

Белоктар мен майлардың алмасуының өзара катыстары

Ацетил-КоА кымыздыксірке кышкылымен конденсацияланып Кребс цикліне түсіп α-кетоглутар кьшкылының түзілуін қамтамасыз етеді, ал соңғысы глютамин кышкылына айналады.

Ацетил-КоА организмде кымыздыксірке және пирожүзім кьшкылдарын үдайы, кең көлемде ендіріп отырады. Екі кышкылдан да амин кышкылдары /аланин, аспарагин, треонин/ түзіле-ді. Керісінше, майлардың белоктардан пайда болуы мүмкін. Амин кышкылдарының ыдырауынан пирожүзім кышкылы пайда бол-са, ал одан тотыға декарбоксильдену аркылы ацетил-КоА түзіледі.

Нуклеин кышкылдарымен баска заттардың алмасуының байланыстары Нуклеин кышкыдарына арналган такырыпта айтып кеткен-дей, амин кышкылдары /аспарагин, глицин, глутамин/ пурин және пиримидин сакиналарын күруға катынасады. Бүның өзі жер бетіндегі тіршіліктің даму тарихында белоктардың түзілуі бірінші /алғашкы/ процесс, ал нуклеин кышкыддарының түзілуі екінші, яғни белоктың ёинтезін кдмтамасыз етуге бейім, процесс екенін көреміз.

Нуклеин кышкыдцарымен көмірсу алмасуларьшың арасында да байланыстар бар.

Пурин және пиримидин нуклеотидтерінің күрамды бөлік-тері - Д-рибоза және Д-оксирибоза - нуклеин кышкыддарының молекуласына көмірсулардың ыдырауы есебінен түседі.

Ал, нуклеин кышкыдцарьиың ыдырауы көмірсулардың түзі-луін әр түрлі көмірсулармен камтамасыз етеді.

Екінші бір катынас, ол нуклеозиддифосфаттар мен нук-леозидтрифосфаттардың түзілуінің көмірсулардың клеткада ыдырау деңгейіне байланыстылығында жатыр. Түзілу үшін АТФ кажет, ал көмірсулардың аэробтык ыдырауы оның бай көзі еке-нін білеміз.

Үшінші дәлел: Нуклеин кьшгкыдцарының клеткадағы тҮзілуі гистон түріндегі белоктармен реттеледі.

Сонымен, тірі организм үздік зат алмасудьщ аркасында өз тіршілігін кдмтамасыз ете алатын, езін-өзі реттеуші үй-лесімді жүйе болып саналады.

Өзіндік бақылау сұрақтары:

1. Көмірсулар, майлар және белоктар алмасуын байланыстыратын аралық өнімдерді атаңыз.

2. Белсенді сірке қышқылы ағзада қандай процестерге жүмсалады?

3. Пирожүзім қышқылы кандай жагдайда түзіледі және неге жүмсалады?

4. Заттар алмасуының соңғы өнімдерін пайдалану жолдары қандай?

Әдебиеттер:

1. Сейтов З. Биологиялық химия. Алматы: Қайнар, 1992

2. А.Ж.Сейтембетова, С.С. Лиходий “Биологиялық химия”

Алматы “Білім “ 1994

3. Қайырханов К.К. Жануарлар биохимиясы Алматы Ана тілі 1993

Дәріс №29,30 Тіршілік процесстерін реттеу. Биохимияның квантомеханикалық аспектілері

Мақсаты:

Негізгі сұрақтары:

1. Тіршілік процесстерінің реттелу деңгейлері

2. Реттеудің метаболиттік деңгейі

3. Реттеудің оперонды деңгейі

4. Реттеудің клеткалы деңгейі

5. Реттеудің организмдік деңгейі

6. Кванттық биохимия міндеттері мен әдістері

Тіршілік процесстерінің реттелу деңгейлері:

1. Клеткалық зат алмасу деңгейі.

2. Метабалиттік зат алмасу деңгейі.

3. Оперондық деңгейі.

4. Организмдік зат алмасу деңгейі.

5. Популяциялық зат алмасу деңгейі түрлерін ажыратады.

Тірі ағза орасан зор мөлшердегі жасушалардан түратын күрделі жүйе болып табылады (адам ағзасы бірнеше жүздеген трлн жасушалардан түрады). Әрбір секундта ағзада жүздеген эртүрлі химиялық реакциялар өтіп жатады. Бүлар дербес әрі тірі ағзаның тіршілік негізін қүрайтын үрдістеріне біріктірілген. Осындай күрделі жүйе анық жэне үйлесімді жүмыс жасай отырып, сыртқы жэне ішкі эсерлердің зат алмасу өзгерістерінің қажетіне дэл сэйкестенеді. Зат алмасудың белсенді реттелу механизмімен қатар тірі ағза алмасу процестерінің реттелуіне ықпал ететін реттеуіш әсерлердің жүзеге асуын жеңілдететін бірқатар қүрылымдық және басқа да ерекшеліктерге ие. Бүдан ең алдымен жасушалардың дифференциалдық жүйесін жатқызуға болады. Бір ағзаның жасушалары қүрылымға, сондай-ақ, бірдей ферменттердің жиынтығына ие жэне олардың сыртқы қабаты барлығына тэн заттарды өткізуге қабілетті. Бүл өз кезегінде ағзаға түскен молекулаларды, олардың өзгерісін жүзеге асыруға мүмкіндігі бар ферменттерге жеткізеді. Зат алмасудың реттелуінің тиімділігіне ықпал ететін факторларга жекелеген химиялық реакциялардың процеске бірігуін жатқызуға болады. Сатылап өтетін процестердің катализаторы бір-біріне жақын орналасқандықтан бір ферметтік реакциялардың өнімі екіншісіне субстрат болып табылады. Реттелу процесі күрделі, сөзсіз. Ол жасушаның гендік аппаратының бақылауында болады. Геннің еселенген реттелу механизмі цитоплазмадағы, ядродағы, сыртқы ортадағы барлық жасушалық метаболизмнің өзара эсерлесуін қамтамасыз етеді. Жасушадағы қандай да болмасын өнімнің концентрациясы жоғарылағанда кері байланыстың есебінен ары қарайғы синтезі тежеледі. Концентрация төмендегенде қайтадан процесс жанданады. Жасушада АТФ мөлшері өзгеруімен байланысты мысалды қарастырсақ, АТФ концентрациясы жасушада белгілі бір деңгейде үсталып түрады, оның төмендеуі глюкозаны ыдырататын ферменттерге белгі береді. Ферменттің қүрылымы өзгереді, активтеледі, глюкоза қарқынды ыдырай бастайды да АТФ синтезделеді. Жасуша АТФ-ті қарқынды қолданғанда, оның синтезі жүзеге аса береді. Ал жасушалық процестердің белсенділігі төмендегенде АТФ-тің концентрациясы қалшыпты деңгейге жетеді. Глюкозаны ыдырататын ферменттердің эрекеті тежеледі. Жасуша өзінің қалыптылығын жэне түрақтылығын ядро жэне цитоплазма арасындағы динамикалық тепе-теңдік есебінен үстап түрады. Тірі клетканың бүл қасиеті гомеостаз деп аталады. Жасушаның гомеостатикалық механизмі әр түрлі. Оған жасушаның буферлік жүйесін, яғни ортаның рН түрақтылығын сақтауда, зат синтезінің процестерінің оперондық реттелуі, жасушадағы затконцентрациясының өзгеруі жатады. Жасушалық деңгейде өзіндік реттелу жэне тірі жүйенің оптимальды жүмысы жасайды.

Ағзадағы зат алмасуды реттеуі негізгі үстанымы-таңдамалы. Ол ағзаның қажетіне сәйкес келуі жекелеген химиялық реакциялардың, поцестердің жылдамдығының өзгеруі. Бүл жүйелер субстраттың жеткіліктілігін (эрекетттесетін заттардың концентрациясын) ферменттердің активтілігін, ферметтердің мөлшерін, сондай-ақ кофакторды жеткіліктілігін өзгерте отырып химялық реакциялардың жылдамдығын реттейді. Жалпы субстраттар жэне кофакторлар жеткіліктілігі, фермент активтілігінің өзгеруі жедел реттелу механизміне жатқызамыз. Ол өзінің эсерін санаулы минут немесе секунд ішінде көрсетеді.Фермент мөлшерінің өзгеру механизмінде өзінің реттеуші эсерін салыстырмалы түрде баяу көрсетеді. Оған бірнеше сағат немесе күн қажет.

Субстраттың жеткіліктілігі (эрекеттесетін заттардың концентрациясы) - субстраттың концентрациясы реакция жылдамдығына тікелей немесе ферменттің активтілігіне эсерн ету жлымен көрінеді. Субстрат концентрациясының кмуі реакция жылдамдығының төмендеуіне экеледі. Фермент субстратпен қаныққан кезде реттеуші эсері тек қана фермент активтілігінің эсері арқылы көрінеді. Субстрат концентрациясының төмендеуі кезінде, яғни фермент субстратпен қанықпаушылығы болғанда ол реакция жылдамдығына эсер етеді. Осындай ретпен химялық реакция жылдамдығына субстрат концентрациясы да әсер етеді, бірақ қарама-қарсы бағытта. Субстрат концентрациясының реттелуі оның жасушаға енуі кезінде жүзеге асырылады. Жасуша қабатының өткізгіштігін реттеуші ретінде гормондарды келтіруге болады. Мысалы, инсулин баурдағы синтезінің жылдамдығына эсер етеді. Инсулин бауыр жасушасы қабатын глюкоза үшін өтімді етуге ықпал етеді. Осы арқылы глюкозаның жасушаға ену жылдадығын күшейтеді де, гликогеннің неғүрлым қарқынды синтезделуіне алғышарт жасайды. Қалыпты жағдайдағы тіршілік үшін ферменттер өз активтілігін толық көрсете бермейді. Бүл реакция үшін қажетті субстрат мөлшері жеткіліксіз болуы шарт. Осыны ескере отырып, практикада тотықсыздану кезінде аэробты тотығу жылдамдығына эсер ету үшін ағзаға қосымша Кребс циклінің аралық өнімдерін - лимон қышқылын, янтарь қышқылын немесе алма қышқылын енгізеді. Бүкіл ағзаның жэне жекелеген жасушалардың ішкі ортасының салыстырмалы күрам түрақтылығына субстрат қорының өзгеруі химиялық реакциялардың жылдамдығын кең диапазонда реттеу мүмкін еместігін байқауға болады. Сондықтан метаболиттік реттелу деңгейі жоғары сатыдағы сүтқоректілерде негізгі механизм ретінде бола алмайды. Фермент активтілігінің реттелуіне эсер еттетін фактордың бірі - реакция өнімініңконцентрациясы. Оның концентрациясының жоғары болуы көп жағдайда реттеуші фермент қызметін баяулатады. Бүл өнімнің тікелей ферментке эсер етуінен немесе ортаның рН-ын өзгертуінен болады. Мысалы, гликолиз жылдамдығына осы процестің өнімі сүт қышқылы эсер етеді. Мүндай әсердің бағытының өзгерісі өнімнің қорға жинақталуының алдын алу және ішкі ортадағы шүғылөзгерістердің нәтижесі болады. Реакция өнімі ферменттің реттелуіне белсенді әсер көрсетеді немесе өзініңтүзілуін жеделдете отырып, катализатор рөлін атқарады. Мысалы, трипсиноген эндерокиназа әсерімен өзінің активті формасы трипсинге айналады. Түзілген трипсин трипсиногенге айналуына ықпал етеді. Мүндай реттелу механизмі альдокатализ деп аталады. Бүл субстраттың өнімге толық айналуын жүзеге асыру қажет болған жерде жүзеге асады. Фермент активтілігінің өзгеруі гормондық зат алмасуға әсер етуіндегі басты механизмдердің бірі болып табылады. Мысалы, адреналин бауырдағы гликогеннің ыдырауына ықпал етеді, май қорынан липидтердің мобилизациялануына эсер етеді. Бүл оларға сэйкес ферменттердің активтілігіне эсер етуіне байланысты. Ферменттердің активтілігі, сондай-ақ бәсекелес тежелу, бэсекелес емес тежелу жэне аллостерлі реттелу де мүмкін болады.

Бәсекелес тежелу мысалына лимон қышқылының, янтарь қышқылының дегидрогиназасының активті орталығымен байланысып, оның тотығуын бүзады да, Кребс циклінің өзгерісін баяулатуды мысалға келтіруге болады.

Бәсекелес емес тежелуге мысалы, қымыздық сірке қышқылының концентрациясының жоғарылауы, янтарь қышқылының

дегидрогиназасының активтілігін бэсеңдетеді. Нэтижесінде процесс баяулайды.

Аллостерлі реттелуде ферменттер қандай да ібр аллостерлі эффектормен байланысады. Ол оның кеңістіктік конфигурациясын өзгертеді. Бүл ферменттің субстратпен байланысу қабілетіне әсер етеді.

Фермент мөлшерінің өзгеруі - бүл салыстырмалы түрде реттеудің баяу механизмі. Кез келген фермент мөлшері оның синтезі немесе ыдырауы кезінде реттеледі. Фермент синтезінің жылдамдығының жоғарылауы индукция жэне оның баяулауы, репрессия ДНҚ және РНҚ жасушасының гендік аппараты деңгейінде реттелу келесі жағдайларға әкеледі:

1. Фермент мөлшері үлғаюына немесе азаюына;

2. Жасушадағы фермент типтері қатынасының өзгеруіне;

3. Жасушадағы изофермент үлесінің салыстырмалы өзгерісі;

4. Бір затты эр түрлі катализдеуінен байқалады.

Гендік активтілікке реттеуші әсерді гормондар, субстрат жэне метаболизм өнімдерінің жоғары концентрациясы көрсетеді.

Кофактордың жеткіліктілігі - зат алмасудың реттелуінің мүндай механизмі жедел жүзеге асады. Кофактордың жеткілікті болуы өзгерту арқылы көпшілік жағдайда зат алмасуды жүйке жүйесінің жедел эсері жүзеге асады. Мысалы, бүлшықет талшықтарына импульстің берілуі Са иондарын босатады. Оның қатысында АТФ-аза АТФ-ті ыдыратады. АТФ-тің ыдырауы өз кезегінде эндокриндердің босауына, бүлшықеттің жиырылуына әкеледі.

Реттелудің организмдік деңгейі негізінен жүйке және эндокриндік механизмімен жүзеге асырылады. Жүйке жүйесі сыртқы ортаның жағдайына қарай өзгеретін ағзаның тіршілік процестерін басқарады. Сезімтал жүйк еталшықтарының тітіркенуі кезінде пайда болған жүйке импульстары орталық жүйке аппаратына келіп түседі де, оған жауап ретіде белгілі бір химиялық процестердің жылдамдығын өзгертуін қамтитын бағдарлама жасалады. Бүл бағдарлама жүйке медиатрларымен жэне гормондармен жүзеге асырылады. Белгілі бір медиатрлар жэне гормондар сэйкес жасушалық рецепторға эсер етеді. Соның нэтижесінде фермент активтілігі немесе олардың синтезделу жылдамдығының өзгеруі мүмкін. Кейбір гормондар мен медиатрлар жасушаның мембрана рецепторларымен байланысып, нэтижесінде олардың белгілі бір заттарды өткізу қабілетін өзгертеді. Стероидтық гормондар ерекше механизмдерге ие. Олар жасушаға ене отырып, ондағы арнайы рецепторлармен байланысады, ядроға келіп түседі. Мүнда и-РНҚ-ның түзілу процесіне ықпал етеді. Сол арқылы фермент, белгілі бір белоктардың қүрылымы туралы мэліметтер беріледі. Эндокриндік жүйенің эрекеті жүйке жүйесінің бақылауында болады. Нерв жүйесі ішкі секреция бездерінің жүмысын реттейді. Бүл реттелу тікелей жүйке талшықтарының үштары арқылы немесе гипоталамус жасушаларымен синтезделетін полипептидтік нейрогормондар көмегімен жүзеге асырылады. Бүл реттеуіштер гипоталамус гормондарының бөлінуіне эсер етеді.

Адам ағзасында 50 түрлі эр түрлі гормондар бөлінеді. Олардың эсер ету механизмі де көпшілікке белгілі. Мысалы, адреналин, инсулин -фермент ингибиторлық эсері, ал кейбіреуі белок синтезі кезінде репрессор жэне индуктор ретінде болады. Ал 3-і эр түрлі белоктарды ңсинтезделу жылдамдығына эсер етеді. Сол сияқты кейбір гормондар инсулин, тироксин,т.б. жасуша мембраналарының қүрылымына эсер ете отырып, оның өткізгіштігіне әсер етеді.

Өзіндік бақылау сұрақтары:

Әдебиеттер:

1. Сейтов З. Биологиялық химия. Алматы: Қайнар, 1992

2. А.Ж.Сейтембетова, С.С. Лиходий “Биологиялық химия”

Алматы “Білім “ 1994

3. Қайырханов К.К. Жануарлар биохимиясы Алматы Ана тілі 1993