Jo`rayeva A

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 spetsifik uchlamchi strukturasi, funktsional guruhlari, substrat bilan to`qnashgandagi konformatsion o`zgarishi bilan ta’minlanadi.
substrat

3.3.-rasm. Ferment substrat kompleksining

sxematik tasviri.

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 ferment yuzasi platinaga o`xshash reagent molekulalari uchun adsorbtsiya joyi hisoblanadi. Natijada fermentni o`zaro tas’iri osonlashib, reaktsiya tezlashadi. Bu faraz fermentning spetsifikligi (o`ziga xosligi)ni tushuntirib bera olmaganligi sababli 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. Mixaelis-Menten nazariyasiga ko`ra fermentativ kataliz jarayoni oddiy tenglama bilan ifodalanadi:

3.4.-rasm. Fermentativ kataliz bosqichlari. E-ferment, S-substrat, M- mahsulot.

Ferment-substrat kompleksi hosil bo`lishi jarayonida substrat fermentni katalitik markaziga mos ravishda yaqinlashadi. Ushbu moslikni kalitni qulfga to`g`ri kelishiga o`xshatish mumkin. Qulf va kalit modeliga binoan ferment murakkab qulfga o`xshash, shakli aniq mos tushadigan substrat (kalit) ga to`g`ri keladi. Substratni fermentga mos kelishi va unga ―tushishi‖, ularning o`zaro ta’sirlanishi bir qator xususiyatlarga bog`liq: enzim yuzasida faollashgan guruhlar tartibini substrat sathidagi faollashgan guruhga mos tushishi; substratning gidrofob qismini fermentning gidrofob qo`lqopi yoki cho`ntakchasiga mos bo`lishi; ferment-substratning gidroksil yoki aminoguruhlari bilan vodorod bog`lari hosil qiladigan guruhlarni muvofiq holatiga ega bo`lishi kerak. Yangi fikrlarga asosan substratni fermentning faol markazi bilan birikishi qutblanish, elektronlarning siljishi yoki reaktsiyada 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.

3.5.-rasm. Ferment faol markazi bilan substratning ta’sirlashishi.

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

1. 
   Substratni fermentga diffuziyalanishi va uni fermentni faol markazi bilan bog`lanib, ferment-substrat kompleksi – ES ni hosil bo`lishi.
   
2. 
   Birlamchi ferment-substrat komplekslaridan bir yoki bir nechta faollashgan ferment-substrat komplekslari – ES* va ES** ni hosil bo`lishi.
   
3. 
   Fermentning faol markazidan reaktsiya mahsulotini ajralishi va muhitga tarqalishi – EM kompleksi E va M (mahsulot) ga ajraladi.
   

Birinchi bosqich qisqa vaqt davom etib, muhitdagi substrat miqdoriga va ferment faol markaziga diffuziyalanish tezligiga bog`liq. ES kompleksining hosil bo`lishi lahza ichida amalga oshadi. Bu bosqichda faollanish energiyasi deyarli o`zgarmaydi. Fermentning faol markazida substratlarni faollanishi ularning yaqinlashishini va reaktsiya o`tishini yengillashtiradi.

Ikkinchi bosqich sekinroq boradi va uning davomiyligi kimyoviy reaktsiyaning faollanish energiyasiga bog`liq. Bu bosqichda substrat bog`larining uzilishi yoki fermentning katalitik guruhi bilan o`zaro ta’sirlashishi natijasida

yangi bog`lar hosil bo`lishi amalga oshadi. Aynan faollashgan komplekslar hisobiga substratning faollanish energiyasi pasayadi. Ikkinchi bosqich butun katalizning tezligini ta’minlaydi.

Uchinchi bosqich birinchi bosqich singari qisqa vaqt davom etib, reaktsiya muhitiga, reaktsiya mahsulotlarini tarqalish tezligi bilan belgilanadi.

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

1. 
   reagentlarning yaqinlashishi;
   
2. 
   substrat deformatsiyasi;
   
3. 
   kislota-ishqoriy kataliz;
   
4. 
   kovalent kataliz.
   

1. 
   Reagentlarning yaqinlashishi – fermentlarga xos xususiyat bo`lib, moddalar o`zgarishini ming yoki o`n ming martaga tezlashtirish (substratlarning reaktsiyaga kirishish qobiliyatini oshirish) imkonini beradi. Ferment faol markazining - kontakt qismi o`ziga xos holatda substratlarni bog`laydi hamda ularning o`zaro yaqinlashtiruvchi katalitik guruhlar ta’sirini foydali tomonga buradi. Substratlarni taxlangan holda joylashishi entropiyaning kamayishiga demak, faollanish energiyasini kamayishiga olib keladi.
   
2. 
   Substrat deformatsiyasiga gidrolaza, liaza va ba’zi transferazalarning ta’siri misol bo`la oladi. Substrat fermentga birikkuncha ―bo`shashgan‖ konfiguratsiyada bo`lib, faol markaz bilan bog`langandan so`ng molekulasi cho`ziladi (―deformatsiyalangan‖ konfiguratsiya). Substratdagi 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 markazida aminokislota qoldiqlarining funktsional guruhlari kislota va ishqor xossalarini namoyon qiladi. Shu sababdan ferment katalitik hujum vaqtida
   

protonlarning aktseptor va donor vazifalarini bajaradi, bunday imkoniyat odatdagi katalizatorlarda mavjud emas.

Faol markazga substratni birikishida uning molekulasiga katalitik markazning elektrofil va nukleofil guruhlari ta’sir qiladi va kislota-ishqor guruhlari hujum 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 liazalarga xos bo`lib, 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 mahsulotlari turg`un emas va reaktsiya mahsulotini ajratgan holda oson parchalanadi. Ko`pchilik fermentlar uchun bayon etilgan mexanizmlarni birgalikda amalga oshishi ularning yuqori darajadagi katalitik faolligini ta’minlaydi.