«Фермент» сөзінің латын түбірі бар. Аудармада ол «ашқан» дегенді білдіреді. Ағылшын тілінде «фермент» ұғымы қолданылады, грек терминінен шыққан, бір мағынаны білдіреді. Ферменттер – арнайы ақуыздар. Олар жасушаларда қалыптасады және биохимиялық процестердің жүруін жеделдету қабілетіне ие. Басқаша айтқанда, олар биологиялық катализатор ретінде әрекет етеді. Ферменттердің әрекетінің ерекшелігі неде екенін әрі қарай қарастырайық. Ерекшелік түрлері мақалада да сипатталады.
Жалпы сипаттамалар
Кейбір ферменттердің каталитикалық белсенділігінің көрінісі бірқатар белок емес қосылыстардың болуына байланысты. Оларды кофакторлар деп атайды. Олар 2 топқа бөлінеді: металл иондары және бірқатар бейорганикалық заттар, сонымен қатар коферменттер (органикалық қосылыстар).
Әрекет механизмі
Химиялық табиғаты бойынша ферменттер белоктар тобына жатады. Дегенмен, соңғысынан айырмашылығы, қарастырылатын элементтер белсенді сайтты қамтиды. Бұл аминқышқылдары қалдықтарының функционалдық топтарының бірегей кешені. Олар ферменттің үшінші немесе төрттік құрылымына байланысты кеңістікте қатаң бағдарланған. Белсендіорталығы оқшауланған каталитикалық және субстрат учаскелері болып табылады. Соңғысы ферменттердің ерекшелігін анықтайды. Субстрат - бұл ақуыз әрекет ететін зат. Бұрын олардың өзара әрекеттесуі «қамалдың кілті» принципі бойынша жүзеге асырылады деп есептелді. Басқаша айтқанда, белсенді сайт субстратқа анық сәйкес келуі керек. Қазіргі уақытта басқа гипотеза басым. Бастапқыда дәл сәйкестік жоқ деп есептеледі, бірақ ол заттардың өзара әрекеттесу барысында пайда болады. Екінші – каталитикалық – сайт әрекеттің ерекшелігіне әсер етеді. Басқаша айтқанда, ол жеделдетілген реакцияның сипатын анықтайды.
Ғимарат
Барлық ферменттер бір және екі компонентті болып бөлінеді. Біріншілерінің құрылымы қарапайым белоктардың құрылымына ұқсас. Олардың құрамында тек аминқышқылдары бар. Екінші топ – белоктар – белокты және белокты емес бөліктерді қамтиды. Соңғысы кофермент, біріншісі апофермент. Соңғысы ферменттің субстрат ерекшелігін анықтайды. Яғни, ол белсенді орталықта субстрат учаскесінің функциясын орындайды. Коэнзим, сәйкесінше, каталитикалық аймақ ретінде әрекет етеді. Ол әрекеттің ерекшелігімен байланысты. Витаминдер, металдар және басқа төмен молекулалық қосылыстар кофермент ретінде әрекет ете алады.
Катализ
Кез келген химиялық реакцияның пайда болуы әрекеттесетін заттардың молекулаларының соқтығысуымен байланысты. Олардың жүйедегі қозғалысы потенциалдық бос энергияның болуымен анықталады. Химиялық реакция үшін молекулалардың ауысуы қажетжағдай. Басқаша айтқанда, олар энергетикалық тосқауылдан өту үшін жеткілікті күшке ие болуы керек. Ол барлық молекулаларды реактивті ету үшін энергияның ең аз мөлшерін білдіреді. Барлық катализаторлар, соның ішінде ферменттер, энергетикалық кедергіні төмендетуге қабілетті. Бұл реакцияның жылдам жүруіне ықпал етеді.
Ферменттердің ерекшелігі қандай?
Бұл қабілет тек белгілі бір реакцияның жеделдеуінде көрінеді. Ферменттер бір субстратқа әсер ете алады. Дегенмен, олардың әрқайсысы белгілі бір реакцияны ғана жеделдетеді. Ферменттің реактивті ерекшелігін пируватдегидрогеназа кешені мысалында байқауға болады. Оның құрамына PVK әсер ететін ақуыздар кіреді. Олардың негізгілері: пируватдегидрогеназа, пируватдекарбоксилаза, ацетилтрансфераза. Реакцияның өзі ПВХ тотығу декарбоксилденуі деп аталады. Оның өнімі - белсенді сірке қышқылы.
Жіктеу
Фермент спецификасының келесі түрлері бар:
- Стереохимиялық. Ол заттың мүмкін болатын субстрат стереоизомерлерінің біріне әсер ету қабілетінде көрінеді. Мысалы, фумаратты гидротаза фумаратта әрекет етуге қабілетті. Бірақ ол цис изомеріне – малеин қышқылына әсер етпейді.
- Абсолютті. Бұл түрдегі ферменттердің ерекшелігі заттың белгілі бір субстратқа ғана әсер ету қабілетінде көрінеді. Мысалы, сахараза тек сахарозамен, аргиназа аргининмен және т.б. әрекеттеседі.
- Туыс. Мұндағы ферменттердің ерекшелігіжағдай заттың бір типті байланысы бар субстраттар тобына әсер ету қабілетімен көрінеді. Мысалы, альфа-амилаза гликогенмен және крахмалмен әрекеттеседі. Оларда гликозидтік типті байланыс бар. Трипсин, пепсин, химотрипсин пептидтік топтың көптеген ақуыздарына әсер етеді.
Температура
Ферменттердің белгілі бір жағдайларда спецификасы болады. Олардың көпшілігі үшін оңтайлы температура + 35 … + 45 градусқа дейін қабылданады. Зат жылдамдығы төмен жағдайларда орналастырылған кезде оның белсенділігі төмендейді. Бұл күй қайтымды инактивация деп аталады. Температура көтерілген кезде оның қабілеттері қалпына келеді. Айта кету керек, t көрсетілген мәндерден жоғары болған жағдайда инактивация да болады. Дегенмен, бұл жағдайда ол қайтымсыз болады, өйткені температура төмендеген кезде ол қалпына келтірілмейді. Бұл молекуланың денатурациясына байланысты.
pH әсері
Молекула заряды қышқылдыққа байланысты. Сәйкесінше, рН белсенді жердің белсенділігіне және ферменттің ерекшелігіне әсер етеді. Әрбір зат үшін оңтайлы қышқылдық индексі әртүрлі. Дегенмен, көп жағдайда 4-7 болады. Мысалы, сілекей альфа-амилазасы үшін оңтайлы қышқылдық 6,8 құрайды. Сонымен қатар, бірқатар ерекшеліктер бар. Пепсиннің оңтайлы қышқылдығы, мысалы, 1,5-2,0, химотрипсин мен трипсин 8-9.
Концентрация
Фермент неғұрлым көп болса, реакция жылдамдығы соғұрлым жылдам болады. Ұқсассубстраттың концентрациясына қатысты да қорытынды жасауға болады. Дегенмен, нысананың қанықтыру мазмұны әрбір зат үшін теориялық түрде анықталады. Оның көмегімен барлық белсенді орталықтарды қол жетімді субстрат алады. Бұл жағдайда ферменттің спецификалылығы мақсатты кейіннен қосуға қарамастан максималды болады.
Реттеуші заттар
Оларды ингибиторлар және активаторлар деп бөлуге болады. Бұл категориялардың екеуі де спецификалық емес және спецификалық болып бөлінеді. Активаторлардың соңғы түріне өт тұздары (ұйқы безіндегі липаза үшін), хлорид иондары (альфа-амилаза үшін), тұз қышқылы (пепсин үшін) жатады. Бейспецификалық активаторлар киназалар мен фосфатазаларға әсер ететін магний иондары, ал спецификалық ингибиторлар проферменттердің терминалдық пептидтері болып табылады. Соңғылары заттардың белсенді емес формалары болып табылады. Олар терминалдық пептидтердің ыдырауы кезінде белсендіріледі. Олардың спецификалық типтері әрбір жеке проферментке сәйкес келеді. Мысалы, белсенді емес түрінде трипсин трипсиноген түрінде өндіріледі. Оның белсенді орталығы арнайы ингибитор болып табылатын терминалды гексапептидпен жабылады. Іске қосу процесінде ол бөлінеді. Нәтижесінде трипсиннің белсенді орны ашылады. Бейспецификалық ингибиторлар ауыр металдардың тұздары болып табылады. Мысалы, мыс сульфаты. Олар қосылыстардың денатурациясын тудырады.
Тежеу
Бұл бәсекеге қабілетті болуы мүмкін. Бұл құбылыс ингибитор мен субстрат арасындағы құрылымдық ұқсастықтың пайда болуымен көрінеді. Оларбелсенді орталықпен байланыс үшін күреске түседі. Егер ингибитордың мөлшері субстраттағыдан жоғары болса, күрделі фермент ингибиторы түзіледі. Мақсатты зат қосылғанда арақатынас өзгереді. Нәтижесінде ингибитор мәжбүрлеп шығарылады. Мысалы, сукцинат сукцинатдегидрогеназа үшін субстрат ретінде әрекет етеді. Тежегіштер - оксалоацетат немесе малонат. Бәсекелестік әсерлер реакция өнімдері болып саналады. Көбінесе олар субстраттарға ұқсас. Мысалы, глюкоза-6-фосфат үшін өнім глюкоза болып табылады. Субстрат глюкоза-6 фосфаты болады. Бәсекелес емес тежелу заттар арасындағы құрылымдық ұқсастықты білдірмейді. Ингибитор да, субстрат те ферментпен бір уақытта байланыса алады. Бұл жағдайда жаңа қосылыс пайда болады. Бұл күрделі-фермент-субстрат-ингибитор. Өзара әрекеттесу кезінде белсенді орталық блокталады. Бұл ингибитордың айнымалы токтың каталитикалық аймағымен байланысуына байланысты. Мысал ретінде цитохромоксидазаны келтіруге болады. Бұл фермент үшін оттегі субстрат ретінде әрекет етеді. Гидроциан қышқылының тұздары цитохромоксидаза ингибиторлары болып табылады.
Аллостериялық реттеу
Кейбір жағдайларда ферменттің ерекшелігін анықтайтын белсенді орталықтан басқа тағы бір байланыс бар. Бұл аллостериялық компонент. Егер онымен аттас активатор байланысса, ферменттің тиімділігі артады. Егер ингибитор аллостериялық орталықпен әрекеттессе, онда заттың белсенділігі сәйкесінше төмендейді. Мысалы, аденилатциклаза жәнегуанилатциклаза - аллостериялық типті реттейтін ферменттер.
