Оқсилларнинг тузилиши ва биологик функциялари

Ферментатив реакцияларнинг механизми
Ферментатив катализдаги бу мураккаб муаммони ферментларни қуйидаги таъсирларини ўрганиш орқали хал қилинади:

1. 
   Ферментатив реакцияларни кинетикасини кузатиш.
   
2. 
   Ферментларни бошқарувчи реагентлар билан таъсирлашувини ўрганиш. Буни кўпинча нишонланган бирикмалар билан олиб борилади.
   
3. 
   Кимёвий модификацияланган субстратнинг ферментатив реакцияга таъсирини ўрганиш.
   
4. 
   Баъзи бир функционал гурухларнинг ферментатив жараёнда қатнашишини ўрганиш.
   
5. 
   Субстратнинг ўзига хослигини назарга олиш.
   
6. 
   Актив марказни табиатини ўрганиш.
   

Ферментатив реакциялар кинетикаси
Ферментлар жуда кичик концентрацияларда активлик кўрсатадилар ва реакциянинг тезлиги концентрацияга боғлиқ. Реакция тезлиги ферментнинг концентрациясига тўғри пропорционал. Шу билан бир қаторда субстратнинг концентрациясига ҳам боғлиқ. Унинг концентрацияси паст бўлганда реакциянинг тезлиги субстрат концентрациясига боғлиқ бўлади, концентрацияси юқори бўлса унга боғлиқ бўлмайди. Михаэлис ва Ментенлар ана шу реакцияларни эътиборга олиб шундай хулосага келдилар. Фермент Е субстрат S билан реакцияга киришиб фермент-субстрат комплексини (ES) ҳосил қилади ва бу комплекс эркин ҳолдаги фермент ва субстратлар билан мувозанатда бўлади.

Бу комплекснинг диссоциланиш константаси субстрат константаси деб юритилади [Ks] ва қуйидаги тенглама билан ифодаланади:
Ksқk-1/k+1
Бунда k+1 фермент-субстрат комплекснинг ҳосил бўлиш реакцияси тезлиги константаси.
k-1 фермент -субстрат комплекснинг парчаланиш тезлигини константаси. k-1ни қиймати катта бўлса Кs нинг қиймати катта бўлади, яъни комплекс осон парчаланади ва ферментатив реакция секин боради. Кs нинг қиймати кам бўлса k-1 ни қиймати ошади ва ферментатив реакция катта тезлик билан кетади. Фермент-субстрат комплексининг ҳосил бўлиш реакцияси учун қуйидаги тенглама тўғри бўлади:
[S] ([E₀]-[ES]) қ Ks[ES]
Бу ерда [S] эркин ҳолдаги субстратни концентрацияси.
[ES] - фермент-субстрат комплексини концентрацияси.
Е₀-ферментатив реакция бошланиши олдидаги ферментни концентрацияси.
([E₀]-[ES]) - эркин ҳолдаги фермент концентрацияси.
Бу тенгламадан келиб чиқиб қуйидагини ёзиш мумкин:

[ES] нинг қиймати қанча юқори бўлса ферментатив реакциянинг тезлиги шунча кўп бўлади. Реакциянинг тезлиги максимал бўлганда ҳамма фермент субстрат билан бирикиб фермент-субстрат комплекси ҳосил бўлади, яъни:
[ES]қ [E₀].
Фермент-субстрат комплекс концентрацияси ва ферментатив реакция тезлиги ўртасидаги боғлиқликдан келиб чиқиб, қуйидаги боғлиқлик тенгламасини ёзиш мумкин:

Бунда v-субстрат концентрацияси [S] бўлганда ферментатив реакциянинг бошланғич тезлиги, V_mаx-ферментнинг субстрат билан тўйинтирилганда борадиган ферментатив реакциянинг максимал тезлиги.
Лекин:[ES]/[Eo] қ [S]/ Ks+[S]

Шундан бу тенглама Михаэлис-Ментен тенгламаси номини олган.

Агарда S>>K_S бўлса, унда реакция тезлиги максимал бўлади, S нинг миқдори K_S дан анча кам бўлса, реакция тезлиги тенгламасини қуйидаги ҳолатида ёзиш мумкин:

яъни реакция тезлиги айни пайтдаги субстрат концентрациясига пропорционал бўлади. Аммо ферментатив реакция фермент-субстрат комплекси ҳосил бўлиши билан тамом бўлмайди. Жараённинг кейинги босқичи бирламчи фермент-субстрат комплексни реакция маҳсулоти билан берган, кейинчалик фермент ва маҳсулотга парчаланадиган комплексига ЕР айланишидан иборат бўлади. Шундай қилиб, типик ферментатив реакцияни қуйидаги тенглама билан ифодалаш мумкин:

Михаэлис-Ментен тенгламаси реакциянинг фақат биринчи босқичи учун, яъни реакцияда субстрат ортиқча ва реакция маҳсулотининг концентрацияси жуда кам бўлганда тўғри бўлади.
Шундан келиб чиқиб, Бриггс ва Холдейнлар фермент-субстрат комплексини фермент ва реакция маҳсулотига парчаланишини ҳисобга олган ҳолатда ферментатив реакциянинг тезлигига қуйидаги тенгламани таклиф қилдилар:

Бу ерда К_m - фермент-субстрат комплексининг диссоциация константаси (Михаэлис константаси), у га тенг. Агарда k_-1 >> k_2 бўлса, у ҳолда бўлади. бўлса, бўлади, яъни K_m ҳамма вақт K_S дан катта.

Агарда S  K_m бўлса, бўлади. K_m нинг қиймати қанчалик катта бўлса фермент билан субстрат ўртасидаги боғланиш шунчалик бўш бўлади ва аксинча. Умуман, Михаэлис константаси ферментларни ва ферментатив реакцияларни характерлаш учун катта аҳамиятига эга.
Шундай қилиб, ферментатив катализда субстратни активлаш турғун бўлмаган оралиқ фермент-субстрат комплексини ҳосил бўлиш йўли орқали содир бўлади. Бу комплексларни ўрганиш анча қийин, чунки улар унчалик турғун эмас, тезда парчаланиб кетадилар. Аммо уларнинг борлигини оптик методлар орқали исбот қилишга эришилган. Масалан, гидропероксидазалар (каталаза ва пероксидаза) таркибида темирпорфиринли простетик гурухи бўлганлиги учун характерли УБ-спектр ютилишига эга (4-расм). Унга субстрат қўшилганда (1-эгри чизиқ) унинг характери ўзгаради, реакция тамом бўлгандан сўнг (2-эгри чизиқ) спектр чизиғи яна ўз холатига (1-эгри чизиқ) қайтади



4-расм. Озод ҳолдаги пероксидазанинг ютилиши (1) ва унинг фермент-субстрат комплекси (2) спектрлари

Ферментатив реакциялар тезлигига таъсир этувчи ҳар хил омиллар мавжуд.