Ферменттер – барлық жасушалық процестердің жүруіне көмектесетін глобулярлық ақуыздар. Барлық катализаторлар сияқты олар реакцияны кері қайтара алмайды, бірақ оны тездетуге қызмет етеді.
Жасушадағы ферменттердің локализациясы
Жасушаның ішінде жеке ферменттер әдетте болады және қатаң анықталған органеллаларда әрекет етеді. Ферменттердің локализациясы жасушаның осы бөлігі әдетте атқаратын қызметіне тікелей байланысты.
Гликолиз ферменттерінің барлығы дерлік цитоплазмада орналасқан. Үшкарбон қышқылы циклінің ферменттері митохондриялық матрицада болады. Гидролиздің белсенді заттары лизосомаларда болады.
Жануарлар мен өсімдіктердің жеке ұлпалары мен мүшелері ферменттер жиынтығымен ғана емес, олардың белсенділігімен де ерекшеленеді. Тіндердің бұл қасиеті клиникада кейбір ауруларды диагностикалауда қолданылады.
Ұлпалардағы ферменттердің белсенділігі мен жиынтығында да жасқа байланысты ерекшеліктер бар. Олар тіндердің дифференциациясы кезінде эмбриональды даму кезінде айқын көрінеді.
Фермент номенклатурасы
Бірнеше атау жүйесі бар, олардың әрқайсысында ферменттердің қасиеттері әртүрлі дәрежеде ескеріледі.
- Тривиалды. Заттардың атаулары кездейсоқ беріледі. Мысалы, пепсин (pepsis - «ас қорыту», грек) және трипсин (tripsis - «жұқа», грек)
- Рационалды. Фермент атауы субстрат пен «-ase» аяқталуынан тұрады. Мысалы, амилаза крахмалдың гидролизін жылдамдатады (амило - «крахмал», грекше).
- Мәскеу. Оны 1961 жылы 5-ші халықаралық биохимия конгресінде ферменттер номенклатурасы бойынша халықаралық комиссия қабылдады. Заттың атауы субстрат пен ферменттің катализдейтін (тездететін) реакциясынан тұрады. Егер ферменттердің қызметі атомдар тобын бір молекуладан (субстрат) екіншісіне (акцепторға) ауыстыру болса, катализатордың атауына акцептордың химиялық атауы кіреді. Мысалы, амин тобының аланиннен 2-гидроксиглутар қышқылына ауысу реакциясына аланин: 2-оксоглутаратаминотрансфераза ферменті қатысады. Аты көрсетеді:
- субстрат - аланин;
- акцептор - 2-оксоглютар қышқылы;
- реакцияда амин тобы тасымалданады.
Халықаралық комиссия барлық белгілі ферменттердің тізімін жасады, олар үнемі жаңартылып отырады. Бұл жаңа заттардың ашылуына байланысты.
Ферменттердің классификациясы
Ферменттерді топтарға бөлудің екі жолы бар. Біріншісі осы заттардың екі класын ұсынады:
- қарапайым - тек ақуыздан тұрады;
- комплекс - құрамында белок бөлігі (апофермент) және кофермент деп аталатын белок емес бөлігі бар.
Белоксыз бөліккекүрделі фермент витаминдерді қамтуы мүмкін. Басқа заттармен әрекеттесу белсенді орталық арқылы жүреді. Барлық фермент молекуласы процеске қатыспайды.
Ферменттердің қасиеттері басқа белоктар сияқты құрылымымен анықталады. Осыған байланысты катализаторлар тек өз реакцияларын жылдамдатады.
Екінші жіктеу әдісі ферменттердің қызметіне қарай заттарды бөледі. Нәтиже алты сынып:
- оксидоредуктаза;
- трансфералар;
- гидролаза;
- изомераза;
- lyases;
- лигаздар.
Бұл жалпы қабылданған топтар, олардағы ферменттерді реттейтін реакция түрлерімен ғана ерекшеленбейді. Әртүрлі топтағы заттардың құрылымы әртүрлі. Сонымен, жасушадағы ферменттердің қызметтері бірдей болуы мүмкін емес.
Оксидоредуктазалар - тотықсыздану
Бірінші топтағы ферменттердің негізгі қызметі тотығу-тотықсыздану реакцияларын жеделдету. Сипаттама: электрондар немесе сутегі атомдары ең бірінші субстраттан соңғы акцепторға ауысатын тотығу ферменттерінің тізбегін құру мүмкіндігі. Бұл заттар реакциядағы жұмыс принципі немесе жұмыс орны бойынша бөлінеді.
- Аэробты дегидрогеназалар (оксидазалар) электрондардың немесе протондардың тікелей оттегі атомдарына ауысуын жылдамдатады. Анаэробтылар бірдей әрекеттерді орындайды, бірақ электрондар немесе сутегі атомдары оттегі атомдарына ауыспай жүретін реакцияларда.
- Негізгідегидрогеназалар тотыққан заттан (бастапқы субстрат) сутегі атомдарын жою процесін катализдейді. Екіншілік - сутегі атомдарын екінші субстраттан шығаруды жеделдету, олар біріншілік дегидрогеназа көмегімен алынды.
Тағы бір ерекшелігі: коферменттердің (белсенді топтар) өте шектеулі жиынтығы бар екі компонентті катализаторлар бола отырып, олар тотығу-тотықсыздану реакцияларының кең спектрін жеделдете алады. Бұған көптеген нұсқалар арқылы қол жеткізіледі: бір кофермент әртүрлі апоферменттерге қосыла алады. Әрбір жағдайда өзіндік қасиеттері бар арнайы оксидоредуктаза алынады.
Бұл топтың ферменттерінің тағы бір қызметі бар, оны елемеуге болмайды - олар энергияның бөлінуімен байланысты химиялық процестердің барысын жылдамдатады. Мұндай реакциялар экзотермиялық деп аталады.
Трансферазалар - тасымалдаушылар
Бұл ферменттер молекулалық қалдықтар мен функционалдық топтардың тасымалдану реакцияларын жеделдету қызметін атқарады. Мысалы, фосфофруктокиназа.
Берілген топқа байланысты катализаторлардың сегіз тобы бөлінеді. Олардың бірнешеуін ғана қарастырайық.
- Фосфотрансферазалар - фосфор қышқылының қалдықтарын тасымалдауға көмектеседі. Олар тағайындалуына қарай ішкі сыныптарға бөлінеді (алкоголь, карбоксил және т.б.).
- Аминотрансферазалар – аминқышқылдарының трансаминдену реакцияларын жылдамдатады.
- Гликозилтрансферазалар – гликозил қалдықтарын фосфор эфирінің молекулаларынан моно- және полисахаридтер молекулаларына тасымалдайды. Реакцияларды беріңізөсімдіктер мен жануарларда олиго- немесе полисахаридтердің ыдырауы және синтезі. Мысалы, олар сахарозаның ыдырауына қатысады.
- Ацилтрансферазалар карбон қышқылының қалдықтарын аминдерге, спирттерге және амин қышқылдарына тасымалдайды. Ацил-коэнзим-А ацил топтарының әмбебап көзі болып табылады. Оны ацилтрансферазалардың белсенді тобы ретінде қарастыруға болады. Сірке қышқылының ациліне әдетте төзімді.
Гидролазалар - сумен бөлінеді
Бұл топта ферменттер су қатысатын органикалық қосылыстардың бөліну (ситездеу) реакцияларының катализаторы ретінде әрекет етеді. Бұл топтың заттары жасушаларда және ас қорыту сөлінде болады. Асқазан-ішек жолындағы катализаторлардың молекулалары бір компоненттен тұрады.
Бұл ферменттердің орналасуы лизосомалар болып табылады. Олар жасушадағы ферменттердің қорғаныс қызметін атқарады: мембранадан өткен бөгде заттарды ыдыратады. Олар сондай-ақ лизосомалар реттілер деп аталып кеткен жасушаға қажет емес заттарды да жояды.
Олардың басқа «лақап аты» - жасушалық суицид, өйткені олар жасуша автолизінің негізгі құралы болып табылады. Егер инфекция пайда болса, қабыну процестері басталады, лизосома мембранасы өткізгіш болады және гидролаздар цитоплазмаға еніп, оның жолындағы барлық нәрсені бұзады және жасушаны бұзады.
Осы топтан катализаторлардың бірнеше түрін бөліңіз:
- эстеразалар - спирттік эфирлердің гидролизіне жауапты;
- гликозидазалар – гликозидтердің гидролизін жылдамдатады,олар қандай изомермен әрекет етеді, α- немесе β-гликозидазаларды бөледі;
- пептидті гидролазалар белоктардағы пептидтік байланыстардың гидролизіне және белгілі бір жағдайларда олардың синтезіне жауап береді, бірақ ақуыз синтезінің бұл әдісі тірі жасушада қолданылмайды;
- амидазалар - қышқыл амидтердің гидролизіне жауап береді, мысалы, уреаза несепнәрдің аммиак пен суға ыдырауын катализдейді.
Изомеразалар – молекуланың өзгеруі
Бұл заттар бір молекуладағы өзгерістерді жылдамдатады. Олар геометриялық немесе құрылымдық болуы мүмкін. Бұл көптеген жолдармен болуы мүмкін:
- сутегі атомдарының тасымалдануы;
- фосфат тобын жылжыту;
- кеңістіктегі атомдық топтардың орналасуын өзгерту;
- қос байланысты жылжыту.
Изомерлену органикалық қышқылдар, көмірсулар немесе аминқышқылдары болуы мүмкін. Изомеразалар альдегидтерді кетондарға айналдыра алады және, керісінше, цис формасын транс формасына және керісінше реттей алады. Бұл топтың ферменттері қандай қызмет атқаратынын жақсырақ түсіну үшін изомерлердің айырмашылығын білу қажет.
Лиаздар байланысты үзеді
Бұл ферменттер байланыс арқылы органикалық қосылыстардың гидролитикалық емес ыдырауын тездетеді:
- көміртек-көміртек;
- фосфор-оттегі;
- көміртек-күкірт;
- көміртек-азот;
- көміртегі-оттегі.
Бұл жағдайда көмірқышқыл газы, су, аммиак сияқты қарапайым өнімдер бөлініп, қос байланыстар жабылады. Бұл реакциялардың кейбірі қарама-қарсы бағытта, сәйкес ферменттер сәйкес бағытта жүре аладыбұл жағдайда ыдырау ғана емес, сонымен қатар синтез процестерін катализдейді.
Лиаздар үзілетін байланыс түріне қарай жіктеледі. Олар күрделі ферменттер.
Лиганың көлденең сілтемелері
Бұл топтағы ферменттердің негізгі қызметі – синтез реакцияларын жеделдету. Олардың ерекшелігі - биосинтетикалық процесті жүзеге асыру үшін энергияны қамтамасыз етуге қабілетті заттардың ыдырауымен жаратылыстың конъюгациясы. Құрылған қосылым түріне сәйкес алты ішкі класс бар. Олардың бесеуі лиаза топшаларымен бірдей, ал алтыншысы азот-металл байланысын құруға жауапты.
Кейбір лигазалар ерекше маңызды жасушалық процестерге қатысады. Мысалы, ДНҚ лигазасы дезоксирибонуклеин қышқылының репликациясына қатысады. Ол бір жіпті үзілістерді айқастырып, жаңа фосфодиэфирлік байланыстарды жасайды. Оказаки фрагменттерін байланыстыратын ол.
Бір фермент гендік инженерияда белсенді түрде қолданылады. Бұл ғалымдарға дезоксирибонуклеин қышқылының бірегей тізбектерін құра отырып, қажетті бөліктерден ДНҚ молекулаларын біріктіруге мүмкіндік береді. Оларға кез келген ақпаратты енгізуге болады, осылайша қажетті белоктарды өндіретін зауыт құрылады. Мысалы, сіз бактерияның ДНҚ-сына инсулин синтезіне жауап беретін бөлікті тігуге болады. Ал жасуша өз белоктарын аударғанда, сонымен бірге ол медициналық мақсатқа қажетті пайдалы зат жасайды. Оны тазалау ғана қалады және ол көптеген науқас адамдарға көмектеседі.
Ағзадағы ферменттердің орасан зор рөлі
Олар мүмкінреакция жылдамдығын он еседен астам арттыру. Бұл жай ғана жасушаның қалыпты жұмыс істеуі үшін қажет. Ал ферменттер әрбір реакцияға қатысады. Сондықтан организмдегі ферменттердің қызметі барлық жүріп жатқан процестер сияқты алуан түрлі. Ал бұл катализаторлардың істен шығуы ауыр зардаптарға әкеледі.
Ферменттер тамақта, жеңіл өнеркәсіпте, медицинада кеңінен қолданылады: ірімшіктер, шұжықтар, консервілер жасау үшін қолданылады, кір жуатын ұнтақтардың құрамына кіреді. Олар фотоматериалдарды өндіруде де қолданылады.
