Ферменттердің халықаралық классификациясы

Бір-бірімен жалғыз әлсіз әрекеттесу үшін қажет энергияның жалпы деңгейі бір молекулаға төрттен отызға дейін килоджоуль болып есптеледі. Осындай өзара әрекеттесулерден алынатын жалпы энергия көптеген ферменттердің реакция жылдамдығын арттыруға жұмсалатын энергияны 60-100 килоджоуль/моль-дейін төмендетеді.

Фермент катализдейтін реакциялардың өзгеше ерекшеліктері сол – олар «активтік орталық» деп аталатын фермент молекуласындағы қалтада жүреді. Ферменттің активтік орталығымен байланысқа түсетін және ферменттің әсеріне ұшырайтын молекуланы «субстрат» деп атайды. Активтік орталықтың ішкі беті субстратты байланыстыратын және оны химиялық транформацияға ұшырататын амин қышқылдарының радикалдарынан құралады. Көбінесе активті орталық субстратты ерітіндіден бөліп, оны ішіне ендіріп алады. Ферменттік реакцияның нәтижесінде пайда болған қосылысты «өнім» деп атайды.

Қарапайым ферменттік реакцияны былай өрнектеуге болады:

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P

E дегеніміз ферментті, S – субстратты және P - өнімді білдіреді. ES және EP фермент пен субстраттың, фермент пен өнімнің арасындағы өтпелі комплекстер.

Ферменттік катализді қамтамасыз ететін байланыс энергиясы ферментке «арнайылықты» (specifity) береді, яғни фермент субстрат пен онымен таласатын молекулаларды ажырату қабілетіне ие болады. Жалпы арнайылық фермент және оның арнайы субстратының арасында көптеген әлсіз байланыстардың болуы деп айта аламыз. Егер субстраттың молекуласында артық функционалды топ болса ферменттің «қалтасына» сыймайды және ол кері қайтарылады. Субстраттың және ферменттің молекулаларындағы функционалдық топтардың арасындағы көптеген әлсіз байланыстар субстраттың ферментке дәл жол табуына мүмкіндік береді.

Ферменттердің арнайылығының әр түрі болады. Егер фермент субстраттың тек бір ғана түріне реакция жүргіззе – онда оның абсолютті арнайылығы туралы айтады. Абсолюттық арнайышылық та түпкілікті емес секілді. Мысалы, нитрогеназа ферменті тек молекула түріндегі азот газын аммиакқа айналдырады, яғни қос атомды азот молекуласы ол үшін абсолютті субстрат деген сөз. Азот молекуласындағы екі атом бір-бірімен үш ковалентті байланыс арқылы біріккендіктен, оны үзу өте қиын, сондықтан азот газы өте жоғары инерттілік көрсетеді. Кейінірек нитрогеназаның абсолюттік арнайылығы үш коваленттік байланысқа бағытталғаны да анықталды. Өйткені бұл фермент құрамындағы екі көміртегі атомы бір-бірімен үш коваленттік байланыспен біріккен ацетиленді оп-оңай этан газына айналдырады екен.

N≡N à NH₃, HC≡CH à H₃C-CH₃

молекулалық азот ацетилен

Кейде ферменттер субстраттың молекула түріне емес, ондағы байланысқа және оған қатысатын атомдар түріне байланысты әсер ететін болса топтық арнайылық деп айтуға болады. Мысалы, пепсин ферменті полипептидтердің түрі мен қызметіне қарамай, тек олардың пептидтік байланысын үзеді, яғни оған әртүрлі полипептидтер жалпы субстрат болып табылады.

Сонымен қатар, стереохимиялық арнайылық (стереоспецифичность) та ферменттерге тән және ол табиғатта химиялық қосылыстардың L- және D–формадағы оптикалық изомерлерінің болуына байланысты. Мысалы, глутаматсинтетаза ферменті аммиак пен α-кетоглутараттан тек L-глутамин қышқылын синтездейді.

Әр ферментің тек белгілі бір қосылысты реакцияға түсіретінін зерттеген ғалым Эмиль Фишер 1894 жылы фермент пен субстраттың бір-біріне комплементарлығын (сәйкестігін) құлып пен кілттің бір-біріне сәйкестігімен ұқсастырды. Бірақ, «құлып-кілт» гипотезасы толық өміршең болып шықпады. Өткен ғасырдың 40-шы жылдардың өзінде Л. Полинг фермент өзіне тән реакцияны катализдеу үшін реакциялық өтпелі қалыпқа ену керек деген еді. Яғни, фермент пен субстраттың арасындағы ең тиімді әрекеттесу тек ферменттің өтпелі қалыпында бола алады.

Көптеген органикалық реакциялар протон-донорларынан (жалпы қышқылдар) немесе протон-акцепторларынан (жалпы негіздер) басталады. Кейбір ферменттердің активтік орталығында амин қышқылдарынан болатын функционалды топтар болады – олар катализдік процестерге протон-доноры немесе протон-акцепторы ретінде қатысады.

Амин Жалпы қышқылдық Жалпы негіздік

қышқылдары формасы (протон формасы (протон

доноры) акцепторы)

Ферменттің қызметінде айналу саны деген түсінік бар. Ол фермент субстратпен қаныққан кезде ферменттің бір молекуласының берілген уақыт бірлігінде өнімге айналдырған субстрат молекуласының санын көрсетеді. Төменде кейбір ферменттердің айналу саны көрсетілген.

Ферменттердің ингибиторлары. Клетка ішінде жүретін барлық процестерді ферменттер іске асырады деуге болады. Сол ферменттік процестерді реттейтін агенттердің тобы ингибиторлар болып табылады, олар ферменттік реакцияларды баялатады немесе тіптен тоқтатып тастайды. Көптеген фармацевтикалық заттардың денсаулыққа әсері де олардың өзіне сәйкес ферменттің немесе ферменттердің жұмысын тежеуіне негізделген. Мысалы, аспирин ( немесе ацетилсалицилат) көптеген процестерге қатысатын (оның ішінде ауру сезімін тудыратын) простогландиннің синтезіне қатысатын бірінші ферментті тежейді. Ингибиторлар ферменттің катализдік механизмдерін шешуде, сонымен қатар метаболизм жолдарын анықтауда ерекше роль атқарды және атқарып келеді. Фермент ингибиторларының екі үлкен тобы бар: қайтымды және қайтымсыз.

Қайтымды тежеу (обратимое ингибирование). Қайтымды тежеудің жалпы түрінің бірі конкуренция (бәсеке)болып табылады. Бәсекелік немесе конкуренттік ингибитор ферменттің активтігі орталығы үшін субстратпен таласады. Егер ингибитор ферменттің активтік орталығымен байланысып үлгірсе – онда фермент субстратпен әрекеттесе алмайды. Көптеген конкурентті ингибиторлардың молекулалық құрылысы субстраттікіне өте ұқсас болады, сондықтан ол да ферментпен комплекс [EI] құрады. Бірақ, ондай комплекстің нәтижесінде жаңа өнім түзілмейді. Ингибитордың молекуласының геометриясын біле отырып, біз субстрат пен ингибитордың қандай бөлігі ферменттің активті орталығымен байланысатынын анықтай аламыз. Ингибитор ферментке қайтымды болып байланысқандықтан, ферменттің тежелуін жай ғана субстраттың мөлшерін көтеру арқылы тоқтатуға болады, яғни, субстраттың мөлшері ингибитордан әлдеқайда көп болған кезде EI-комплексінің саны өте төмен болады.

Конкурентті тежеу (ингибирлеу)

Тағы бір мысал. Метанол спиртінің адам денсаулығына өте-мөте қауіпті екенін көп естиміз. Бауырда болатын алкоголдегидрогеназа деген фермент метанолды көптеген ұлпалар үшін өте күшті у - формальдегидке айналдырады. Әсіресе, көз қарашығы формальдегидке өте сезімтал – формальдегид тез арада соқырлыққа алып келеді. Ал, этанол мен метанол бір-біріне конкурентті ингибиторлар, бірақ екеуі де алкоголдегидрогеназаның реакциясының нәтижесінде өнім береді: метанол – формальдегидке, ал, этанол ацетальдегидке айналады. Сондықтан да метанолмен уланған кезде қанға этонал бергенде, метанол ферментпен көп байланыса алмай қалады.

Басқа екі қайтымды – конкурентсіз және аралас тежеулер екі және одан да көп субстраттары бар ферменттерде болады. Конкурент емес ингибитор ферменттің активтік орталығынан басқа бөліммен байланысады, оның конкуренттіден айырмашылығы – ол ферментпен оның тек [ES] жағдайында байланысады. Аралас ингибитор жек ферментпен [E] де, фермент-субстрат [ES] комплексімен де байланыса алады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: