Ферментлар

-HN-СH-CO-… + (i – C₃H₇O)₂P(O)F  -HN-СH-CO-…
CH₂-OH CH₂-OOP(i – C₃H₇O)₂

Ингибиторларнинг иккинчи тури реакцион қобилиятга эга гуруҳлар тутувчи субстрат билан структура структура аналоглари ҳисобланади. Бундай ингибиторлар реакцион марказ зонасида ковалент боғлар билан боғланади, кейин локаллашган ва яқинда жойлашган функционал гуруҳларни ковалент боғлар ҳосил қилиб модификациялайди. Актив марказларнинг функционал гуруҳларини идентификациялашни энг самарали методи- рентгеноструктура анализи усули ҳисобланади. Фермент-субстрат комплексининг фазовий структураси ферментнинг каталитик гуруҳларини ўзаро жойлашуви ва субстратнинг ҳужум қлинадиган боғлари ҳақидаги маълумот асосида ферментнинг таъсир механизмини аниқлаш мумкин.

Ферментатив катализ механизми.

Бирон-бир реакцияни бориши учун реакцияга киришувчи молекулалар бир-бирлари билан тўқнаишлари зарур. Лекин ҳамма тўқнашувлвр ҳам реакцияга олиб бормайди. Реакция содир бўлиши учун молекулалар етарли даражада кинетик энергия заҳирасига эга бўлиши керак. Ихтиёрий модда молекулаларининг йиғиндиси ҳар хил кинетик энергияли молекулалар тўпламидан иборат. Фаол ҳолатга ўтиш учун зарур бўлган энергия фаоллашув энергияси дейилади.
Ферментатив ва кимёвий катализ орасида принципиал тафовутлар йўқ. Кимёвий катализнинг асосий ғояси-оралиқ (ўтиш) ҳолат назарияси ҳисобланади. Бу назария реагентнинг икки хил ҳолатини-бошланғич (асосий) ва реакция давомида ҳосил бўладиган барқарорлиги кам бўлган ҳолатини назарда тутади. Графикда оралиқ ҳолатга максимум энергия тўғри келади; бундай ҳолатда кимёвий боғлар тўхтовсиз парчаланиб ҳосил бўлиб туради.
Катализатор оралиқ ҳолат энергиясини (энергетик барьерни) камайтириб реакция тезлигини оширади. Кимёвий ва ферментатив катализнинг механизмлари ўхшаш бўлса ҳам, нормал босим шароитида сувли эритмаларда 37^оС да одатдаги кимёвий катализаторлардан анча самаралидир.

1-катализланмаган реакция 2-ноферментатив катализ 3-ферментатив катализ

Ферментларнинг юқори каталитик активлигини қандай изоҳлаш мумкин. Фермент-субстрат комплекси ҳосил бўлиши натижасида амалга ошадиган бир неча омилларни; яқинлашув, фиксация ва ориентация омилларини кўрсатиш мумкин. Оралиқ ҳолат назарияси доирасида ушбу омиллар энергетик барьерни камайтиради. Субстратни актив марказда бириктириш ҳужум қилинаётган боғни ферментнинг каталитик гуруҳларига яқинлашувини таъминлайди. Бир вақтнинг ўзида субстратнинг фиксацияси, боғларнинг узилиши ва ҳосил бўлиши учун оптимал ориентациясига эришилади. Бундан ташқари, бу фермент ва субстрат конформациясини ўзгариши омилидир. Д.Кошланд «индукцияланган мувофиқлашув» концепциясини ишлаб чиққан. Унга мувофиқ специфик субстратнинг бирикишида ферментнинг конформацияси шундай ўзгарадики, бунда каталитик гуруҳлар катализни самарали боришини таъминловчи ҳолатга ўтади. Бундай конформацияни Э.Фишернинг «калит-қулф» принципида ишлайдиган қатъий матрица ҳақидаги тасаввурларини ривожланиши сифатида қараш мумкин.
Ферментнинг самарали таъсири учун кислота-асос катализи, шунингдек, реакцион қобилиятга эга бўлган оралиқ бирикма ҳосил бўлиши билан борадиган нуклеофил катализ катта аҳамиятга эга бўлиши мумкин.
Ферментатив реакциялар кинетикаси.
Ферментатив реакцияларнинг тезликларини аниқлаш ва уларга ҳар хил омилларнинг таъсирини тадқиқ этиш ферментатив кинетиканинг мазмунини ташкил этади. Кинетик тадқиқотлар субстратлар ва ингибиторларни ферментларга мойиллигини аниқлашда, уларни таъсир механизмини ўрганишда кенг қўлланилади. Ферментатив реакциялар тезлигига турли омиллар таъсир кўрсатади. Бу омиллардан энг муҳимлари фермент концентрацияси, субстрат концентрацияси, ингибитор ёки активаторларнинг мавжудлиги, муҳитнинг рНи ва ҳарорат ҳисобланади.
Аксарият ҳолатларда ферментатив реакция тезлиги (v) фермент концентрациясига (Е) тўғри пропорционал- v = k [E]. Ферментатив реакция тезлигига таъсир этувчи муҳим омиллардан бири–субстрат концентрацияси [S]дир. [S]нинг унча катта бўлмаган қийматларида v [S] га тўғри пропорционал (график).


1-расм

[S]нинг юқори қийматларида v максимал тезлик v_max деб аталувчи энг юқори доимий қийматга яқинлашади. v нинг [S] га боғлиқлигини таҳлил қилиш асосида Л.Михаэлис ва М.Ментен 1913 йилда ферментлар таъсири кинетикасининг умумий назариясини ишлаб чиқдилар. Улар ферментатив реакцияларни икки босқичли деб фараз қилдилар. Биринчи босқичда фермент субстрат билан тезда қайтар таъсирлашади; натижада фермент-субстрат комплекси ҳосил бўлади: E + S  [ES].

Иккинчи босқичда [ES] комплекс реакция маҳсулотига ва ферментга парчаланади: [ES]  P + E .
Иккинчи босқич реакция тезлигини ҳал қилувчи босқич ҳисобланади ва [ES] комплекснинг концентрациясига, ҳамда парчаланиш константасига боғлиқ. Бундан келиб чиқиб v ва S ни боғлайдиган Михаэлис тенгламаси деб аталувчи формула келтириб чиқарилган;