Har qanday tirik organizmning hujayrasida millionlab kimyoviy reaksiyalar sodir boʻladi. Ularning har biri katta ahamiyatga ega, shuning uchun biologik jarayonlarning tezligini yuqori darajada ushlab turish muhimdir. Deyarli har bir reaktsiya o'z fermenti tomonidan katalizlanadi. Fermentlar nima? Ularning qafasdagi roli nima?
Fermentlar. Ta'rif
"Ferment" atamasi lotincha fermentum - xamirturushdan olingan. Ularni yunoncha en zyme so'zidan "xamirturushdagi" fermentlar deb ham atash mumkin.
Fermentlar biologik faol moddalardir, shuning uchun hujayrada sodir bo'ladigan har qanday reaktsiya ularning ishtirokisiz amalga oshirilmaydi. Bu moddalar katalizator vazifasini bajaradi. Shunga ko'ra, har qanday ferment ikkita asosiy xususiyatga ega:
1) Ferment biokimyoviy reaksiyani tezlashtiradi, lekin iste'mol qilinmaydi.
2) Muvozanat konstantasining qiymati oʻzgarmaydi, faqat bu qiymatga erishishni tezlashtiradi.
Fermentlar biokimyoviy reaksiyalarni ming, ayrim hollarda million marta tezlashtiradi. Bu shuni anglatadiki, fermentativ apparat bo'lmasa, barcha hujayra ichidagi jarayonlar amalda to'xtaydi va hujayraning o'zi o'ladi. Shuning uchun biologik faol moddalar sifatida fermentlarning roli katta.
Fermentlarning xilma-xilligi hujayra metabolizmini tartibga solishni diversifikatsiya qilish imkonini beradi. Har qanday reaktsiyalar kaskadida turli sinfdagi ko'plab fermentlar ishtirok etadi. Biologik katalizatorlar molekulaning o'ziga xos konformatsiyasi tufayli yuqori selektivdir. Ko'pgina hollarda fermentlar oqsil xususiyatiga ega bo'lganligi sababli, ular uchinchi yoki to'rtlamchi tuzilishga ega. Bu yana molekulaning o'ziga xosligi bilan izohlanadi.
Hujayradagi fermentlarning funksiyalari
Fermentning asosiy vazifasi tegishli reaksiyani tezlashtirishdir. Vodorod peroksidning parchalanishidan glikolizgacha bo'lgan har qanday jarayonlar kaskadi biologik katalizator mavjudligini talab qiladi.
Fermentlarning to'g'ri ishlashiga ma'lum bir substrat uchun yuqori o'ziga xoslik bilan erishiladi. Bu shuni anglatadiki, katalizator faqat ma'lum bir reaktsiyani tezlashtirishi mumkin, boshqa hech qanday, hatto juda o'xshash. O'ziga xoslik darajasiga ko'ra, fermentlarning quyidagi guruhlari ajratiladi:
1) Mutlaq o'ziga xoslikka ega fermentlar, faqat bitta reaksiya katalizlanganda. Masalan, kollagenaza kollagenni, m altaza esa m altozani parchalaydi.
2) Nisbiy o'ziga xoslikka ega fermentlar. Bunga gidrolitik boʻlinish kabi reaksiyalarning maʼlum sinfini katalizlashi mumkin boʻlgan moddalar kiradi.
Biokatalizatorning ishi uning faol markazi substratga biriktirilgan paytdan boshlanadi. Bunday holda, qulf va kalit kabi bir-birini to'ldiruvchi shovqin haqida gapiradi. Bu faol markaz shaklining substrat bilan toʻliq mos kelishini bildiradi, bu esa reaksiyani tezlashtirishga imkon beradi.
Keyingi qadam - bu reaktsiyaning o'zi. Enzimatik kompleksning ta'siri tufayli uning tezligi ortadi. Oxir-oqibat, biz reaksiya mahsulotlari bilan bog'langan fermentni olamiz.
Yakuniy bosqich - bu reaksiya mahsulotlarini fermentdan ajratish, shundan so'ng faol markaz keyingi ish uchun yana bo'sh bo'ladi.
Sxematik jihatdan fermentning har bir bosqichdagi ishi quyidagicha yozilishi mumkin:
1) S + E --> SE
2) SE --> SP
3) SP --> S + P bu erda S - substrat, E - ferment va P - mahsulot.
Fermentlar tasnifi
Inson tanasida siz juda ko'p miqdorda fermentlarni topishingiz mumkin. Ularning funktsiyalari va ishi haqidagi barcha bilimlar tizimlashtirildi va natijada bitta tasnif paydo bo'ldi, buning yordamida u yoki bu katalizator nima uchun mo'ljallanganligini aniqlash oson. Bu yerda fermentlarning 6 ta asosiy klassi, shuningdek, ayrim kichik guruhlarga misollar keltirilgan.
Oksidoredduktazlar
Bu sinfdagi fermentlar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini katalizlaydi. Hammasi bo'lib 17 ta kichik guruh mavjud. Oksidoredduktazlar odatda vitamin yoki gem bilan ifodalangan oqsil bo'lmagan qismga ega.
Oksidoreduktazalar orasida quyidagi kichik guruhlar koʻpincha uchraydi:
a) Dehidrogenazalar. Dehidrogenaza fermentlarining biokimyosi vodorod atomlarini yo'q qilish va ularni boshqa substratga o'tkazishdan iborat. Ushbu kichik guruh ko'pincha nafas olish reaktsiyalarida uchraydi,fotosintez. Dehidrogenazlarning tarkibida NAD / NADP yoki FAD / FMN flavoproteinlari ko'rinishidagi koenzim bo'lishi shart. Ko'pincha metall ionlari mavjud. Masalan, sitoxrom reduktazalar, piruvat dehidrogenaza, izotsitrat dehidrogenaza va ko'plab jigar fermentlari (laktat dehidrogenaza, glutamatdehidrogenaza va boshqalar) kabi fermentlar.
b) oksidaza. Bir qator fermentlar kislorodning vodorodga qo'shilishini katalizlaydi, buning natijasida reaktsiya mahsulotlari suv yoki vodorod peroksid bo'lishi mumkin (H20, H2 0 2). Fermentlarga misollar: sitoxrom oksidaza, tirozinaza.
c) Peroksidaza va katalaza H2O2 ning kislorod va suvga parchalanishini katalizlovchi fermentlardir.
d) Oksigenazalar. Ushbu biokatalizatorlar kislorodning substratga qo'shilishini tezlashtiradi. Dopamin gidroksilazasi ana shunday fermentlarga misoldir.
2. Transferlar.
Bu guruh fermentlarining vazifasi radikallarni donor moddadan qabul qiluvchi moddaga oʻtkazishdan iborat.
a) Metiltransferaza. DNK metiltransferazalari DNK replikatsiyasi jarayonini boshqaruvchi asosiy fermentlardir. Nukleotid metilatsiyasi nuklein kislotalar funktsiyasini tartibga solishda muhim rol o'ynaydi.
b) Asiltransferazalar. Ushbu kichik guruhning fermentlari asil guruhini bir molekuladan ikkinchisiga o'tkazadi. Asiltransferazalarga misollar: lesitinxesterin atsiltransferaza (funktsional guruhni yog 'kislotasidan xolesteringa o'tkazadi), lizofosfatidilxolin atsiltransferaza (atsil guruhi lizofosfatidilxolinga o'tadi).
c) Aminotransferazalar aminokislotalarning konversiyasida ishtirok etuvchi fermentlardir. Fermentlarga misollar: alanin aminotransferaza, u aminokislotalarni uzatish orqali piruvat va glutamatdan alanin sintezini katalizlaydi.
d) Fosfotransferazalar. Ushbu kichik guruhning fermentlari fosfat guruhining qo'shilishini katalizlaydi. Fosfotransferazalarning boshqa nomi, kinazlar ancha keng tarqalgan. Masalan, geksozalar (ko'pincha glyukoza) va aspartik kislotaga fosfor qoldiqlarini qo'shadigan geksokinaza va aspartat kinaz kabi fermentlar.
3. Gidrolazalar - molekuladagi bog'larning parchalanishini katalizlovchi fermentlar sinfi, so'ngra suv qo'shilishi. Bu guruhga kiruvchi moddalar ovqat hazm qilishning asosiy fermentlari hisoblanadi.
a) Esterazlar - efir aloqalarini uzadi. Masalan, yog'larni parchalaydigan lipazlar.
b) Glikozidazalar. Ushbu seriyadagi fermentlarning biokimyosi polimerlarning (polisaxaridlar va oligosakkaridlar) glikozid aloqalarini yo'q qilishdan iborat. Misollar: amilaza, saxaroza, m altaza.
c) Peptidazalar oqsillarni aminokislotalarga parchalanishini katalizlovchi fermentlardir. Peptidazalarga pepsinlar, tripsin, ximotripsin, karboksipeptidaza kabi fermentlar kiradi.
d) Amidazalar - bo'linadigan amid bog'lari. Misollar: arginaza, ureaza, glutaminaza va boshqalar. Ko'pgina amidaza fermentlari ornitin siklida uchraydi.
4. Liazalar gidrolazalarga o'xshash fermentlardir, ammo molekulalardagi bog'lanishlar parchalanishi paytida suv iste'mol qilinmaydi. Ushbu toifadagi fermentlar har doim oqsil bo'lmagan qismni o'z ichiga oladi, masalan, B1 yoki B6 vitaminlari shaklida.
a) Dekarboksilazalar. Bu fermentlar C-C aloqasiga ta'sir qiladi. Misollarglutamat dekarboksilaza yoki piruvat dekarboksilaza sifatida xizmat qiladi.
b) Gidratazalar va degidratazalar KO aloqalarining boʻlinish reaksiyasini katalizlovchi fermentlardir.
c) Amidin-liazalar - C-N aloqalarini yo'q qiladi. Misol: arginin suksinat liazasi.
d) P-O lyaz. Bunday fermentlar, qoida tariqasida, substrat moddasidan fosfat guruhini ajratib turadi. Misol: adenilat siklaza.
Fermentlarning biokimyosi ularning tuzilishiga asoslanadi
Har bir fermentning qobiliyati uning individual, noyob tuzilishi bilan belgilanadi. Ferment eng avvalo oqsil bo'lib, uning tuzilishi va buklanish darajasi uning funksiyasini aniqlashda hal qiluvchi rol o'ynaydi.
Har bir biokatalizator faol markazning mavjudligi bilan tavsiflanadi, u o'z navbatida bir nechta mustaqil funktsional sohalarga bo'linadi:
1) Katalitik markaz oqsilning maxsus hududi boʻlib, u orqali ferment substratga biriktiriladi. Protein molekulasining konformatsiyasiga qarab, katalitik markaz turli xil shakllarga ega bo'lishi mumkin, ular substratga kalitga qulflangandek mos kelishi kerak. Bunday murakkab tuzilma fermentativ oqsilning uchinchi yoki to‘rtlamchi holatda ekanligini tushuntiradi.
2) Adsorbsion markaz - "ushlagich" vazifasini bajaradi. Bu erda, birinchi navbatda, ferment molekulasi va substrat molekulasi o'rtasida bog'liqlik mavjud. Biroq, adsorbsion markaz tomonidan hosil bo'lgan bog'lar juda zaif, ya'ni katalitik reaksiya bu bosqichda qaytariladi.
3) Allosterik markazlar sifatida joylashishi mumkinfaol joyda va butun fermentning butun yuzasida. Ularning vazifasi ferment faoliyatini tartibga solishdir. Tartibga solish inhibitor molekulalar va faollashtiruvchi molekulalar yordamida amalga oshiriladi.
Aktivator oqsillari ferment molekulasi bilan bog'lanib, uning ishini tezlashtiradi. Inhibitorlar, aksincha, katalitik faollikni inhibe qiladi va bu ikki yo'l bilan sodir bo'lishi mumkin: yoki molekula fermentning faol joyidagi allosterik joy bilan bog'lanadi (raqobatbardosh inhibisyon) yoki u oqsilning boshqa mintaqasiga yopishadi. (raqobatdosh bo'lmagan inhibisyon). Raqobat inhibisyoni samaraliroq hisoblanadi. Axir, bu substratni ferment bilan bog'lash joyini yopadi va bu jarayon faqat inhibitor molekulasi va faol markaz shakli deyarli to'liq mos kelgan taqdirdagina mumkin.
Ferment ko'pincha nafaqat aminokislotalardan, balki boshqa organik va noorganik moddalardan ham iborat. Shunga ko'ra, apoferment - oqsil qismi, koenzim - organik qism va kofaktor - noorganik qism ajratiladi. Koenzim uglevodlar, yog'lar, nuklein kislotalar, vitaminlar bilan ifodalanishi mumkin. O'z navbatida, kofaktor ko'pincha yordamchi metall ionlari hisoblanadi. Fermentlarning faolligi uning tuzilishi bilan belgilanadi: tarkibni tashkil etuvchi qo'shimcha moddalar katalitik xususiyatlarni o'zgartiradi. Har xil turdagi fermentlar yuqoridagi barcha kompleks hosil qiluvchi omillarning kombinatsiyasi natijasidir.
Fermentlarni tartibga solish
Fermentlar biologik faol moddalar sifatida har doim ham organizm uchun zarur emas. Fermentlarning biokimyosi shundayki, ular haddan tashqari katalizlanganda tirik hujayraga zarar etkazishi mumkin. Fermentlarning organizmga zararli ta'sirini oldini olish uchun ularning ishini qandaydir tarzda tartibga solish kerak.
T. Fermentlar oqsil tabiatiga ega bo'lganligi sababli ular yuqori haroratlarda osongina yo'q qilinadi. Denaturatsiya jarayoni qaytar, lekin u moddalarning ishlashiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin.
pH ham tartibga solishda katta rol o'ynaydi. Fermentlarning eng yuqori faolligi, qoida tariqasida, neytral pH qiymatlarida (7,0-7,2) kuzatiladi. Faqat kislotali muhitda yoki faqat ishqoriy muhitda ishlaydigan fermentlar ham bor. Shunday qilib, hujayra lizosomalarida past pH saqlanadi, bunda gidrolitik fermentlarning faolligi maksimal bo'ladi. Agar ular tasodifan atrof-muhit neytralga yaqinroq bo'lgan sitoplazmaga kirsa, ularning faolligi pasayadi. "O'z-o'zini yeyish" dan bunday himoya gidrolazalar ishining o'ziga xos xususiyatlariga asoslanadi.
Fermentlar tarkibidagi koferment va kofaktorning ahamiyatini aytib o’tish joiz. Vitaminlar yoki metall ionlarining mavjudligi ma'lum o'ziga xos fermentlarning ishlashiga sezilarli ta'sir qiladi.
Ferment nomenklaturasi
Tanadagi barcha fermentlar odatda sinflarning birortasiga mansubligiga, shuningdek, reaksiyaga kirishadigan substratga qarab nomlanadi. Ba'zan, tizimli nomenklaturaga ko'ra, nomda bir emas, ikkita substrat ishlatiladi.
Ba'zi fermentlarning nomlariga misollar:
- Jigar fermentlari: laktat-dehidrogenaza, glutamatdehidrogenaza.
- Fermentning toʻliq sistematik nomi: laktat-NAD+-oksidoreddukt-aza.
Nomenklatura qoidalariga amal qilmaydigan arzimas nomlar ham bor. Masalan, ovqat hazm qilish fermentlari: tripsin, kimotripsin, pepsin.
Ferment sintez jarayoni
Fermentlarning funktsiyalari genetik darajada aniqlanadi. Molekula asosan oqsil bo'lganligi sababli, uning sintezi transkripsiya va tarjima jarayonlarini aynan takrorlaydi.
Fermentlarning sintezi quyidagi sxema bo'yicha sodir bo'ladi. Birinchidan, kerakli ferment haqidagi ma'lumot DNKdan o'qiladi, buning natijasida mRNK hosil bo'ladi. Messenger RNK fermentni tashkil etuvchi barcha aminokislotalarni kodlaydi. Fermentlarning regulyatsiyasi DNK darajasida ham sodir bo'lishi mumkin: katalizlangan reaksiya mahsuloti yetarli bo'lsa, gen transkripsiyasi to'xtaydi va aksincha, mahsulotga ehtiyoj tug'ilsa, transkripsiya jarayoni faollashadi.
mRNK hujayra sitoplazmasiga kirgandan so'ng, keyingi bosqich boshlanadi - tarjima. Endoplazmatik retikulum ribosomalarida peptid bog'lari bilan bog'langan aminokislotalardan tashkil topgan birlamchi zanjir sintezlanadi. Biroq, birlamchi tuzilishdagi oqsil molekulasi hali fermentativ funksiyalarini bajara olmaydi.
Fermentlarning faolligi oqsilning tuzilishiga bog'liq. Xuddi shu ERda oqsilning burishishi sodir bo'ladi, buning natijasida birinchi navbatda ikkilamchi, keyin uchinchi darajali tuzilmalar hosil bo'ladi. Ba'zi fermentlarning sintezi ushbu bosqichda allaqachon to'xtaydi, ammo katalitik faollikni faollashtirish uchun ko'pincha kerak bo'ladi.koenzim va kofaktor qo'shilishi.
Endoplazmatik retikulumning ma'lum joylarida fermentning organik komponentlari: monosaxaridlar, nuklein kislotalar, yog'lar, vitaminlar biriktiriladi. Ayrim fermentlar kofermentsiz ishlay olmaydi.
Kofaktor oqsilning to'rtlamchi tuzilishini shakllantirishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Fermentlarning ba'zi funktsiyalari faqat protein domen tashkilotiga etib borganda mavjud bo'ladi. Shuning uchun ular uchun to'rtlamchi strukturaning mavjudligi juda muhimdir, bunda bir nechta oqsil globulalari orasidagi bog'lovchi bo'g'in metall ionidir.
Fermentlarning bir nechta shakllari
Bir xil reaksiyani katalizlaydigan, biroq bir-biridan ba'zi parametrlari bo'yicha farq qiladigan bir nechta fermentlarga ega bo'lish zarur bo'lgan holatlar mavjud. Masalan, ferment 20 gradusda ishlay oladi, lekin 0 gradusda u endi o'z vazifalarini bajara olmaydi. Atrof muhitning past haroratlarida tirik organizm nima qilishi kerak?
Bu muammoni bir vaqtning o'zida bir nechta fermentlarning mavjudligi, bir xil reaksiyani katalizlovchi, lekin turli sharoitlarda ishlaydigan osonlik bilan hal qilish mumkin. Fermentlarning ko'p shakllarining ikki turi mavjud:
- Izofermentlar. Bunday oqsillar turli genlar tomonidan kodlangan, turli aminokislotalardan iborat, lekin bir xil reaksiyani katalizlaydi.
- Haqiqiy koʻplik shakllari. Bu oqsillar bir xil gendan transkripsiya qilinadi, ammo peptidlar ribosomalarda o'zgartiriladi. Chiqish bir xil fermentning bir nechta shakllaridan iborat.
BNatijada, ko'p shakllarning birinchi turi genetik darajada, ikkinchisi esa post-translatsiya darajasida shakllanadi.
Fermentlarning ahamiyati
Tibbiyotda fermentlardan foydalanish yangi dori-darmonlarni chiqarishga qisqartiriladi, bunda moddalar allaqachon kerakli miqdorda bo'ladi. Olimlar hali tanadagi etishmayotgan fermentlar sintezini rag‘batlantirish yo‘lini topa olishmadi, ammo bugungi kunda ularning yetishmovchiligini vaqtincha to‘ldirishga qodir bo‘lgan dorilar keng tarqalgan.
Hujayradagi turli fermentlar hayotni ta'minlovchi turli xil reaksiyalarni katalizlaydi. Bu enizmlardan biri nukleazalar guruhining vakillari: endonukleazalar va ekzonukleazlar. Ularning vazifasi hujayradagi nuklein kislotalarning doimiy darajasini saqlab turish, shikastlangan DNK va RNKni olib tashlashdir.
Qon ivishi kabi hodisani unutmang. Samarali himoya chorasi bo'lgan bu jarayon bir qator fermentlar nazorati ostida. Asosiysi trombin bo'lib, u faol bo'lmagan fibrinogen oqsilini faol fibringa aylantiradi. Uning iplari tomirning shikastlanish joyini yopib qo'yadigan va shu bilan ortiqcha qon yo'qotilishining oldini oladigan tarmoq turini yaratadi.
Fermentlar vinochilikda, pivo tayyorlashda, koʻplab fermentlangan sut mahsulotlarini olishda qoʻllaniladi. Glyukozadan spirt ishlab chiqarish uchun xamirturushdan foydalanish mumkin, ammo bu jarayonning muvaffaqiyatli o‘tishi uchun undan ekstrakti yetarli.
Siz bilmagan qiziqarli faktlar
- Tananing barcha fermentlari katta massaga ega - 5000 dan1000000 Ha. Bu molekulada oqsil mavjudligi bilan bog'liq. Taqqoslash uchun: glyukozaning molekulyar og'irligi 180 Da, karbonat angidrid esa atigi 44 Da.
- Bugungi kunga qadar turli organizmlar hujayralarida topilgan 2000 dan ortiq fermentlar topilgan. Biroq, bu moddalarning aksariyati hali toʻliq tushunilmagan.
- Ferment faolligi samarali kir yuvish vositalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Bu erda fermentlar tanadagi kabi rol o'ynaydi: ular organik moddalarni parchalaydi va bu xususiyat dog'larga qarshi kurashda yordam beradi. Shunga o'xshash kir yuvish kukunini 50 darajadan yuqori bo'lmagan haroratda ishlatish tavsiya etiladi, aks holda denatürasyon jarayoni sodir bo'lishi mumkin.
- Statistik ma'lumotlarga ko'ra, butun dunyo bo'ylab odamlarning 20 foizi fermentlarning etishmasligidan aziyat chekadi.
- Fermentlarning xossalari juda uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan, ammo faqat 1897 yilda odamlar shakarni spirtga achitish uchun xamirturushning o'zi emas, balki ularning hujayralaridan olingan ekstraktdan foydalanish mumkinligini tushunishgan.
