Biologik kimyo

Nazorat savollari

0. 
   Ferment va ferment bo`lmagan anorganik katalizatorlarning o`xshashlik va farqlari nimalardan iborat?
   

0. 
   Oddiy va murakkab fermentlarning farqlari nimada?
   

0. 
   Fermentlarning faol va allosterik markazlari qanday tuzilgan?
   

0. 
   Kataliz jarayonida fermentlarning qaysi funktsional guruhlari ishtirok etadi?
   

0. 
   Fermentlarning kofaktorlari deb nimaga aytiladi?
   

0. 
   Vitaminli kofermentlarga qaysi kofermentlar kiradi?
   

0. 
   Vitamin bo`lmagan kofermentlarga misollar keltiring.
   

0. 
   Fermentlar ta’sir qilish mexanizmi nimaga asoslangan?
   

0. 
   Fermentativ kataliz jarayoni necha bosqichdan iborat?
   

10. Fermentlar ta’sirining molekulyar mexanizmlari va ularning turlari.

99

3.2. Fermentativ reaktsiyalar kinetikasi. Fermentlar faolligining


boshqarilishi


Fermentlar ta’sirining o`ziga xosligi. Katalitik reaktsiyalar uchun o`ziga xoslik bo`lishi shart. Fermentlarning spetsifikligi (o`ziga xosligi) oqsil molekulasining ma’lum qismlari bilan substratning tegishli guruhlari o`trasida kimyoviy aloqalar o`rnatilishiga bog`liq. Fermentlarning spetsifikligi ancha nozik masala bo`lib, chuqur ma’noga ega. Har bir ferment faqat ma’lum substratga yoki molekuladagi kimyoviy bog`ning ma’lum turiga ta’sir etadi. Ferment substratga kalit qulfga tushganday mos kelishi zarur. Fermentlar spetsifikligining quyidagi xillari farq qilinadi.

0. 
   Stereokimyoviy substratli spetsifiklik. Organizmda sintezlanadigan yoki metabolik jarayonlarda hosil bo`ladigan moddalar aksari qismi optik faoliyatga ega. Stereoizomer shakllari faqat tabiiy moddalarda uchraydi va barcha kimyoviy reaktsiyalarda bir xil darajada qatnashadi. Masalan, yuqori darajadagi organizmlarda metabolik o`zgarishlarga beriladigan qandlarni asosan D-qator, aminokislotalarni esa L-qator izomerlari tarqalgan. Shuning uchun ham fermentlarning ko`pchiligi ikkita optik izomerdan faqat bittasiga ta’sir ko`rsatishi tabiiy. Bu hodisaga stereokimyoviy spetsifiklik deyiladi. Masalan, mushakdagi laktatdegidrogenaza fermenti laktat kislotasining faqat L(+) izomerini degidrirlab, pirouzum kislotasiga aylantiradi; fumaratgidrataza fumarat kislotasining faqat trans-izomeriga ta’sir etib, uning stereoizomeri bo`lgan (sis-izomer)malein kislotasiga ta’sir ko`rsatmaydi.
   

CH – CООH CH₂ – CООH CH – CООH

║ + H₂ О Fumaratgidrataza │ ║

HООC - CH HООC – CH –ОH CH - CООH

fumarat malat malein

0. 
   Mutlaq spetsifiklik. Spetsifiklikning eng qat’iy va eng ko`p tarqalgan turi
   

mutlaq spetsifiklikdir. Bu turdagi spetsifiklikka ega bo`lgan ferment faqat bittagina

100

substratga ta’sir etadi va substrat molekulasidagi ozgina o`zgarish ham uning faolligini yo`qolishiga olib keladi. Bunga misol qilib jigarda uchraydigan arginaza fermentini keltirish mumkin. Uning asosiy substrati L-arginin, aminokislotaning boshqa birorta unumiga ferment ta’sir etmaydi. Oksidlovchi-qaytaruvchi fermentlarning muhim vakili suktsinatdegidrogenaza mutlaq spetsifiklikka ega, faqat qahrabo kislotasi (suktsinat)ni degidrirlaydi. Ammo suktsinatdan faqat bitta metilen guruhi ortiq yoki kam saqlaydigan malonatga yoki glutaratga ferment ta’sir etmaydi. Shuningdek, ureaza fermenti faqat mоchevinani o’zgarishini katalizlaydi

		ureaza
H2	N–CО–NH2	NH3 + CО2
	mоchevina

0. 
   Mutlaq guruhli spetsifiklik –o`xshash substrat guruhlarini katalizlaydi. Masalan, alkogoldegidrogenaza faqat etanolga emas, har xil tezlikda bo`lsa ham
   

boshqa alifatik spirtlarga ham ta’sir ko`rsatadi.

О
//

CH₃ – CH₂ – ОH alkоgоldegidrоgenaza CH₃ – C – H etanоl

-H₂

atsetat (sirka) aldegidi
4. Nisbiy guruhli spetsifiklik – ferment substrat molekulasining spetsifik guruhlariga ta’sir ko`rsatmay, substrat guruhlarining ma’lum bir kimyoviy bog`lariga ta’sir qiladi. Masalan, ovqat hazm qilish fermentlari – pepsin, tripsin oqsil aminokislotalar zanjiridagi peptid bog`larini uzadi.

0. 
   Nisbiy substratli spetsifiklik – ferment turli xil guruhlarga tegishli bo`lgan kimyoviy birikmalarni katalizlaydi. Masalan, sitoxrom P<sub>450</sub> fermenti 7000 ga yaqin moddalarning gidroksillanishida ishtirok etadi. Ushbu spetsifiklikka ega bo`lgan ferment sistemasi tabiiy moddalar, dori va zaharlarni o`zgarishlarida, metabolizmida katta ahamiyatga ega.
   

101

Ferment spetsifik ta’sirini tushuntirishda ikkita qarash mavjud. Ulardan biri E.Fisherning ―qulf va kalit‖ (shablon) farazi bo`lib, unga ko`ra spetsifiklik asosida substrat va ferment faol markazining qat’iy mos kelishi yotadi. Fisherning farazi bo`yicha ferment qattiq struktura bo`lib, uning faol markazi substratni o`ziga biriktirish xususiyatiga ega. Agar substrat faol markazga kalit qulfga tushgandek to`g`ri kelsa, reaktsiya amalga oshadi. Agar substrat (―kalit‖) faol markazga (―qulf‖)ga mos kelmasa, reaktsiya amalga oshishi mumkin emas. Fisherning farazi ferment ta’siri spetsifikligini tushuntirishda o`zining soddaligi bilan jalb etadi. Ammo ―shablon‖ nuqtai-nazaridan qaraganda mutlaq va nisbiy guruhli spetsifiklikda, ya’ni bitta ―qulf‖ ga mos keladigan turli xil ―kalit‖ (substrat) borligini tushuntirish nihoyatda mushkul.

Keltirilgan tashqi qarama-qarshilikni Koshlend tomonidan taklif etilgan va ―majburiy moslik‖ nomini olgan boshqa faraz tushuntirib berdi. Koshlendning fikriga ko`ra ferment molekulasi qattiq emas, aksincha yumshoq, egiluvchan bo`lib, uning konfiguratsiyasi va faol markazi substratlar yoki boshqa ligandlar birikishi jarayonida o`zgaradi. Faol markaz –substratni yopishtiruvchi emas, balki substratni birikish vaqtida unga mos keluvchi shaklni qabul qilishga majburlaydi (shuning uchun ham ―majburiy moslik‖ deb nomlanadi).

―Majburiy moslik‖ farazi bir qator fermentlarni substratga birikishidan keyin faol markazning funktsional guruhlarini joylashishini o`zgarishi tajribada o`z tasdig`ini topdi. Bu faraz fementni substratning yaqin analoglariga ta’sir etishini ham tushuntirib berdi. Agar yolg`on substrat (kvazi substrat) tabiiy analogidan juda oz farqlansa va faol markaz haqiqiysiga yaqin konformatsiyani qabul qilsa, unda ferment-substrat kompleksidagi katalitik guruhlar reaktsiyani amalga oshiradi. Bunda ―aldov‖ ni ferment sezmagandek bo`ladi, ammo fermentativ reaktsiya haqiqiy substratdagidek tez bormaydi, chunki katalitik guruhlar fermentning faol markazida ideal joylashgan bo`lmaydi.

Agar kvazi substrat konfiguratsiyasi katalitik guruhlarning to`g`ri joylashishiga imkon bermasa, reaktsiya bormaydi.

102

Fermentativ reaktsiyalar kinetikasi. Fermentativ kinetika kimyoviy kinetikaning bir bo`limi tarzida ferment kataliz qiladigan reaktsiya tezligining reaktsiyaga kirishuvchi moddalar (substrat, ferment) tabiatiga va ularning ta’sir etish sharoiti (komponentlar kontsentratsiyasi, pH, harorat, muhit tarkibi, faollovchi va tormozlovchi moddalar ta’siri va boshqalarga bog`liq bo`lishi qonuniyatlarini o`rganadi.

Fermentativ reaktsiya vaqt birligida o`zgaradigan moddalar miqdori bilan o`lchanib, uning tezligi muhit sharoiti (harorat, pH, tabiiy va yot moddalarning ta’siri) ga bog`liq.

Ma’lumki, har qanday kimyoviy reaktsiya termodinamik konstantasi bilan xarakterlanadi. Konstanta sistemasi kimyoviy muvozanatga erishgan holatni ifodalaydi. Muvozanat konstantasi (K_m) to`g`ri (k+1) va teskari reaktsiyalar konstantalari (k-1) nisbatidan aniqlanadi, ya’ni K_m = k+1/k-1.

0. 
   Substrat va fermentning o`zaro ta’siri fermentativ reaktsiya sxema tarzida quyidagicha ifodalanadi:
   

	k+1	k+2	k+3
E + S	ES	EM	E + M
	k-1	k-2	k-3

bunda k – to`g`ri (+) va qaytar (-) reaktsiyalar doimiysi.

Briggs va Xoldeyn tenglamadan foydalanib, reaktsiya tezligini substrat kontsentratsiyasiga bog`liqligini matematik ifodasini keltirib chiqaradilar:

V = V_max [S] / (K_m + [S])

bunda V-kuzatiladigan reaktsiya tezligi; V_max – reaktsiyaning eng yuqori tezligi; K_m – Mixaelis konstantasi. Tenglama Mixaelis-Menten nomi bilan ataladi. V=1/2 V _max bo`lganda Mixaelis K<sub>m</sub> tenglamasi substrat kontsentratsiyasiga teng bo`ladi, ya’ni K_m= [S]. Bundan Mixaelis konstantasi kontsentratsiya miqdoriga ega. Reaktsiya tezligi maksimal tezlikning yarmiga teng bo`lganda K<sub>m</sub> substrat kontsentrasiyasiga teng bo`ladi va litr molda ifodalanadi. k-1<m fermentativ reaktsiya tezligi konstantasini ifodalaydi. K_m qancha yuqori bo`lsa, shu ferment bilan substratning katalitik o`zgarish tezligi shuncha past bo`ladi.

103

Substratning fermentga mos kelishi K_s-belgisi bilan ifodalanadigan substrat konstantasi bo`yicha belgilanadi. U ES kompleksning dissotsiyalanish konstantasi hisoblanadi. Substrat qancha mustahkam bog`langan bo`lsa, ES shunchalik sekinlik bilan E va S ga parchalanadi, demak, bunday substrat fermentning faol markaziga yuqori darajada va aksincha bo`lishi mumkin.

Reaktsiya tezligining substrat kontsentratsiyasiga bog`liqligi giperbola grafikli ko`rinishida Mixaelis egri chizig`i deyiladi. Egri chiziq substrat kontsentratsiyasini oshishi ferment molekulalari faol markazlarini to`yinganligini ko`rsatadi. Bu grafik ferment-substrat kompleksini hosil bo`lishini maksimumiga mos keladi va reaktsiyaning maksimal tezligi - V_max∙ K_m oson topiladi.