Biokimyoviy jarayonlari kimyoviy boshqarilishi

2.2. Oddiy va murakkab fermentlar. Fermentlarning faol va allosterik markazlari. Oqsillar struktura tuzilishining barcha xususiyatlari fermentlar uchun ham tegishlidir. Ular ham 4 ta tuzilish darajasiga ega: birlamchi, ikkilamchi, uchlamchi va to`rtlamchi. To`rtlamchi strukturaga ega fermentlar protomer (subbirliklar) dan tuzilgan. Fermentlar ham barcha oqsillar singari oddiy (protein-ferment) va murakkab (proteid-ferment) ga bo`linadi. Murakkab fermentlarni oqsil qismi - apoferment va oqsil bo`lmagan qismi – kofaktorlardan iborat. Fermentlar kofaktorlari – metall ionlari va kofermentlar esa organik birikmalardir. Apoferment va kofaktorlar alohida bo`lganda ferment katalizator sifatida faollikka ega bo`lmaydi. Ularning birlashishi faol fermentni hosil qiladi va unga xoloferment deyiladi. Kofaktorlar termostabil moddalardir, apofement qizitilganda ferment faolligini yo`qotadi.
Fermentativ katalizning spesifikligi va boshqa xususiyatlarini o`rganish oraliq kompleksning hosil bo`lishida ferment funksional guruhlari substrat molekulasining kimyoviy va fazoviy (topografik) komplementar guruhlari bilan munosabatga kirishi haqidagi xulosaga olib keldi. Bu fikr ferment molekulasini reaktsiyada qatnashadigan substrat molekulasiga nisbatan ancha katta o`lchamli bo`lishidan ham kelib chiqadi. Binobarin, ferment – substrat kompleksining hosil bo`lishida substrat molekulasi bilan ferment peptid zanjirining chegaralangan qismigina reaktsiyaga kirishadi. Fermentning faol markazi deb ferment oqsil molekulasining substrat bilan birikib, uning kimyoviy o`zgarishini ta’minlaydigan qismlariga aytiladi. Bunday bir vazifani bajaradigan bir qismlar oddiy va murakkab fermentlarning uchlamchi strukturasida bo`ladi. Murakkab fermentlarning faol markazi tarkibiga kofaktorlar ham kiradi. To`rtlamchi strukturaga ega oligomer fermentlarda faol markazlar soni subbirliklar soniga teng.
Oddiy va murakkab fermentlarning uchlamchi qurilishida ma’lum bir funktsiyani bajaruvchi maxsus markazlar mavjud.
Faol markaz ko`pincha ferment molekulasi yuzasidagi botiq yoki tirqish ko`rinishidagi qismidir. Shakli bo`yicha faol markaz uning ichiga kiradigan substrat molekulasiga komplementar - mos. Faol markaz tuzilshi bo`yichafermentning spesifikligini va katalitik faolligini ta’minlaydigan, fazoda ma’lum ravishda orientasiyalangan bir qator funksional guruhlardan iborat. Ular orasida substratga yaqinlikni, ya’ni spesifik bog`lanishni ta’minlaydigan kontakt yoki aloqa qismi hamda substratni kimyoviy o`zgarishini ta’minlaydigan katalitik faol markaz farq qilinadi. Odatda ferment faol markazini polipeptid zanjirning 12-16 ta aminokislota qoldiqlari tashkil qiladi. Faol markaz polipeptid zanjiridagi aminokislotalar bir-biri bilan fazoviy taxlanadilar. Bundan fermentativ faollik uchun polipeptid zanjirning qolgan qismini zarurligi yo`q, degan xulosani chiqarish kerak emas, chunki molekulaning boshqa qismlari faol markazning fazoda uch o`lchovli konfigurasiyasini belgilab, guruhlarning reaktsiya qobiliyatini ta’minlaydi. Faol markaz tarkibiga ko`proq serin, gistidin, glutamin, asparagin, sistein, tirozin,treonin, lizin; alifatik aminokislotalarning gidrofob qismi va fenilalaninning aromatik halqasi kiradi.
Fermentlarning yuqorida sanab o`tilgan aminokislota qoldiqlarining fizik-kimyoviy xossalari substrat bilan bog`lanish va uni o`zgartirishni ta’minlab beradi. Qutbli guruhlar kislotali yoki ishqoriy, ba’zida kislota-ishqoriy (gistidin) xossaga ega. Muhit pH ning o`zgarishi ularning kislota-ishqoriy xossasini o`zgartirib, substratning turli guruhlari bilan ta’sirlashishga olib keladi. Murakkab fermentning faol markazidagi yon radikallari faol markazning to`g`ri konformatsiyasi uchun sharoit yaratadi va kofaktorning bog`lanishi, orientatsiyasi hamda substratning o`zgarishida yordam beradi.
Oddiy fermentlarda faol markazning aloqa va katalitik qismlarining funksional guruhlari vazifasini aminokislotalarning faqat yon radikallari bajaradi. Murakkab fermentlarda esa bu jarayonlardagi asosiy vazifani kofaktorlar bajaradi.
Kataliz jarayonida fermentlarning quyidagi funksional guruhlari ishtirok etadilar:

• 
  dikarbon aminokislotalarning COOH va polipeptid zanjirning COOH guruhlari;
  
• 
  lizin va polipeptid zanjirning NH₂guruhi;
  
• 
  argininning guanidin guruhi;
  
• 
  triptofanning indol guruhi;
  
• 
  gistidinning imidazol guruhi;
  
• 
  serin va treoninning OH guruhi;
  
• 
  sisteinning SH va sistinning disulfid guruhi;
  
• 
  metioninning tioefir guruhi;
  
• 
  tirozinning fenol guruhi;
  
• 
  alifatik aminokislotalarning gidrofob zanjiri va fenilalaninning aromatik halqasi.
  

Polipeptid zanjiridagi sanab o`tilgan aminokislota qoldiqlari xossalari o`zlariga mos keladigan substrat bilan fizik-kimyoviy aloqaga kirishadi, ya’ni aminokislotalarning gidrofob radikallari substratning qutbsiz qismlariga mos keladi. Qutbli guruhlar esa kislotali yoki ishqoriy xossalarga ega bo`lganligi tufayli muhit pH ini o`zgarishi ularning kislota-asosli xossalarini o`zgartiradi va substratning turli xil guruhlari bilan o`zaro ta’sirlanishiga olib keladi.
Murakkab fermentlarning faol markazidagi aminokislotalarning yon radikallari faol markazni to`g`ri konformatsiyasi uchun sharoit yaratadi va kofaktorlarga bog`lanishda, orientasiyada hamda o`z navbatida substratning o`zgarishida qatnashadi.
Murakkab ferment molekulasida faol markazdan tashqari allosterik ( grekcha allos – boshqa, yot; steros – fazoviy, strukturaga oid) markaz ham bo`lib, u ferment molekulasida fazoviy jihatdan faol markazdan ajralgan. Allosterik markaz bilan bog`lanuvchi molekulalar tuzilishiga ko`ra substratga o`xshamaydi, lekin faol markaz konfiguratsiyasini o`zgartirgan holda substratni faol markaz bilan bog`lanishiga va o`zgarishiga ta’sir etadi. Har bir ferment molekulasi bir nechta allosterik markazlarga ega bo`lishi mumkin. Allosterik markaz bilan bog`lanuvchi moddalar allosterik effekrorlar deb ataladi. Effektorlarni allosterik markazga birikishi ferment molekulasining uchlamchi, ba’zan to`rtlamchi strukturasini va unga muvofiq faol markaz konfigurasiyasini o`zgartirib, enzimatik faollikni kuchayishi yoki pasayishiga olib keladi. Shunga mos ravishda allosterik effektorlar ijobiy (aktivatorlar) yoki salbiy (ingibitorlar) deb ataladi. Gormonlar va ularning unumlari, turli xil metabolitlar (modda almashinuvining mahsulotlari), mediatorlar va boshqalar allosterik effektorlar bo`lishi mumkin.
Allosterik fermentlar odatda oligomer tuzilishida strukturasida bir-biridan ma’lum masofada joylashgan bir nechta faol markaz va bir nechta allosterik boshqaruvchi markazlari borligi aniqlangan.