Fermentativ reaktsiyalar kinetikasi

3. Fermentlar faolligining boshqarilishi. Fermentlar faolligi boshqariladigan katalizatorlarga mansub ekanligi yuqorida aytilgan edi. Ferment faolligining boshqarilishi ularning turli xil biologik komponentlar yoki yot birikmalar (masalan, dori va zaharlar) bilan o`zaro ta`siri orqali yuzaga keladi hamda ular fermentlarning modifikatorlari yoki regulyatorlari deb ataladi. Modifikatorlarning fermentlarga ta`siri ostida reaktsiya tezlashishi (bunday sharoitda ular aktivatorlar deyiladi) yoki sekinlashishi (bunday sharoitda ular ingibitorlar deyiladi) mumkin.
Fermentlar faolligining boshqarilishi 3 bosqichni o`z ichiga oladi:

1. 
   Hujayra ichki boshqarilishi (substratlar, metabolitlar, aktivatorlar, ingibitorlar, pH, harorat, allosterik fermentlar). Bunday boshqarish avtomatik kechadi.
   
2. 
   Gormonal boshqarilish. Oqsil tabiatli gormonlar va aminokislota hosilalari hujayraviy fermentlarni adenilatsiklaza tizimi orqali, steroid gormonlar va tiroksin gen darajasida fermentlar sintezini jadallashtiradi.
   
3. 
   Nerv tizimi orqali boshqarilish
   

Fermentlarning faollanishi. Modifikator ta`siridan so`ng yuzaga keladigan bioximiyaviy reaktsiyaning tezlashganligi asosida fermentlarning faollashuvi aniqlanadi. Faollantiruvchi moddalarning bir guruhini ferment faol markaziga ta`sir etuvchi moddalar tashkil etadi. Unga fermentlarning kofaktorlari va substratlari kiradi. Kofaktorlar (metall ionlari va koferment) murakkab fermentlarning faqatgina struktura elementlari bo`lmasdan ularni faollantiruvchilari hamdir.
Metall ionlari yetarli darajada o`ziga hos faollantiruvchidir. Ko`pchilik fermentlar uchun ko`p hollarda bir emas, balki bir nechta metall ionlari talab etiladi. Masalan, bir valentli kationlarni hujayra membranasi orqali tashib o`tkazuvchi Na⁺, K⁺ - ATF azalar uchun magniy, natriy va kaliy faollantiruvchilari zarur.
Metall ionlari yordamida faollanish turli xil mexanizmlar orqali amalga oshadi. Ayrim fermentlarda ular katalitik qism tarkibiga kiradi. Ko`p hollarda metall ionlari substratning ferment faol markazi bilan o`ziga xos ko`prik hosil qilib bog`lanishini yengillashtiradi. Ba`zi hollarda esa metall ferment bilan emas, balki substrat bilan metallosubstratli kompleks hosil qiladi.
Substratni bog`lash va katalizlashda kofermentlarning o`ziga xosligi ularning fermentativ reaktsiyalani faollashida namoyon bo`ladi.
Substrat ham ma`lum bir miqdor chegarasida faollantiruvchi bo`la oladi. Substrat miqdoriga to`yinishga erishilgandan so`ng ferment faolligi oshmaydi. Substrat fermentning turg`unligini oshiradi va ferment faol markazining zaruriy konformatsiyasida shakllanishini yengillashtiradi.
Ba`zi fermentlarning faollanishi ular molekulasining faol markaziga tegmasdan, modifikatsiyalash yo`li orqali ham amalga oshishi mumkin. Bunday modifikatsiyaning bir nechta usullari mavjud:
- faol bo`lmagan unumi profermentlar yoki zimogenni faollash;
- ferment molekulasiga o`ziga hos modifikatsiyalovchi biror bir guruhni biriktirish yo`li bilan faollash.
- faol bo`lmagan oqsil kompleksini faol fermentga dissotsiyalash yo`li bilan faollash.
Fermentlarning ingibirlanishi.
Fermentativ kataliz mexanizmini tushunishda ingibitorlar katta qiziqish uyg`otadi. Ferment faol markazining kontakt va katalitik qismlarining funktsional guruhlarini bog`lovchi turli xil moddalarni qo`llash katalizda ishtirok etuvchi guruh ahamiyatini tushuntirib beradi. Fermentativ reaktsiyalarning ingibirlanishini o`rganish dori moddalari, zaharli ximikatlarning ta`sir qilish mexanizmlarini o`rganish uchun amaliy ahamiyatga ega.
Ingibitor atamasiga ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo`lish ko`zda tutiladi, chunki uning tagida faqatgina ferment faolligini o`ziga hos pasaytiruvchi modda to`g`risida gap boradi. Reaktsiyaning tormozlanishi faqat ingibitorga bog`liq emas. Chunki istalgan denaturatsiyalovchi moddalar ham fermentativ reaktsiyani pasaytirishi mumkin. Denaturatsiyalovchi modda ta`siri bo`lgan holatda «ingibirlanish» emas, balki «faolsizlanish» to`g`risida gap borsa, to`g`riroq bo`ladi. Ko`pincha, moddalar kichik miqdorlarda ingibitor, ko`p miqdorda esa inaktivator bo`lib hisoblanadi. Shuning uchun bunday tarzda ikki guruhga bo`lish ma`lum darajada shartlidir.
Ingibitorlar avvalo ferment bilan mustahkam bog`lanishdek umumiy belgisi bilan ajralib turadi. Bunday belgisiga ko`ra ingibitorlar 2 guruhga bo`linadi: 1) qaytar va 2) qaytmas. Fermentni 2 guruhdan qaysi biriga mansubligi dializ yoki fermentning ingibitorli eritmasini ko`p suyultirishdan so`ng ferment faolligining qayta tiklanish mezoniga asosan aniqlanadi. Qaytmas ingibitorlar ferment bilan mustahkam bog`lanadi va bunday jarayondan so`ng ferment faolligi qayta tiklanmaydi.
Aksincha, ferment - qaytar ingibitor kompleksi mustahkam emas va tezda parchalanib ketadi. Bunda ferment faolligi qayta tiklanadi.
Fermentlarning ingibitorlari ta`sir etish mexanizmiga asosan quyidagi turlarga bo`linadi: 1) raqobatli; 2) raqobatsiz; 3) raqobat qilmaydigan; 4) substrat; 5) allosterik;
1). Raqobatli ingibirlanishi hodisasi tuzilishi jihatidan substratga o`xshash bo`lib, ferment bilan bog`langandan so`ng oson ajralib ketmaydigan modda va haqiqiy substrat o`rtasida fermentning faol guruhiga nisbatan raqobat tufayli kelib chiqadi. Substrat ferment bilan birikib, ferment-substrat kompleksi ES paydo qilganidek, ingibitor ham shunday dissotsiyalanish qobiliyatiga ega bo`lgan kompleks hosil qiladi:
E+I → EI
Lekin hech qachon raqobatli ingibirlanishda boshqalardan farqli ravishda uchtalik kompleks ESI (ferment-subtrat-ingibitor) hosil bo`lmaydi.
Subtratga o`xshash ingibitor ferment molekulasining bir qismini bog`lab, ferment-subtrat kompleksi hosil bo`lishiga yo`l qo`ymasligi natijasida ingibirlanish hodisasi kelib chiqadi. Ferment molekulalarining faol markazlaridan ingibitorni siqib chiqaradigan darajada ko`p miqdordagi substrat bilan tormozlanishni to`xtatish va fermentni katalizlash qobiliyatini tiklash mumkin.
Raqobatli ingibitorlarning subtratga o`xshashligi bo`lganligi uchun bunday ingibirlash izosterik ingibirlash deb ham ataladi. Yig`ilib qolgan ferment faollanishni boshqarishga ta`sir etuvchi metabolitlar va yot moddalar raqobatli (izosterik) ingibitorlar bo`lishi mumkin.
Raqobatli ingibirlashga suktsinat kislota va malonat kislotalar bilan suktsinatdegidrogenaza fermenti orasidagi munosabat yaqqol misol bo`la oladi. Malonat kislotaning strukturasi suktsinatga o`xshash bo`lganidan u fermentning ma`lum sathi bilan bog`lanadi, hosil bo`lgan kompleks esa parchalanmaydi, fermentni blokirlab turadi.
Ko`pchilik farmakologik preparatlar, qishloq xo`jalik zararkunandalariga qarshi ishlatiladigan zaharli ximikatlar va zaharli moddalarning ta`sir qilishi raqobatli ingibirlashga asoslangan.
Moddalar almashinuvida biror bir fermentni tanlab ishdan chiqarib, muayyan bir boshqa fermentning ishtirokini o`ziga hos tahlilini o`tkazish mumkin. Raqobatli ingibirlash antimetabolitlar qidirish uchun imkoniyatlar yaratadi, ya`ni haqiqiy substratga o`xshash konformatsiyaga ega bo`lgan holda raqobatli ingibitorlar safiga qo`shilishi kerak. Antimetabolitlar o`ziga hos farmakopreparatlar sifatida istiqbolli hisoblanadi.
Ammo raqobatli munosabat faqat substrat bilan ingibitor o`rtasida emas, balki ingibitor bilan koferment o`rtasida ham bo`lishi mumkinligini yoddan chiqarmaslik zarur.
Antikofermentlar (kofermentlarning analogi bo`lib, ammo ularning vazifasini bajara olmaydi) ham raqobatli ingibitor bo`lib, ular o`zlari bog`langan fermentlarni «saf»dan chiqarish qobiliyatiga ega. Antikofermentlarning yoki ularning unumlari bo`lgan antivitaminlar biologik tadqiqotlarda va meditsina amaliyotida samarali dori sifatida keng qo`llaniladi.
2. Raqobatsiz ingibitorlar ingibirlangan fermentlarning substrat bilan bog`lanishiga emas, balki uning katalitik o`zgarishiga ta`siri bilan bog`liq. Raqobatsiz ingibitor fermentning faol markazidagi katalitik guruhlar bilan bevosita bog`lanadi yoki fermentning faol markazidan boshqa qismi bilan bog`lanib, uning substrat bilan o`zaro ta`sirlashishiga xalal beradigan darajada katalitik qism strukturasiga ta`sir etadi. Raqobatsiz ingibitor substrat bilan bog`lanishga ta`sir etmaganligi sababli raqobatli ingibirlashdan farqli ravishda quyidagi formula bo`yicha uch tomonlama kompleks hosil bo`ladi:
E + S + I → ESI
Ammo bu kompleksdan mahsulot hosil bo`lmaydi. Raqobatsiz ingibitorlarga sianidlar misol bo`lib, ular geminli ferment - sitoxromoksidazalarning katalitik qismiga kiradigan uch valentli temir bilan mustahkam bog`lanadilar.
Bu fermentning bog`lanishi nafas olish zanjirini ishdan chiqaradi va hujayra halok bo`ladi. Fermentlarning raqobatsiz ingibitorlariga og`ir metallar va ularning organik birikmalari kiradi. Shuning uchun simob, qo`rg`oshin, kadmiy, mishyak kabi og`ir metallarning ionlari juda zaharli. Ular masalan, fermentlarning katalitik qismiga kiradigan SH -guruhlarni bog`lab qo`yadi. Ferment - ingibitor kompleksi substratni biriktirishi mumkin, ammo katalitik guruhlar band bo`lganligi sababli substrat uchun keyingi o`zgarishlar amalga oshmaydi. Raqobatli ingibirlashdagi singari ortiqcha miqdordagi substrat raqobatsiz ingibitorlarni fermentlar ta`siridan xalos etmaydi, bunga faqatgina ingibitorlarni bog`lay oladigan moddalargina yordam bera oladi. Bunday moddalarga reaktivatorlar deyiladi.
Og`ir metallar kichik miqdordagina raqobatsiz ingibitor bo`la oladi. Ular ko`p miqdorda bo`lganda inaktivatorlar bo`lib, denaturatsiyalovchi modda singari ta`sir etadi.
Raqobatsiz ingibitorlar farmakologik vositalar, qishloq xo`jalik zararkunandalariga qarshi kurashish uchun zaharlovchi modda sifatida va harbiy maqsadlarga qo`llaniladi.
Zaharlanganda yoki ularni ferment ingibitor kompleksidan chiqarib tashlash uchun reaktivatorlar yoki zaharga qarshi moddalardan foydalanish mumkin. Ularga barcha SH - tutuvchi komplekslar, (sistein, dimerkaptopropanol), limon kislotasi, etilendiamintetrasirka kislota kiradi.
3. Raqobat qilmaydigan ingibirlash. Raqobat qilmaydigan ingibirlash deb faqat ferment substrat kompleksiga ingibitorning birikishidan yuzaga keladigan fermentativ reaktsiyaning tormozlanishiga aytiladi. Raqobat qilmaydigan ingibitor substrat bo`lmagan sharoitda ferment bilan bog`lanmaydi. Bundan tashqari, ingibitor substratni fermentga bog`lanishini yengillashtiradi, keyin esa o`zi bog`lanib, fermentni ingibirlaydi. Bu ingibirlashning kamdan-kam uchraydigan shakli hisoblanadi.
4. Substratli ingibirlash. Substratli ingibirlash fermentativ reaktsiyada ortiqcha miqdordagi substrat natijasida kelib chiqadigan tormozlanishdir. Bunday ingibirlash katalitik o`zgarishga uchray olmaydigan ferment substrat kompleksi hosil bo`lishi oqibatida yuzaga keladi. ES₂ kompleksi mahsulot hosil qilmaydi va ferment molekulasini faolsizlantiradi. Substratli tormozlanish ortiqcha substrat natijasida kelib chiqqanligi uchun uning miqdorini kamaytirib ferment faol holatga keltiriladi.
5. Fermentlar faolligining allosterik boshqarilishi.
Allosterik boshqarish allosterik effektorlar bog`lanishi uchun regulyator markazlarga ega bo`lgan, to`rtlamchi strukturali fermentlarning alohida guruhlari uchun hos. Fermentning faol markazida substratlarning o`zgarishini tormozlaydigan salbiy effektorlar allosterik ingibitorlar vazifasini bajaradi. Ijobiy allosterik effektorlar esa, aksincha fermentativ reaktsiyani tezlashtiradi, shu sababli ular allosterik faollashtiruvchilarga kiradi. Fermentning allosterik effektorlari ko`pincha turli xil metabolitlar metall ionlari kofermentlar bo`lishi mumkin. Kamdan-kam hollarda fermentlarning allosterik effektorlari vazifasini substrat molekulalari bajarishi mumkin. Bunday fermentlarda o`z-o`zidan faol markaz allosterik effektorlar bilan o`xshash bo`ladi va allosterik effektorlarda fermentlardan farqli ravishda katalitik qismi yo`q.
Ba`zi fermentlar bir nechta allosterik markazlarga ega, ulardan ba`zilari allosterik ingibitorlarga, boshqalari esa faollashtiruvchilarga xos bo`ladi.
Allosterik ingibitorlarning fermentga ta`sir etishi mexanizmi faol markazning konformatsiyasini o`zgarishidan iborat.
Allosterik faollantiruvchilar, aksincha, fermentlarning faol markazidagi substratning o`zgarishini yengillashtiradi va bu hodisa K<sub>m</sub> ning kamayishi yoki maksimal tezlikning oshishi bilan birgalikda kuzatiladi.
Allosterik fermentlar boshqa fermentlardan substrat miqdoriga reaktsiya tezligining bog`liqligi o`ziga xos S-shaklidagi egri chiziq bo`lishi bilan farq qiladi. Bu esa subbirliklarning faol markazlari avtonom emas, balki kooperativ holda ish bajarishini bildiradi.
Allosterik fermentlar hujayra modda almashinuvida muhim vazifasini o`taydi. Ular metabolizmda «kalit» o`rnini egallab, moddalar almashinuvidagi o`zgarishlarga juda sezgirlik bilan munosabat bildiradilar. Masalan, allosterik boshqarish birinchi ferment zanjirining oxirgi mahsulotini ingibirlash ko`rinishida namoyon bo`ladi. Boshlangich modda (substrat)ning bir nechta ketma-ket o`zgarishlardan so`ng oxirgi mahsulotning tuzilishi substratga o`xshamaydi, shu sababdan oxirgi mahsulot boshlang`ich fermentlar zanjiriga allosterik ingibitor (effektor) sifatida ta`sir etishi mumkin. Tashqaridan qaraganda bunday boshqarish qaytar bog`lanishli mexanizmga o`xshaydi va oxirgi mahsulotning chiqishini nazorat qilishga imkon beradi hamda oxirgi mahsulot to`planib qolgan holatda birinchi ferment zanjirining ishi to`xtatiladi:
E₁ E₂ E₃
A--------- V ----------- S -----------D
----------------------------------------
Bunda A,V, S, D metabolitlar: E₁, E₂, E₃ fermentlar
Foydalanilgan adabiyotlar:


1. Pleshkov B.P. Bioximiya selskoxozyaystvennx rasteniy. M. “Kolos” 1969 g.
2. Lebedov S.I. Fiziologiya rasteniy. M. 1988 g.
3. Yakushkina N.I. Fiziologiya rasteniy. M. 1980 g.
4.Mustaqimov G.D. O`simliklar fiziologiyasi va mikrobiologiya asoslari. T. 1995 y.
4. Xo`jaev J. X O`simliklar fiziologiyasi Toshkent “Mexnat” 2004
5. Rubin B.A. Kurs fiziologii rasteniy. M. 1976 g.
6. www.ziyonet.uz