Reja: Fermentlar (biologik katalizatorlar) tabiiy nanoobyektlar sifatida

|
Reja: Fermentlar (biologik katalizatorlar) tabiiy nanoobyektlar sifatida
|
bet | 1/2 | Sana | 11.12.2023 | Hajmi | 19,29 Kb. | | #115825 |
Bog'liq Mavzu
Mavzu: Fermentlar - tabiiy bioob’ektlar sifatida. Fermentlarning biologik roli
Reja:
1. Fermentlar (biologik katalizatorlar) tabiiy nanoobyektlar sifatida,
2. Fermentlami ishlatilishi
. 3. M ikroorganizmlar - fermentlar saqlovchi bioreaktorlar sifatida.
4. Biologik issiqlik ishlab chiqarishda – bioreaktorlar.
1. Fermentlar (biologik katalizatorlar) tabiiy nanoobyektlar sifatida
Ferm entlam i biologik roli. Tirik hujayrada sintez va parchalanish reaksiyalari oddiy haroratda va normal bosimda o'tadi. Ammo bunday sharoitda reaksiya juda sekin boradi. Hujayra o ‘zining hayot faoliyatini ta’minlash uchun, bundan ko‘ra yuqoriroq tezlikda o‘tadigan biokimyoviy reaksiyalarni talab qiladi. Tabiat qanday qilib, tirik hujayralarda sodir boMadigan kimyoviy (biokimyoviy) reaksiyalarni tezlashtirish muammosini hal qilgan? Bunday reaksiyalarni tezligi, tirik sistemalarda fermentlar deb nom olgan tabiiy katalizatorlar paydo boMganidan keyin keskin oshib ketgan. Fermentlar biokimyoviy reaksiyalarni o'tishini million, hatto milliard martaga oshirib yubora oladi. Masalan, katalaza fermentining 1 ta molekulasi, 1 sekundda hujayralar uchun o ‘ta xavfli bo‘lgan vodorod peroksidini 10 000 ta molekulasini parchalash imkoniyatiga ega. Fermentlami molekulalari moddalar almashinuvining barcha jarayonlarini amalga oshirishda va genetik axborotni realizatsiyasida ishtirok etadi. Ovqat hazm bo‘lishi(oqsil moddalari, nuklein kislotalar, yog‘lar, uglevodlar va boshqa moddalarni), barcha organizmlami hujayralaridagi sintezi va parchalanishi fermentlami ishtirokisiz amalga oshishi mumkin emas. Tirik organizmlami har qanday funksiyasini namoyon boMishi - nafas olish, mushaklarni qisqarishi, ko'payish va boshqa jarayonlar fermentlar ishtirokida amalga oshadi. 176 M a’lum funksiyani bajaruvchi hujayralarni o ‘ziga xos bo‘lgan xususiyati, asosan, shu hujayradagi fermentlar to‘plamining faoliyati bilan belgilanadi. Tirik organizmlarda 2000 dan ko‘proq fermentlar borligi aniqlangan. Birorta fermentni yetishmasligi yoki butunlay boMmasligi organizm uchun katta zarar keltiradi. Fermentlami molekulalari hujayrani sitoplazmasida boMsada, ulami asosiy qismi m a’lum hujayra organoidlari bilan bogMangan boMib, aynan mana shu organoidlarda o ‘z ta’sirini ko‘rsatadi. Masalan, yadroda DNK sintezi (replikatsiyasi) uchun javob beradigan fermentlar (DNK - polimeraza) uchraydi. Mitoxondriyada energiya to‘planishiga javobgar fermentlar to‘planadi. Fermentlami strukturasi. Fermentlami molekular og‘irligi 10000 dan 1 mln daltongacha. Ular bir yoki bir necha subbirliklardan tashkil topishiari yoki murakkab oqsillar sifatidagi ko'rinishga ega boMishlari mumkin. Murakkab oqsilli strukturaga ega boMgan fermentlami inolekulalarida oqsil molekulasidan tashqari kofermentlar (ularni apofermentlar yoki oqsil komponentlari deb ham yuritiladi, ularga metall ionlari, nukleotidlar, vitaminlar va boshqa past molekulali birikmalarni kiritish mumkin) ham saqlanadi. Apoferment (oqsil komponent) va koferment alohida boMganlarida fermentativ faollikka ega boMmaydi. Ular bir-birlariga bogManganlaridan keyingina fermentlik xususiyatini oladi. Har xil fermentlami molekulalari ferment komplekslarini shakllantirishlari mumkin. Masalan, bunday komplekslar hujayra membranalariga, hujayra organoidlariga kirib olib, moddalarni transportida ishtirok etadi. Biokimyoviy reaksiya jarayonida o‘zgarishi lozim boMgan modda (substrat), fermentni m a’lum qismi bilan bogManadi. Substrat bogMauadigan qismni - faol inarkaz deb ataladi. Fermentni faol markazi nimadan hosil boMadi? Fermentlami faol markazi koferment va aminokislotalarni yon zanjirlaridan shakllanadi. Aminokislotalarni yon zanjirlari polipeptid zanjirida birbirlaridan uzoqda joylashishilari mumkin (95-rasm). Oqsil molekulasi (apoferment) ipsimon ko'rinishda, qizil rangda aks ettirilgan. Faol markaz shakllantiruvchi aminokislotalarni yon zanjirlari harflar va raqamlar bilan belgilangan. Oqsil molekulasida (ferment molekulasida) polipeptid zanjimi murakkab joylanishi, aminokislotalarni bir necha yon zanjirlarini birbirlaridan m a’lum darajada uzoqlikda va faqat m a’lum joyda joylanishini ta’minlaydi. M ana shu qat’iylik tufayli, fermentni faol markazi shakllanadi. 177 95-rasm. Fermentni faol markazini uchlamchi modeli. Fermentni biokimyoviy reaksiyalarda ishtirok etish mexanizmlari. Ko‘pchilik fermentlar yuqori darajada spetsifikligi (tanlab ta’sir ko‘rsatishi) bilan ajralib turadi: Har bir substratni reaksiya mahsulotiga aylanishi maxsus ferment ishtirokida amalga oshadi. Ferment molekulasi substrat bilan kompleks hosil qilib o ‘z ta’sirini ko‘rsatadi (fennent-substrat kompleksi): E+S ♦----- “ [ E S ] ^ = ,E+P1+P2+P3 Bu yerda, E - ferment; S - substrat; [ES] - ferment-substrat kompleksi; P( P2 va P3 lar reaksiya mahsulotlari. Bunday kompleksda fermentni faol markazi bilan substrat orasida ko‘p nuqtali kontakt amalga oshadi (96-rasm). Bu kontakt natijasida substrat o‘zini konfiguratsiyasini o ‘zgartiradi va kimyoviy bog'lar yumshaydi. Shuning hisobidan reaksiya, dastlab energiya kam sarflaydi va yuqori tezlikda o‘tadi. Reaksiya tugagandan keyin, ferment-substrat kompleksi parchalanadi va reaksiya mahsuloti (mahsulotlari) hamda erkin ferment molekulasi hosil boMadi. Mana shu jarayondan bo‘shagan fermentni faol markazi, qaytadan yangi substrat molekulasini bogMab olishga tayyor boMadi. 178 s iMSiM i - Substrat molekulasi E Ferment molekulasi ES Ferment-substrat kompleksi Fermentni o‘zgarmagan molekulasi Reaksiya mahsulotlari 96-rasm. Fermentlami ta 'sir mexanizmining chizmasi. Mikroorganizmlar sintez qiladigan fermentlam i o‘ziga xos boMgan tomonlari bormi? Mikroorganizmlarni fermentlari o‘zlarining strukturalari, xossalari va funksiyalari bo‘yicha boshqa tirik organizmlami fermentlaridan farq qilmaydi. Ammo ba’zi bir bakteriyalarni fermentlari doimiy ravishda sintez boMadi, ba’zilari esa, faqat muhitda ular ta’sir qiladigan substratlar yoki ularni analoglari boMgandagina sintezlanadi xolos. Doimiy ravishda sintez boMadigan fermentlami konstitutiv (masalan, glikoliz fermentlari), keyingilarini esa, adaptiv (indutsibel) fermentlar deb ataladi. Konstitutiv fermentlar hujayrada har doim boMadi, ularni sintezi doimiy tezlikda amalga oshadi. Bunday fermentlar mikroorganizmlar fermentlari orasida kamchilikni tashkil qiladi. Bakterial hujayralami ko'pchilik fermentlari - adaptiv (indutsibel) fermentlar hisoblanadi. Ular hujayrada ba’zi bir moddalar (induktorlarni) ta’sirida sintez boMadi. Bu vazifani ko‘proq substrat bajaradi. Bunday moddalar boMmaganida ferment sintezini nazorat qiluvchi genlar bloklangan (qulflangan) boMadi, ferment esa, juda kam miqdorda sintez boMadi. Shunday qilib, mikroorganizmlarni ozuqa muhitini, tarkibini o‘zgartirish orqali ularni ferment sintez qilishini boshqarish mumkin. 179 2. Ferm entlam i ishlatilishi. Ferm entlam i nanostrukturalar va nanotexnologiyaga munosabati Bakteriyalar sintez qiladigan fermentlami molekulalari o‘zlarini oMchamlari bo‘yicha tabiiy nanoobyektlar hisoblanadi. Ular o‘z navbatida boshqa nanoobyektlar - substrat molekulalari ishtirokida biokimyoviy reaksiyalami katalizlaydi. Bu reaksiyalar nafaqat tirik sistemalarda, balki ulardan tashqarida ham amalga oshaveradi. Fermentlar tirik organizmlarda ulaming hayotiy funksiyalarini ta’minlab turadi. Fermentlar kataliz qiladigan reaksiyalar nanotexnologik siklni ta’minlab tursalar, organizmdan tashqarida - sun’iy nanomateriallar va nanokonstruksiyalar olishni ta’minlay oladi. Fermentlami muhim xossalari, ularni hujayradan tashqarida ham samaradorligini va spetsifikligini yo‘qotmasligidir. Buning ustiga kimyoviy katalizatorlardan farqli o‘laroq, fermentlar toksinlik xususiyatiga ega emas, ular oddiy sharoitda faoliyat ko‘rsatadi, yengil topiladigan mahsulotlar, shu jumladan chiqindilarni ham parchalay oladi. Shuning uchun ham ular, sanoatda iqtisodiy va ekologiya nuqtayi nazaridan ju d a katta qiziqish uyg‘otadi. Fermentlar to‘qimachilik, teri oshlash, sellu lo za- qog‘oz, oziq-ovqat va kimyo sanoatida, qishloq xo‘jaligida, tibbiyotda va boshqa sohalarda tobora keng ishlatilib kelinmoqda. Ulardan antropogen organik chiqindilami parchalash (zararsizlantirish) maqsadida ham keng foydalaniladi. Ishlab chiqarish hajmi bo‘yicha fermentlar aminokislotalar va antibiotiklardan keyin 3-o‘rinda turadi. Fermentlar tibbiyot amaliyotida tobora keng ishlatilib kelinmoqda. Masalan, oqsil parchalovchi fermentlar oshqozon-ichak yo‘li, jigar va oshqozon osti bezi kasalliklarini davolashda va ulami oldini olishda keng ishlatiladi. Keyingi yillarda, bu fermentlardan rak kasalliklarini davolashda hamda qon tomirlarida hosil bo'ladigan tromblarni eritishda ham samarali foydalanilmoqda. Fermentlar yordamida ko‘plab dorivor preparatlar, shu jumladan murakkab kimyoviy birikmalar ham olinmoqda. Fermentlar oqsillarni, nuklein kislotalarni va polisaxaridlami nafis strukturalarini o‘rganishda hamda gen injeneriyasi bo'yicha tadqiqotlar olib borishda tengi yo‘q manbadir. 3. M ikroorganizm lar — fermentlar saqlovchi bioreaktorlar sifatida Har qanday organizm fermentlar saqlaydi. Ammo ulami ajratib olish uchun, faqat fermentlaming umumiy miqdori 1% dan kam 180 boMmagan organizmlardan foydalaniladi. Fermentlami sanoat sharoitida ishlab chiqarish uchun faqat ba’zi bir o'sim liklar (boshoqli va dukkakli o ‘simliklarni unib chiqqan urugMari, hujayra sharbati, bir qator o ‘simliklarni yashil massasi) hamda hayvonlarni alohida to‘qimalari va organlaridan (oshqozon osti bezi, oshqozon-ichak yo‘lining shilimshiq qobig‘i, kichik yoshli hayvonlarni shirdoni, masalan, qo‘zichalami, jinsiy yetilgan hayvonlarni tuxumlari) foydalaniladi. Ammo fermentlarga eng boy boMgan organizm, bu mikroorganizmlar hisoblanadi. Gen injeneriyasi va seleksiya usullari yordamida mikroorganizmlarning (bakteriyalarni) biologik jarayonlarni kuchaytirish sohasidagi tabiiy xususiyatlarini tezlashtirish mumkin. Ularni faolligini 100, hattoki undan ham ko‘proq marotabaga oshirish mumkin. Shuning uchun ham mikroorganizmlar - fermentlami chegaralanmagan manbayi hisoblanadi. Tirik mikroorganizmlar fermentlar yoki hujayra ekstraktlari ishtirokida biokimyoviy reaksiyalarni (jarayonlarni) olib boradigan ustqurma - bioreaktor deb ataladi, Alohida mikroorganizmlar, zamburugMar yoki o‘simliklar ham bioreaktor yoki o ‘ziga xos boMgan «biologik fabrikalar» sifatida qaralishi mumkin (97-rasm). 97-rasm. Maxsus ozuqa muhitlarida o'suvc hi va fermentlar ishlab chiqaruvchi bakteriyalar (mustaqil bioreaktorlar sifatida qaraluvchi) ko ‘rinishi. Ko‘p hollarda «bioreaktor» atamasi mikroorganizm o'stiriladigan idishlarga nisbatan ishlatiladi (98-rasm). 181 Bunday bioreaktorlar katta miqdorda tirik hujayra yoki har xil reagentlar va fermentlar aralashmasini saqlashi mumkin. Ko‘pchilik biokatalitik jarayonlar suvli sharoitda o‘tadi. Organik erituvchilar qo'shilganda, ko'pchilik fermentlar o‘z faoliyatini o ‘zgartiradi (hatto yo‘qotadi ham). 9 8-ras tit Tajriba (chapda) va sanoat (o ‘ngda) bioreaktorlar i. Suvda erimaydigan organik moddalarni fermentlar yordamida o‘zgartirish usulini topish mumkinmi? Bu muammoni yechish uchun qator tajribalar o ‘tkazilgan. Agar eritma to‘liq suvsizlantirilsa, muhitda faqat organik erituvchi qolgan sharoitlarda ham fermentlami xususiyatlari va strukturasi saqlanib qolishi mumkin ekanligi tasdiqlangan. Shundan keyin, maxsus mikroorganizmlar «konstruksiya» qilingan. Gen injenerligi usuli yordamida mikroorganizmlarga organik muhitda ham ferment sintez qilish xususiyati berilgan. Bunday mikroorganizmlar, organik zaharli muhit tarkibidagi suvda erimaydigan organik moddalarni zaharsizlantirish (parchalash) uchun keng ishlatilmoqda.
|
| |