Ферментлар

V_max  [S]
v = ---------------
K_M

Бундай шароитларда реакция биринчи тартибли кинетик қонун бўйича боради. Графикда бу бошланғич тўғри чизиқли қисмга мувофиқ келади.

К_М ни топиш учун яна Михаэлис тенгламасига мурожаат қиламиз; ундан кўринадики, К_м реакция тезлиги V_max нинг ярмида субстрат концентрациясига сон жиҳатдан тенг. Ҳақиқатда
v = V_max : 2 бўлганда

Vmax  [S] Vmax _ 2 = --------------- KM+ [S]

ва KM = [S]

К_М ни графикдан топиш учун аввал v = V_max : 2 катталигини, кейин ордината ўқидаги тегишли нуқтадан абцисса ўқига параллел равишда график билан кесишадиган қилиб тўғри чизиқ ўтказилади. Кесишиш нуктасидан абциссага туширилган перпендикуляр К_М га сон жиҳатдан тенг бўлган [S] нинг қийматини беради (1-расм).
V_max ва К_М нинг қийматларини топиш учун Михаэлис тенгламасининг чизиқли шаклларидан фойдаланиш қулайроқ. Шундай шакллардан бири Михаэлиснинг тескари тенгламаси ҳисобланади.


1/v = 1/ V_max + K_M / V_max  1/ [S]

Бу тенглама Лайнуивер-Берк тенгламаси дейилади. 1/v нинг 1/[S] га боғлиқлиги K_M / V_max қиялигига эга бўлган ва ордината ўқида 1/V_max га тенг қисмни кесиб ўтадиган, абцисса ўқида 1/ K_M ни кесиб ўтадиган тўғри чизиқдан иборат.

Аксарият ферментлар иккита ва ундан ортиқ субстрат иштирокидаги реакцияларни катализлайди. Бундай реакцияларнинг кинетикасини ўрганиш ҳар бир субстрат учун K_M ва V_max катталикларини аниқлаш имконини беради. Бунинг учун реакциялар тезликларини субстратларнинг бирини, иккинчисини концентрацияси фиксацияланган ҳолда концентрациясига боғлиқлик графиги тузилади.

Фермент препаратларнинг активлиги одатда халқаро бирликларда ифодаланади. Стандарт (оптимал) шароитда 1 минут давомида 1 мкмол субстратни реакция маҳсулотига айланишини катализлайдиган фермент миқдори бир халқаро бирликка тенг активликка эга деб ҳисобланади. Солиштирма активлик-фермент препаратининг 1 мг оқсилдаги активлик бирликлар сонидир. Солиштирма активлик ферментнинг тозаланиш даражасини кўрсатади: активлик тоза ферментда максимал бўлади.
Халқаро биокимё иттифоқи активлик бирлиги сифатида «катал»ни қўллашни тавсия қилган: 1 мол субстратни 1 секунд давомида реакция маҳсулотига ўзгаришини катализлайдиган ферментнинг миқдори 1 катал активликка эга. Бундан 1 катал = 60  10⁶ = 6  10⁷ халқ. бирлик келиб чиқади. Бундан ташқари кичикроқ бирлик-нанокатални (10^-9 кат.) қўллаш ҳам тавсия қилинади.
Фермент ингибиторлари.
Кўпчилик ферментларнинг таъсирини маълум кимёвий бирикмалар-ингибиторлар ёрдамида тўхтатиш мумкин. Ингибиторлар ёрдамида ферментларнинг спецификлигиҳақида, функционал гуруҳларнинг табиати ва уларнинг таъсир механизми ҳақида муҳим маълумотлар олиш мумкин.
Таъсир этиш характери (атвори)га кўра ингибиторлар қайтар қайтмас ингибиторларга бўлинади. Биринчи тур ингибиторлар ферментнинг муҳим функционал гуруҳларини модификациялайди. Табиийки, диализ йўли билан эркин ингибитор ажратиб олингандан кейин модификацияланган ферментнинг активлиги тикланмайди. Қайтмас ингибитор таъсирининг самарадорлиги ингибирлаш жараёни тезлик константаси билан тавсифланади. Баъзи ҳолатларда тегишли кимёвий реакция ёрдамида ингибиторни ажратиш йўли билан модификацияланган ферментнинг активлигини тиклаш мумкин; бу жараён реактивация деб юритилади.
Қайтмас ингибиторлар сифатида кўпинча диизопропил-фторфосфат (ДФФ) ва иодацетамид қўлланилади:

(i – C₃H₇O)₂P(O)F ICH₂CONH₂

ДФФ бир қатор гидролазаларни (химотрипсин, трипсин, АХЭ ва б.) ушбу ферментларнинг активлиги учун зарур бўлган серин қолдиқлари бўйича модификациялаб активлигини йўқотади (инактивациялайди). Иодацетамид эса функционал муҳим қолдиқлари цистеин бўлган ферментларни инактивацияга учратади.

-NH-CH-CO- + ICH₂CONH₂  -NH-CH-CO- + HI

CH₂-SH CH₂-S-CH₂-CONH₂


Қайтар ингибиторлар ферментлар билан ковалент боғ ҳосил қилмасдан таъсирлашади. Ингибитор қилингандан кейин ферментнинг активлиги яна тикланади. Тегишли система учун хос бўлган ингибирлаш даражасига нисбатан тезда эришилади ва у кейин вақтга боғлиқ эмас. Бу нарса ингибитор билан фермент комплекси ҳосил бўлишида мувозанат мавжудлигини кўрсатади: E + I  EI.
Қайтар ингибирлашдаги ингибирлаш константаси K_I фермент-ингибитор комплексининг диссоцияланиш константасидир ва ингибиторни ферментга мойиллигига тескари катталик ҳисобланади.
[E]  [I]
K_I=-------------
[EI]


Қайтар ингибиторларнинг икки хил тури мавжуд-рақобатлашувчи ва рақобатлашмайдиган. Биринчи тур ингибиторлар субстрат билан ўхшаш тузилишга эга: улар фермент билан боғланиш учун субстрат билан рақобатлашади. Рақобатлашувчи ингибитор иштирокида борадиган реакциянинг тезлиги қуйидагича ифодаланади:
V_max  [S]
v = ---------------------------
K_M (1 + [I] / K_I) + [S]


Рақобатлашувчи ингибирлашнинг ўзига хос белгиси шундаки, ингибирлаш самарадорлиги субстрат ва ингибитор концентрацияларининг нисбатига боғлиқ.
Рақобатлашмайдиган (қайтар) ингибиторлар субстратга тузилиш жиҳатдан ўхшаш эмас. Улар эркин фермент билан ҳам, ES-комплекс билан ҳам қайтар бирикиши мумкин ва субстрат билан рақобатлашмайди, яъни субстратни комплексдан сиқиб чиқармайди. Бундай ингибитор иштирокида борадиган реакция тезлиги қуйидагича ифодаланади:

V_max  [S]

v = -----------------------------
(K_M + [S]) (1 + [I] / K_I)


Рақобатлашмайиган ингибирлашнинг самарадорлиги ингибиторнинг концентрациясига боғлиқ, ингибитор ва субстрат концентрацияларининг нисбатига боғлиқ эмас.


Ингибирлаш тури рақобатлашувчи ёки рақобатлашмайдиган ферментатив реакция тезлигини ингибитор иштирокида субстрат концентрациясига боғлиқлигини аниқлаш билан топилади. Ингибирлаш турини ва К_I катталигини топиш учун реакциянинг акс тезлигини субстратнинг акс концентрациясига боғлиқлик графигидан фойдаланилади: қайтар ингибиторли системалар учун график тўғри чизиқли бўлади.
Рақобатлашувчи ингибирлаш учун реакциянинг акс тезлиги қуйидагича ифодаланади:
1 1 К_М [I] 1
--- = --- + -----  1 + ---- ---
v V_max V_max K_I S


1/v ни 1/S га ингибитор иштирокида ва ингибиторсиз боғлиқлиги қуйидаги 3-тасвирда келтирилган.
Системада конкурент (рақобатлашувчи) ингибитор мавжуд бўлганда 1/V_max қисмнинг катталиги ўзгармайди, балки абцисса ўқидаги қисмнинг катталиги ўзгаради.
Рақобатсиз ингибирлашда реакциянинг акс тезлиги 1/v қуйидагича ифодаланади:

1 1 К_М [I]

--- = ----- + -----------  1 + ----
v V_max V_max  S K_I


Рақобатлашмайдиган ингибитор мавжуд бўлганда ордината ўқидаги 1/V_max нинг қиймати ўзгаради, абцисса ўқидаги –1/K_M нинг қиймати ўзгаришсиз қолади (4-тасвир).
Ферментларнинг активлигига рН нинг таъсири.
Ферментлар бошқа оқсиллар каби кўп сонли ионланган гуруҳларга эга. Ионланиш ҳолатининг ўзгариши муҳит рН ининг ўзгаришида фермент активлигига кучли таъсир кўрсатади. Биринчи навбатда бундай ўзгариш субстратни катализида ёки богланишида иштирок этадиган гуруҳларга таъсир этади.
Ҳар бир фермент учун рН нинг маълум қиймати бўлиб, унда фермент иштирокидаги реакция тезлиги максимал бўлади. Қуйидаги жадвалда айрим гидролитик ферментларнинг оптимум рН қийматлари кўрсатилган. Ундан кўринадики, қийматлар бир-биридан кучли фарқ қилади.