I bob. Fermentlarni immobilizatsiyalashtirish va biokatalitik tizimlar

1.2. Ferment vazifalari

Fermentlar barcha tirik hujayralarda mavjud va ba'zi moddalarni (substratlarni) boshqalarga (mahsulotlarga) aylantirishga yordam beradi. Fermentlar tirik organizmlarda yuzaga keladigan deyarli barcha biokimyoviy reaktsiyalarda katalizator vazifasini bajaradi. Hozirgi vaqtda 5000 dan ortiq turli xil fermentlar tasvirlangan. Ular hayotning barcha jarayonlarida muhim rol o'ynaydi, tananing metabolizmini boshqaradi va tartibga soladi.

Barcha katalizatorlar singari, fermentlar ham to'g'ridan-to'g'ri va teskari reaktsiyani tezlashtiradi, bu jarayonning faollashuv energiyasini kamaytiradi. Kimyoviy muvozanat to'g'ridan-to'g'ri yoki teskari yo'nalishda harakat qilmaydi. Proteinsiz katalizatorlar bilan solishtirganda fermentlarning o'ziga xos xususiyati ularning yuqori o'ziga xosligi – ba'zi substratlarni oqsil bilan bog'lash doimiyligi 10-10 mol/l yoki undan kam bo'lishi mumkin. Har bir ferment molekulasi sekundiga bir necha mingdan bir necha milliongacha "operatsiyalarni" bajarishga qodir.
Masalan, buzoqning oshqozon shilliq qavatida joylashgan renin fermentining bitta molekulasi 106 ° C haroratda 10 daqiqa davomida 37 sut kazeinogen molekulalarini parchalaydi.
Shu bilan birga, fermentlarning samaradorligi oqsil bo'lmagan katalizatorlar samaradorligidan ancha yuqori-fermentlar millionlab va milliardlab marta reaktsiyani tezlashtiradi, oqsil bo'lmagan katalizatorlar yuzlab va minglab marta.
1.3. Fermentlarni tasniflash

Katalizatsiyalangan reaktsiyalar turiga ko'ra fermentlar ierarxik tasnifga ko'ra 6 sinflariga bo'linadi. Tasniflash xalqaro biokimyo va molekulyar biologiya Ittifoqi tomonidan taklif qilingan. Har bir sinfda kichik sinflar mavjud, shuning uchun ferment nuqta bilan ajratilgan to'rtta sonning kombinatsiyasi bilan tavsiflanadi. Misol uchun, pepsin Evropa ittifoqi 3.4.23.1 nomiga ega. Birinchi raqam ferment tomonidan katalizatsiyalangan reaktsiya mexanizmini qo'pol ravishda tavsiflaydi.

* Oksidlanishni yoki pasayishni katalizlaydigan oksid reduktazalar. Misol: katalaz, spirtli dehidrogenaz.
* Transferazlar kimyoviy guruhlarning bir substrat molekulasidan boshqasiga o'tkazilishini katalizlaydi. Transferazlar orasida, odatda, ATP molekulasidan fosfat guruhini olib boruvchi kinazlar alohida ajralib turadi.
* Kimyoviy birikmalarning gidrolizini katalizlaydigan gidrolazlar. Masalan: esteraza, pepsin, tripsin, amilaza, lipoproteinlipaza.
* Mahsulotlardan birida ikki tomonlama aloqa hosil qilish uchun gidrolizsiz kimyoviy aloqalarni uzishni katalizlaydigan liazalar.
* Izomerazlar substrat molekulasida tarkibiy yoki geometrik o'zgarishlarni katalizlaydi.
* ATP gidrolizi tufayli substratlar o'rtasida kimyoviy aloqalarni shakllantirishni katalizlaydigan ligazlar. Misol: DNK polimeraza.
Katalizatorlar sifatida fermentlar to'g'ridan – to'g'ri va teskari reaktsiyalarni tezlashtiradi, shuning uchun, masalan, liazlar katalizatsiyalashga qodir va teskari reaktsiya-er-xotin aloqalar orqali ulanish.
Fermentlarning o'ziga xosligi.
Fermentlar odatda substratlariga nisbatan yuqori o'ziga xoslikni ko'rsatadi (substrat o'ziga xosligi). Bunga substrat molekulasida va fermentdagi substratning bog'lanish markazida shaklning qisman qo'shilishi, zaryadlarning tarqalishi va hidrofobik hududlar orqali erishiladi. Fermentlar, odatda, shuningdek, yuqori darajadagi stereospektivlikni (mahsulot sifatida faqat bitta stereoizomerni hosil qiladi yoki substrat sifatida faqat bitta stereoizomerni ishlatadi), regioselektivlik (kimyoviy aloqani faqat substratning mumkin bo'lgan pozitsiyalaridan birida hosil qiladi yoki buzadi) va kimyoselektivlik (ushbu shartlar uchun bir nechta mumkin bo'lgan kimyoviy reaktsiyani katalizlaydi). O'ziga xoslikning umumiy yuqori darajasiga qaramay, fermentlarning substrat va reaktsion o'ziga xoslik darajasi har xil bo'lishi mumkin. Masalan, endopeptidaza tripsin peptid aloqasini faqat arginin yoki lizindan keyin buzadi, agar prolin kuzatilmasa va pepsin kamroq o'ziga xos bo'lsa va ko'plab aminokislotalardan keyin peptid aloqasini buzishi mumkin.
Asosiy qulf modeli
1890da Emil Fisher fermentlarning o'ziga xosligi ferment va substrat shaklining aniq muvofiqligi bilan aniqlanadi. Ushbu taxmin "key-Lock"modeli deb ataladi. Ferment substratga qisqa muddatli ferment-substrat kompleksini hosil qilish uchun ulanadi. Biroq, ushbu model fermentlarning yuqori o'ziga xosligini tushuntirsa-da, amalda kuzatiladigan o'tish holatini barqarorlashtirish hodisasini tushuntirmaydi.
Fermentlarni tartibga solish.
Ba'zi fermentlar kichik molekulalarni bog'laydigan joylarga ega, ular fermentni o'z ichiga olgan substrat yoki metabolik yo'l mahsulotlari bo'lishi mumkin. Ular ferment faolligini kamaytiradi yoki oshiradi, bu esa geribildirim uchun imkoniyat yaratadi.
Atrof-muhit sharoitlarining fermentlarning faolligiga ta'siri.
Fermentlarning faolligi hujayradagi yoki tanadagi sharoitlarga bog'liq-bosim, muhitning kislotaligi, harorat, erigan tuzlarning konsentratsiyasi (eritmaning ion kuchi) va boshqalar.
Tibbiy ahamiyatga ega.
Gerrod ferment nuqsonlari bilan bog'liq kasalliklarni "metabolizmning tug'ma nuqsonlari" deb atadi. enzim oksido reduktazasi liazni immobilizatsiya qilish
Agar ma'lum bir fermentni kodlaydigan genda mutatsiya bo'lsa, fermentning aminokislotalar ketma-ketligi o'zgarishi mumkin. Shu bilan birga, ko'pgina mutatsiyalar natijasida uning katalitik faolligi pasayadi yoki butunlay yo'qoladi. Agar tanada ikkita mutant gen (har bir ota-onadan bittasi) bo'lsa, bu ferment katalizator bo'lgan kimyoviy reaktsiya tanada to'xtaydi. Masalan, albinoslarning paydo bo'lishi qorong'u pigment melanin sintezining bosqichlaridan biri uchun javob beradigan tirozinaza fermentini ishlab chiqarishni to'xtatish bilan bog'liq. Fenilketonuriya jigarda fenilalanin-4-gidroksilaz fermentining kamayishi yoki yo'qligi bilan bog'liq.
Hozirgi vaqtda ferment nuqsonlari bilan bog'liq yuzlab irsiy kasalliklar ma'lum. Ushbu kasalliklarning ko'pchiligini davolash va oldini olish usullari ishlab chiqilgan.
Fermentlar ishlab chiqarishning buzilishi bilan bog'liq kasalliklar.
Odamlarda biron bir ferment (ko'pincha ortiqcha faollik) faoliyatining yo'qligi yoki kamayishi kasalliklarning rivojlanishiga (enzimopatiyalar) yoki tananing o'limiga olib keladi. Masalan, meros qilib olingan bolalar kasalligi – galaktozemiya (aqliy zaiflikka olib keladi) - galaktozani oson hazm bo'ladigan glyukozaga aylantirish uchun javob beradigan ferment sintezining buzilishi natijasida rivojlanadi. Boshqa bir irsiy kasallikning sababi – fenilketonuriya, aqliy zaiflik bilan birga, jigar hujayralari tomonidan fenilalanin aminokislotasining tirozinga aylanishini katalizator qiluvchi fermentni sintez qilish qobiliyatini yo'qotishdir. Qon, siydik, miya omurilik, urug ' va boshqa tana suyuqliklarida ko'plab fermentlarning faolligini aniqlash bir qator kasalliklarni tashxislash uchun ishlatiladi. Ushbu sarum tahlilidan foydalanib, miyokard infarkti, virusli gepatit, pankreatit, Jade va boshqa kasalliklarning erta bosqichida aniqlash mumkin.
Tibbiyotda quyidagi fermentlar qo'llaniladi:
1) hazm qilishni tuzatish fermentlari.
Lipazlar, turli manbalardan olingan proteazlar ovqat hazm qilish jarayonida yog'lar va oqsillarni tarkibiy qismlarga ajratishni osonlashtiradigan qo'shimcha fermentlar sifatida ishlatiladi.
2) tashqi foydalanish fermentlari.
Turli xil kelib chiqadigan immobilizatsiyalangan proteazlar asosida yaralarni davolashni yaxshilaydigan kiyim-kechak yaratildi.
3) trombolitik fermentlar.
Yurak-qon tomir kasalliklarini davolashda sezilarli taraqqiyot fibrin trombini erituvchi fermentlardan foydalanish bilan bog'liq. Ushbu yo'nalish katta proteolitik fermentlar to'plami bilan ta'minlanadi. Fibrin laxtasida plazminogenning faollashishi trombolizning asosiy tabiiy jarayonini ta'minlaydi. Faol markazda kimyoviy modifikatsiyalangan plazminogen hosilalari yaratildi, fermentning ta'sirini uzaytiradi va trombolizni tartibga soladi. Fibrin pıhtılarının erishi uchun bakterial kelib chiqadigan proteazlar – streptokinaz va stafilokinaz ishlatiladi. Samarali trombolitik agentlarni yaratish plazminogen to'qima faollashtiruvchisi va proteolitik ferment – urokinaza bilan bog'liq. Urokinazning genetik muhandislik variantlari olingan va shu asosda farmakologik preparat yaratilgan.
4) antikanser davolash fermentlari.
Bu holda o'smalarning o'sishini inhibe qilish saraton hujayralari tomonidan o'sishni ko'paytirish uchun ishlatiladigan bir qator aminokislotalarning selektiv fermentativ modifikatsiyasiga asoslangan. Ushbu yo'nalishdagi terapevtik ahamiyatga ega fermentlar lizinoksidaza, asparaginaza va boshqalar bo'lib, ularning immunogenligi fermentlarni dori sifatida keng qo'llashning to'xtatuvchi omilidir. Chet el oqsilini inson qon tizimiga takroriy kiritish tegishli antikorlarning sinteziga va immunitetning rivojlanishiga olib kelishi mumkin. Muhandislik enzimologiyasi bu muammoni sintetik polimerlar bilan eriydigan ferment konjugatlaridan foydalanishda hal qiladi. Ko'p hollarda polimerning tegishli tanlovi bilan oqsilning immunogenligini sezilarli darajada kamaytirish mumkinligi ko'rsatilgan.
Shuningdek, fermentlarga qarshi moddalar ham mavjud.
Fermentlarga qarshi (yunon tilidan. anti "qarshi", "aksincha" va fermentlar) – oqsil kelib chiqishi bo'lgan o'ziga xos moddalardir. Ular tananing hayotiy jarayonlari natijasida ajralib turadi. Ularning asosiy funktsional maqsadi fermentlarning ta'sirini inhibe qilish yoki butunlay blokirovka qilishdir, bu esa faol bo'lmagan komplekslarning fermentlari bilan o'zaro ta'sirida hosil bo'ladi. Tananing turli organlari va to'qimalarida mavjud bo'lgan bu fermentlar bu organlar va to'qimalarni tegishli fermentlarning salbiy ta'siridan himoya qiladi. Bunga misol sifatida oshqozon va ichak devorlarining barqarorligini ta'minlaydigan va oshqozon sharbatida mavjud bo'lgan juda agressiv oshqozon fermentlarining korroziv ta'siridan himoya qiluvchi fermentlarni keltirish mumkin. Antifermentlarning xususiyatlarini ilmiy o'rganish ham olimlarga antiferment xususiyatlariga ega bo'lgan yangi dori-darmonlarni olishga yordam beradi. Bularga ezerin, prozerin, fokurit (diakarb), trasilol va boshqalar kabi dorilar kiradi.