Ma’ruza – 5-6 mavzusi: Fermentlarning ahamiyati. Fermentlar: strukturasi va klassifikatsiyasi. Fermentlarning nomenklaturasi Reja

Fermentlarning ta’sir qilish mexanizmi va uning molekulyar asoslari. Fermentlarning katalitik ta’sir mexanizmini aniqlash enzimologiyaning asosiy va eng murakkab vazifalaridandir. Fermentlar ta’sirida faollashishning umumiy nazariyasi yo`q, har bir fermentning ta’sir mexanizmi uning o`ziga xos s’etsifik uchlamchi strukturasi, funktsional guruhlari, substrat bilan to`qnashgandagi konformatsion o`zgarishi bilan ta’minlanadi.

Fermentlarning ta’sir etishini tushuntirib beruvchi farazlardan biri – adsorbtsion faraz XX asr boshlarida ingliz fiziologi Beylis va nemis bioximigi Varburg tomonidan taklif etilgan. Ular bu farazni asoslashda biologik bo`lmagan katalizatorlarning ta’sir mexanizmidan kelib chiqqan. Adsorbtsion farazga asosan ‘latinaga o`xshash ferment yuzasi reagent molekulalari uchun adsorbtsiya joyi bo`lib hisoblanadi. Buning natijasida ularning o`zaro tas’iri osonlashib, reaksiya tezlashadi. Ammo bu faraz fermentning s’etsifikligi (o`ziga xosligi)ni tushuntirib bera olmadi va u faqat tarixiy ahamiyatga ega bo`lib qoldi.

Fermentlarning ta’sir etish mexanizmi to`g`risidagi tasavvurlarni rivojlantirishda Mixaelis va Mentenning ferment-substrat komplekslari to`g`risidagi klassik ishlari katta ahamiyatga ega bo`ldi.

Ferment-substrat kompleksi hosil bo`lishi jarayonida substrat fermentga yaqinlashadi, uning katalitik markaziga nisbatan mos ravishda mo`ljal oladi. Bunday moslikni kalitni qulfga to`g`ri kelishiga o`xshatish mumkin. Qulf va kalit modeliga binoan ferment murakkab qulfga o`xshash, u faqat shakli aniq mos tushadigan substrat (kalit) ga to`g`ri keladi. Substratni fermentga mos kelishi va unga “yopishishi” ularning o`zaro ta’sirlanishini shartlaydigan bir qator xususiyatlarga bog`liq: enzim yuzasida o`qlangan guruhlar tartibini substrat sato’idagi o`qlangan guruhga; substratning gidrofob qismini fermentning gidrofob qo`lqo’i yoki cho`ntakchasi mos bo`lishi; ferment-substratning gidroksil yoki aminoguruhlari bilan vodorod bog`lari hosil qiladigan guruhlarni muvofiq holatiga ega bo`lishi kerak. Keyingi fikrlarga asosan esa substratni fermentning faol markazi bilan birikishi qutblanish, elektronlarning siljishi yoki reaksiyada qatnashadigan bog`larning deformatsiyasi tufayli substrat molekulasini ma’lum o`zgarishlarga, yuqori energiyaga ega faollanish holatiga keltiradi.

Fermentning nisbatan kichik faol markaziga substratning birikishi ferment konformatsiyasini substrat strukturasiga moslashtiradi. Demak, faol markazning shakllanishida substrat ham ishtirok etadi.

Umuman, fermentativ kataliz jarayonini shartli ravishda o`ziga xos 3 bosqichga bo`lish mumkin.

1.     Substratning fermentga diffuziyalanishi va uning fermentni faol markazi bilan bog`lanib, ferment-substrat kompleksi – ES ning hosil bo`lishi.

2.     Birlamchi ferment-substrat komplekslaridan bir yoki bir nechta faollashgan ferment-substrat komplekslari – ES* va ES** ning hosil bo`lishi.

3.     Fermentning faol markazidan reaksiya mahsulotining ajralishi va muhitga tarqalishi – EM kompleksi E va M (mahsulot) ga ajraladi.

Birinchi bosqich qisqa vaqt davom etib, muhitdagi substrat miqdori va fermentning faol markaziga diffuziyalanish tezligiga bog`liq. ES kompleksining hosil bo`lishi lao’za ichida amalga oshadi. Bu bosqichda faollanish energiyasi deyarli o`zgarmaydi. Fermentning faol markazida substratlarning mo`ljal olishi ularning yaqinlashishini va reaksiya o`tishini yengillashtiradi.

Ikkinchi bosqich sekinroq boradi va uning davomiyligi ushbu kimyoviy reaksiyaning faollanish energiyasiga bog`liq. Bu bosqichda substrat bog`larining uzilishi yoki fermentning katalitik guruhi bilan o`zaro ta’sirlashishi natijasida yangi bog`lar hosil qilishi amalga oshadi. Aynan faollashgan komplekslar hisobiga substratning faollanish energiyasi pasayadi. Ikkinchi bosqich butun katalizning tezligini ta’minlaydi.

Uchinchi bosqich ham birinchi bosqich singari qisqa vaqt davom etadi. U reaksiya muhitiga reaksiya mahsulotlarining tarqalish tezligi bilan belgilanadi.

Fermentlar ta’sirining molekulyar mexanizmlarini ko’p tomonlari hali o`rganilmagan. O`rganilgan fermentlar ta’sir mexanizmlari orasida quyidagilarni ta’kidlash mumkin:

1)     reagentlarning yaqinlashishi;

2)     substrat deformatsiyasi;

3)     kislota-ishqoriy kataliz;

4)     kovalent kataliz.

1) Reagentlarning yaqinlashishi – fermentlar uchun juda xos xususiyat bo`lib, moddalarning o`zgarishini ming yoki o`n ming martaga tezlashtirish (substratlarning reaksiyaga kirishish qobiliyatini oshorosh) imkonini beradi. Ferment faol markazining aloqa (kontakt) qismi o`ziga xos holatda substratlarni bog`laydi hamda ularning o`zaro mo`ljal olishi va yaqinlashishini katalitik guruhlarning ta’siri uchun foydali tomonga buradi. Ikki yoki undan ortiq molekulalarning bunday o`zaro ta’sirlashuvi suvli muhitda va anorganik katalizator yuzasidagi tartibsiz to`qnashuvda imkoni bo`lmagan reaksiya tezligining oshishini ta’minlaydi. Substratlarning taxlangan xolda joylashishi entro’iyaning kamayishiga olib keladi, demak, faollanish energiyasining kamayishini ta’minlaydi.

2) Substrat deformatsiyasini gidrolaza, liaza va ba’zi transferazalarning ta’siri yaxshi tushuntiradi. Fermentga birikkuncha substrat “bo`shashgan” konfiguratsiyaga ega bo`ladi. Faol markaz bilan bog`langandan so`ng substrat molekulasi cho`ziladi (“deformatsiyalangan” konfiguratsiya). Substrat dagi atomlararo bog`lar qancha uzun bo`lsa, uning uzilishiga shuncha kam energiya sarf bo`ladi, ya’ni faollanish energiyasi pasayadi. Deformatsiya (cho`zilish) joyi suv molekulalari ta’siriga oson uchraydi.

3) Kislota-ishqoriy kataliz. Boshqa katalizatorlardan farqli ravishda ferment faol markazining asosiy xususiyati shundan iboratki, bunda aminokislota qoldiqlarining funktsional guruhlari kislota va ishqor xossalarini namoyon qiladi. Shu sababdan ferment katalitik o’ujum vaqtida protonlarning Akseptor va donor vazifalarini bajarib, bunday imkoniyat odatdagi katalizatorlarda mavjud emas.

Faol markazga substratning birikishida uning molekulasiga katalitik markazning elektrofil va nukleofil guruhlari ta’sir qiladi va kislota-ishqor guruhlari o’ujum qilgan substrat qismlarida elektron zichlikning qayta taqsimlanishiga olib keladi. Bu esa substrat molekulasida qayta taqsimlanish va bog`larning uzilishini yengillashtiradi. Katalitik markazida gistidin bo`lgan fermentlar ko`proq kislota-ishqoriy katalizni namoyon etadi. Gistidin blokirlangan holatlarda ferment faolligini yo`qotadi. Kislota-ishqoriy kataliz gidrolaza, izomeraza va va liazalarga xos. U ko`proq kovalent kataliz bilan birgalikda amalga oshadi.

4) Kovalent kataliz faol markazning katalitik guruhlari va substrat orasida kovalent bog`lar hosil qiladigan fermentlarda kuzatiladi. Kovalent ferment-substrat oraliq mahsulotlar judayam turg`un emas va reaksiya mahsulotini ajratgan xolda oson parchalanadi. Juda ko’pchilik fermentlar uchun bayon etilgan mexanizmlarning birgalikda amalga oshishi xos bo`lib, ularning yuqori darajadagi katalitik faolligini ta’minlaydi.