Азық-тулік –Өнімдерінің биохимиясы

Тканьдерде майлардың биохимиялық өзгеруі липаза ферментінің әсер етуінен басталады. Соның нәтижесінде майлар глицерин мен май қышқылдарын түзе отырып, гидролизденеді.

CH₂OH CH₂─O─P=O ОН

CHOH CHOH OH

CH₂OH CH₂OH C

H
3-фосфоглицерин 3-фосфоглицерин

қышқылы альдегиді

Химиялық өзгерістерде молекулалардың активтенуі маңызды орын алады. Соның арқасында олар организмдегі клеткалар мен тканьдер пайдаланатындай қолайлы жағдайға келеді.

Май қышқылдарының β-тотығу митохондрияда өтеді. β-тотығуының ферменттері митохондрияда шоғырланған, ал ацил – КоА – ның пайда болуы цитоплазмада өтеді. Митохондрияның мембранасы өзі арқылы ацил – КоА-ны өткізуге қабілетсіз.Соңғыны жеткізуге митихондрияның ішінде арнайы тасымалдаушы карнитин бар. Карнитин май қышқылының қалдығымен қосылады да, оны митохондрияға алып келеді, ал коэнзим – А цитоплазмада қалады. Митохондрияның ішінде май қышқылымен карнитиннің қосылысы ыдырайды да, карнитин цитоплазмаға қайтып оралады.

Жоғары май қышқылдары организмдегі химиялық энергияның ең маңызды көзі болып келеді.Стеарин қышқылының бір молекуласының толық ыдырауынан ацетил – КоА – ның 9 молекуласы пайда болады:

- 9 ацетил – КоА,

(1)

n - стеарин қышқылының молекуласындағы көміртек атомдарын саны.

Әр айналымда АТФ – ның 5 молекуласы пайда болса, ал 8 айналымда оның 45 молекуласы пайда болады.

айналым.

(2)

Ацетил – КоА – ның бір молекуласының одан арғы Кребс циклінде тотығуынан АТФ – ның 12 молекуласы пайда болады.

Қорыта айтқанда, ацетил – КоА – ның 9 молекуласы Кребс немесе трикарбон қышқылы циклінде тотықаннан кейін, АТФ – ның 108 молекуласының (9·12=108) қайнар көзі болады. Стеарин қышқылының бір молекуласының толық тотығуы организмге АТФ – ның 48 молекуласының береді (40+108=148).
2.2.2 Фосфатидтердің өзгеруі

Фосфатидтердің молекуласы тканьдерде жоғары май қышқылдарына, спиртке, фосфор қышқылына және азоттық негіздерге ажырайды. Гидролизді фосфолипаз тектес ферменттер жүзеге асырады.

Гидролиздің ақырғы өнімдері тканьдердің энергетикалық, құрылымдық мұқтажына пайдаланылады. Мысалы, фосфатид қышқылы тканьдерде әр түрлі фосфатидтердің жаңа молекулаларын жасауға, бейтарап майларды құруға жұмсалады.
2.2.3 Стеридтер мен стериндердің өзгеруі

Тканьдер холинэстеразасы стеридтерді холестерин мен жоғары май қышқылдарына ажыратады.

Жоғары май қышқылдары химиялық энергияның қайнар көзі, липидтердің жасалуына шикізат ретінде пайдаланылады.

Холестерин әр түрлі өзгерістерге душар болады: бауырда одан өт қышқылдары пайда болады, бүйрек үсті бездерінде – андро – және эстрогендер т.б. Кейбір органдарда (бауырда, бүйректерде) холестерин глюкозаның және басқа көмірсулардың жасалуына пайдаланылады.

Глицериннің 60 % - ке жуық шамасы осы жолмен алынады, ал қалған бөлігі пентоза циклінің триоза есебінен алынады.

Ферменттердің қайтымды әсер ету қасиеті біздерге жақсы мәлім. Соның арқасында тіпті ацетил – КоА – ның екі қалдығын қосудың өзінен – ақ едәуір күрделі бөлшек алуға болады. Сондықтан да, май қышқылдарының β – тотығуын тездететін ферменттер олардың синтезінде жылдамдату керек.

Май қышқылдарының биологиялық түзілуінің екі жолын айыруға болады: митохондриялық ішкі және одан тыс беттерінде.

Митохондрияның ішкі бетіндегі түзілу синтетаза (лигаза) ферментімен катализденеді.

Биологиялық түзілудің екінші түрі митохондриядан тыс жерде – гиалоплазмада өтеді. Оған карбоксилаза ферменті, АТФ, НАНД₂ қатысады. Карбоксилазаның простетикалық (белок емес) тобына СО₂ қосып алуға қабілеті биотин витамині кіреді. Бұл түзілудің митохондриялық түзілуден айырмашылығы сол: мұнда екі көміртекті сірке қышқылының қалдығынан, яғни ацетил – КоА – дан, молекуласы едәуір күрделі, көміртек атомдарының бұрынғыдан да едәуір ұзын тізбегі бар май қышқылы түзіледі.
2.4 Стериндер мен стеридтердің биологиялық түзілуі
Тканьдер стеридтері экзогендік (азықпен келетін) және эндогендік (организмде пайда болатын) холестерин мен жоғары май қышқылдарынан түзіледі. Холестериннің ең үлкен мөлшері бауырдың, мидың, бүйрек үсті бездерінің тканьдерінде пайда болады.Биологиялы түзілуіне шикізат болып сірке қышқылы, сірке альдегиді, ацетон сірке қышқылы, ацетон, изовалериан қышқылы, мевалон қышқылы және басқалары қызмет етеді. Ацетил – КоА құрылыс блогы болып келеді.

Холестериннің биологиялық түзілуі бірнеше сатылар қатарынан тұрады. Соның бірі изомерлену реакциясы:

Активтену мынадай түрде өтеді:

• 
  азоттық негіздер фосфорланады. Мысалы, холин холинкиназа ферментінің әсерімен фосфорилхолинге өзгереді.
  
• 
  фосфорилхолин холинфосфатцитидилилтрансфераза ферментінің әсерімен цитидинтрифосфатпен (ЦТФ) әрекеттесіп цитидинқосфосфат – холинге (ЦТФ – холин) өзгереді.
  
• 
  ЦДФ – холин холинфосфатрансфераза ферментінің әсерімен α, β –диглицеридпен реакцияға түсуі фосфатидпен цитидинмонофосфаттың (ЦМФ) пайда болуына әкеледі.
  

ЦМФ + 2АТФ → ЦТФ + 2АТФ.

Реакциялар мынандай бірізділікпен өтелді:

1) пальмитил – КоА – дан пальмитил альдегиді пайда болады;

2) пальмитин альдегидінің серин амин қышқылымен қоюлануымен (конденсациялануынан) дигидросфингозин пайда болады;

3) дигидросфингозин сутексізденеді де сфингозинге айналады;

4) сфингозиннің ацилдену реакциясына душар болуынан церамид пайда болады;

5) церамид УДФ – галактозамен реакцияға түсіп цереброзид түзеді.
2.5 Липидтер алмасуының реттелуі
Липидтердің алмасу процестері жүйкелік және гуморальдық жолмен реттеледі. Орталық жүйке жүйесі липидтердің алмасуына тікелей немесе ішкі секреция бездері арқылы әсер етеді.

Үлекен ми сыңарларының қыртысы вегетативтік жүйке талшықтары арқылы липидтердің қорытылуын, сіңуін, биологиялық түзілуін және олардың жұмылдырылуын (мобилизациясын) реттейді. Мысалы, симпатиалық жүйкелерді қоздыру қордағы майлардың ыдырауын үдетеді, ал парасимпатикалық жүйкенің қозуы, керісінше, олардың қорға жиналуына мүмкіндік туғызады.

Орталық жүйке жүйесі липидтердің алмасуына тигізетін әр түрлі гармондардың әсерлерін реттейді. Жекелеген гармондар липидтердің организмде қорға жиналуын қамтамасыз етсе (мысалы, инсулин майлардың жиналуына мүмкіндік береді, липокаин – фосфатидтердің) басқалары олардың ыдырауына жағдай жасайды. Бұл құбылыстар липидтердің алмасуына белгілі бір әсерлі бағыт беру үшін қолданылады. Мысалы, майлардың организмде қор ретінде жиналуы көздеу мақсатымен ауыл шаруашылық малдарын піштіру, организмге инсулин жіберу жұмыстары жүргізіледі.

Малды бордақылау, оның етінің сапасын жақсарту мақсаттарын көздейтін жұмыстар – экономика тұрғысынан алғанда тиімді шаралар.

Липидтер алмасуының үдемелілігі және бағыттылығы азықтың да құрамына байланысты. Азықтағы көмірсулар мен майлардың ең жоғары мөлшері майлардың тым көп жиналуына әкеледі. Азықта метионниннің жетіспеуі липидтердің алмасуын бұзады, сол себептен бауырды май басады.
2.6 Липидтер алмасуының бұзылуынан туатын аурулар
Липидтердің алмасуы көптеген инфекциялық, инвазиялық және жұқпайтын ауруларда бұзылады.

Липидтер алмасуының аурулары ас қорыту, сіңу, липолиз және биологиялық түзілу поцестерінің нейрогуморальдық ретелуінің бұзылуынан байқалады. Мысалы, гипофиздің алдыңғы бөлігінің, қалқанша безінің, жыныс бездерінің гипофункциясында, яғни аз мөлшердегі өндірісінде майлардың потолтогиялық (сырқаттық) қолдануы туады.

Қалқанша безінің және бүйрек үсті бездерінің ми қабатының гиперфункциясында, яғни көп мөлшердегі өндірісінде майлар жоғарғы дәрежеде ыдырайды және организм кенеттен арықтайды.

Дұрыс құрылмаған рациондар алмасу бұзылуының жиі себептері болып келеді. Азықта липотроптық заттар (холин, метионин, липокаин) аз болса, бауырды май басады. Бұл қосындылар бауырды май басуға бөгет жасайды, май мен май тәрізді заттардың түзілуін өзгерте алады.

Май қышқылдарын қорытылуы мен сіңірілуінде өт қышқылдарының қандай қызмет атқаратынын біз жоғарыды айтып кеттік. Егер өт қышқылдарының онекіелі ішекке бөлініп шығуы тоқталса, немесе азайса, онда бұл майлардың қорытылуына және сіңірілуіне соншалықты әсер етеді. Соның нәтижесінде майда еритін витаминдер сіңірілмей, организм авитаминоздық күйге түседі.

Липидтердің алмасуы малдың кетоз ауруы кезінде бұзылады. Глюкозаның, глицериннің, май қышқылдарының ыдырауының аралық өнім – ацетилкоэнзимнің пайда болатыны біздерге белгілі. Организмнің қалыпты жағдайында осы аралық өнімнің барлығы дерлік Кребс айналымында ыдырауға ұшырайды.

3. 
   Нуклеин қышқылдарының биохимиясы
   

Тұқым қуалаушылықтың заңдары мен материалдық негізін тек ХІХ ғасырдың екінші жартысында, яғни 1865 жылы чех ғалымы монах Грегор Мендель ашқан болатын.

Тұқым қуалаушылықтың материалдық негізі клетканың ядросында орналасады. 1869 жылы Австрия биохимигі Фридрих Мишер клетка ядросының құрамынан қышқылдық қасиеттері бар затты бөліп шығарды. Оны нуклеин қышқылы (латын сөзі «нуклеус»-ядро) деп атады.

Нуклеин қышқылдары – үлкен молекулалы қосылыстар, нуклеотид мономерлерінен тұратын биополимерлер болып келеді.

Тірі клеткаларда нуклеин қышқылдарының екі түрі кездеседі – дезоксирибонуклеин (ДНК) және рибонуклеин (РНК).

Нуклеин қышқылдарының құрылысы. Нуклеин қышқылдарының құрылысын зерттегенде гидролиз реакциясы өте маңызды роль атқарады.

Нуклеопротеид




Пуриндік негіздерге аденин (6-аминопурин) және гуанин (2-амино 6-оксипурин) жатады.
Пиримидиндік негіздерге урацил (2,6 диоксипиримидин), тимин (2,6 диокси 5-метил-пиримидин), цитозин (2-окси 6-амино-пиримидин) жатады. Моносахарид дезоксирибозаның рибозадан айырмашылығы бар. Онда карбонил көміртекпен көршілес жатқан көміртекте оттек атомы болмайды. Яғни, бір гидроксиді кем деген сөз.

Азот негіздері рибоза, немесе дезоксирибозамен қосылып нуклеозид түзеді. Құрамына азотты негіз, рибоза мен дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіретін қосылыс нуклеотид деп аталады. Азоттық негіздердің нуклеозид және нуклеотид аттары төменгі кестеде көрсетілген.

Азоттық негіздер	Нуклеозид (негіз+көмірсу)	Нуклеотид (нуклеозид+Н3РО4)	Қысқартылған белгілері
Аденин Гуанин Пуриндік	Аденозин Гуанозин	Аденил қышқылы Гуанил қышқылы	АМФ, АДФ, АТФ ГМФ, ГДФ, ГТФ
Тимидин Урацил Цитозин Пири- мидин дік	Тимидин Уридин Цитидин	Тимидил қышқылы Уридил қышқылы Цитидил қышқылы	ТМФ, ТДФ, ТТФ УМФ, УДФ, УТФ ЦМФ, ЦДФ, ЦТФ

Енді, нуклеин қышқылдарының молекуласы қалай құрылады, соған тоқталайық.

Нуклеин қышқылдарының құрамына кіретін жеке нуклеотидтер өзара жалғасып ұзын тізбек (полинуклеотид) түзеді. Жекелеген нуклеотид құрылыс «кірпіші» ретінде пайдаланылады. Пентозаның 3-көміртегіндегі ОН тобы және фосфор қышқылы арқылы нуклеотидтер өзара байланысады.

Сондықтан, нуклеин қышқылдары нуклеотидтердің полимерлері, ал жекелеген нуклеотидтер мономерлер деп аталады. Осындай әдіспен мононуклеотид қалдықтары байланыса алады.

Нуклеин қышқылдарының алуан түрлілігі, ал химиялық және биологиялық қасиеттері, оларды құрайтын нуклеотидтердің құрамына, мөлшері мен сапасына байланысты.

ДНК-ның құрылысы. Дезоксирибонуклин қышқылы екі полинуклеотидтік тізбектен тұратын оралым (спираль) тәрізді ширатылған молекула. 1953 жылы жас американдық биохимик Джеймс Уотсон мен физик Френсис Крик ДНК молекуласының құрылымдық моделін жасап, халықаралық нобель сыйлығына ие болды.

ДНК – нуклеотидтердің полимері күрделі зат. Оның мономерлері – нуклеотидтер. Нуклеотидтердің құрамына азоттық негіз (аденин, гуанин, тимин, цитозин), көмірсутек – дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіреді. Нуклеотидтер тек азоттық негізднрмен ажыратылады да, солардың бас әріптерімен белгіленеді (А, Г, Т, Ц).

Уотсон мен криктің моделі бойынша ДНК молекуласы бір оське бағытталған оралым тәрізді оңға қарай айнала оралған екі тізбек (қос оралым) болып келеді. Тізбектер түзілгенде, бір нуклеотидтің фосфор қышқылының қалдығы келесісінің дезоксирибозасымен ковалентті түрде байланысады, яғни фосфат көпіршесі арқылы. Екі тізбек азоттық негіздер арқылы қосақтала алады.

Сол себептен қос тізбекті оралымның сыртына орналасады. Бір тізбектің негіздері сутектік байланыстар арқылы екінші тізбектің негіздерімен байланысқан. Бұл сутектік байланыс бірін бірі толықтырып тұратын комплементарлық принцип бойынша қалыптасады: Аденин (А) тек Тиминмен (Т), ал Цитозин (Ц) тек Гулинмен (Г).

Э. Чаргаффтың (1952 ж) заңы бойынша ДНК молекуласындағы пуриндік және пиримидиндік негіздердің арасында сандық сәйкестіліктің бар екенін көреміз:

1 ДНК молекулаларындағы адениннің мольдық мөлшері гуаниннің мольдық мөлшеріне тең – А : Г=1.

2 ДНК молекулаларындағы гуаниннің мольдық мөлшері цитозиннің мольдық мөлшеріне тең – Г : Ц=1.

3 шыққан тегіне байланыссыз әр түрлі ДНК-ның молекуласындағы пурин негіздерінің қосындысы пиримидин негіздерінің қосындысына тең:

(3)

4 ДНК молекуласындағы пурин және пиримидин негіздеріндегі 6 аминтобының саны 6 кето тобының санына тең.

1962 жылы А. Н. Белозерский және А. С. Спирин нуклеотидтік құрамдардың айырмашылығын сипаттау үшін ерекшелік (специфичность) коэффициенті деген ұғымды енгізді. Бұл ерекшелік коэффициенті ДНК молекуласындағы ара қатысын белгілейді.

Мысалы, жануарларда және өсімдіктерде ДНК-ның АТ-типтікқұрылысы басым болып келеді - . Микробтарда бұл коэффициент күшті айқындалған (мәнерленген) АТ-типтен () күшті айқындалған ГЦ – типке () өзгереді.

ДНК-ның біріншілей құрылымы деп, оның молекуласындағы нуклеотид қалдықтарының белгілі тәртіппен (ретпен) кезектесіп қайталануын айтады.

ДНК-ның екіншілей құрылымы – оның спиральдік құрылымы, яғни көптеген дезоксирибонуклеотид тізбектерінің оралым түрінде болатындығы. Әр тізбек былай оралған: оралымның әрбір орамы 10 қос нуклеотидтерден тұрады, бір орамның ұзындығы 3,4 нанометр (нм) болады. Оралымның диаметрі - 2 нм.

ДНК-ның үшіншілей құрылымында оралым кеңістікте бүктеліп қалады.

ДНК-ныің негізгі биологиялық қызметі белок синтезделгенде оның құрамын реттеу және тұқым қуалайтын белгілерді ұрпақтан ұрпаққа жеткізу.

ДНК клеткадағы ядроның құрамындағы хромосомдарда болады. Хромосома деп аталуы (грекше «хрома» - түс, «сома» - дене) оның жақсы боялуына байланысты.

РНК-ның құрылысы және түрлері. ДНК-мен РНК-ның айырмашылығы. РНК-да ДНК тәрізді нуклеотидтерден тұратын күрделі зат. ДНК-ға қарағанда РНК бір тізбекті болып келеді. РНК-ның иілгіш тармақталған жібі тізбектегісутектік байланыстар арқылы бір-бірімен әрекеттесіп, бұралып, молекула ішінде екі оралымды учаске құрады. Бұл құрылым «жоңышқа жапырақтары» немесе «беде жапырақтары» деп аталады. Нуклеотидтері де төрт (А, Г, Ц, У) түрлі болады. Бірақ азоттық негіздеріндегі айырмашылығы: тиминнің орнына урацил орналасады. РНК-ның тағы бір ерекшелігі: олардың құрамында көмірсутек (қант) – рибоза болады. Рибонуклеин қышқыл ядрода, көбінесе протоплазмада кездеседі.

Тірі клеткаларда РНК-ның бірнеше түрлері бар хабарлаушы (информациялық) (и-РНК), тасымалдаушы (транспорттық) (т-РНК), және рибосомалық (р-РНК). Бұлар бір-бірінен құрамы, молекулалық массасы және атқаратын қызметі жағынан әр түрлі. Бұл РНК-ның әрқайсысы белоктар биосинтезінде ерекше роль атқарады.

РНК молекуласының біріншілей құрылымы дегеніміз ондағы нуклеотид қалдықтарының белгілі ретпен кезектесіп орналасуын айтады.

РНК-ның екіншілей құрылымы – оның полинуклеотидтік тізбегінің орамдалған түрі.

РНК-ның үшіншілей құрылымы сыртқы орта жағдайына (тұздар концентрациясы, температура) байланысты бір тізбектің кеңістікте ретсіз немесе доп домалақ болып, не тығыз таяқша тәрізді түрінде орналасуын айтады.

Қорыта айтқанда, ДНК-мен РНК-ның айырмашылықтары төмендегідей:

1 үш азотты негіз – аденин, гуанин, цитозин нуклеин қышқылдарының бәріне ортақ болып келеді. ДНК-ның құрамына тимин, ал РНК-ның құрамына урацил кіреді.

2 Чаргаффтың 4 ережесінің тек біреуін ғана РНК-ға қолдануға болады. Аденин және цитозин қосындысы гуанин және урацил қосындысына тең.

Г+У=А+Ц немесе

4 ДНК-ны тек клетканың ядросынан, ал РНК-ны цитоплазмадан да, ядродан да кездестіре аламыз.

5 ДНК клеткада генетикалық информацияны сақтаушы қызметін атқарады. РНК белок синтезіне қатысады. ДНК РНК-ның синтезін реттеп, тұқым қуалау белгілерінің біреуіне ықпал етеді.

6 ДНК молекуласы қос оралым болса, РНК бір тізбектен тұрады.

Нуклеин қышқылдарының алмасуы жоғары дәрежелілігімен сипатталады, себебі олардың әрекетімен белоктық заттардың биологиялық түзілуі тығыз байланысқан.

Азықта нуклеин қышқылдары нуклеопротеидтер түрінде болады.

Құрамында нуклеопротеидтері бар азық ауыз қуысында механикалық тұрғыдан ұнтақталады, сілекеймен шыланады да өңеш арқылы асқазанға түседі (күйіс қайыратын малдарда – мес, тақия, жалбыршақ қарындарға және ұлтабарға). т-РНК-ның бірең-сараңы сілекей РНК-азасымен олиго – және мононуклеотидтерге ыдырайды.

Асқазанда (ұлтабарда) пепсин және тұз қышқылының әсерімен нуклеопротеидтердің көпшілігі нуклеин қышқылдарына және қарапайым белоктарға ыдырайды.

Нуклеопротеидтердің алмасуы ащы ішекте аяқталады. Қалған нуклеопротеидтерді қарапайым белокпен нуклеин қышқылдарына трипсин ыдыратады. Қарапайым белоктар (протаминдер және гистондар, альбуминдер және глобулиндер) ұйқы безінің және ішек селі ферменттерінің әсерімен амин қышқылдарына дейін ыдырайды да, ащы ішектің шырышты қабығы арқылы сіңіріледі.

Нуклеин қышқылдары нуклеазаның әсеріне ұшырайды. Ұйқы безінің ДНК-азасы дезоксинуклеопротеидті (ДНП) протеиндер мен ДНК-ға ыдыратады. Бұл процесс гистидин, аргинин және лизинмен активтендіріледі. Содан кейін фермент ДНК-ның қос оралымды молекуласына бірнеше сатыларымен тізбектің ұзын (өң) бойына ретсіз «шабуыл» жасайды. Ең алдымен ДНК молекуласының қос оралымды сынықтары пайда болады, олар біртіндеп қысқарады да нуклеин қышқылының бір оралымды бөлігін құрайды. ДНК-ны ДНК-аза олигонуклеотидтерге ажыратады. Процесс магний (Mg²⁺) ионымен активтелінеді.

Панкреат РНК-азасы ең алдымен РНК-ның оралымданбаған бөліктеріне шабуыл жасап оларды гидролиттік жолмен ыдыратады. Бұдан РНК молекуласының екінші құрылымын ұстап тұрған комплементарлы байланыстар әлсіреп, оралымның онан арғы ширатылуына және РНК молекуласының жаңа сынықтарының пайда болуына мүмкіндік туғызады.

Содан кейін РНК сынықтарының ішінде қайта фосфорлаудың арқасында 2¹, 3¹ фосфор туындылары пайда болады. РНК сынықтарының олиго және мононуклеотидтерге ұсақталуы одан әрі үдей түседі, және де цитозин туындылары урацилдікіне қарағанда тез гидролизденеді. Сонан соң нуклеотидтер ерекше гидролиттік ферменттермен ажыратылады.