Биотехнологиялық жолмен тағам өнімдерінің құнарлығын арттыру

92
қайсібір  алмастырылмайтын  амин  қышқылдары  бойынша  мұндай  өсімдіктер
бидайдан  басым  тұрса, балық  пен  жұмыртқа  ақуыздарына  жақындайды. Мысалы,
соя  ақуызы  АҚШ, Англия  сияқты  мемлекеттерде  құнды  азықтық  материял  ретінде
кеңінен қолданылуда.
Тиімді  ақуыз  көзі  ретінде  балдырларды  қолдануға  болатыны  анықталған.
Соңғы  кездері  микробиологиялық  синтез  арқылы  азықтық  ақуыз  өндіру
мүмкіндіктері  үлкен  қызығушылық  тудыруда. Өйткені  микроорганизмдер  құрамы
бойынша  ақуызға  өте  бай  келеді, яғни  олардың  салмағының 70-80% осындай
заттардан  тұрады. Бұлардағы  синтездік  үдерістер  өте  қарқынды  жүреді.
Микроорганизмдерде, жануарлармен  салыстырғанда, ақуыз  синтезі 10-100 мың  есе
қарқынды жүреді. Мысалы, салмағы 400 кг сиыр тəулігіне 400 гр ақуыз синтездейтін
болса, 400 кг  бактериялары – 40 мың  тонна  шығара  алады. Сондықтан
микробиологиялық  синтез  арқылы  өндірілетін 1 кг  ақуызға, малдардан  өндірілетін
осындай  ақуыз  мөлшеріне  қарағанда  өте  аз  шығын  жұмсалады. Сонымен  бірге,
ауылшаруашылығымен  салыстырғанда, микробиологиялық  синтез  арқылы  ақуыз
өндірудегі  технологиялық  үдерісі  көп  еңбекті  қажет  етпейді  жəне  маусымдық  ауа-
райының өзгерістеріне де тəуелсіз келеді.
Синтетикалық жіп өндірудегі қарапайым технологиялық үдерістерді жасанды
ақуыз өндірісінде қолдану арқылы, ұзына бойы созылып, шумақталып келетін ақуыз
молекулаларын түзіп, оны арнайы пішіндік заттармен толтырып, ароматты, дəмдік,
бояғыш  заттарды  қосу  арқылы  табиғи  ақуыздық  заттардың  барлығына  ұқсатуға
болады. Осындай  жолмен  жасанды  ет (сиыр, шошқа  жəне  əртүрлі  құс  еттері), сүт,
ірімшік  жəне  де  басқа  өнімдер  алынған. Қазір  олар  хайуандар  мен  адамдар
тарапынан биологиялық сынақтардан өтуі нəтижесінде зертханалық деңгейден асып,
АҚШ, Англия, Индия, Азия жəне Африка елдерінің дүкен сөрелерінен орын тапқан.
Бүгінгі  күні  тек  қана  Англия  мемлекетінің  өзінде, осындай  өнімнің  түрі  жылына
1500 тоннаны  құрайды. АҚШ  мектеп  оқушыларының  ас  мəзіріндегі  ақуыздық
бөлігінің 30% жуығын, соя өсімдігінен құралған жасанды етпен алмастыруға рұқсат
еткен.
Ричмонд госпиталінде (АҚШ) емделетін науқастарға берілетін жасанды ет, бас
диетологтың  өте  жоғары  бағасын  алған. Осындай  еттен  дайындалған  антрекот
тағамын  бергенде, науқастар  оның  неден  жасалғанын  сезбеген  де  тек  қана  оның
біршама  тығыздылығына  көңіл  аударған. Мұндай  етті  ұсақтап  кесіп  бергенде,
ешқандай  наразылық  білдірілмеген. Сол  жерде  жұмыс  жасайтын  қызметкерлер  де
осындай  етті  тұтынғанын  ешқандай  сезіктенбеген. Олар  мұны  кəдімгі  ет  деп
есептеген. Госпиталь дəрігерлері осындай рацион құрамының науқастардың, əсіресе
атеросклероз  ауруымен  ауыратын  адамдардың  денсаулығына  оң  ықпал
ететіндіктерін  келтіреді. Бұл  еттің  құрамына  арнайы  өңделген  жасанды  ақуыз,
азғана  мөлшерде  жұмыртқа  альбумині, майлар, дəрумендер, минералды  тұздар,
табиғи  бояғыштар, ароматты  заттары  жəне  т.б. кіреді. Сондықтан, керектілігіне
байланысты  арнайы  заттарды  қосу  арқылы  науқастардың  физиологиялық
ерекшеліктерін  ескере  отырып, «қажетті  қасиеттері  бар  еттерді» жасап  шығаруға
болады. Бұл дегеніміз, қарт адамдар мен  жас  балалардың, науқастар мен  жазылуға
бет  бұрған  адамдарға  берілетін  диеталық  ас  құрамындағы  кейбір  заттардың
болмауын  қадағалауға  мүмкіндік  береді. Табиғи  еттерден  жасалатын  тағамдарда

93
болса, қажетсіз (науқасқа  немесе  диета  бойынша) заттардың  болмауын  қадағалау
мүмкін  еместігі  белгілі. Жасанды  еттерді  кесуге, мұздатуға, сақтауға, кептіруге
немесе тағам дайындау үшін тікелей қолдануға да болады.
Ақуыз құрамына кіретін 20 амин қышқылы ішінен 8 амин қышқылын адамдар
синтездей алмайды жəне оларды алмастырылмайтын деп атайды. Бұлар: изолейцин,
лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин. Амин
қышқылдары  тек  қана  қоректік  заттар  ғана  емес, сонымен  бірге  ароматтық  жəне
дəмдік қасиетке ие болғандықтан тағам өндірісінде кеңінен қолданылады.
Қоректік  қосынды  ретінде  лизин  мен  метионин, ал  натрии  глутаматы  мен
глицин  көбінесе  ароматтық  зат  ретінде, тағамның  дəмін  жақсарту  мақсатында
қолданылады. Глициннің  иісі  жақсы  жəне  тəтті  болуы  себепті, оларды  шырынды
сусындарға қосады жəне олар мұнда бактериостатикалық əсер етеді. Цистеин болса,
тағамды  күйіуден  сақтап, нанның  дұрыс  пісуі  мен  сапасының жақсы  болуына  əсер
етеді.
Кейбір  бактериялардың  арқасында 100% глутамин  амин  қышқылын  алуға
болады. Дүние  жүзінде  микробиологиялық  əдіс  арқылы  жылына 270000 тоннадай
осындай  қышқыл  алынады  жəне  олардың  басым  бөлігі  тағам  өндірісінде
қолданылады. Өндіру  көлемі  бойынша  глутаминді  амин  қышқылыннан  кейінгі
екінші орында, жылына 180000 тоннадай – лизин тұрады. Басқа амин қышқылдары
біршама аз көлемдерде өндіріледі.
V тарау бойынша өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар мен тапсырмалар.
1. Биотехнологияда микроорганизмдер қолданылатын өндірістердің түрлері қандай?
2. Көп тоннажды өндіріс дегеніміз не?
3.Аз тоннажды өндіріс дегеніміз не?
4. Микробиологиялық синтездердің өнімдерін неше түрге бөледі?
5. Бірінші реттік метаболиттер дегеніміз не?
6. Микробтық  трансформация  үдерісі  дегеніміз  не  жəне  оның  өндірістік  маңызы
қандай?
7. Микробтық трансформация үдерісіне негізделген қандай өндірістерді білесіз?
8. Медицина саласында қолданылатын қандай микробтық синтез өнімдерін білесіз?
9. Микроорганизмдерді дақылдауда қандай ерекшеліктер ескерілуі қажет?
10.
 Биотехнологиялық үдерістер қанша кезең арқылы жүзеге асырылады?
11.
Ферменттеу  алды  кезеңінде  қоректік  орта  мен  биореакторлардың  стерильді
болуы не үшін қажет?
12.
 Ферментация үдерісі өткізілген ортадағы культуралды сұйықтығы құрамында
қандай заттар кездеседі?
13.
Қажетті өнімнің түріне байланысты жасушаларды алудың қандай əдістері бар?
14.
Қажетті  өнімнің  түріне  байланысты  метаболиттер  алудың  қандай  əдістерін
білесіз?
15.
 Биореакторлар (ферментерлер) дегеніміз  не  жəне  оны  не  мақсатта
пайдаланады?
16. Биореакторлардағы  үдерістер  жақсы  өтуі  үшін  қандай  жағдайлар  жасалуы
қажет?

94
17.
Өсірілетін  дақылдар  мен  ондағы  алынатын  өнім  түрлеріне  байланысты
биореакторларды қандай типтерге бөлуге болады?
18.
Ферментаторлар  қажетті  энергия  көздерінің  жеткізілуіне  байланысты  қанша
түрге бөлінеді?
19.
Қазіргі  кезде  ашық  типті  фитобиореактор  қандай  мақсатта  көптеп
пайдаланыла басталды?
20. Биореакторларды стерилизациялау қалай жүргізіледі?
21.
Жасушалық  культураның  бөгде  микроорганизмдермен  бұзылуы  қалай
аталады?
22.
Бөгде микроорганизмдерден тазартқыш фильтрлердің қандай түрлері болады?
23. Себінді материалдар дегеніміз не?
24. Қажетті қасиеттері бар мутантты сұрыптап алуда қандай тəсілді қолданады?
25. Мутанттар дегеніміз не?
26. Мутагендермен  өңдегенде  қажетті  қасиетері  бар  мутанттарды  сұрыптап  алуда
қандай тəсілді қолданады?
27. Органикалық қышқылдың түзілуі қандай үдерістерге негізделеді?
28.
Лимон  қышқылы  өндірісінде  қандай  саңырауқұлақтар  штаммдары
пайдаланылады ?
29. Микробты трансформация дегеніміз не ?
30. Рассалар  дегеніміз  не? Температуралық  қызмет  ету  режимдеріне  байланысты
рассалар қандай түрлерге бөлінеді?
31. Сүт қышқылы ашуының құпиясын кім жəне қашан ашты?
32. Сүт  қышқылы ашуын тудыратын бактериялар  қандай  топтарға  жəне  туыстарға
бөлінеді?
33.
Сүт  қышқылы  өнімдері  үшін  шикізат  көзі  ретінде  қандай  заттар
пайдаланылады?
34. Сүт  өнімдерін  алудың  технологиялық  үдерістері  қанша  негізгі  бөліктерге
бөлінеді?
35.
Сүттерді ферменттік өңдеу үшін қандай культуралар қолданылады?
36.
Сүт  өнімдерін  алу  үшін  ашытқылар  қолданғанда, оларға  қандай  талаптар
қойылады?
37. Биотехнологиялық өндірістерде жүретін негізгі ашу үдерісінің сипаты?
38. Спирттік ашу үдерісін қандай микроорганизмдер жүргізеді?
39. Сүт қышқылының ашу үдерісі қандай бактериялардың көмегімен жүзеге асады?
40.Ақуыздарды қандай мақсатпен  микроорганизмдер синтезі жолымен алады?
41. Микробтық  синтез жолымен өнеркəсіптік деңгейде  ақуыздар  алу үдерісі  қанша
кезеңдерден тұрады?
42.
Реципиент немесе қожайын жасушаларды таңдап алу үдерісі үшін не қажет?
43. Гендік инженерия дегеніміз не?
44 Микроорганизмдер штамдарын алу үдерісі қанша кезеңдерден тұрады?
45. Жасалған штаммдардың тұрақтылығы дегеніміз не?
46.
 Микроорганизмдерден ақуыз өндірудің басты артықшылығы қандай?
47. Микроорганизмдерден ақуыз өндіру үшін не қажет болады?
48.
Микроорганизмдерден ақуыз өндірудің болашағы бар ма?

95
49.Ақуыз  синтезінде  ашытқыларды  пайдаланудың  басты  артықшылықтары  мен
негізгі кемшіліктері қандай?
50. Ақуыз өндірудегі ашытқылардың артықшылықтары мен мүмкіндіктері қандай?
51.
Ашытқы ақуыздарының сіңімділігін арттыру мақсатында не істеледі?
52.
Ақуыз  өндірудегі  бактериялардың  негізгі  артықшылықтары  мен  болашағы
қандай?
53.
Ақуыз  өндірудіруде  пайдаланылатын  сутекті  бактериялардың  синтез
реакциясының жалпы формуласын жазып көрсетіңіз
54. Микроорганизмдерден ақуыз өндірудің артықшылығы қандай?
55. Ашытқы ақуыздары құрамының ерекшеліктері қандай?
56.
Ақуыз  өндірудегі  бактериялардың
органикалық  заттарды  синтездеу
реакциясының теңдеуі қалай көрсетіліп жазылады?
57. Ақуыз өндіруде қандай микроскопиялық балдырлар қолданылады?
58.
Тұтынатын тағам түрлерінің əртүрлі болуы не үшін қажет?
59. Өсімдік тектес тағамдар құрамында қандай заттар жетіспейді?
60.
Жасанды ет өндіру не үшін қажет жəне оның қолданылу маңызы қандай?

96
VІ тарау
БИОТЕХНОЛОГИЯ ЖЕТІСТІКТЕРІНІҢ МЕДИЦИНА САЛАСЫНДА
ҚОЛДАНЫЛУЫ
1. Биотехнология жетістіктерін медицинада қолданудың маңызы
Биотехнология  өндірісінде  қарқынды  дамып  келе  жатқан  бағыт –
медициналық  биотехнология. Соңғы  кездері  генетикалық  биоинженерия
жетістіктерін  медицинада  қолдану  мүмкіндіктері  күн  санап  артуда. Бұған  мысал
ретінде, əлі  жатырда  даму  үстінде  жатқан  шарананың  хромосомдық  ауытқуларын
(аномалия) анықтау мақсатында – аминоцентездің, немесе сот медицинасында ДНҚ
үлескілерінің  кодталмайтын  бөліктеріне  тəн  белгілі  паттерндерін  анықтауға
негізделген – геномдық дактилоскопия əдістерінің кең қолданылуын айтуға болады.
Жаңа  технологиялар, мысалы  ДНҚ-сынамаларын  зерттеу, ДНҚ-ның  бегілі  ретпен
орналасуын  білу  арқылы, гендік  деңгейде  кездесетін  мутацияларды  анықтауға
мүмкіндік  туылады. Акушерлік  медицинадағы  биотехнология  жетістіктерінің
табысты  қолданылуы  ретінде, қолдан  ұрықтандыру  нəтижесінде  алынған
зиготалардың пайдаланылуын келтіруге болады. ДНҚ-ның бегілі ретпен орналасуын
анықтау  технологиясының  басқа  да  қолданылытын  аумақтары  ретінде  вирусты
(ВИЧ), бактериялды  немесе  саңырауқұлақ  ДНҚ-ын  жəне  неопластикалық
аурулармен  байланысы  болатын  мутациялық  өзгерістерді  анықтауларды  айта
аламыз.
Қазіргі  кезде  рекомбинантты  ДНҚ  өнімдері  болып  табылатын  медициналық
дəрі-дəрмектері  кеңінен  саудаға  түссе, көптеген  түрлеріне  клиникалық  сараптама
жұмыстары  жүргізілу  үстінде. Осындай  дəрмектердің  сатылуы  бойынша  алдыңғы
орындарда  қызыл  қан  түйіршіктерінің  бөлінуіне  ықпал  ететін  эротропиндер,
көптеген  ауруларды  емдеуде  кеңінен  қолданыла  бастаған  интерферондар  жəне
сусамыр (сахарный  диабет) ауруымен  науқас  адамдарға  қажетті  инсулиндер
орналасқан. Басқа  да  спецификалық  əрекеті  бар  өнімдер  қатарында  остеопороз
кеселін  емдеуге  қажетті  кальциотенин  жəне  қан  айналымының  бұзылуы  себебінен
оттегі  тапшылығын  сезінген  ұлпалардағы  болатын  өзгерістерді  қалпына  келтіру
мақсатында қолданылатын – супероксиддисмутазу дəрілерін айта аламыз.
Көбінесе  рекомбинантты  ДНҚ  бактериялды  жасушалар  негізінде  жасалады.
Бірақта, бактериялды  жасушалар  күрделі  ақуыздарды  тиесілі  ақырғы  формасында
синтездей алмайды. Ашытқы жасушаларының шығу тегі эукариотты болуы себепті
осы 
мақсатта 
пайдалануға 
жақынырақ 
болғанымен, олар 
ақуыздарды
цитоплазмаларында жинақтайды. Хайуандардың жасушалары өте нəзік келеді жəне
патогендерді  тасымалдаушы  болуы  мүмкін. Сондықтан, биотехнология  өндірісі
адамдар  ақуыздарын  сүт  немесе  қан  құрамдарынан  бөліп  алу  мақсатында,
трансгенді  хайуандарды  пайдалануға  көп  бүйрек  бұрады. Қазіргі  уақытта  адам
ақуызын  сүт  арқылы  алу  үшін  пайдаланатын  хайуандар  ішінде  ешкі  малына
басымдық  беріледі, өйткені  олардың  сиырмен  салыстырғанда  жыныстық  жетілу
мерзімі  жылдам. Адам  ақуызын  өндірудегі  тағы  бір  жақсы  мүмкіндік – тауық
жұмыртқасы  арқылы  болып  табылады. Сонымен  бірге  бірталай  трансгенді

97
өсімдіктер  шығарылған. Қазіргі  кезде  адамдарды  емдеу  үшін  пайдаланылатын
дəрмектерді  астық  тұқымдастардан, жүгеріден, жертүйнектен  жəне  темекі
жапырақтарынан да алу мүмкін болып отыр.
Ақуыз  алмасуы үдерісінің бұзылуынан  туындайтын  кейбір ауруларды  гендер
манипуляциясын  қолданбай  ақ  емдеуге  болады. Осындай  мүмкіндіктер  қатарына
ақуыздармен 
арнайы 
байланыса 
алатын, олигонуклеотидтердің 
кішкене
молекулаларын  пайдалануды  жатқыза  аламыз. Бұл  молекулалар аптамерлер  деп
аталады. Аптамерлер ақуыздардың тіршілігін тоқтата алады. Бұның  жақсы мысалы
ретінде  аптамерлердің  ісік  жасушасы  бетіндегі  рецепторларды  байлап, əрекетсіз
етуін  айтуға  болады. Ақуыздармен  жай  ғана  байланыса  келе, аптамерлер  дұрыс
жиналмаған ақуыздардың қайтадан жазылып, олардың дұрыс жиналуын қамтамасыз
етуі  арқылы, атқаратын  қызметтерінің  де  қажетті  бағытта  жүруін  қамтамасыз  ете
алады  екен. Ақуыздардың  дұрыс  фолдингін  қамтамасыз  ету  мақсатында
аптамерлерді  пайдалану – кистозды  фибриоз, Альцгеймер  жəне  Паркинсон  сияқты
көптеген  аурулармен  науқастанған  адамдарды  емдеуге мүмкіндік  береді. мРНҚ-ын
шабуылдайтын  рибозимдерді  зиянды  ақуыздардың  синтездеуіне  жауап  беретін
гендердің  қызметін  тоқтату  мақсатында  пайдалануға  болады. Бұған  мысал  ретінде
онкогендерді жəне вирустар мен патогендердің гендерін келтіре аламыз.
Адам  геномын  зерттеудің  басты  нəтижелерінің  бірі, қазіргі  кезде  жедел  дамып
келе жатқан медицинаның жаңа саласы – молекулалық медицинаның дүниеге келуі.
Гендердің  құрылымы  мен  қызметін  анықтау, тұқым  қуалаушылықтың  адам
денсаулығына əсер етуінің молекулалық негіздерін түсінуге мүмкіндік береді.
Адам  геномын  зерттеу  нəтижелері, оның 3,2 миллиард  жұп  нуклеотидтерден
тұратындығын  жəне  құрамында  ақуыздарды  коделейтін 30-40 мыңдай  гендердің
болатындығын  көрсетті. Адам  генінің  орташа  ұзындығы  шамамен 270 мың  жұп
нуклеотидтерден тұратындығы анықталған. Ондай геннің құрамында орта есеппен 9
экзон жəне 8 интрон болады.
Адам  геномында 60 мыңға  жуық  бір  нуклеотидті  ауысымдардың  ұқсастықтары
анықталған. Дегенмен, генетикалық полиморфизмнің басқа да түрлері болатындығы
белгілі, солардың ішінде бірлі-жарым нуклеотидтердің полиморфизмі ғана өзгеретін
адам  геномындағы  ДНҚ-ның  нуклеотидтік  тізбектері. Қазір  адам  геномында
шамамен, 3 миллион  жұп  нуклеотидтердің  өзгеретіндігі  анықталып  отыр. Оның
өзгеруге  бейім  бөлімшелері снипстер  деп  аталады. Қазіргі  кезде 2,2 миллион
снипстер  анықталып, карталары  жасалған. Оларды  генетикалық  маркер  ретінде,
жеке гендерді картаға түсіру кезінде пайдалануға болады.
2. Биологиялық белсенді (активті) қосылыстарды алу
Маңызды  биологиялық  белсенді  заттарға  алкалоидтар, терпеноидтар,
гликозидтер, полифенолдар, полисахаридтер, эфир майлары, ерекше пептидтер мен
ақуыздар, таза  бояғыш  заттар, стероидтар, дəм  татымдылық  заттар, дəрумендер,
ийлік заттар жатады.
Тірі  ағзада  зат  алмасу  үдерістері  ұдайы  жүріп  жатады. Сондай  реакциялар
кезінде  тұтынылған  қоректік  заттардан  жасушаның  құрам  бөліктері  түзіледі  жəне
керісінше, ыдырап та жатады. Ағзада бұл үдерістер үнемі  қатар өтеді. Тұтынылған

98
қоректік  заттардың  ыдырауы  нəтижесінде  энергия  бөлінеді  жəне  сонымен  бірге,
қоректік заттардың қалдықтары да пайда болады. Осындай ағзаға қажетсіз, көбінесе
улы өнімдер сыртқа шығарылады. Мұндай құбылыс зат алмасу немесе метаболизм
деп  аталатыны  белгілі. Метаболизм  тірі  ағзалардың  өлі  денелерден  негізгі
айырмашылығын  көрсетеді. Сондықтан, жалпы  алғанда, метаболизм  үдерісін
катаболизм (ыдырап  бөліну) жəне  анаболизмнен (синтезден) тұратын  тірі  ағзаның
басты ерекшеліктері деп атаса да болады. Осы катаболизм мен анаболизмді ағзадаға
ерекше заттар – ферменттер деп аталатын биологиялық катализаторлар реттейді
2.1 Дəрумендер мен амин қышқылдарын өндіру
Дəрумендер – аз  концентрацияда  жоғары  физиологиялық  белсенділік
көрсететін  төменгі  моллекулалық  заттар. 1896 жылы  голланд  дəрігері  Эйхман
ақталған (қабығынан тазартылған) күрішпен тамақтанатын адамдардың «бери-бери»
ауруымен  көп  ауыратынын, ал  ақталмаған  күрішпен  тамақтанса  ондай  аурумен
ауырмайтындарын  жазды. Кейіннен, Гопкинс (1906 ж.) күріш  дəнінің  сыртқы
қауызында  белгісіз  заттың  бар  екенін, ал  ақталған  күріште  оның  болмайтынын
анықтаған.
1912 ж. поляк оқымыстысы К. Функ ашытқыдан дəруменге ұқсас, құрамында
амин  тобы  бар  кристалды  затты  бөліп  алды. Бұл  затпен  полиневрит  ауруымен
ауырған  көгершінді  емдеп  жазды. Осыдан  кейін  Функ  адам  мен  жануарларда
болатын  кейбір  аурулар  тағамның  құрамындағы  белгісіз  бір  заттың  жетіспеуінен
болады деген қортынды жасайды. Ол, бұл затты витаминдер (лат. Вита – тіршілік,
өмір, ал амин – деп  химиялық  құрамында  азоты  бар  заттар  айтылады) деп  атады
(қазақша баламасы бойынша – дəрумендер).
Дəрумендердің адам ағзасы үшін биологиялық мəні өте зор. Олар ағзадағы зат
алмасу  үдерісін  жақсартады, ағзаның  əртүрлі  жұқпалы  ауруларға  қарсы  күресін
күшейтеді  жəне  адамның  жұмыс  істеу  қабілетін  арттырады. Сонымен  қатар, əрбір
дəруменнің ағзада атқаратын өз міндеттері болады.
Табиғатта  дəруменнің  негізгі  көзі  өсімдіктер  мен  микроорганизмдер  болып
табылады. Қазіргі  кезде  микробиологиялық  жолмен  дəрумен  В
2
-ні,  А  жəне  В
1
-ді,
дəрумен  түзуші  алғы  заттары – эргостерин  жəне  биотинді  тауықтар  мен  торайлар
үшін өндіреді. Дүние жүзінде дəруменді 40-фирма өндіреді. Олардың 18-і АҚШ-да,
8-і Жапонияда, 14-і Батыс Европада орналасқан. Дəруменді өндіру көлемі бойынша
1-ші  орында  Швейцариялық  концерн  Хофман  Ла  Роше  тұрады, ол  жалпы
шығарылатын дəруменнің 70-50% құрайды.
Амин  қышқылдары
.
Амин  қышқылдары  дегеніміз – əртүрлі  ақуыз
молекулаларын  түзетін  мономерлі  жеке  заттар. Амин  қышқылдары  органикалық
қышқылдар, яғни  маңызды  табиғи  қосылыстар  түрлерінің  бірі  болып  табылады.
Амин қышқылдары түссіз қатты заттар болып келеді. Көпшілігі суда жақсы ериді.
Табиғатта жүзге тарта амин қышқылдары бар екені белгілі болса, олардың тек
жиырмадан  астамы  ғана  ақуыз  молекуласы  құрамына  кіреді. Ақуыздарды  түзетін
амин  қышқылдарының  жалпы  құрылысын  келесі  формула  түрінде  көрсетуге
болады:

99
R  CH
COOH
               NH
2
Бұлардың  молекуласында  карбоксильдік (-СООН) жəне  аминдік (-NH
2
) топ
бар.
Зат  алмасуы  барысында  ағзадағы  ыдыраған  ақуыздардың  орнын  толықтыру,
ескірген жасушалардың орнына жаңа жас жасушалар түзу жəне т.б. жағдайлар үшін
ағза  əр  уақытта  тамақпен  бірге  жеткілікті  мөлшерде  ақуызды  заттарды  қабылдап
отыруы қажет.
Қоректік  бағалылығына  қарай  ауыстырылатын (тирозин  жəне  т.б.) жəне
ауыстырылмайтын (адамның  жəне  жануарлардың  ағзасында  түзілмейтін) амин
қышқылдары 
деп 
ажыратылатыны 
белгілі. Ауыстырылмайтын 
амин
қышқылдарының  негізгілері  қатарына  лейцин, изолейцин, лизин, метионин,
фенилаланин, треонин, валин, триптофан  жататынын  біз  білеміз. Бұл  амин
қышқылдарының  жоқтығынан  немесе  жеткіліксіздігінен  адам  мен  жануарлар
əртүрлі ауруларға шалдығатыны анықталды.
Амин  қышқылдарын  өндірісте  əртүрлі  əдістер  мен  өсімдік  тектес
шикізаттардың  ақуыздық  гидролизаттарын  экстракциялау, химиялық  синтез  жəне
микроорганизмдердің ортада көп мөлшерде амин қышқылдарын түзе алу қабілетіне
негізделген  микробиологиялық  синтез  арқылы  алады. Амин  қышқылдарының
өндіруіне Corynebacterim, Micrococcus, Arthrobacter, Brevibacterium  жəне  т.б.
туыстарының Грамм оң, спора түзбейтін бактериялары жатады.
Амин  қышқылдары  халық  шаруашылығында  жəне  медицинада  кеңінен
қолданылады. Амин  қышқылдарды  əртүрлі  полимерлер (синтетикалық  тері,
полимерлері  талшық (волокналар), тағамдық  өнімдерді  салатын  қаптағыштар,
пленка  жасауда) алу  үшін, ауылшаруашылығында  мал  азығын  амин
қышқылдарымен  байытуда  жəне  медицинада  метионин  мен  гамма-амино-май
қышқылдарын  дəрілік  заттар  ретінде  қолданылады. Амин  қышқылын  бір  жылда
өндірудің деңгейі бірнеше миллион л. дейін жетсе, олардың ішіндегі көп мөлшерде
синтезделетіні L-глютамин  қышқылы, L-лейцин, D,–L-метионин, L-аспарагин
қышқылдары  жəне  глицин  болып  табылады. Медицнада  да  амин  қышқылдары,
мысалы  аргинин  қолданылады. Аспартат  немесе  глутаматпен  бірге  ол  бауыр
ауруларын  емдеуде  пайдалы  əсер  етеді. K-Na-аспартаты  шаршауды  басады  жəне
жүректің  шаншуын  жеңілдетеді, оны  бауыры  ауыратын  адамдарды  жəне  сусамыр
науқасын  емдеуде  де  ұсынады. Цистеин  бауырдағы SH-ферментін  тотығудан
қорғап, уланудан сақтайды. Ол тіке түскен күн сəулесінің күйдіру жарақаттарының
да əсерін азайтуға көмектеседі.
2.2 Ферменттер өндіру
Фермент  деп  катализатор  қызметін  атқаратын  ақуыздардың  ерекше  түрі
айтылатыны белгілі.
Катализатор  дегеніміз – ағзада  жүретін  химиялық  реакциялардың  бағытын
өзгертетін  немесе  жүру  қарқындылығын  арттыратын  арнайы  молекулалар.

100
Сонымен, ферменттер  қатарына  бөтен  ақуыздарды  ыдыратып, немесе  реакцияны
басқа  бағытқа  аудара  алатын  катализаторлар  кіреді. Бұл  дегеніміз  адам  үшін  өте
қажетті  заттар  түзілетін  қажетті  реакциялардың  бастамасы. Табиғатта  ферменттің
мыңдаған түрі бар.
Біздер  жасушаларды  органикалық  заттарды  өндірістік  деңгейде  синтездеуге
қолдана  бастадық. Микроорганиздер  ағзаға  өте  қажетті  құрамында  көміртекті
заттары бар көптеген қосылыстарды синтездей алады. Жануарлар мен өсімдіктермен
салыстырғанда, микроорганизмдер  арқылы  ферменттер  алу  өте  тиімді  келеді.
Микробтық  жасушалары  өсіп-даму, тыныс  алу  жəне  өнім  түзілуге  жауапты  түрлі
биохимиялық  реакцияларға  катализаторлық  қызмет  атқаратын 2 мыңнан  астам
ферменттерді  синтездейді. Осы  ферменттер  ішіндегі  көптеген  бөлігін  бөліп  алуға
болады  жəне  олар  жасушадан  тыс  та  өз  белсенділіктерін  таныта  біледі. Ферментті
дəрмектерін  алу  мақсатында  микроскопиялық  саңырауқұлақтармен  қатар,
бактериялар  мен  ашытқылар  да  пайдаланылады. Культуралдық  сұйықтығындағы
ферменттер  белсенділігі  тез  басылып  қалатындықтан, өндірісте  құрғақ  техникалық
фермент дəрмектерін дайындау кеңінен қолданылады.
Дүние  жүзі  бойынша  қажетті  деп  танылатын 20 фермент  түрі (ғалымдардың
айтуынша  табиғатта 2500-дей  фермент  бар) 65 мың  тонна  көлемінде  өндіріледі.
Мысалы, өндірістік  деңгейде  көп  өндірілетін  ферменттер  қатарына  амилаза,
глюкоамилаза, протеаза, инвертаза, пектиназа, каталаза, стрептокиназа, целлюлаза
жəне басқаларын жатқызуға болады.
Қазіргі  кезде  мұнай  өнімі  салыстырмалы  түрде  арзан  болғандықтан, біздер
қажетті  органикалық  қосылыстарды  солардан  аламыз. Болашақта  биоөндіріс
адамзатқа  қажетті  органикалық  заттарды  өндірудің  экономикалық  тиімді  жолдары
арқылы, мұнайдан химиялық жолмен алынатын өнімдермен бəсекелес бола алады.
Жасушаны, бейнелеп  айтатын  болсақ, құрастыру  мен  бұзу  қабілеттіліктері
бойынша, жұмыс істеп тұрған қандай да бір фабрикаға теңестіруге болады. Жасуша
өндірісінің  мақсаты – қоршаған  ортасынан  энергия  алып, оны  өзінің  тіршілігі  мен
көбеюіне  пайдалану. Бұл  үдерістердің  күрделілігі, терең  қалыптасқаны  мен  бір
бірімен  тығыз  байланыстылығы  соншалық, қазіргі  уақытта  жасушаның  толықтай
анықтамасын беру мүмкін емес болып тұр.
Біздер  жасушаның  қалайша  көптеген  табиғи  қосылыстарды  ешқандай
қосымша  зиян  келтірмей, тез  жасайтынын  білгіміз  келеді. Бұның  негізгі  көзі
жасушалақ ферменттерде жасырынған.
Биореагенттер деп – жасуша  ішінде, немесе  сыртында  өтетін  əртүрлі
үдерістерге химиялық реагенттер ретінде пайдаланылатын, тірі жасушалардың өнімі
болып  табылатын  химиялық  қосылыстар  айтылады. Қазіргі  кезде  биореагенттер
жеңіл жəне тамақ өнеркəсіптерінде, фармакологияда кеңінен пайдаланылады.
Кейбір  жасушалық  ферменттер  химия  өнеркəсібінде  пайдаланылады  жəне
мыңдаған  түрлі  өнімдер  шығаруға  қатысады. Биореагенттердің  қатысуы  арқылы
жүретін  көптеген  реакциялар  ішінен, фармакология  өндірісіндегі  шығу  тегі
өсімдіктік  болып  келетін  табиғи  стероидтарын, жəне  басқа  да  стероидты
гармондарының  қалдықтарын  контрацептифтерге  биотрансформациялау  үдерісін
айтуға  болады. Қарапайым  антибиотиктердің  көптеген  бөлігі, жасушалық
ферменттердің  қатысуымен  жасалады. Тамақ  өнеркəсібіндегі  ферменттік  катализ

101
арқылы  алынатын  өнім  қатарында, құрамы  фруктозаға  өте  бай  келетін  астық
сиропын  айтуға  болады. Голландиялық Holland Sweetener  компаниясының  өнімі
болып  табылатын, төмен  калориялы  аспартам  атты  дəмдегіші, термолизин  атты
протеолетикалық ферменттің қатысуымен алынады. Ферментті өндірістік масштабта
қолдану  арқылы  шығарылатын  өнімдер  қатарында  фенолдық  смола, акриламид,
табиғи энзимдер жəне басқа да көптеген инсектицидтерді айтуға болады.
Ферменттер  ерте  кезден  бастап  адамның  тұрмыс-тіршілігінде  кеңінен
қолданылып келеді. Мысалы: Қытайда, Кореяда жəне Жапонияда бірнеше мыңдаған
жылдардан  бері  крахмалды  өнімдерді  қанттау  үшін  жəне  спирт  алу  мақсатында
саңырауқұлақ дақылдарын қолданып келеді. Қазіргі кезде микробиологиялық синтез
арқылы  гидролаза  класына  жататын  ферментін  алады, олар  гликозидті, пептидті
жəне  эфирлі  байланысады. Судың  қатысуымен  ыдыратушы  реакцияларды
катализдеу келесі реакция бойынша жүргізіледі:
ХУ + НОН → ХН + УОН
Микробиологиялық гидролаза  ферментінің көбісі, жасуша  сыртына бөлінетін
экзоферменттерге  жататынына  байланысты, мұндай  ферменттерді  алу  жеңіл  жəне
арзан болып келеді.
Биологиялық  обьектілерде  ферменттер  көбінесе  əртүрлі  жасушалық
құрылымдарының  беткі  қабатында, көбінесе  мембраналарында  бекітіліп  тұрады.
Сол себепті ферменттер өз белсенділіктерін көптеген уақыт бойынша сақтай алады.
Өндіріс технологиясында көп уақыт бойына бос фермент дəрмектері пайдаланылып
келінді  жəне  олардың  қолданылу  мерзімі  өте  қысқа – бір  өндірістік  цикл  ғана
болатын. Сондықтан  қолданылатын  ферменттердің  тұрақтылығын  арттыру
мақсатында  иммобилизациялау  техникасы, яғни  суда  ерімейтін, атап  айтқанда –
органикалық  полимерлер, шынылар, минералды  тұздар, силикат  сияқты  заттардың
бетіне бекіту əдісі қолданыла бастады. Мұндай иммобилизацияланған ферменттерді
биохимиялық  реакторларының  үздіксіз  циклында  ұзақ  пайдалануға  мүмкіндік
туылды.
Иммобилизация  арқылы  бекітілген  ферментті  дəрмектерін  алу  мүмкіндігіне,
олардың  құрылымдарын  мұқият  зерттегеннен  кейін  қол  жеткізілді. Соның
арқасында бірталай ферменттердің амин қышқылдық құрылымы, олардың орналасу
конфигурациясы, белсенді  орталықтары, каталикалық  қызмет  атқарудағы  əртүрлі
функцияналды  топтарының  маңызы  сияқты  көптеген  ерекшеліктерін  анықтау
мүмкін болды.
Иммобилизацияланған  ферменттердің  қолданылу  мысалы  ретінде –
глюкозаны  фруктозаға  изомеризациялау, ақуыз  гидролизі, стероидтар, гармондар
трансформациясы жəне  т.б. келтіруге  болады. Иммобилизацияланған  ферменттерді
қолданудың  жаңа  аясы  ретінде – күмістелмеген  фотоматериалдарының  пайда
болуын да айтуға болады. Жоғары сезімділік пен абсолютті спецификалық қасиетке
ие  биолюминесцентті  жəне  иммуноферментті  сараптау  əдісінің  негізінде  де,
ферменттер əрекеті жатыр.
Қазіргі  кезде  иммобилизациялау  əдісі  арқылы  жасалатын, «контейнер» деген
атпен белгілі дəрмектерді пайдалану медицинада жаңа бағыт ретінде танылады. Бұл

102
дəрмектер  сырт  жағы  қатқылданып  келетін, белгілі  дəрежеде  өткізгіштік  қабілеті
бар, микросфералар  болып  табылады. Бұлардың  қолданылу  ауқымдары  өте  кең.
Осындай  жолмен  жасалынған «жасанды  жасушалар» ретінде  микрокапсулаларды
айтса  болады. Мұндай  капсулалардың  ішінде  орналасқан  ферменттер  ағзадаға
сұйықтықтар  мен  ұлпалармен  тікелей  əрекетке  түспейді  жəне  протеиназалармен
ыдыратылмайды, сондықтан  иммундық  жауап  реакциясын  да  қоздырмайды.
Бұлардың  негізгі  артықшылықтары  ретінде  оларды  қажетті  жерге, мысалы  ісіктің
қасына  апарып  орнату  мүмкіндігін  айтуға  болады. Ішінде  қажетті  заттары  бар  ісік
жанына  егілген  микрокапсула, ісік  ұлпаларының  өсуіне  қажетті  метаболиттерді
пайдаланады, сөйтіп  оларды  қорек  көзінен  ажыратуы  арқылы  өсуіне  кедергі
келтіреді.
Капсулалар құрамында ұлпалардың микроскопиялық бөліктері болуы мүмкін.
Мысалы, көкбауырдағы  инсулин  синтездейтін  Лангерганс  аралшықтарын
микрокапсулаға орнатып, ағзаға имплантация жасау арқылы, тұрақты түрде инсулин
бөліп  тұратын «депо» жасау  жөнінде  тəжірибелік  жұмыстар  өз  жалғасын  табуда.
Осының  арқасында  сусамырмен  науқас  адамдар  күнделікті  инсулин  гормонын  егу
қажеттілігінен құтылар еді. Микрокапсуланың ішіне магнитті заттардың бөлшектері
ендірілуі мүмкін. Сөйтіп, ағзаға ендірілген микрокапсуланың сырт жағынан (ағзадан
тыс) магнит  өрісін  жақындату  арқылы, оны  қажет  болған  нысаналы  жерде  ұстап
тұру мүмкіндігі туылады.
Кейбір  жағдайларда  капсулалардың  қажетті  ортада  еріп, қажетсіз  ортада
қапшығын  сол  күйінде  сақтай  алуы  үшін, құрамына  жоғары  молекулалы  заттар
ендіріледі. Мысалы, асқазан  сөлінде  бұзылмай  тек  қана  тоқ  ішекте  ыдырай
бастайтын  ацетилфталилцеллюлоза  дəрмегінің  микрокапсуласы  осындай  қабілетке
ие. Қазіргі  кезде  қапшық  құрамы  эритроцит  қабықтарынан  тұратын
микрокапсулаларды пайдалану жолдары зерттелуде. Мұндай жағдайда эритроциттер
ішіндегі заттардан босатылып, босаған жерлері ферменттермен толтырылады.
2.3 Жасушалық ферменттер ішінен қажетті биореагенттерді анықтау
Жасушаның  таңқаларлық  көп  химиялық  қосылыстарын  сорттап, ішінен
қажетті  ферментті  таңдап  алу – өте  күрделі  жұмыс. Мұны  шешу  үшін  келесі
мүкіндіктердің орындалуы қажет болады:
- қызықтыратын  қызметі  бар  жасушаны  таңдап, кездейсоқ  ферментті
бөліп  алғаннан  кейін, олардағы  амин  қышқылдарының  орналасу  тəртібін  анықтау
керек. Кейін, осы ферменттер арасындағы ұқсастықтарды анықтау үшін, анықталған
фермент  құрылысын, бізге  белгілі  қызмет  атқаратын  фермент  құрылысымен
салыстырады. Мұндай қажетті қызмет атқаратын ферменттің табылмауы да мүмкін.
- жасуша  құрамынан  қажетті  затты  синтездейтін  мРНҚ  бөліп  алынып,
олардың  матрицасында  трансляция  үдерісі  кезінде  пайда  болатын  ферменттерді
сынап  көру  қажет. Жасушаның  белсенділігіне  байланысты  көрінетін  ферменттерге
басты  назар  аударылады. Кейін, жоғарыда  келтірілген  тəсілмен  ферменттер
арасындағы  ұқсастықтарды  анықтау  үшін, қажетті  фермент  құрылысын  белгілі
қызмет атқаратын фермент құрылысымен салыстырады.

103
- белсенді  емес  жасушалар  популяциясы  іріктеліп  алынып, оларға
кездейсоқ  жолмен  ферменттер  қосылады, нəтижесінде  қажетті  белсенділіктері
көрініс  бергендері  таңдап  алынады. Сөйтіп, жасушаға  қосылған  фермент
нəтижесінде  қажетті  белсенділік  пайда  болғандықтан, дəл  осы  фермент  біздерге
қажеттісі екен деген пікір жасалынады.
Бұл  бағыттағы  ізденіс  жұмыстарының  қарқынды  түрде  жүргізіле  бастауы,
ақуыздардың құрылысы мен ондағы амин қышқылдарының орналасу реті жөніндегі
мол  деректердің  жинақталуына  байланысты  арта  түскен  болатын. Нəтижесінде
атқаратын  қызметтері  ұқсас  келетін  ақуыздардың  құрылымдық  ерекшеліктері
салыстырыла  басталды. Жүздеген  мың  табиғи  ферменттердің  шектеулі  ғана
архитиптерге, немесе  супержанұялық  типке (суперсемейство) жататындары
анықталды. Бір жанұялық типке жататын ақуыздар, ұқсас құрылым мен қызметтерге
ие  болады  жəне  олар  алыс  туыстарда  да  кездеседі. Жаңа  табылған  ферментті,
атқаратын  қызметі  бұрыннан  белгілі  ферменттің  құрылымымен  салыстыра  келе,
оның  түзілген  классификациядағы  орнын  анықтауға  болады. Алайда, ферменттің
қандай  ұялық  типке  жататынын  анықтау, тіпті  оның  амин  қышқылдық  орналасу
ретін басқа ұқсас құрылымды ферменттермен салыстыру нəтижесі де, əрдайым бұл
проблеманы  шешуге  қол  жеткізе  бермейді. Бұған  дəлел  ретінде, ферменттің
атқаратын  қызметі  оның  үш  сатылы  құрылымымен  анықталатынын  жəне  тек
бірнеше  амин  қышқылдары  ғана  алмастырылған  жағдайдың  өзінде, бұл  ақуыздың
мүлде  басқа  қызмет  атқара  бастайтынын  еске  түсірсек  жеткілікті. Бірақ  та, соңғы
жылдардағы  заманауи  компютерлік  технологияның  мүмкіндіктерін  пайдалану,
биологиялық скрининг нəтижелерінің тиімділігін арттыруға қол жеткіздірді. Соның
нəтижесінде  көптеген  пайдалы  жақтары  мол  болуы  мүмкін  деп  есептелетін
биоэнзимдерді анықтау мүмкін болып отыр.
20-суретте  жасушалық  ферменттерді  анықтауға  қажетті  үдерістердің  түрі
жинақталып берілген.
Табиғи  ферменттер  өте  тиімді  жұмыс  істегенімен, жасушаның  атқаратын
қызметі  біздердің  сұранысымызды  əрдайым  толықтай  қанағаттандыра  бермейді.
Біздер, қажетті өнімді көп мөлшерде алуды, яғни  оны өндірістік  деңгейде  өндіруді
қалаймыз. Жасушалар  болса, зат  алмасуы  үдерісі  барысында  түзілетін  өнімдерін
(метаболизм) реттеп, əрдайым  өздеріне  қажетті  мөлшерде  ғана  шығаруға
бейімделген. Жасушалардың көптеген ферменттері қыздыруға шыдамсыз жəне өмір
сүру  мерзімі  де  қысқа  болып  келеді. Сонымен  бірге, олар  өздері  катализдейтін
реакция  өнімінің  көлемі  жеткілікті  деңгейге  жеткен  уақытта, «ажыратылып  қалу»
(отключение) қасиетіне  ие. Кейбір  жағдайларда, біздерге  қажетті  қасиеттері  бар
ферменттер  табиғатта  мүлдем  болмағандықтан, оларды  басқа  ферменттерді
өзгерістерге ұшырату жолымен алуымызға тура келеді.
Ферменттердің  қалай  қызмет  атқаратындықтарының  толықтай  зерттелуі,
оларды  өздеріміздің  мақсатымызда  пайдалануымызға  мүмкіндік  беретін –
рекомбинантты  ДНҚ  технологиясын  меңгеруімізге  жол  ашты. Соның  нəтижесінде,
адамдар табиғат берген сыйды қайта құрастыру мүмкіндігіне қол жеткізді. Мысалы,
экстремалды  жағдайда (температура, құрғақшылық, РН-ортасы) тіршілік  ететін
организмдерден  ферментін  алып, бұл  ферменттердің  ерекшеліктерін  өз  мүддемізге
сай  пайдалану  əдістері  табылды. Біздер  үшін, əсіресе, табылған  ферменттің

104
əрекетінің қажетті нəрсеге бағытталуы, яғни оның əсері аумағының шектеулі болуы
қызықтырады.
20-сурет. Жасушалық ферменттерді анықтау жəне сараптау
2.4 Ферменттер модификациясы жəне оларды алу əдістері
Рекомбинантты  технология  үдерісінің  меңгерілуі, табиғи  ферменттерді
өндірістік  мақсатта  пайдалану  мүмкіндігін  арттырды. Жақын  аралықтағы  жасуша
үдерістерінің  ашылуы  мен  осы  саладағы  көптеген  патенттік  ізденістердің  тіркелуі,
биореагенттерді өндірістік мақсатта қолданудың ауылы алыс еместігіне меңзейді.
Белгілі  бір  молекуланың  химиялық  құрамын  өзгерту  үшін  бағытты
мутагенез  əдісі  қолданылады. Бұның  мəні, арнайы  жүргізілген  индукция
нəтижесінде  генетикалық  кодтың  бөлігінде  жүретін  өзгерістерге  негізделеді.
Мұндай  технологияны  қолдану  кезінде, зерттеуші  мутацияның  жасушаның
қызметіне  əсерін  бақылағаннан  кейін, осы  өзгерістің  шығу  көзін  анықтау
мақсатында, бұл  жұмысты  кері  бағытта  жүргізеді. Егерде  зерттеушіні
қызықтыратын  қызмет  көрініс  бермесе, онда  ол  коды  бұзылған  ақуыз  дəл  осы
қызметке  жауап  береді  деген  пікірге  келеді. Ал  егерде, белсенділігі  жоқ  жасуша

жүктеу/скачать 4,09 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: