Fermentlarning ahamiyati. Fermentlar: strukturasi va klassifikatsiyasi. Fermentlarning nomenklaturasi Reja: Fermentlar, ularning xossalari. Oddiy va murakkab fermentlar. Fermentlarning faol va allosterik markazlari

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 reaksiya 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, RNK, 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 reaksiyaning tezlashganligi asosida fermentlarning faollashuvi aniqlanadi. Faollantiruvchi moddalarning bir guruhini ferment faol markaziga ta`sir e`tuvchi moddalar tashkil e`tadi. Unga fermentlarning kofaktorlari va substratlari kiradi. Kofaktorlar (metall ionlari va koferment) murakkab fermentlarning faqatgina sturuktura elementlari bo`lmasdan ularni faollantiruvchilari hamdir.

Metall ionlari yyetarli darajada o`ziga xos faollantiruvchidir. Ko’pchilik fermentlar uchun ko’p o’ollarda bir emas, balki bir nechta metall ionlari talab e`tiladi. 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 meo’anizmlar orqali amalga oshadi. Ayrim fermentlarda ular katalitik qism tarkibiga kiradi. Ko’p o’ollarda metall ionlari substratning ferment faol markazi bilan o`ziga xos ko’prik hosil qilib bog`lanishini engillashtiradi. Ba`zi o’ollarda esa metall ferment bilan emas, balki substrat bilan metallosubstratli kompleks hosil qiladi.

Substratni bog`lash va katalizlashda kofermentlarning o`ziga xosligi ularning fermentativ reaksiyalarini faollashida namoyon bo`ladi.

Substrat ham ma`lum bir miqdor chegarasida faollantiruvchi bo`la oladi. Substrat miqdoriga to`yinishga e`risxilgandan so`ng ferment faolligi oshmaydi. Substrat fermentning turg`unligini oshiradi va ferment faol markazining zaruriy konformaciyasida shakllanishini engillashtiradi.

Ba`zi fermentlarning faollanishi ular molekulasining faol markaziga tegmasdan, modifikaciyalash 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 xos 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 e`tuvchi guruh ahamiyatini tushuntirib beradi. Fermentativ reaksiyalarning ingibirlanishini o`rganish dori moddalari, zaharli o’imikatlarning ta`sir qilish meo’anizmlarini o`rganish uchun amaliy ahamiyatga ega.

Ingibitor atamasiga ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo`lish ko`zda tutiladi, chunki uning tagida faqatgina ferment faolligini o`ziga xos pasaytiruvchi modda to`g`risida ga’ boradi. Reaksiyaning tormozlanishi faqat ingibitorga bog`liq emas. Chunki istalgan denaturaciyalovchi moddalar ham fermentativ reaksiyani pasaytirishi mumkin. Denaturatsiyalovchi modda ta`siri bo`lgan holatda «ingibirlanish» emas, balki «faolsizlanishi» to`g`risida ga’ 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 e`ritmasini 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 e`tish meo’anizmiga asosan quyidagi turlarga bo`linadi: 1) raqobatli; 2) raqobatsiz; 3) raqobat qilmaydigan; 4) substrat; 5) allosterik;

1). Raqobatli ingibirlanishi hodisasi tuzilishi jihatdan substratga o`o’shash 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-subtrat 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`o’shash 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 ingibitoRNKi siqib chiqaradigan darajada ko’p miqdordagi substrat bilan tormozlanishni to`o’tatish va fermentni katalizlash qobiliyatini tiklash mumkin.

Raqobatli ingibitorlarning subtratga o`o’shashligi bo`lganligi uchun bunday ingibirlash izosterik ingibirlash deb ham ataladi. Yig`ilib qolgan ferment faollanishni boshqarishga ta`sir e`tuvchi metabolitlar va yot moddalar raqobatli (izosterik) ingibitorlar bo`lishi mumkin.

Raqobatli ingibitrlashga suktsinat kislota va malonat kislotalar bilan suktsinatdegidrogenaza fermenti orasidagi munosabat yaqqol misol bo`la oladi. Malonat kislotaning strukturasi suktsinatga o`o’shash bo`lganidan u fermentning ma`lum sato’i bilan bog`lanadi, hosil bo`lgan kompleks esa parchalanmaydi, fermentni blokirlab turadi.

Ko’pchilik farmakologik preparatlar, qishloq xo’jalik zararkunandalariga qarshi ishlatiladigan zaharli o’imikatlar va zaharli moddalarning ta`sir qilishi raqobatli ingibirlashga asoslangan.

Moddalar almashinuvida biror bir fermentni tanlab ishdan chiqarib, muayyan bir boshqa fermentning ishtirokini o`ziga xos tahlilini o`tkazish mumkin. Raqobatli ingibirlash antimetabolitlar qidirish uchun imkoniyatlar yaratadi, ya`ni haqiqiy substratga o`o’shash konformaciyaga ega bo`lgan xolda raqobatli ingibitorlar safiga qo`sxilishi kerak. Antimetabolitlar o`ziga xos farmako’re’eratlar 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 medicina 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 halal beradigan darajada katalitik qism strukturasiga ta`sir e`tadi. 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 - sitoopromoksidazalarning 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`rgoshin, 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 halos 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 SN - tutuvchi komplekslar, (cistein, dimerka’topro’anol), limon kislotasi, e`tilendiamintetrasirka kislota kiradi.

3. Raqobat qilmaydigan ingibirlash. Raqobat qilmaydigan ingibirlash deb faqat ferment substrat kompleksiga ingibitoRNKing birikishidan yuzaga keladigan fermentativ reaksiyaning tormozlanishiga aytiladi. Raqobat qilmaydigan ingibitor substrat bo`lmagan sharoitda ferment bilan bog`lanmaydi. Bundan tashqari, ingibitor substratni fermentga bog`lanishini engillashtiradi, keyin esa o`zi bog`lanib, fermentni ingibirlaydi. Bu ingibirlashning kamdan-kam uchraydigan shakli hisoblanadi.

4. Substratli ingibirlash. Substratli ingibirlash fermentativ reaksiyada 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 e`ffektorlar bog`lanishi uchun regulyator markazlarga ega bo`lgan, to`rtlamchi strukturali fermentlarning alohida guruhlari uchun xos. Fermentning faol markazida substratlarning o`zgarishini tormozlaydigan salbiy e`ffektorlar allosterik ingibitorlar vazifasini bajaradi. Ijobiy allosterik e`ffektorlar esa, aksincha fermentativ reaksiyani tezlashtiradi, shu sababli ular allosterik faollashtiruvchilarga kiradi. Fermentning allosterik e`ffektorlari ko’pincha turli xil metabolitlar metall ionlari kofermentlar bo`lishi mumkin. Kamdan-kam o’ollarda fermentlarning allosterik e`ffektorlari vazifasini substrat molekulalari bajarishi mumkin. Bunday fermentlarda o`z-o`zidan faol markaz allosterik e`ffektorlar bilan o`o’shash bo`ladi va allosterik e`ffektorlarda fermentlardan farqli ravishda katalitik qismi yo`q.

Ba`zi fermentlar bir nechta allosterik markazlarga ega ulardan ba`zilari allosterik ingibitorlarga, boshqalari esa faolllashtiruvchilarga xos bo`ladi.

Allosterik ingibitorlarning fermentga ta`sir e`tishi meo’anizmi faol markazning konformaciyasini o`zgarishidan iborat.

Allosterik faollantiruvchilar, aksincha, fermentlarning faol markazidagi substratning o`zgarishini engillashtiradi va bu hodisa Km ning kamayishi yoki maksimal tezlikning oshishi bilan birgalikda kuzatiladi.

Allosterik fermentlar boshqa fermentlardan substrat miqdoriga reaksiya tezligining bog`liqligi o`ziga xos S-shaklidagi e`gri chiziq bo`lishi bilan farq qiladi. Bu esa subbirliklarning faol markazlari avtonom emas, balki koo’erativ xolda 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 oo’irgi mahsulotini ingibirlash ko`rinishida namoyon bo`ladi. Boshlangich modda (substrat)ning bir nechta ketma-ket o`zgarishlardan so`ng oo’irgi mahsulotning tuzilishi substratga o`o’shamaydi, shu sababdan oo’irgi mahsulot boshlangich fermentlar zanjiriga allosterik ingibitor (effektor) sifatida ta`sir e`tishi mumkin. Tashqaridan qaraganda bunday boshqarish qaytar bog`lanishli meo’anizmga o`o’shaydi va oo’irgi mahsulotning chiqishini nazorat qilishga imkon beradi hamda oo’irgi mahsulot to’planib qolgan holatda birinchi ferment zanjirining ishi to`o’tatiladi:

E₁ E₂ E₃

A--------- V ----------- S -----------D

----------------------------------------

Bunda A,V, S, D metabolitlar: E₁, E₂, E₃ fermentlar