Қышқыл және сілті ферменттер

1. Ферменттердің жалпы сипаттамасы

Ферменттер - клеткаларда синтезделіп, биохимиялық реакцияларға қатысатын ақуыздық табиғаттағы биокатализаторлар. Фермент немесе энзим (лат. fermentum - ашу; грек. en - ішінде, zim - ашытқы; 19 ғ. Ван Гельмонт ұсынған) алғашқыда ашыту үдерістерінде анықталған зат. Энзимология, ферментология - ферменттерді зерттейтін ғылым саласы. Ол басқа ғылымдармен: биология, генетика, фармакология, химиямен тығыз байланысты. Ферменттердің қызметі туралы алғашқы ғылыми еңбекті Кирхгофф (1814) жариялады. Кейін ашу үдерісі ашытқы клеткаларында ғана өтеді деген ұйғарым жасаған Л. Пастерге (1871), Либих ферменттер клеткалардың өмір сүруіндегі пайда болған өнім, ол клеткада да, олардан бөлек те қызмет атқарады деген қарсы пікір білдірді. Либихтің ғылыми көзқарасы М. Манассейна (1871), Бухнер (1897) зерттеулерінде эксперимент жүзінде дәлелденді. Клеткаларда синтезделген ферменттер өзіне тән арнайы қызметтерін организмнің барлық мүшелерінде атқарады. Ферменттік қасиет, негізінен глобулалық құрылымдағы ақуыздарға тән екені белгілі. Бірақ, қазіргі кезде кейбір фибриллалық ақуыздар да (актин, миозин) катализдік белсенділік көрсететіні анықталды.

Ферменттер - барлық тірі организмдер құрамына кіретін арнайы ақуыздар. Химиялық реакциялардьі жеделдетеді. Реакция түрлеріне сай ферменттер 6 топқа болінеді:

1-класс - Оксидоредуктазалар - тотығу - тотықсыздану реакцияларына жауапты

2-класс-Трансферазалар-химиялық топтардың бір субстраттан екіншісіне тасмалдауын катализдейді (мысалы, моносахариттерді, амин қышқылдарын, фосфор қышқылдарын және т. б ) . Бұл класқа протеинкиназа, ацетилтрансфераза, фосфотрансфераза және т. б жатады.

3-класс-Гидролазалар субстраттың химиялық қосылыстарын судың қатысуымен гидролиздейді, ыдыратады. Бұл реакциялар теңдеуі:

RR1 + HOH → R - OH + R1 - H1; ( Амилазалар, протиназалар, лиазалар) субстратқа химиялық топтардың ажыратуын немесе қосылуын катализдейді ( аспартаза, фемираза және т. б) .

4-класс-Лиазалар-2 байланыс түзу арқылы субстраттан белгілі бір топттарды гидролитикалық емес ажырату реакциясын катализдейтін ферменттер немесе 2 байланыс үзілген жерден топтарды біріктіру реакцияларын (мысалы, H2O, NH3, және т. б) ажыратады.

5-класс-Изоимеразалар-субстраттың бір молекуласы ішінде құрылымдық өзгерістерді атқарады немесе изомерациялайды (глюкозоизомераза, триозофосфатимомераза және т. б )

6-класс-Лигазалар (синтетаза) -энергия жұмсап қарапайым қосылыстардан күрделі қосылыстарды синтездейді ( ДНҚ-геназа, аспарагин синтетаза, пируваткиназа және т. б ) .

б) әрбір ферментке жүйелік атау беріледі, онда субстрат атауы, катализденетін реакция түрі, және «аза» жалғауы жалғанады. Сондықтан ферменттер атауының екі жүйесі қалыптасты.

в) әрбір ферментке төрт мәнді цифр беріледі. Бірінші сан ферменттер класын, екіншісі класс тармағын, үшінші - клас тармағының тармақшасын, төртіншісі - тармақшадағы ферменттің реттік нөмерін білдіреді.

Ферменттердің қасиеттері

Ферменттер өз әсерін өте аз мөлшерде катализаторға ұқсас жүргізеді. Фермент өзінің әсер етуші заты - субстратпен (S) ферменттік реакция жүргенде фермент-субстраттық кешен (аралық зат) түзеді. Бұл кешеннің қызметі өте күрделі, ол субстрат пен фермент молекулалары конформациясы мен энергиясын және химиялық байланыстарын өзгертеді. Реакция өткен соң фермент-субстраттық кешен жаңа қалыпқа ауысып, фермент-реакция өнімі кешеніне айналады. Содан кейін ол фермент және реакция өніміне (Р) жекеленіп бөлінеді: S + E → S·E → EP → E + P

Ферменттердің катализдік ерекшелігіне келесі қасиеттері жатқызылады: а) Фермент өздігінен жаңа реакция жүргізбейді. Ол тек термодинамикалық мүмкін реакцияны ғана жүргізеді. Реакция барысында активтендіру энергиясы төмендейді. 2-суретте көрсетілгендей, реакцияның үлкен кедергі энергиясын сатылап бөліп, төмендету және активтендіру энергиясын жоғарлату арқылы реакция жылдамдығын жоғарлатады. б) Фермент басталған реакцияның бағытын өз бетінше өзгерте алмайды. Ол бір ғана реакция өнімі түзілуі бағытында жұмыс істейді. Мысалы, глюкокиназа глюкозадан тек глюкоза-6-фосфат түзілуін жүргізеді. в) Фермент қатысатын реакция қайтымды болса, ол реакцияны екі бағытта да жүргізе алады. Мысалы, көмірсулардың гликолиздік ыдырауына қатысатын фосфогексо-изомераза, альдолаза, фосфоглицерат-киназа, фосфоглицератлидаза және т. б.

Ферменттер химиялық құрамы жөнінен нәруызтектес ағзалық заттарға жатады. Ферменттер тірі жасушалардың барлығында кездеседі. Олар жасушада жүретін реакциялардың белсенділігін арттырады. Сондықтан да ферменттерді кейде биологиялық өршіткі-катализаторлар деп те атайды. Ферменттердің белсенді әсер етуіне қолайлы температура +37, 38°С.

Ферменттердің өздеріне тән қасиеттері бар. Біріншіден, әрбір фермент белгілі бір ағзалык затты ғана ыдырата алады. Екіншіден, әрбір фермент белгілі бір химиялық ортада белсенді әсер етеді. Мысалы, қарын сөлінің құрамьшдағы ферменті қышқылды, ұйқыбездің сөліндегі фермент - сілтілі ортада әсер етеді.

Ферменттер немесе энзимдер - тірі Жасушалардың барлық әрекеттеріне қатысатын, органикалық заттарды өзтеріске үшырататын, зат алмасу процесін реттейтін биологиялық катализаторлар, айырықша белоктар. Ферменттердің қатысуының нәтижесінде химиялық реакциялардың жүруіне қажет қуат шығыны азаяды.

Тірі организмде жүретін барлық лроцестер ферменттердің қатысуымен атқарылады. Олардың әсерімен қорек құрамындан күрделі заттар қарапайым қосылыстарға ыдырап, соңынан олардан осы организмге тән макромолекулалар түзіледі.

Ферменттерге өте зор талғамдылық қасиет тән. Әр фермент тек белгілі бір затқа, белгілі бір байланыс түріне әсер етеді. Мысалы, мальтоза қантын ыдырататын мальтаза ферменті басқа қанттарға эсер етпейді.

Ферменттердің қазіргі кезде қолданылып жүрген жіктеуі биохимиктердің 1961 жылы Мәскеуде өткен Халықаралық съезінде қабылданған. Бұл жіктеудің негізіне фермент жүргізетін реакцияның түрі алынған. Ал фермент аты өзі ыдырататын субстрататына -аза - деген жалғау қосудан шығарылады. Мысалы, целлюлозаға (клетчатка) әсер ететін фермент целлюлаза, мальтозаға әсер ететін фермент - мальтаза т. с. с. аталады. Осы принциппен барлық ферменттер алты топқа бөлінген. Ас қорыту ферменттері үшінші - гидролазалар тобына жатқызылған. Олар органикалық қосылыстарды су қосу арқылы ыдыратады, сондықтан мұндай реакция гидролиз деп аталады.

Гидролазалар тигізетін әсерлеріне қарай үш топқа бөлінеді. Гликолиздік ферменттер - (амилаза, декстриназа, глюкозидаза (мальтаза), галактозидаза (лактаза), фруктофуронидаза - сахараза т. б. ) -гликозидтік қосылыстарға, протеолиздік ферменттер (пепсин, катепсин, реннин (химозин), трипсин, химотрипсин, эластаза, энтерокиназа, коллагеназа, карбоксипептидаза, карбоксипептидаза А, аминопептидаза т. б. ) - пептидті байланыстарға, липолиздік ферменттер (липаза, фосфолипаза А, сілтілік фосфотаза т. б. ) - эфирлі байланыстарға әсер етеді.

Көптеген ферменттер бұйығы (профермент) түрде бөлінеді. Олар не басқа гидролиздік ферменттердің, не электролиттердің, не жеке иондардың (кальций, магний, цинк) әсерімен белсенді түрге айналады. Әрекеттерінің мағынасына қарай ферменттер экзо- және эндоферменттер болып бөлінеді. Экзоферменттер мономерді субстраттың шеткей тізбектерінен бөлсе, эндоферменттер полимер тізбегінің ішкі байланыстарына әсер етеді. Ас қорыту ферменттерінің әсері бір-біріне тәуелді және субстрат қасиеттерімен тығыз байланысты, сондықтан олар ферменттік жүйе құрады. Ферменттік жуйе деп қоректік заттардың полимерлі молекулаларын белгілі ретпен ыдырататын ферменттер тобын атайды. Осы жүйенің құрамындағы бір ферменттің қызметі бүлінсе бүкіл ас қорыту процесі бұзылады.

Фермент әрекетіне РН әсері

Орта реакциясының өзгеруіне ферменттердің сезімталдығы маңызды қасиеті болып табылады. Рн-шамасына байланысты ферменттердің активтілігі бірден өзгереді. Әр түрлі ферменттердің әрекеті үшін рН көрсеткіші әртүрлі. Кейбір ферменттер қышқыл ортада әсіресе активті келеді, ал екіншілері сілтілі ортада активті келеді.