24 Температураның және рн-тың ферментативтік реакцияға әсері

Фермент активтілігіне температура әсері

Тірі организмде ферменттер 30-40С жағдайда ерекшк активті болып келеді,бұл температура деңгейінен төмен немесе жоғары кезде фермент активтілігі бәсеңдейді.

Орта температурасының көтерілуі молекулалар қозғалысын тездететіні белгілі және бұд жағдай химиялық реакцияның жылдамдығын арттырады.Вант-Гофф ережесіне сәйкес ,температураны 10С шамасында көтеру реакция жылдамдығын 2-3 есе арттырады.Ферменттердің өзі белок болғандықтан ,олар өте жоғары температурада бұзылып ,өздерінің катализдік қасиеттерінен айырылып қалуы мүмкін .

Сондықтан Вант-Гофф ережесін ферменттік реакциялар үшін белгілі деңгейде ғана қолдануға болады.

Температура 50С шамасынан артқан кезде ферменттер активтілігінің төмендеуі байқалады ,бірақ бұл жағдай жылу әсерінің ұзақтығына және фермент табиғатына байланысты болады.Мысалы,аденилатциклаза қысқа уақыт 100С дейін қыздырғанда активтілігін жоғалтпайды .Орта температурасы төмендеген кезде кейбір жануарлардың қыстық ұйқыға кететіні белгілі.Мұндай ұзақ ұйқы кезінде жануарларда ферменттік реакциялардың жылдамдығы төмендейді де,қоректік заттар аз шығын болады және клеткалардың активтілігі төмендейді.

Әр ферменттің термиялық тұрақтылығы микроортадағы оның факторлары және құрлымымен байланысты. Кейбір факторлерден оның термиялық тұрақтылығына қабілетті ферменттің ішкі құрлымы, тұзды мостиктер қатарын, сутегі және дисульфидті байланыстар, лигандар (простетикалық топтар және металдар ионы), гидрофобты өзара әсерлер жүйелі аминоқышқылдарды қосады. Термотұрақтылыққа маңызды әсер етуі мүмкін микро ортадағы факторлар – бұл бос және сумен байланысты, рН және тұз қосындыларының айтарлықтай мөлшері.

Бір шетінен температуралық қисық денатурация кезінен көрі кинетикалық параметрлер кезінде болатын, белсенділіктің төмендеуі болып саналады. Ол төмен температура кезінде реагент молекуласының төмен кинетикалық энергиясы ферменттердің негізгі комплекстерінің құрылуы үшін қажет «эффективті қақтығыс» және мобильдіктің төмендеуіне әкеліп соғады.

Егер температураны аяғында көтеретін болса төмен температура кезінде белсенділіктің төмендеуі қайтымды болады. Бір жағынан жоғары температуралы денатурация денатурация дәрежесіне байланысты қайтымды және қайтымсыз болуы мүмкін.

Жоғарыда көрсетілген ферменттерге термиялық әсер принцпі тамақ өнімдерінің сапасын төмендетпеу үшін тамақ өндірісінде ферменттерді инактивациялауда көрсетіледі. Жоғарытемпературалы өңдеу үшін қолданылатын температура тамақ өнімдерінің түрінен инакивирленген термотұрақты ферентерге тәуелді. Сонымен пастеризация кезінде 60 және 85^оС арасындағы температура

қолданылады, ол ферменттерді ғана емес ластану микрофлорында инактивирлейді.

Мысалы, 30 минут ішінде сүтті пастеризациялау кезінде сүт тің сілтілі фосфатазасын инактивирлеп және Coxiella burnetti жояды. Швейцарлық үлгідегі ірімшік өндірісінде қоюлатылған сүттегі химозин қалдығы 6,5Рн кезінде және 53-64^оС температура кезінде инактивирленеді. Дәл солай, трескидің бұлшық ет ұлпаларында 50^оС температурада 10 минуттың ішінде толықтай каталазды инакивирлейді, сонда фермент ретінде Pseudomonas u Micrococcus түрлері сәйкесінше 93және 73^оС температурада инактивирленеді.

Басқа зерттеулерде балықта, протеазда, Тынық мұхиттық хеканың ет құрлымында, (Merluccius productus) 10 минуттың ішінде 70^оС дейін жылдам қыздырып толықтай инактивирленді. Томаттардың пекат гидролизі көкеністер мен тұқымдық өнімдерінің тұтқырлығын жұмсартып және төмендететін екі эндоферменттерден тұрады.

Томат шырынын өндіру кезінде «суықтай өңдеу» бойы, пектиннің ферментативті қасиетін төмендете отырып 60^оС төмен температурада жемісі езіледі. Сонымен қатар шырынның консистенциясына басты әсер ететін көптеген шел талшықтары өңделеді. Бірақ, петолитетік ферменттер 80^оС температураға дейін жылдам қыздыру жолымен «ыстық өңдеу» бойы инактивирленеді, сондықтан шырын консистенциясы басынан интакті пектин болып анықталады.

Бірақ бұл температуралар жалпы ферменттік инактивацияда индекс ретінде қолданылатын жылуға тұрақты фермент пераксидаз үшін жарамайды.

Мұндай ферменттер бланширлеу әдісімен инактивирленеді, келесі өңдеуге дейін тамақ өнімдерінде айтарлықтай өзгеріс болмайтын дәрежеге дейін ферменттік белсенділікті төмендетудегі басты мақсат. Бланширлеу әдісі 70 тен 105^оС температураға дейін немесе одан жоғары темпреатурада жүзеге асады.

Бірақ, температураның төмендеуімен белсенділіктің жылдамдығының төмендеуіне қатысты бұл жалпы қортындылауда ерекшелік бар. Bengtsson және Bosund-та көрсетілгендей мұздатылған бұршақтағы липазалар үшін -5^оС дан -20^оС ға дейін температураны төмендету кезінде бес есе белсенділіктің төмендеуі жүрді, бірақ -26^оС кезінде төмендету тоқтатылды. Сонымен қатар, кейбір ферменттер (гидролаза) 0^отан -10^оС дейін температуаны төмендеткен кезде белсенділік төмендетуді көрсеткенмен, басқа да фрменттер (кейбір оксидоредуктазы) белсенділенеді. Келесі -10^оС дан төмен температурада төмендету әрдайым белсенділіктің төмендеуіне әкеледі.

Төмен температура кезіндегі ферментті инактивация механизмдерін түсіндіру үшін бірнеше гпотез/теориясы ұсынылған.Tappet көптеген қарапайым ертінділер, тұздың буферлі ертіндісі , қанттар және басқада көміртектер жоғары концентрация кезіндегі әсерлі ингибиторлар болып табылады.

Бұл технологтар тамақ өнімдерінің алғашқы сапасының өзгеруінде мынандай шектеулер қояды, денсаулыққа қауіп факторлары, химиялық өңдеумен байланысты және тұтынушылардың қалауы бойынша қандайда бір тамақ өнімдерін өңделмеген немесе табиғи түрде қалауы. Сондықтан жаңа және потенциалды өмірге қабілетті әдістер, герметизация, ферменттерді қолдану (өлтіргіш ферменттер), ионды сәулелену, ферменттердің химиялық модефикациясы сияқты және ақуыздың басқа да табиғи ингибиторлары осы проблемены шешуге енгізілді.

Ферменттер – бұл өз табиғатында функция мен биокатолизаторлар ретінде барлық негізгі биокатализаторлар мен ақуыздар, көміртектер, липидтер және нуклейнді қышқылдар сонымен қатар аминоқышқылы, қант және витаминдер сияқты кіші молекулалар мен белсенді өзара қатынасқа түсетін спецификалық қасиетке ие ақуыз.

Фермент әрекетіне орта рН шамасының әсері

Орта реакцияның өзгеруіне ферменттердің сезімталдығы маңызды қасиеті болып табылады .рН шамасына байланысты ферменттердің активтігі бірден-ақ өзгереді.Әр түрлі ферменттердің әрекеті үшін рН көрсеткішінің щамасы әр түрлі болады. Мұздату бөлімі өте динамикалы және рН – қа, ионды күшке, коллигативтіқасиетке, жоғарғы және фазааралық тартылысқа және қышқылды қайтақұру потенциалына елеулі өзгеріс енгізеді.макромолекулалар сонымен қатар ферментативті және басқада әрекеттер үшін дұрыс мүмкіндікті қамтамасыз ете отырып, жоғары концентрацияның қортындысында бір-біріне күшпен тартылады.

Бірақ, бар аралас тамақ жүйесінде, ингибитор құрайтын, субстрат жоғары концентрациясын ингибирлеу әсері, тездету әсеріне қарағанда тезірек болады. Сонымен қатар, аз жылдамдықпен болсада, субстраттың өзара жалғасуы үшін алынған ферментке әр уақытта жеткілікті сұйықтық болғандықтан квазимұздату жағдайы секілді, мұздатуды да қарауға болады.

Ферменттік белсенділік мұздату кезіндегі секілді еріту кезіндеде ақырындайды, бірақ ол мұздату жағыдайында күштілеу. Белсенділікті төмендету дәрежесі мұздату жылдамдығына да және төмен температураның өзіне де байланысты. Мысалы, инвертаздың төмен белсенділігі өте төмен температура 60^оС- ға дейін төмен жылдамдықта мұздату жолымен жетсе, тездетіп мұздату 40^оС кезінде төмен белсенділік берді.

Бірақ, температураның төмендеуімен белсенділіктің жылдамдығының төмендеуіне қатысты бұл жалпы қортындылауда ерекшелік бар. Bengtsson және Bosund-та көрсетілгендей мұздатылған бұршақтағы липазалар үшін -5^оС дан -20^оС ға дейін температураны төмендету кезінде бес есе белсенділіктің төмендеуі жүрді, бірақ -26^оС кезінде төмендету тоқтатылды. Сонымен қатар, кейбір ферменттер (гидролаза) 0^отан -10^оС дейін температуаны төмендеткен кезде белсенділік төмендетуді көрсеткенмен, басқа да фрменттер (кейбір оксидоредуктазы) белсенділенеді. Келесі -10^оС дан төмен температурада төмендету әрдайым белсенділіктің төмендеуіне әкеледі.

Төмен температура кезіндегі ферментті инактивация механизмдерін түсіндіру үшін бірнеше гпотез/теориясы ұсынылған.Tappet көптеген қарапайым ертінділер, тұздың буферлі ертіндісі , қанттар және басқада көміртектер жоғары концентрация кезіндегі әсерлі ингибиторлар болып табылады.

Сонымен, квазизмұздатылған жағдайда сұйықтығы бар концентрациясы жоғарылатылған ерітілген заттар субстарт сапасы мен ингибирлеу қортындысын жақсартады.

Fennema рН –ғы мұздатудың өзгеру қортындысын түсіндірді. Оның теориясындағыдай буферлі концентрациядағы өзгеріс және оның құрамы да рН тағы өзгеру себебі болар еді. Мұның қортындысында, судағыға қарағанда, мұздағы ион сутегісінің жылжуының өсуінен қышқылдық жоғарлайды.

Мысалы, фосфаттың буферлі ертіндісінің рН-ы мұздатудан кейін көптеген ферменттерді біржола инактивирлейтіндей 7 ден 3,5ке өзгереді. рН тағы сияқты ионды күштердің өзгеруі дегидрогеназа сияқты олигомерлі ақуыздардың қайта байланысуын және бірліктерін ыдырауына әкеліп соқтырады. Мұздату кезінде ферменттік инактивацияға әсер ететін басқа факторлар басқа ферменттердің ықпалына қажет сульфгидрильді топтардың бұзылуына әкеліп соғады.

Әдетте ферменттерді катализденетін реакция типі бойынша субстрат атауына аза-суффиксін қосып атайды (мысалы, лактаза — лактозаға айналуына қатысатын фермент). Яғни бір функцияны орындайтын әр түрлі ферменттердің бір атауы болады. Мұндай ферменттер рН оптималдығы (сілтілі фосфатаза) немесе клеткадағы локализация (мембранды АТФаза) сияқты қасиеттерімен бөлінеді.