Файл: Fermentter-Now.doc

Екі ферментте фосфатазаның катализдеуімен дефосфорлану арқы­лы бастапқы қалпына қайтып келеді.

Екінші мысал ретінде аденилденуді келтіруге болады. Глутаминсинтетаза АТФ қатысуымен, қатаң түрде, тек тирозин қалдығындағы бүйір тобының аденилденуі жолымен активтелінеді. Кері реакция деаденилдеуші ферментпен катализделеді.

Модуляция туралы жалпы түсінік. Модуляция — бұл кіші молекулалы қосылыстармен ковалентсіз әсерлесу нәтижесінде фермент молекуласының конформациясының өзгеруі арқылы өтетін оның активтілігінің қайтымды өзгеруі. Әсерле­сетін кіші молекулалы заттарды эффекторлар немес модуляторлар деп атайды. Олардың басым бөлігіне әртүрлі аралық метаболиттерді (субстраттар, витаминдер, металл иондары, гормондар және т.б.) жатқы­зуға болады.

Эффекторлар ферменттерге екі бағытта әсер етеді: 1) фермент молекуласын активті қалыпқа әкеледі, оларды — активаторлар; 2) фермент моле­куласының активтілігін тежейді, оларды - ингибиторлар деп атайды. Эффектордың (активатор немесе ингибитор) әсерлесуі үшін оның құрылысының фермент молекуласының құрылысындағы белгілі бір аймаққа сәйкес келуі қажет. Тек сонда ғана әсерлесу жүреді және көптеген қосылыстардың ішінен өз эффекторын фермент осы қасиет арқылы дәл таниды. Эффектор мен субстраттың ферментпен әсерлесу аймақтары әртүрлі, бірақ изостерлік реттелуде олардың бір болуы мүмкін. Эффектордың әсерлесуі фермент молекуласының кеңістіктік конформациясын өзгертеді, нәтижесінде, активті орталықтың құ­ры­лы­сы өзгереді де фермент активтеледі немесе ингибирленеді.

Фермент молекуласындағы эффектор байланысатын аллостерлік орталық, олардың әсерлесу механизмі — аллостерлік әсерлесу, ал активтілігі эффектор арқылы реттелетін ферменттер — аллостерлік ферменттер деп аталады.

Аллостерлік реттелу немесе аллостерлік модуляция. Аллостерлік әсерлесу туралы гипотезаны Ж.Моно, Ж.П.Шанже, Ф.Жакоб (1963) ұсынды, қазіргі кезде көптеген эксперименттер ар­қылы негізделді.

Аллостерлік немесе реттеуші орталық — фермент молекуласының бетінде орналасқан функционалдық топтардың жиыны. Олар фермент­тің екінші, үшінші және төртінші реттік құрылымдарына байланысты, кеңістікте, қатаң түрде бағытталып орналасады. Активті орталықтан, алыстау орналасқан болады. Эффектор аллостерлік орталықпен әсер­леседі. Фермент молекуласының конформациясы өзгереді, нәтижесінде активті ор­талығының құрылымы субстраттың құрылымына комплементтарлы түрде сәйкес келеді. Бұл фермент-субстрат комплексі құралуына, реакция жүруіне ықпал етеді.

Активаторлық қызметті катиондар Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, K⁺, Ca²⁺, Na⁺, анион Cl^- жиі атқарады. Мысалы, бұлшық еттегі АТФ-азаны Ca²⁺ ионы, ал торша мембранасы АТФ-азасын Na⁺ және K⁺ активтендіреді. Сонымен бірге, слекей және ұйқы безі амилазаларын Cl^- активтендіреді. Кейбір ферменттердің әртүрлі иондармен (фосфофруктокиназаны, Mg²⁺, NH₄⁺, K⁺) активтейтіні байқалады. Кейбір металлдардың антагонистік қасиеттерді көрсетуі, конкуренттік ингибитор болуы,мысалы, Mg²⁺ пен Ca²⁺, Mn²⁺ пен Zn²⁺ иондары арасында байқалады.

Ұйқы безі сөлінің липазасы өт қышқылдарымен, ұлпалық протеиназалар — сульфгидрилдік қосылыстармен (цистеин, глутатион, күкірт­ті сутек) және аскорбин қышқылымен (С-витамині) активтеледі.

Фермент активтілігін аллостерлік реттелуі жолдарында екі түрлі механизм жиі кездесседі:

1. Тура оң байланыс принципі арқылы активтендіру. Метаболит не­месе субстрат аллостерлік эффектор ретінде өзін немесе тізбектегі алыстау орналасқан өнімді катализдейтін ферментті активтендіреді. Бұл механизмді фор-активтендіру деп атайды.

2. Кері теріс байланыс арқылы ингибирлеу.

Метаболиттік тізбектегі соңғы өнімнің жиналып қалуы оның синтезделуіне қажетті субстратты синтездейтін ферменттің активтілігін эффектор ретінде ингибирлейді. Өнім жиі түрде, бастапқы реакцияны катализдейтін бастаушы ферментті тежейді.

Аллостерлік агенттер ролінде гормондар да бола алады. Мысалы, глюкагон өзінің әсерін аденилатциклазаны активтендіру арқылы бере алады.

Изостерлік реттелу. Изостерлік реттелуде ферменттің активтілігін субстратқа ұқсас зат (субстрат аналогы) реттеуші ролінде болып ингибирлейді.

Субстрат аналогы құрылымдық стерикалық ұксастығына байланысты ферменттің активті орталығымен әсерлесіп, фермент-псев­до­суб­страт комплексін түзеді. Бұл реакцияда жалған субстраттың негізгі субстратпен таласуы (конкурентті) өтеді. Сондықтан ферменттердің бі­раз бөлігі фермент-псевдосубстрат комплексі түзілуіне кеткендіктен фермент-субстрат комплексінің сандық мөлшері кемиді, нәтижесінде, ферменттік активтілік төмендейді. Субстрат өзінің аналогымен ферментке таласатын болғандықтан конкурентті тежелу деп аталады. Фермент-псевдосубстрат комплексі қайтымды процесс. Сондықтан, субстраттың концентрациясы жоғарлағанда қайта қалыпқа келеді.

Стерикалық фактордың әсерлесуінде ингибитордың (құрылымдық аналог) апоферментпен немесе простетикалық топпен әсерлескенде активті орталыққа жатпайтын топтарда байланысып (-SH тобы) фермент активтелуін тежейді. Бұл әсерлесу түрі конкурентсіз тежелу деп аталады. Конкурентсіз тежелу субстрат концентрациясына тәуелсіз жүреді. Мысалы, ауыр металл тұздары (Hg, Pb, Ag) өте аз, денатурация жүршізбейтін концентрацияда ферменттің полипептидтік тізбегін­дегі сульфгидрилдік топпен байланысады. Көміртегі тотығы (СО) те­мір құрамды простетикалық топқа байланысады. Пепсиннің ингибиторы белоктық зат (антифермент) пепсинмен байланысады (бірақ, бұл ковалентті модификацияның аналогиясы). Витаминнің орнына кофак­торға антивитаминнің байланысуы.

Изостерлік реттелу принципі практикалық медицинада кең қолда­нылады. Антивитаминдері, антибиотиктерді, антиметаболиттерді дәрі­лік препарат ретінде (сульфаниламид параминобензой қышқылына қарсы зат) қолдану. Метабол этиленгликольмен уланғанда қолданылады.

Аллостерлік ферменттердің қасиеті мен оның молекуласының активтігі арасындағы байланыс туралы гипотеза (Моно, Уаймен, Шанже) келесі жолмен түсіндіріледі.

мономер полимер полимер

(босансыған қалпы) (кернелген қалыпы)

Сур.12 Фермент құрылымының өзгеруі.

Идентті суббірліктерден тұратын, жеке-жеке аллостерлік және активті орталықтары бар, ферменттің молекулары бір бірімен симмет­риялық ось (суреттегі қара нүкте) бойынша жалғасады. Симметриялық ось т. р. қ.-ны қалыптастыратын химиялық байланыстар арқылы қосылған. Полимерлік молекула суретте көрсетілгендей кернелген қалыпқа ингибитормен (J) келе алады. Соның нәтижесінде фермент өзінің активтігін реттей алады.

Ферменттік реакциялардың ортаның рН-на тәуелділігі.

Ферменттер реакиялық ортаның өзгерістеріне сезімталдық қасиет көрсетеді.

Ортаның рН-ы ферменттің каталиттік активтілігін оның активтік орталығына әсер ету арқылы өзгертеді. Активтік орталық әртүрлі рН мәндерінде әлсіз немесе күшті ионданған, көршілес топтармен толық немесе жартылай жабылған (экрандалған) болуы мүмкін. Сонымен бірге субстраттың фермент-субстрат комплексінің өнімнің ионогендік топтарының иондану дәрежесі катион, аниондық топтар түзілуі) де рН мәніне тәуелді. Сонымен бірге рН шамасы ферменттің кон­формация­лық құрылымына да әсер ету арқылы оның активтік орталығының өзгеріне әкеледі. Ортаның рН-ы ешқашанда ИЭН-ге дәл сәйкес келмейтін­дігі байқалады.

Ә

Ферменттік реакциялардың термолабилділігі.

Термолабилділік, фермент активтілігінің температураға тәуелділігі болып табылады. Фермент термолабилділігі өте жоғары температурада денатурландыру нә­тижесінде оның каталиттік қызметі жоғалады да, ал кейбір температу­ра­лық аралықта жоғары активтілікті көрсететінін байқатады. Ферменттер макси­малдық активтілікті олардың температуралық оптимумында көрсетеді. Әртүрлі фермент үшін оптимум әртүрлі. Жануарлар ферменттері үшін жалпы оптимум — 37—40° С, өсімдіктер үшін — 50—60° С.

Ф

Ферменттердің термолабилдік қаси­е­ті медицина мен тұрмыста кең қолда­нылады. Мысалы, Т ≤ 20° С (гипотермия) тағам өнімдерін, дәрі-дәрмектер­ді ұзақ мерзімде сақтау, Т ≤ 25° С — гипотермия (хирургиялық операция), Т = 37—45° қабылдайтын тағам температурасы, Т = 50—60° С — тағамдарды және т.б. пастерлеу, Т ≥ 100° С және жоғары тігіс материалдарын, әртүрлі құралдарды автоклавта стерилдеу температуралары ретінде пайдаланады.

Ферментердің аталуы және жіктелуі.

Қазіргі кезеңде ферменттер атауының төрт түрі қалыптасқандығы айқын байқалады. Оларға тарихи атау, кейін XIX ғ. соңында Дюкло ұсынған — аза жалғауын қосып атау (гидролаза-гидролиз жүргізеді фермент, липаза-майлардың ыдырауын, протеиназа-белоктар ыдырау­ын жүргізетін ферменттер) негізінде кейінгі атаулары қалыптасты. Тарихи атау — ферменттердің табылған орындарын немесе қызмет атқаратын орындарын ғана байқатады және басқа ешқандай информация бермейді. Мысалы: пепсин, трипсин, химотрипсин, гастриксин және т. б.

Тривиалдық атау — фермент әсер ететін субстрат атына — аза жалғауын қосу арқылы қалыптасады (субстраттық ерекшілікке негіз­делген). Мысалы: амилаза, липаза, протеиназа және т. б.

Рационалдық атау — фермент әсер ететін субстрат атына катализделетін реакция типін және — аза жалғауын қосу арқылы қалыптасады. (Субстраттық ерекшелікке, реакция типіне негізделген). Мысалы: лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, ацетилхолинтрансфераза және т. б.

Жүйелік атау — фермент әсер ететін субстрат атына акцептор болатын кофермент көрсетіліп катализделетін реакция типімен — аза жалғауы қосылып қалыптасады. Мысалы: L-лактат, НАД-редуктаза және т. б.

Ферменттерді жіктеу олардың катализдейтін реакцияларының тип­іне негізделіп қалыптасады және жүйелік атаудың негізінде шифрлар мен 6 класқа бөлінеді, ал олар кіші кластарға бөлінеді.

Жүйелік принципі бойынша барлық ферменттер алты классқа жіктеледі:

1) оксиредуктазалар — тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейтін ферменттер классы;

2) трансферазалар — әртүрлі химиялық топтардың молекулалар арасында тасымалдануын катализдейтін ферменттер;

3) гидролазалар — гидролиттік ыдырау реакцияларын катализдейтін ферменттер классы;

4) лиазалар — субстраттардан қос байланыс түзілдіріп химиялық топтарды бөлінуін (гидролиттік ыдырау жолынан басқа) немесе кері­сінше қосбайланысты субстратқа белгілі бір топтардың қосылуын катализдейтін ферменттер классы;

5) изомеразалар — органикалық қосылыстардың изомерлеуін катализдейтін ферменттер классы;

6) лигазалар немесе синтетазалар — екі молекула арасындағы синтез реакциясын, АТФ-тағы макроэргиялық байланыстан немесе нуклеозидтрифосфаттан фосфаттық қалдықты бөлу арқылы өтетін, катализдейтін ферменттер классы.

Ферменттер класстарының жалпы сипаттамасы.

Оксиредуктазалар (1 класс)

Бұл классқа дегидрогеназалар, трансгидрогеназалар, гидроксилазалар — барлығы 14 топқа бөлінетін 86 фермент кіреді.

1.1.1. Анаэробтық дегидрогеназалар. Сутегі акцепторы ретінде оттегіден басқа кез келген қосылыс реакциясын катализдейді. Лактатдегидрогеназа, алкогольдегидрогеназа және т.б. жатқызылады, кофермент НАД⁺.

1.1.3. Аэробтық дегидрогеназалар. Сутегі акцепторы ретінде оттегі болатын реакцияны катализдейді

1.9.3.1. Цитохромоксидазалар. Электрон тасымалдауын катализдей­тін, простетикалық тобы металл иондарынан тұратын ферменттер.

Трансферазалар (2 класс)

Бұл классқа 8 топқа бөлінетін 200-дей фермент кіреді. Жеке топтар, радикалдар мен атомдардың молекулалар мен молекула ішілік тасымалдануын катализдейді.

2.6.1. Аминотрансферазалар. NH₂-тобын α-кетоқышқылға тасымалдайтын фермент (АсАТ, АлАТ).

2.6.2. Амидинотрасферазалар. Амидиндік топты аргининнен басқа аминоқышқылға тасымалдайды.

2.7.1. Фосфотрансферазалар. Фосфаттық қалдықты (АТФ, ГТФ және т.б.) акцепторларға тасымалдау.

2.7.1. Метилтрансферазалар. Метил топтарын тасымалдаушы ферменттер.

Гидролазалар (3 класс)

Бұл классқа 9 топтан түратын 169 фермент кіреді. Эстераза, фосфатаза, карбоксиэстераза, сульфоэстераза, глюкозидаза, пептидаза, амидаза, полифосфатаза жатқызылады.

3.1.1. Эстеразалар. Спирттермен түзілген күрделі эфирлік байланыстарды ыдырататын ферменттер.

3.1.3. Фосфатазалар. Спирт пен фосфор қышқылы арасындағы күрделі эфирлік байланысты ыдырататын фермент (қышқылдық, сілтілік, спецификалық, бейспецификалық) түрлері болады

қышқылдық фосфатаза

сілтілік фосфатаза

3.1.4. Фосфодиэстераза. Фосфор қышқылы мен екі түрлі спирттер арасындағы күрделі эфирлік байланысты ыдырататын ферменттер. Мысалы, ДНҚ, РНҚ, фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилинозит.

3.2.1. Глюкозидазалар. Көмірсуларды (глюкозид) ыдыратушы фермент.

3.4.1. Пептидогидролазалар. Белоктағы пептидтік байланыстардың гидролизін катализдейді. Пепсин (3.4.4.1), трипсин (3.4.4.4) және т.б. жатқызылады.

Лиазалар (4 класс)

Бұл классқа органикалық қосылыстарға кіретін С-С, С-N, С-О т.б. байланыстарды гидролитсіз (су қоспай) ыдырататын, немесе синтездейтін, 9 топтан тұрады.

4.1.1. Карбоксилазалар. Кетоқышқылдарының декарбоксилазалары.

4.1.2. Алдегидлиазалар. Альдолаза реакциясын жүргізеді.

Изомеразалар (5 класс)

Бұл классқа молекула ішілік сутегі, фосфор, қосбайланыстар алмасуларын катализдейтін, 9 топтан тұратын, 30 фермент кіреді.

5.3.1.1. Триозофосфатизомераза.

Лигазалар (6 класс)

Бұл классқа 7 топтан тұратын, 41 фермент кіреді, C-N, C-C, C-O, C-S байланыстары түзілуін катализдейтін синтетазалар.

6.3.2.1. Пантотенатсинтетаза. С-N байланыстарды катализдейтін лигазалар.

6.4.1. Карбоксилигазалар. С-С байланыстарды катализдейтін лигазалар.

6.2.1. Қышқыл-тиолды лигазалар. Макроэргиялық ацил-КоА-ның биосинтезін катализдейді.

Энзимологияның медициналық аспектілері.

Ағзалардың оның торшаларының тіршілік етуі үшін ферменттер өте қажет. Мыңдаған биохимиялық реакциялардың қатаң түрде дұрыс жүруінің бұзылуы торша компоненттері мен қызметінің бұзылуына, ағзаның гомеостазының өзгеруіне әкеледі. Медицина үшін энзимоло­гияның ғылыми жетістіктерін ағзаның сау және патологиялық қалпын анықтау, диагностикада, терапияда қолданудың маңызы зор. Сондық­тан, қазіргі кезде, бұл медицинаның көптеген салаларында кең пайдаланылады және жақсы нәтижелер беруде.