жасуша физиологиясы. Ферменттер жөніндегі ілім жасуша тірі ағза құрылымымен
жүктеу/скачать 0,59 Mb.
|
Дәріс 1
| 1.2.4 Ферменттердің қасиеттері. Ферменттер, каталитикалық әре-кеттің жалпы қағидаттарына қарамай, бірқатар қасиеттері бойынша бей-органикалық катализаторлардан айтарлықтай ерекшелінеді. Алдымен, олар көптеп үлкен белсенділікпен сипатталынады. Бұл олардың әсерлесуші зат молекулаларының белсенді қуатын күштірек төмендетуінің нәтижесі болып табылады. Мысал ретінде сутек асқын тотығының суға және оттекке ыдырау реакциясына қайта оралайық. Оның жүзеге асуы темір тотығы гидратының [Fe(ОН)3], каталаза құрамына енетін гематиннің, сондай-ақ каталаза ферментінің әсерімен жүреді. Бірінші жағдайда реакция темірдің 1 моліне шаққанда Н2О2 0,00001 моль/секунд жылдамдықпен, екіншісінде – мың есе жылдамырақ (1молі темірге 0,01 моль Н2О2), үшіншісінде– сутек асқын тотығының ыдырау жылдамдығы бір секундқа 5 моль (тағы да 1 молі темірге шаққанда) болады. Сонымен каталаза ферментінің құрамындағы темірдің 1 молі сутек асқын тотығының ыдыратушы катализаторы ретінде, бейорганикалық темірдің 1 молімен салыстырғанда, 100000-500000 есе белсендірек екен.
Ферменттердің қасиеттерінің екінші айырмашылық белгісі – олардың каталитикалық әрекетінің арнаулылығы. Оны көрсету деңгейі және сипаты бойынша жекелеген ферменттер өзара елеулі өзгешеленеді. Арнаулылықтың мынадай негізгі түртектері белгілі: 1. Абсолютті арнаулылық – ферменттер қатаң белгілі бір реакцияны катализдейді және бір затқа ғана әсер етеді. Мысал ретінде мочевинаны (карбамид) көмір қышқыл газға және аммиакқа ыдырауын (гидролизденуін) катализдейтін уреаза ферментін атауға болады: СО(NН2)2 + Н2О уреаза СО2 + 2 NН3 Уреаза едәуір мөлшерде кейбір бұршақты өсімдіктердің тұқымында, сондай-ақ көптеген өсімдіктердің жапырақтарында болады. 2. Топтық арнаулылық - өздерінің химиялық табиғаты бойынша жақын заттардың өзгеруін катализдейтін ферменттерге тән. Химиялық табиғаты жақын ақуыздардың гидролизденуін катализдейтін протеаздардың кейбір түрлері мысал бола алады. 3. Стереохимиялық арнаулылықта фермент субстраттың бір ғана стереохимиялық түрінің өзгеруін катализдей алады, ал оның оптикалық изомеріне әсер ете алмайды. Стереохимиялық арнаулылықты көрсете алатын ферменттер саны едәуір көп. Амид тобының аспарагиннен гидролиздік бөлінуінін нәтижесінде аспарагин қышқылы және аммиак пайда болатын реакцияны катализдейтін аспарагиназаны мысалға келтіруге болады: Н2NCOCH2CHNH2COOH + H2O NH3 + COOHCH2CHNH2COOH Аспарагин аспарагиназа аспаргин қышқылы Аспрагиназа аспарагиннің табиғи изомерінің L-түріне ғана әсер етеді, ал D-аспарагинге бұл фермент әсер етпейді. Соңында, арнаулылықтың тағы да бір түртегін ажырату керек. Мұнда фермент бір емес, екі немесе үш әр алуан, бірақ қатаң белгілі реакцияларға және өздерінің құрылысы мен қасиеттері бойынша бірдей емес субстраттарға қалыптасқан жағдайда ғана әсер ете алуға қабілетті. Осындай полиферменттерге Кальвин циклінің басты күрделі ферменті - рибулозо-1,5-дифосфаткарбоксилаза-оксигеназа жатады. Оның әсері атмосферадағы СО2–нің концентрациясына тәуелді. Айналада СО2 мөлшері жеткілікті болғанда ол 1,5–рибулезодифосфаттың карбоксилдену реакциясын катализдей алады, СО2-нің концентрациясы төмен және сәулелену жоғары болғанда оның оксигеназды белсенділігі байқалады. Сонымен, ферменттердің арнаулы әсері әр алуан байқалауы мүмкін. Бірақ барлық байқаулардың негізінде фермент пен субстрат молекулаларының жалпы комплементарлық қағидасы жатыр, яғни олардың құрылымдық өзара толықтырушылығы. Белгілі биохимик Э.Фишердің бейнелеп айтуынша, энзим (фермент) субстратқа құлыптың кілтіндей енуі керек (2-сурет). 2-сурет. Фермент пен субстрат молекулаларының құрылымдық өзара толықтырушылығының сұлбасы Ферменттердің тағы бір қасиеті – олардың әрекеттерінің қайтымдылығы, яғни реакцияларды бір бағытқа (тура) және басқа (кері) бағытқа жеделдете алу қабілеті. Бірақ бұл қасиет белгілі бір жағдайда ғана байқалады. Бірінші шарты – химиялық үдерістің қайтымдылығы, себебі өздерінің сипаты бойынша олардың барлығы қайтымды емес. Екінші шарты болып катализаторлық әсердің бағыттылығын өзгертуге реакцияның алғашқы және соңғы өнімдерінің қатынасының қолайлылығы саналады. Айталық, гидролаза ферменттері қарама-қарсы, яғни түзілу әсерін гидролиздік ыдыраудың ертеректе пайда болған өнімдерінің концентрациясы айтарлықтай артқанда және ферменттік түзілу өнімдерінің мөлшері күрт төмендегенде білдіре алады. Егер ферменттің түзілдіруші әрекетінің нәтижесінде пайда болған өнім ерімейтін болса және ол реакция кезінде ылғый да аластатылып отырса, онда тепе–теңдіктің түзуге қарай ауысуы байқалады. Көптеген ферменттердің кері қайтымдылық әсері қазіргі кезде тәжірибе жүзінде іn vitro даусыз дәлелдегенімен, тірі жасушалардағы көптеген түзілу үдерістері полимерлік қосылыстардың ыдырауын іске асыратын ферменттердің қатынасымен емес, тіптен басқа ферменттік жүйелермен іске асады. Бірақ ағзадан бөлініп алынған ферменттердің тек ыдырату ғана емес, сонымен бірге күрделі органикалық заттарды түзу қабілеті ғылыми зерттеу жұмыстарында және өнеркәсіпте кең іссаналық қолданыс тапты, соның ішінде көптеген дәрілік заттарды өндіруде. Ферменттерді бейорганикалық катализаторлардан ажыраттатын қасиеттеріне, сондай-ақ тұрақсыздық (лабильдіқ) дегенді, яғни бірқатар факторлардың әсерімен өзінің белсенділігін өзгертетіндігін жатқызуға болады. Соның бірі - температура. Оны көтерген кезде кез келген химиялық реакция, соның ішінде, ферменттермен катализделінетіндері де жеделдейді. Бірақ соңғы жағдайда алғашқы субстраттың айналу жеделдігі температураның белгілі бір деңгейге дейін көтерілгенінше жалғасады және ол әр түрлі ферменттерде дерлік бірдей емес, яғни оңтайлы температура дегенге дейін. Температура одан әрі көтерілгенде – яғни оңтайлыдан жоғары болғанда – ферменттік үдеріс тежеле түседі де толығымен тоқтауға дейін барады, ал өздігінен өтетін немесе бейорганикалық катализаторлардың әсерінен өтіп жатқан химиялық реакциялардың қарқындылығы температура артқан сайын, ешқандай шектеусіз арта түседі. Оңтайлыдан жоғары температураның ферменттік үдерістердің өтуіне тежегіштік әсері мынада: ол химиялық реакцияның өзін жеделдете түсумен қатар, ферменттік ақуыздардың табиғи қасиеттерінің жойылуына әсер етеді. Ферменттердің көпшілігінде температуралық оңтайлылық 40-50оС маңайында, тек біразында ғана ол 60оС жетеді. Температураны 70-80оС дейін көтергенде ферменттердің барлығы қайтымсыз бүлінеді және толығымен өздерінің белсенділігін жоғалтады. Ферменттік реакцияларға температуралық еселіктің, бейорганикалық катализаторлардың қатысуымен жүретін реакциялармен салыстырғанда, біршама төмен шамасы тән. Бұл еселік (Q10), температура 10оС көтерілгенде кез келген үдерістің жылдамдығы қанша есе жеделдейтінін көрсетеді. Ол ферменттік үдерістер үшін (20 мен 50оС арасында) 1,4-2,0-ге тең болса, ферменттік еместерде 2,0 мен 3,0–тің арасында болады. Сонымен, осы көрсеткіші бойынша да ферменттер бейорганикалық катализаторлардан айтарлықтай ерекшеленеді. Ферменттердің белсенділігіне үлкен әсер ететін екінші фактор – ортаның реакциясы. Әр фермент өздерінің каталитикалық әсерін рН-тың тар шегінде білдіре (көрсете) алады. Сутегі иондарының концентрациясының оңтайлы шамадан қышқыл немесе сілтілі жаққа, тіпті аздап қана ауысуы ферменттік белсенділіктің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі, ал рН-тың күрт өзгеруі оның толығымен және жиі кері кайтымсыз жоғалуына әкеледі. Соңғыны, сутегі иондарының концентрациясы фермент-субстратты кешенінің қалыптасуын анықтайтын каталитикалық орталыққа, сондай-ақ субстраттың да, ферменттік ақуыздың да иондану дәрежесіне тікелей әсер ететіндігімен түсіндіреді. Ферменттердің көпшілігіне сутек иондарының оңтайлы концентрациясы рН-тың 4,0-ден рН 8,0-ге дейінгі аралығында болады, себебі нақ осындай сәл қышқылды немесе бейтарап реакция бірқалыпты іс-әрекеттегі жасушалар үшін ең тиімді болып саналады. Ферменттік реакциялардың жылдамдығына ортадағы субстрат пен ферменттің концентрациясы, үлкен әсер етеді (3-сурет).
3-сурет. Субстрат (А) және фермент (В) концентрациясына байланысты реакция жылдамдығы Шарты белгілер: К – Михаэлис константасы (тұрақтылығы), V–реакция жылдамдығы. S–субстрат концентрациясы, С– фермент концентрациясы Фермент мол және субстрат көлемі аз болғанда реакцияның жылдамдығы басында соңғының концентрациясына пара-пар артады. Бірақ кейіннен бұл пара-парлық бірте-бірте бүлінеді, себебі ферменттің субстратпен қанығуы жүреді және реакция жылдамдығының қисығы жазыққа (үстіртке) шығады. Ферменттік үдерістердің қарқындылығы, сондай-ақ ферменттің мөлшеріне де байланысты. Ортада субстраттың мөлшері артық болған жағдайда реакцияның жылдамдығы басында фермент концентрациясы артуына пара-пар артады, бірақ кейіннен субстраттың қоры азаюына қарай мұндай пара-парлық бірте-бірте бүліне бастайды да, соңында катализделінетін реакцияның толық тоқтауына әкеледі. Сонымен, егер әсер етуші басқа барлық факторлардан ойша алшақтасақ, онда ферменттік реакциялардың жылдамдығы сол сәтттегі ең аз мөлшердегі құрауышпен (ферментпен немесе субстратпен) анықталады. Ферменттердің әсері көптеп реакциялық ортада әр түрлі иондар мен қосылыстардың болуымен анықталады және олардың біреуі ферменттердің белсенділігін арттырады, басқалары, керісінше, олардың іс-әрекетін тежейді. Біріншілері белсендіргіштер, екіншілері тежегіштер деген атау алды. Ферменттердің көпшілігінің белсендіргіштері болып металдардың, әсіресе, K, Ca, Co, Mo, Mg, Zn, Fe, Cu иондары саналады. Бұлардың белсендіргіш әсері олар ферменттің простетикалық тобына енетіндіктерімен байланысты, мысалы, темір каталазада, пероксидазада және цитохромдарда. Бірақ кейде металдар ферменттердің құрамына тікелей енбейді, ион түрінде тек аралық фермент.субстрат кешендердің құрылуына қатысады, және де бұл рөлді бір мезгілде екі немесе үш әр түрлі иондар орындауы мүмкін. Фермент- терге белсенділік әсерге тек металдың иондары ғана емес, кейбір басқа да заттар ие. Мысалы, ақуыздардың гидролизін катализдейтін ферменттердің белсенділігі HCN, H2S, және HS--топтары бар заттар қатысса, көрнекті артады. Тежегіштер (ингибиторлар) деп ферменттердің іс-әрекетін тежейтін заттар екенін жоғарыда айтқан болатынбыз. Олар жалпы және арнаулы тежегіштер болып бөлінеді. Біріншілеріне ауыр металл тұздары жатады: Pb, Ag, Hg, Vo, сондай-ақ танин және үшхлорлы сірке қышқылы. Олар а0уызды шөктіреді (табиғи қасиетін жояды) және барлық ферменттердің белсенділігін толығымен басады. Екіншілері – арнаулы тежегіштер - таңдап әсер етеді. Бір ферменттік реакцияны немесе өзара жақын реакциялар тобын басып, тежейді. Бұл топқа сульфаниламидті, синил қышқылын, көптеген фосфорорганикалық және т.б. қосылыстарды жатқызуға болады. жүктеу/скачать 0,59 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|