Белок қоры және оның гидролиттік өнімдері

Белок қоры және оның гидролиттік өнімдері.

Тұқымда қор заты ретінде жиналған белок алейрон дәндерін құрайды. Жер асты өсімдік қор зат қоймалары, мысалы картофельдің тамыр түйініндебелок кристал пішінді болады. Белоктың гидролиздік затында амин қышқылдарынан басқа, аз мөлшерде аммиакты және көмірсуларды кездестіруге болады.

Белоктың классификациясы олардың құрамына байланысты болуы керек, бірақ осы күнге дейін ондай тиімді (рациональды) классифкация табылған жоқ. Сол себепті белокты ескі классификация бойынша бөліп жүр. Белокты заттар қарапайым немесе протейндер, күрделі- протейдтер деп 2 топқа бөлінеді. Екінші топтағы заттар: белок молекуласына байланысқан затқа қарай, егер ол зат көмірсу заты болса глюкопротеидтер, ал нуклеин қышқылдары болса нуклеопртейдтер деп аталады. Нуклеопротеидтер клетканың ядро құрамының негізін құрайды. Амин қышқылдары түрлі электролиттер тәрізді. Амин қышқылдарының амфотерлік қасиеттері бар.

R- CH- COOH cyда R-CH -COO +H₂O

NH₃ ⁺

NH₂ HCI+

R-CH-COOH R- CH- COOK

NH₃CI NH₂

Амин қышқылдары орын алмастыру реакцияларына да түседі.

Нуклеопротедтер клетка ядросынның негізін құрайды. Ал қарапайым топтағы белоктар өз алдына мынадай болып бөлінеді.

1/ Альбуминдер – суда ериді.

2/ Глобулиндер- суда ерімей, әлсіз бейтарап тұз ерітінділерінде ериді.

3/ Проламиндер – суда да және тұз ерітінділерінде де ерімей, 70%спиртте ериді.

4/ Глютелиндер – жоғарыда аталған еріткіштердің барлығында ерімей, тек әлсіз сілтіде ериді.

Өсімдікте қор ретінде жиналатын белоктар негізінен қарапайым белоктар тобына енеді. Оның ішінде альбуминдер өсімдік клеткаларында болмайды. Оның өте аз мөлшері астық дақылдары мен бұршақ тұқымының құрамында ғана болады.

Глобулиндерге бұршақ және басқада бұршақ тұқымдас өсімдіктер тұқымдарының құрамында лебулин вециллин, ал лобияда, бөрі бұршақта фазеолин, люпинде – конглютин, сорада – эдестин бар.

Проламиндерге жататын белоктардың маңыздыларына мыналар: глиадин бидайдың желімдік затында, гордеин арпада, зеин жүгері тұқымының құрамына енеді.

Глютелиндер тобына: глютенинді атауға болады. Ол бидайдың кілегей затының құрамы.

Өсімдік клеткасының ядро және протоплазма құрамына енетін белоктар, қор заты ретінде жиналған белоктан өзгеше болады. Бұл белоктар негізінен күрделі белоктар протейдтер. Осы протейдтерді, әсіресе нуклеопродейдтер толық зерттелген . Бұл, протоплазма және ядроның негізгі белок түрі. Нулеопротейдтердің құрамы өте күрделі, жануарлар қарын сөліндегі пепсинмен әректтестіргенде нулеопротейдті белок тобының негізін нулейнмен ажыратады. Ал бұдан әрі нуклейн затын гидролиздеитін болсақ, белок тобынан нулейн қышқылы бөлінеді, бұл заттың белокқа тән ешбір қасиеті болмайды. Нулейн қышқылы гидролиздену нәтижесінде фосфор қышқылына, көміссуға, пурин және перимедин негіздеріне айырылады.

Тұқымның өнуіндегі көмірсу және май қор заттарының гидролиттік ыдырауы.

Осы ыдырауға қатынасатын ферментер.

Бұл айырылу реакциясының барлығыда су молекуласының қосып алу нәтижесінде өтетіндіктен – гидролитикалық реакция типіне жатады да , белгілі ферменттердің әсері мен жүреді. Өсімдік тұқымында немесе жалпы тірі клеткадағы заттардың гидролизін қор заттың ішінде көбірек болатын крахмалдан бастайық. Тұқымның алғашқы өну кезінде микроскоп арқылы бақылауға крахмал тұқымының күрделі химиялық реакцияға түсетіндігін байқауға болады. Осы кезде крахмал дәндерінің бетінде мүжілу нәтижесінде түскен ойыстарды көруге болады. Біраз уақыттан кейін мұндай крахмал тұқымындағы ойыстық жерлер бір-бірімен кездеседі. Ал одан әрі крахмал дәндері бірнеше бөліктерге бөлініп, ақыры крахмал дәндері ериді. Крахмал тұқымының мұжылуына, оның мөлшерінің кемуіне байланысты, оның орнына тұқымда қант заты глюкоза мөлшері артады. Крахмал ыдырау нәтижесінде қант затының артуын, өнген тұқымның тәтті дәмінен де білуге болады. Мысалы: өнбеген арпа тұқымының ұн дәмі, ал өнген арпа дәні тәтті болады. Сондықтан осындай өндіріліп кептірілген дәннің затын уыт /солод/ деп атайды.

Химиктердің полисахаридтерді гидролиздейді күшті қышқылдары және оларды жүргізуде пайдаланатын жоғарғы температура өсімдікте болмайды. Оның орнына өсімдкте төменгі температураның өзінде де гидролиздейтін ферменттер, мысалы крахмалды- диастаза немесе амилаза ферменттері болады. Диастазды өнген дәннің уытынан оңай бөліп алады. Ол үшін құрғақ ұнтақталған уытты суға біраз уақыт жібітіп, қатты затынан сұйықтықты сүзіп спиртпен өңдейтін болсақ ақ тұнба тұнады. Ол тұнбаны спиртпен тағы сүзіп алсақ суда жақсы еритін зат – таза диастаза бөлінеді.

Егер диастазаның аздаған ерітіндісімен крахмалды өңдесек, онда диастазаның гидролиздік қызыметі нәтижесінде крахмал йодтың әсерінен көгермейтін затқа айналады. Крахмалды диастаза арқылы гидролиздеуге, йодпен түзілген заттарды өңдесек ең алдымен көк, біраздан кейін қызыл, кейінірек сары түске боялып, ақырында йод әсерінен боялмайтын зат түзіледі. Бұл кезде жаңа затты тек фелинг ерітіндісі ғана түске бояйды. Крахмалдың диастаза әсерінен гидролизденуінің ақырғы өнімі мальтоза. Сонымен өсімдік организіміндегі крахмал гидролизденуі күшті қышқыл қатынасында гидролизденуден өзгеше өтеді. Күшті қышқыл әсерінен крахмал тез гидролизденіп ақырғы өнім глюкозаны түзеді. Сөйтіп диастазаның крахмалды гидролиздеуі өте дай және нәзік өтетіндігі байқалады.

Диастаза ферменті крахмал тұқымын гидролиздеу кезінде ең алдымен суға еритін декстрин түзіп, оны ақырында мальтгозаға айналдырады. Осымен диастазаның крахмалға тигізетін әсері жоғарылады. Мұның себебі мальтозадағы екі глюкозаның қос байланысының диастаза үзе алмайды.

Анорганикалық катализаторлардан диастазаның тағы бір ерекшелігі, оның өзіне тән жеке қасиеті болады. Қышқылдардың қоректік клеткаға әсерін тигізетін болсақ, онда диастаза крахмалдан басқа ешқандай полисахаридтке әсерін тигізбейді. Сонымен қатар дисахаридтерді де және инулинді бұл өзгеріке ұшыратпайды.

Диастазаның толық зерттелуі нәтижесінде бұл екі түрлі фермент қоспасы екендігі анықталды. Бұл екі түрлі фермент өзінің қасиеті жағынан бір-біріне ұқсамайтын заттар. Бұл екі α және β- амилаздар деп аталады. Осы екі фермент крахмалды мальтозаға айналдыруда бірге әсер етеді. Оның ішінде α – амилаза крахмалға өте әлсіз әсерін тигізіп, оны декстринге айналдырады, декстрин мөлшерінің артуына себепкер болады. Ал β- амилаза қызметін өте тез жүргізеді, сондықтан мальтоза түзіледі. Тұқым тыныштық қалпын сақтаған кезде, оның құрамында дастаза мөлшері өте аз болады. Сол себіпті тұқым өну кезінде крахмалдың гидролизденуі өте ақырын өтеді. Тұқым өніп болғаннан кейін диастазаның мөлшері өте тез артады. Бұл кезде тұқым құрамындағы диастаза мөлшері өну кезінде диастазадан 3-4 есе артады. Тұқымның өну кезінде диастаза мөлшерінің артуы оттегі мөлшерінің жеткілікті болуына, яғни тыныс алумен өте тығыз байланысты. Егер өніп келе жатқан тұқымға оттегінің қатынасын жоятын болсақ диастазаның түзілуі доғарылады. Астық тұқымдас өсімдіктердің: бидайдың, жүгерінің диастаза түзуші орталығы дәннің ұрық бөліміндегі дән жарнағы /шиток/ және сонымен жанасып тұратын эндоспермнің алейрон қабаты. Бұл жерде түзілген диастаз эндосперімге өтіп, ондағы крахмал қорын гидролиздейді. Осы кезде крахмал дәндерінің қантқа толық көшуі тек эндосперм дән жарнағы мен жанасып түзілген қантты жас қабылдаушы өркен бар жағдайында ғана болады. Егер ол мүшелерді эндоспермнен бөліп алатын болсақ, крахмалдың қантты затқа айналуы қант концентрациясының артуы тез тоқтайды. Бұдан ферменттер органикалық заттарға әсерін тигізумен қабат ол түзілген заттардың өзі ферменттерге әсерін тигізіп, оның қызыметін тоқтата алады.

Крахмал затының фермент әсерінен гидролизденіп эндосперм құрамында мөлешрі кемумен қатар эндосперм қабырғасы – гемицеллюлозаның /клетчаткалық қор зат/ мөлшеріде кеміп, жұқарады. Ерте кезде гемицеллюлозды да диастаз ферменті гидролиздейді деп келген болатын. Дәлірек анықтау нәтижесінде ол көз қарастың дұрыс еместігін гемицеллюлозды гидролиздеуші екінші фермент – цитоз екендігі анықталды.

Глюкозидтерді гидролиздеуші ферменттерге – эмульсинді де атауға болады, немесе оны β – глюкозидаза деп атайды. Бұл фермент ащы бадам тұқымындағы глюкозидтерді β тобына көшіреді. Осы ферменттке ұқсас екінші фермент α – глюкозидаза глюкоздтерді α- тобына айналдырады. Майлы тұқымдар құрамында қор затының көбі азотсыз зат өсімдік майлары. Өсімдік тұқымының өнуі кезінде, оның құрамындағы майлар өте тез гидролизденіп жұмсалады. Мысалы: Мюнц көкнәр өсімдігінің тұқымының өнуге дейін 20 грамында 8,6 гр. май болып өнгеннен 2 күн кейін ол май мөлшері 6,8 гр . 4 күннен кейін 3,9 гр . ғана қалғанын бақылайды. Майдың жұмсалуы үшін молекулалары сабындануы қажет, оны мынадан байқауға болады. Тұқым өнгенге дейін, оның құрамындағы бос май қышқылдары аз болса, тұқым өне бастағаннан оның мөлшері тез артады. Мысалы: көкнар тұқымындағы май қышқылы т ұқым өнуге дейін 10% болса, тұқым өнегеннен 2күн кейін 53% 4 күннен кейін 97%-ге дейін артқан.

Ал майдың гидролизденуінен түзілетін глицериннің мөлшері дән өнгеннен кейінде артпайды, оның себебі ол тез басқа заттарға көшеді. Майлардың гидролизденуі- липаза ферментінің нәтижесінде өтеді. Липаза ферментінің қасиеті тұқымның алғашқы өну кезінде әлсіз болып, кейінен өте тез арта бастайды.

Тұқым құрамындағы белоктық қор заттары басқа қор заттары сияқты гидролитикалық ыдырауға ұшырайды, белок молекуласын ыдыратушы ферменттерді протеолитикалық Тұқым құрамындағы белоктық қор заттары басқа қор заттары сияқты гидролитикалық ыдырауға ұшырайды, белок молекуласын ыдыратушы ферменттерді протеолитикалық ферменттер немесе оларды протеаз деп атайды. Бұл ферменттің қызыметі нәтижесінде амин қышықылы мен аммиак тмөлшері артады. Мысалы: бір тәжірибеде жүгері тұқымының құрамындағы азот затының 96%-ті белок түрінде, ал тұқым өнгеннен 2күн кейін оның мөлшері 78% , 4 күннен кейін 61%, 8 күннен кейін 57% белок түрінде ғана қалған, оның орнына пептон мен амин қышқылдарының мөлшері артқан.

Кейінгі кезде пептонды тек трипсин ыдыратып қомай, ерекше қасиетті эрипсин ферментіде жүргізетіндігі белгілі болды. Бұл ферменттің трипсиннен айырмашылығы бүтін белок молекулаларына әсер етпейді. Сондықтан жануарлар денесінде белокты ыдыратушы бірінен кейін бірі кезектесіп отыратын /ыдыратушы/ 3 түрлі ферменттер болады: пепсин, трипсин және эрипсин. Өсімдіктер денесінде протеаз ферменттері кейінгі кезде ғана анықтал ды. Белок молекуласына күшті әсерін тигізуші ферментке, яғни протеазға- папайотинді атауға болады. Бұл фермент қауын ағашының /дынное дерево/ жеміс сөлінен бөлініп алынады.

Кейінгі жылдардағы жүргізілген зерттеу жұмыстары протеаз ферменттеріне көптеген жаңалықтар енгізді.

Қазіргі кезде протеаз ферменттерін 2 үлкен топқа бөледі:

І – Протеин аздар – тікелей белок молекуласына әсерін тигізетін ферменттер.

ІІ – Пептидаздар - белокқа әсер ете алмай, тек пептондарға, полипептиттерге әсер ететін ферменттер.

Протеиназдардың өзі 3 ке бөлінеді:

1/ күшті қышқыл ортада әсер ететін – пепсиназдар.

2/ Әлсіз қышқыл немесе бейтарап ортада әсер ететін- папайназдар.

3/ Сілтілі ортада белсенділігі артатын- триптаздар.

Пептаздар және триптаздар негізінен жануарлардың ас қорытуға қатынасатын бездерінде болады. Бұл ферменттерді жануарлар денесінен бөліп алғанда өз қызметін атқармайды. Бұл ферменттер тек насекомдармен қоректенетін өсімдіктердің ерекше “бездерінде” болады. Қызметін тек тірі денеде ғана жүргізетін мұндай ферменттерді – эндоферменттер деп атайды.

Тұқымның өнуі кезінде ондағы қор заттарының айналысы күрделі заттардың, мысалы: күрделі көмірсулар қарапайым қантқа, майлар, - май қышқылы мен глицеринге, белоктар – амин қышқылы мен аммиакқа гидролизденуімен аяқталмайды. Бұл заттардың бәрі қарапайым заттарға айналуынан кейін күрделі синтездік процеске ұшырайды. Бұлай болу себебі тұқымның өнуі тек қор заттарының кемуі, жұмсалуы ғана емес, сонымен қатар жас өркеннің мүшелерінің қалыптасуы үшін ол заттар қайта синтезделуі керек. Сонымен тұқымның өнуі нәтижесінде тұқым құрамындағы қоймадағы заттардың ыдырап одан кету нәтижесінде эндосперм мен жарнақтың көлемі кеміп, оның орнына жас өркеннің жаңа мүшелері құралып, оның көлемі артады. Тұқымның өнуінде жүретін гидролиз процесін бақылау онша қиынға түспейді, ол хлороформ немесе толуолмен ептеп өңдеп ферменттердің қызмет бағытын бақылауға болады. Ал тұқым өну кезінде синтездік процестің тұқымды езу арқылы толық тоқтатуға болады. Ал тұқым өну кезінде синтездік процесті бақылауға қиынға түседі, оның себебі синтез процесі жүрген кезде гидролиз процесі қабат өтеді. Сол себепті синтез процесін тұқым құрамындағы заттардың өзгерісіне қарай бақылаймыз.

Тұқым құрамындағы көмірсу заттарының ыдырауында синтез процесі басқа заттармен салыстырғанда жақсы анықталған. Глюкоза күрделі көмірсу заттарынан түзілетін клеткалардың тыныс алуына жұмсалатын негізгі зат. Егер өсімдік тұқымын қараңғы жерде өсірсек, қоректік жалпы қант заттарының мөлшері кемігендігін бақылауға болады. Мысалы, бидай тұқымының өнгеннен 2 күннен кейін құрамындағы 20 пайыз қант заты, 6 күннен кейін 35 пайыз, 9 күннен кейін 63 пайыз, 12 күннен кейін 81 пайыз қант затының мөлшері кеміген. Көмірсу заттарының ішінде әсіресе крахмал дәндерінің ыдырауы тездеп, оның орнына қарапайым қант мөлшері уақытша артып біраз күннен кейін бұл затта кемиді. Оның орнына клетчатка мөлшері өне бойы артып отырады. Бұлай болу себебі жаңа мүшелердің түзілуіне байланысты клетка санының көбейіп, клетка қабықтары түзіледі.

Қор заттары ретінде крахмал мол ұрықтар өне бастаған кезде крахмал гидролизденіп оның мөлшері азаяды. Оның азаюына қарай глюкоза көп жиналады. Кейіннен өніп келе жатқан ұрық өте екпінді тыныс алатындықтан глюкоза да тез кемиді. Бірақ оның есесіне клетка қабығын құратын клетчатканың мөлшері аса түседі. Ұрық өніп келе жатқан кезде қор заты майдың айналуы көмірсуларға (крахмалға) қарағанда күрделірек жүреді. Майлы заттардың тез гидролизденуі нәтижесінде глицерин мен май қышқылдарының мол жиналуы байқалмайды, майлы заттардың бұл ыдырау өнімдері тез өзгеріске ұшырап, олардың орнына қант заттары пайда болады.

Мысалы, күнбағар тұқымының өнуі кезінде оның құрамындағы заттар мына төмендегідей өзгерген:

100 күнбағар тұқымында	Өнуге дейін	4 күннен кейін	7 күннен кейін	14 күннен кейін
Май және май қышқылдары	4,0 г	3,2 г	1,5 г	0,55 г
Қант	0,3 г	0,08 г	0,55 г	0,21 г

Мысалы, күнбағардың ұрығының өнуі кезеңіндегі, оның химиялық құрамының өзгеруі мынадай болған:

Өсімдікте май қышқылдардың ұрықтың өну кезінде қантқа айналуы және пісіп келе жатқан (ұрықта) жапырақтан ағып келген көмірсулардың майлы заттарға айналуы оңай жүреді. Ұрық өнген кездегі белокты заттардың ыдырауының физиологилық маңызы, белокты жылжымалы формаға (түрге) айналдырып, оны қор зат қоймасынан жаңа пайда болып келе жатқан жас мүшелерге көшіру. Сонымен бірге белоктың әр түрлі өзіне тән амин қышқылдарының комбинациясынан тұрады. Ал қорлы белок ыдырап одан қайта түрлі белок молекулалары синтездеуге мүмкіндік туады. Майдың гидролиздік өнімдері тез биохимиялық өзгерістен қант заттарына айналады.

Алғашқы кезде қант затының тез кемігенін, оның жылдам жұмсалатынын байқауға болады. Ал кейінірек қант затының мөлшері май затының мөлшері кему себепті артады. Соңғы кезінде майдың 80 пайыз дерлік жойылуымен қатар қант затының да мөлшері кеміген. Өсімдік тұқымында глицеринді табуға болмайды, ол тез қант затына айналады. Өсімдік денесінде май заттарының қант заттарына көшуі немесе майлы дәндердің пісіп толуы кезінде, керісінше қант заттарынан май заттарының түзілуі өте жеңіл өтеді. Бұл процесті қолда жүргізу әлі күнге дейін табылған жоқ, әрі өсімдік денесінде өту химиясы толық шешілмеген.

Проф. С. Л. Иванов зерттеуі нәтижесінде май заттарының қантқа айналуын былай көрсетеді:


Май қышқылы окси қышқылдары

Май Қант

Белок заттарының ыдырауын өсімдіктің тұқымын қараңғы жерде өсіріп, жарық нәтижесінде болатын синтез процесін болдырмау арқылы оңай бақылауға болады.бұл кезде өсімдік тұқымындағы белоктың барлығы қарапайым түрге көшпей дән құрамындағы ²/₃ бөлігі ғана еріткіш түрге көшеді. Ал одан артық бөлігі өркен ашыққан күннің өзінде де, жер бетіндегі өсімдік мүшелерінің көлемі артқанмен де ыдырамаған түрінде қалады. Мысалы, Д.Н. Прянишниковтың /1895/ жоңышқа өсімдігіне жүргізген тәжірибесінде тұқым өнгеннен 10 күннен кейін де барлық белоктың 54%, 20 күннен кейін - 40%, 30 күннен кейін - 33%, 40 күннен кейін өсімдік өте күшті ашыққанның өзінде де - 32% белок бастапқы қалпында қалған. Бұл көрсеткіштер өсімдік күшті ашыққанның өзінде де белоктың протоплазма құрамындағы біраз бөлігі бөлінбей сақталатындығын көрсетті. Протоплазма құрамында қалған белок күрделі белоктар яғни протоплазма, әсіресе ядро құрасындағы белок пен нуклеин қышқылынан тұратын нуклеопротеидтер, ал бұл кезде қор түріндегі белоктар ыдырап үлгерген.

Тұқым өну кезінде белок заттары күшті айналысқа ұшырайды, бұған байланысты протеаз ферменттерінің белсенділігі артады.

Акад. А.Н. Бах пен А.И. Опариннің анықтаулары бойынша: протеаз ферменттерінің белсенділігі тұқым өнгеннен 3-ші күні 6 есе, 6 күннен кейін 30 есе, 8-ші күні 45 есе артқан.

Белоктардың тұқым өну кезінде айналысқа ұшырауының физиологиялық маңызы, ол белоктардың жылжығыш түрге айналып тұқымнан өсуші ұрық бөліміне көшуі. Белок суда әлсіз ериді, кейбіреулері тіпті ерімейді де. Белоктың суда ерігенімен ірі молекулалы болғандықтан клетка қабықтарынан, плазмалық жарғақтардан өте алмайды. Сол себепті белок молекулалары амин қышқылдарына айналады. Оның үстіне белоктың мұндай жылжығыш түрге айналуынан басқа қор түріндегі белоктардан бөлінген амин қышқылдары қайта белок молекулаларын түзгенде жаңа белоктар түзіледі, яғни бір белок түрі екінші белок түріне өз бетінше айналмайды, міне сол себептен белок молекуласы амин қышқылдарына дейін айналуы қажет. Кейбір белок молекулаларынан түзілген амин қышқылдары белок молекуласын түзбей онан әрі қарай дезаминаза ферментінің әсерінен гидролизденеді. Бұл кезде аммиак және азотсыз қосындылар түзіледі, бірақ аммиак өсімдік клеткасында көп мөлшерде жиналмай, өркен денесінде синтездеуге ұшырайды.

Аспарагин және глютамин белоктың ыдырау өнімдері болумен қатар, аммиак пен көміртегі тізбектерінен құралған күрделі синтез өнімі де. Дәл осы жағдайлар Д.Н. Пряшнишниковтың классикалық еңбектерінде толық дәлелденді.

Өсімдік денесіндегі азотты қосылыстар /амин қышқылдары, белоктар/ құрамындағы азот тотықсызданған түрінде болады. Сондықтан өсімдік қабылдаған “NO₃” азоттың тотыққан түрі өсімдіктің тамыры түктері арқылы азот тыңайтқыштарынан қабылдап оны “NН₃”-ке дейін тотықсыздандырады. “NO₃”-тің бір ионын “NН₃”-ке дейін тотықсыздандыру үшін сутегенің 8 атомын жұмсауы керек. Ал ол сутегін тыныс алуда тотығуға ұшыраушы органикалық қосылыстан алады.
Н NO₃ + 8Н NН₃ + 3Н₂О
Бірақ бұл процесс бірден өтпейді, ең алдымен NO^-₃ NO^-₂-ге дейін көшеді, ал ол процесс өте жылдам жүреді яғни NO^-₃-тің NO^-₂-ге айналуы.