Fermentlarning tuzilishi, xususiyatlari va ta’sir etish mexanizmi. Fermentlar faolligining boshqarilishi. Reja: 1. Fermentlar, ularning xossalari. Oddiy va murakkab fermentlar. Fermentlarning faol va allosterik markazlari. 2. Fermentlarning kofaktorlari, ta’sir qilish mexanizmi va uning molekulyar asoslari, ta’sirining o`ziga xosligi. 3. Fermentlar faolligining boshqarilishi. 4. Fermentlarning tasnifi va nomlanishi. 5. poliferment sistemalar. Immobillangan fermentlar. 6. Fermentlarning amaliy ahamiyati. Fermentlar, ularning xossalari. Fermentlar oqsil tabiatli biologik katalizatorlardir. “Ferment” atamasi (lat. fermentum – achish) XVII asr boshlarida gollandiya olimi Van Gelmont tomonidan taklif etilgan bo`lib, u spirtli bijg`ish uchun qo`llanilgan edi. Dastlabki davrda ferment so`zi faqat achish jarayoni bilan bog`liq xolda qabul qilinib, achitqilarning o`zi achish fermenti deb qaralgan hamda ularning ta’siri tirik organizm bilan bog`liq, degan xulosaga kelingan. Hujayradan tashqarida ta’sir etadigan biokatalizator, ya’ni tashkil topmagan fermentlar 1878 yilda Kyune tomonidan fanga kiritilgan enzim (yunoncha enzym – “achitqi ichida” degan ma’noni bildiradi) nomi bilan yuritila boshlandi. 1897 yili Byuxner tomonidan hujayradan glyukozani tirik achitqilar singari etil spirt va karbonat angidridga parchalaydigan erkin achitqi ekstrakti olindi hamda ferment va enzim nomlari orasidagi farq yo`qoldi. Hozirgi vaqtda ferment va enzim so`zlari to`la sinonim bo`lib, bir ma’noda qo`llaniladi hamda adabiyotlarda har ikkala atamadan deyarli teng foydalaniladi. Hozirgi vaqtda fermentologiya (enzimologiya) – bioximiyaning muhim sohasi bo`lib, uning yutuqlaridan amaliy tibbiyot, farmasiya, oziq-ovqat sanoati va xalq xo`jaligining boshqa sohalarida keng foydalaniladi. Ma’lumki, kimyoviy reaksiyaning borishi boshlang`ich va oxirgi mahsulotlarning erkin energiyalari orasidagi farq bilan belgilanadi. Agar boshlang`ich moddada mahsulotga nisbatan erkin energiya yuqori bo`lsa, ya’ni ∆ G manfiy, bunda reaksiya o`zi borishi mumkin (ekzergonik reaksiya). Erkin energiyaning aksincha bo`lgan qiymatlarida reaksiya endergonik reaksiya bo`lib, reaksiya borishi uchun energetik imkoniyat bo`lmaydi, u boshqa bir ekzergonik reaksiya bilan bog`langan xolda o`tadi va bunda reaksiyaning umumiy energetik balansi musbat bo`ladi. Lekin ekzergonik reaksiya borishining energetik imkoniyati bu reaksiyaning tezligi haqida hech qanday ma’no bermaydi. Masalan, benzinning kislorod ishtirokida yonishi keskin ekzergonik reaksiya hisoblanadi, ammo benzin uglevodorodlarining odatdagi haroratda kislorod ishtirokida oksidlanishi deyarli sezilmaydi. Fermentlar faollanish energiyasini pasaytirish bilan ximiyaviy reaksiyalarni tezlatadilar. Kataliz haqidagi tushunchalarga binoan, molekulalar reaksiyaga kirishish oldidan “faollashgan holat” deb ataluvchi konfigurasiya davrini o`tishi lozim. Bunday holatda molekulalar normal sharoitdagiga nisbatan ortiqroq energiyaga ega bo`ladi. Bu energiya faollanish energiyasi deb atalib, ximiyaviy reaksiya sur’atini aniqlovchi asosiy omildir. Reaksiyaning faollanish energiyasi qancha yuksak bo`lsa, uning sur’ati ham shuncha sekin va aksincha, faollanish energiyasi qanchalik kam bo`lsa, reaksiya ham shu qadar tez boradi. Faollanish energiyasi molekulalarning yaqinlashishi va reaksiyaga kirisuviga to`sqinlik qilib turadigan kuchlar (energetik to`siq) ni engish uchun zarur. Demak, reaksiyaga shu reaksiyaning energetik to`sig`idan ortiqroq energiyaga ega bo`lgan molekulalar kirishadi. Faollangan molekulalalrning soni qancha ko’p bo`lsa, reaksiya sur’ati ham shuncha tez bo`ladi. Molekulalarni faollantirish uchun energiya (issiqlik, yorug`lik) sarf etish kerak, masalan, benzinni yoqish. Katalizatorlarning vazifasi faollanish energiyasini pasaytirishdan iborat. Katalizator bunday reaksiyani faollanish energiyasi past bo`lgan boshqa aylanma yo`nalish bilan bajaradi. Ferment ta’siri mexanizmining hozirgi zamon tushunchasiga muvofiq, katalitik reaksiyada enzim (E) avvalo u ta’sir etadigan, fermentativ kinetikada substrat nomi bilan yuritiladigan modda – S bilan qaytalama parchalanadigan ferment substrat kompleksini hosil qiladi. So`ngra bu kompleks reaksiya mahsulotlariga (M) parchalanib, ferment erkin xolda ajralib chiqadi: E + S ↔ E + M Shuni ta’kidlab o`tish zarurki, bunday faollanish energiyasi qanday miqdorda kamaysa, reaksiya ham shu darajada tezlashadi, deb xulosa chiqarish kerak emas. Faollanish reaksiyasining bir qadar kamayishi reaksiya sur’atini ancha oshirib yuborishi mumkin. Har bir ferment har bir katalizator singari reaksiya tezlatishda ma’lum bir chegaraga ega. Demak, ferment boshlang`ich modda va reaksiya mahsulotining erkin energiyasini o`zgartirishga ta’sir etmaydi. Fermentlarning ferment bo`lmagan katalizatorlarga o`xshashlik va farqlari. Fermentlar va ferment bo`lmagan katalizatorlar katalizning umumiy qonuniyatlariga bo`ysungan xolda quyidagi o`xshashliklarga ega: 1. Fermentlar faqat energetik imkoniyati bor reaksiyalarni katalizlaydi. 2. Ular hech qachon reaksiya yo`nalishini o`zgartirmaydi. 3. Fermentlar qaytar reaksiya muvozanat holatini o`zgartirmasdan reaksiyani tezlatadi. 4. Ular reaksiya jarayonida sarf bo`lmaydilar. Shu sababli hujayradagi ferment biror bir ta’sirga uchramaguncha ishlayveradi. Ammo ferment biologik bo`lmagan katalizatordan ba’zi jio’atlari bilan farq qiladi. Bunday farqlar fermentlarning murakkab oqsil molekulasi ekanligi va tuzilishining o`ziga xosligiga bog`liq. 1. Biologik bo`lmagan katalizatorlarga nisbatan fermentativ kataliz tezligi ancha yuqori. Bundan kelib chiqadiki, fermentlar oddiy katalizatorlarga nisbatan reaksiyaning faollanish energiyasini yuqori darajada kamaytiradi. Masalan, vodorod peroksidning parchalanish reaksiyasida faollanish energiyasi 75,3 kJ/mol bo`lib, uning ixtiyoriy parchalanishi juda sekin borishi natijasida pufakcha holatida ajralib chiqayotgan kislorod umuman sezilmaydi. Reaksiyaga anorganik katalizator – temir yoki ‘latina qo`sxilsa, faollanish energiyasi 54,1 kJ/mol ga kamayadi, reaksiya 1000 marta tezlashadi va ‘ufakcha opolida ajralib chiqayotgan kislorod ko`rinadi. Vodorod peroksidni parchalovchi katalaza fermenti esa faollanish energiyasini 4 marta pasaytirgan xolda peroksidning parchalanish reaksiyasini milliard marta tezlashtiradi. Reaksiya yuqori darajada jadallik bilan borishi natijasida ajralib chiqayotgan kislorod ‘ufakchalari “qaynayotgan”ga o`xshaydi. Fermentning bitta molekulasi odatdagi harorat (37°C) da bir daqiqada modda mingdan milliongacha molekulalarini katalizlashi mumkin. Bunday tezlikdagi kataliz anorganik katalizatorlar uchun imkoniyatsiz hisoblanadi. 2. Fermentlar yuqori darajadagi s’esifiklikka ega, ya’ni ularning katalitik ta’siri ma’lum turdagi ximiyaviy reaksiya bilan chegaralanadi. Masalan, ‘latina turli xil reaksiyalarda katalizator sifatida ishlatiladi, ayrim fermentlar esa moddaning faqat bir stereoizomeriga ta’sir qiladi. Fermentlarning yuqori darajadagi s’esifikligi moddalar almashinuvini qat’iy oqim bo`yicha yo`naltirishga imkon beradi. 3. Fermentlar ximiyaviy reaksiyalarni “yumshoq” sharoitda, ya’ni odatdagi bosim, yuqori bo`lmagan harorat (37°C atrofida) va muhit RNK i neytralga yaqin bo`lgan sharoitda katalizlanadi. Bu esa ularni katta bosim, muhitning RNK i va harorat yuqori bo`lgan sharoitlarda ta’sir qiladigan katalizatorlardan farq qiladi. Fermentlar oqsil tabiatli bo`lganligi sababli harorat va muhit RNK ining o`zgarishiga nisbatan juda sezgir. 4. Fermentlarning faolligi boshqarilish xususiyatiga ega bo`lib, bunday xususiyat biologik bo`lmagan katalizatorlar uchun xos emas. Fermentlarning bunday noyob xususiyati organizmdagi moddalar almashinuvi tezligini muhit sharoitiga qarab o`zgartirish, ya’ni turli xil omillar ta’siriga moslashishga imkon beradi. 5. Fermentativ reaksiya tezligi ferment miqdoriga to`g`ri pro’orsional, anorganik katalizatorlarda esa bunday qat’iy bog`liqlik yo`q. Shu sababli tirik organizmda ferment miqdorining kamayishi moddalar almashinuvi tezligining pasayishini bildiradi va aksincha, qo`shimcha miqdor ferment hosil qilish organizm hujayralarining moslashish usullaridan biri hisoblanadi. Oddiy va murakkab fermentlar. Fermentlarning faol va allosterik markazlari. Oqsillar struktura tuzilishining barcha xususiyatlari fermentlar uchun ham tegishlidir. Ular ham 4 ta tuzilish darajasiga ega: birlamchi, ikkilamchi, uchlamchi va to`rtlamchi. To`rtlamchi strukturaga ega fermentlar protomer (subbirliklar) dan tuzilgan. Barcha oqsillar singari fermentlar ham oddiy (protein- ferment) va murakkab (proteid-ferment) ga bo`linadi. Murakkab fermentlar a’oferment – oqsil qismi va oqsil bo`lmagan qism – kofaktorlardan iborat. Fermentlarning kofaktorlari bular – metall ionlari va kofermentlar(organik birikmalar)dir. A’oferment va kofaktorlar alohida bo`lganda katalizator sifatida faollikka ega bo`lmaydi. A’oferment va kofaktor alohida faol emasdir, ularning birikishi faol fermentni hosil qiladi va uni xoloferment deyiladi. Kofaktorlar termostabil moddalardir, ko’pchilik moddalar qizitilganda faolligini yo`qotadi. Fermentativ katalizning juda nozik s’esifikligi va boshqa xususiyatlarini o`rganish oraliq kompleksning hosil bo`lishida fermentning bir emas, balki bir necha funksional guruhlari substrat molekulasining muvofiqlik, ya’ni ximiyaviy va fazoviy (to’ografik) komplementar guruhlari bilan munosabatga kirishi haqidagi xulosaga olib keldi. Bu fikr ferment molekulasini fermentativ reaksiyada qatnashadigan aksari substrat molekulasiga nisbatan ancha katta o`lchamli bo`lishidan ham kelib chiqadi. Binobarin, ferment – substrat kompleksining hosil bo`lishida substrat molekulasi bilan bevosita aloqaga fermentning peptid zanjiri chegaralangan qismigina kirishi kerak. Fermentning faol markazi deb oqsil ferment molekulasining substrat bilan birikishini, uning ximiyaviy o`zgarishini ta’minlaydigan qismlariga aytiladi. Bunday ma’lum bir vazifani bajaradigan bir qator qismlar oddiy va murakkab fermentlarning uchlamchi strukturasida bo`ladi. Murakkab fermentlarning faol markazi tarkibiga kofaktorlar kiradi. To`rtlamchi strukturaga ega oligomer fermentlarda faol markazlar soni subbirliklar soniga teng bo`lishi mumkin. Oddiy va murakkab fermentlarning uchlamchi qurilishida ma’lum bir funktsiyani bajaruvchi maxsus markazlar mavjud. Faol markaz ko’pincha ferment molekulasining yuzasida botiq yoki tirqish ko`rinishidagi qismidir. Shakli bo`yicha faol markaz uning ichiga kiradigan substrat molekulasiga komplementar - mos keladi. Faol markaz fermentning s’esifikligini va katalitik faolligini ta’minlaydigan, fazoda ma’lum ravishda orientasiyalangan bir qator funksional guruhlardan iborat. Ular orasida substratga yaqinlikni, ya’ni s’esifik bog`lanishni ta’minlaydigan kontakt yoki aloqa qismi hamda substratni ximiyaviy o`zgarishini ta’minlaydigan katalitik faol markaz farq qilinadi. Odatda fermentning faol markazini polipeptid zanjirning 12-16 ta aminokislota qoldiqlari tashkil qiladi. Faol markazni tashkil etadigan aminokislotalar polipeptid zanjirning fazoviy taxlanishida ular yaqinlashib, faol markazni tashkil etadi. Bundan fermentativ faollik uchun polipeptid zanjir qolgan qismining zarurligi yo`q, degan xulosani chiqarish kerak emas, chunki molekulaning boshqa qismlari faol markazning fazoda uch o`lchovli konfigurasiyasini belgilab, guruhlarning reaksiya qobiliyatini ta’minlaydi. Oddiy fermentlarda faol markazning aloqa va katalitik qismlarining katalitik qismlarining funksional guruhlari vazifasini aminokislotalarning faqat yon radikallari bajaradi. Murakkab fermentlarda esa bu jarayonlardagi asosiy vazifani kofaktorlar bajaradi. Kataliz jarayonida fermentlarning quyidagi funksional guruhlari ishtirok etadilar: dikarbon aminokislotalarning COOH va polipeptid zanjirning uchki COOH guruhlari; lizin va polipeptid zanjirning NH2 guruhi; argininning guanidin guruhi; tri’tofanning indol guruhi; gistidinning imidazol guruhi; serin va treoninning OO’ guruhi; sisteinning SH va sistinning disulfid guruhi; metioninning tioefir guruhi; tirozinning fenol guruhi; alifatik aminokislotalarning gidrofob zanjiri va fenilalaninning aromatik halqasi. polipeptid zanjirning sanab o`tilgan aminokislota qoldiqlarini fizik-ximiyaviy xossalari mos keladigan substrat bilan aloqani belgilaydi. Aminokislotalarning gidrofob radikallari substratning qutbsiz qismlariga mos keladi. Qutbli guruhlar esa kislotali yoki ishqoriy xossalarga ega bo`ladi. Muhit RNK ining o`zgarishi ularning kislota-asosli xossalarini o`zgartiradi va substratning turli xil guruhlari bilan aloqasiga olib keladi. Murakkab fermentlarning faol markazidagi aminokislotalarning yon radikallari faol markazning to`g`ri konformatsiyasi uchun sharoit yaratadi va kofaktorlarga bog`lanishda, orientasiyada hamda o`z navbatida substratning o`zgarishida yordam beradi. Ferment molekulasida faol markazdan tashqari allosterik ( grekcha allos – boshqa, yot va steros – fazoga, strukturaga oid) markaz ham bo`lishi mumkin. U ferment molekulasida fazoviy jihatdan faol markazdan ajralgan xolda bo`ladi. Allosterik markaz bilan bog`lanuvchi molekulalar tuzilishiga ko`ra substratga o`xshamaydigan, lekin faol markazda uning konfiguratsiyasini o`zgartirgan xolda substratning bog`lanishi va o`zgarishiga ta’sir etadigan markaz tushuniladi. Ferment molekulasi bir nechta allosterik markazlarga ega bo`lishi mumkin. Allosterik markaz bilan bog`lanuvchi moddalar allosterik effekrorlar deb ataladi. Allosterik markazga effektorlarning birikishi ferment molekulasining uchlamchi, ba’zan to`rtlamchi strukturasini va unga muvofiq ravishda faol markazning konfigurasiyasini o`zgartirib, enzimatik faollikni kuchayishi yoki pasayishiga olib keladi. Shunga mos ravishda allosterik effektorlar ijobiy (aktivatorlar) yoki salbiy (ingibitorlar) deb ataladi. Allosterik fermentlar odatda oligomer tuzilishga ega bo`lib, bir-biridan ma’lum masofada joylashgan bir nechta faol markaz va bir nechta allosterik boshqaruvchi markazga ega bo`ladilar. 2. Fermentlarning kofaktorlari. Ko’pchilik enzimatik reaksiyalarda ferment deb ataladigan oqsil molekulasidan tashqari oqsil xossasiga ega bo`lmagan bir qator organik va anorganik moddalar ishtirok etishi ma’lum. Enzim ta’siri uchun zarur bo`lgan bu qo`shimcha omillarga kofaktorlar nomi berilgan. Kofaktorlar fermentning faol markazi bilan mustahkam bog`langan bo`lishi yoki undan dializda oson ajralishi mumkin. Mustahkam bog`langan kofaktorlar prostetik guruh deb ataladi. Kofaktorlar a’oferment bilan birikishiga qarab 2 guruhga bo`linadi: prostetik guruh – bunda kofaktor a’oferment bilan kovalent bog`lanadi. Koferment – bunda kofaktor a’oferment bilan nokovalent bog`lanadi va tez dissotsiatsiyalanadi. Kofaktorlar kofermentlar va metall ionlariga bo`linadi. Kofermentlar struktura-fiziologik va funktsional (katalitik) xossalariga ko`ra tasniflash ancha qulay hisoblanadi. Struktura-fiziologik tasniflashda bir vaqtda kofermentlarning kelib chiqishi va kimyoviy tuzilishi hisobga olinadi: I. Vitaminli kofermentlar: 1. Tiaminli (TMF, TDF, TTF) 2. Flavinli (FMN, FAD) 3. ‘antotenatli (KoA, defosfo-KoA, 4-fosfo’antotenat) 4. Nikotinamidli (NAD, NADF) 5. ‘iridoksinli (‘ALF, ‘AMF) 6. Folat kislotali (TGFK) 7. Kobamidli (metilkobalamin, dezoksiadenozilkobalamin)8. Biotinli (karboksibiotin) 9. Li’oat kislotali (qaytarilgan va oksidlangan li’oamid) 10. Xinonli (ubixinon, ‘lastoxinon) 11. Karnitinli. Vitaminlarning ba’zilari o`zgarmagan xolda, ikkinchilari ma’lum modifikatsiyaga uchragan (ko’pincha fosfat kislota faollangan), uchinchilari esa boshqa komponentlar bilan birikkan xolda enzimning faol guruhini tashkil etadi. Yuqorida keltirilgan vitaminlarning barchasi suvda eriydigan bitaminlar qatoriga kiradi. Ammo yog`da eriydigan vitaminlar (A,D,E,K) ning kofaktorlik vazifalari hozircha aniqlangani yo`q. II. Vitamin bo`lmagan kofermentlar: 1. Nukleotidli (UDF-glyukoza, uglevod va spirtlarning nukleotidli boshqa hosilalari) 2. Monosaxaridlar fosfatlari (glyukozo-1,6-difosfat, 2,3-difosfoglitserat). 3. Metalloporfirinli (gemlar, xlorofillar) 4. peptidli (glutation) Birinchi guruh kofermentlari hosil bo`lishida vitaminlar boshlang`ich modda bo`lganligi sababli ovqat bilan ular yyetarli miqdorda qabul qilinmasa, bu kofermentlarning sinteziga ta’sir qilishi natijasida ularga to`g`ri keladigan murakkab fermentlarning ham vazifasi buziladi. Ikinchi guruh kofermentlari modda almashinuvining oraliq mahsulotlari bo`lganligi sababli fiziologik sharoitda bu kofermentlarning yetishmovchiligi bo`lmaydi va ularga bog`liq fermentlarning ham ravishda quyidagi 6 guruhga bo`lish mumkin (qavs ichida ferment sinfining tartib raqami keltirilgan): Oksidoreduktazali kofermentlar (1) 1. Nikotinamidli (NAD, NADF) 2. Flavinli (FMN, FAD) 3. Metalloporfirinli (a,b,c,d gemlari), a va b xlorofillari. 4. Xinon kofermentlar (ubixinon, ‘lastoxinon) 5. peptidli (glutation) 6. Li’oat kislota. Transferaza kofermentlari (2) 1. ‘iridoksinli (‘ALF, ‘AMF) 2. ‘antotenatli (KoA, defosfo-KoA, 4-fosfo’antotenat). 3. Nukleotidli kofermentlar (UDF-glyukoza, SDF-xolin) 4. ‘teridinli yoki folat kislotali (TGFK). 5. Kobamidli (metilkobamin) Liaza kofermentlari (4) 1. ‘iridoksinli (‘ALF) 2. ‘antotenat kislotali (KoA, defosfo-KoA) 3. Tiaminli (TDF) 4. Kobamidli (dezoksiadenozilkobalamin) Izomeraza kofermentlari (5) 1. ‘iridoksinli (‘ALF) 2. Kobamidli (dezoksiadenozilkobalamin) 3. Monosaxaridlar fosfatlari (glyukozo-1,6-difosfat, 2,3-difosfoglitserat) 4. peptidli (glutation) Ligaza kofermentlari (6) 1. Nukleotidli kofermentlar (UDF-glyukoza, SDF-xolin va o’.k.) 2. Biotinli (karboksibiotin) 3. Fosfat kislotali (5,10-metenil TGFK) Bunda kofermentlarning ikkita muhim xususiyatini aytib o`tish lozim: 1) kofermentlarning 3-sinfi gidrolazalRNKing bo`lmasligi; 2) ayrim kofermentlarning ko’p funktsiyalarni bajarishi (‘iridoksinli, kobamidli), ya’ni bir kofermentning qaysi fermentning faol markazi tarkibiga kirganligiga qarab turli xil reaksiyalarni katalizlaydi. Metall ionlari ferment kofaktorlari sifatida. Metall ionlari ham kofaktorlar bo`lishi mumkin. Metallofermentlar – fermentlarning juda keng tarqalgan guruhi bo`lib, hamma fermentlarning ¼ qismini tashkil etadi. Metallofermentlar ikki guruhga bo`linadi: I. Metall ionlari aktivator vazifasini o`taydigan fermentlar (bu fermentlar metallsiz ham katalizlay oladilar) II. Metall ionlari kofaktor vazifasini bajaradigan fermentlar (bu fermentlar metall ionlarisiz faol emas). Metall ionlari kofaktor sifatida turli sinflarga mansub fermentlar tarkibiga kiradi. Ayniqsa, oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini katalizlaydigan metallofermentlar ko’plab uchraydi. Metall ionalri faol markazda, yirik organik molekula (masalan, gem) tarkibida bo`lishi yoki bevosita a’oferment aminokislotasining qoldig`i bilan bevosita bog`langan bo`lishi mumkin. Oksidoreduktazalar ta’sirida elektronlar tashilishi amalga oshadi va substratning oksidlanish darajasi o`zgaradi, bunda metallar o`zgaruvchan valentlik bilan kofaktor sifatida ishtirok etadi (Fe, Mo, Cu, Co). Agar metallar katalizda bevosita ishtirok etmasdan, boshqa maqsadlarda, masalan, substratni bog`lash uchun xizmat qilsa, unda oksidoreduktazalarga oksidlanish darajasi doimiy bo`lgan metallar kiradi. Substratlar gidrolizi reaksiyasini katalizlovchi metallofermentlar doimiy valentlikka ega metallar: rux, kaltsiy, magniy tutadi. Gidrolazalarga kamdan-kam o’ollarda oksidlanish darajasi o`zgaruvchan metallar, masalan, marganets kiradi. Fermentlarning katalitik ta’sirida metallarning vazifasi nimadan iborat? Ferment ishida metall ionlarini ishtirok etishini bir necha xil yo`llari aniqlangan. Birinchidan, metall faol markazning o`ziga xos elektrofil guruhi bo`lib, substratning manfiy zaryadlangan guruhlari bilan o`zaro ta’sirlashadi. Bunday metall-substratli komplekslar ferment tomonidan oson ishg`ol etiladi. Ikkinchidan, o`zgaruvchan valentlikka ega bo`lgan metall o`zi elektron tashilishida ishtirok etishi mumkin, ya’ni katalitik qism vazifasini bajarishi mumkin. Uchinchidan, metall a’ofermentning uchlamchi va to`rtlamchi strukturalarining katalitik faol konformatsiyasini shakllantiradi. To`rtinchidan, metallar ba’zida a’oferment va koferment o`rtasida o`ziga xos ko’prik vazifasini bajarishi mumkin. Eslatib o`tish lozimki, vitaminli kofermentlarga o`xshash metallar ham organizmga ovqat bilan birga kiradi. Bu metallarning yuqori darajadagi biologik faolligi ham shunda: ovqat bilan ularning miqdori yyetarli darajada kirmasligi organizmda moddalar moddalar almashinuvining jiddiy buzilishiga olib keladi. Fermentlarning ta’sir qilish mexanizmi va uning molekulyar asoslari. Fermentlarning katalitik ta’sir mexanizmini aniqlash enzimologiyaning asosiy va eng murakkab vazifalaridandir. Fermentlar ta’sirida faollashishning umumiy nazariyasi yo`q, har bir fermentning ta’sir mexanizmi uning o`ziga xos s’etsifik uchlamchi strukturasi, funktsional guruhlari, substrat bilan to`qnashgandagi konformatsion o`zgarishi bilan ta’minlanadi. Fermentlarning ta’sir etishini tushuntirib beruvchi farazlardan biri – adsorbtsion faraz XX asr boshlarida ingliz fiziologi Beylis va nemis bioximigi Varburg tomonidan taklif etilgan. Ular bu farazni asoslashda biologik bo`lmagan katalizatorlarning ta’sir mexanizmidan kelib chiqqan. Adsorbtsion farazga asosan ‘latinaga o`xshash ferment yuzasi reagent molekulalari uchun adsorbtsiya joyi bo`lib hisoblanadi. Buning natijasida ularning o`zaro tas’iri osonlashib, reaksiya tezlashadi. Ammo bu faraz fermentning s’etsifikligi (o`ziga xosligi)ni tushuntirib bera olmadi va u faqat tarixiy ahamiyatga ega bo`lib qoldi. Fermentlarning ta’sir etish mexanizmi to`g`risidagi tasavvurlarni rivojlantirishda Mixaelis va Mentenning ferment-substrat komplekslari to`g`risidagi klassik ishlari katta ahamiyatga ega bo`ldi. Ferment-substrat kompleksi hosil bo`lishi jarayonida substrat fermentga yaqinlashadi, uning katalitik markaziga nisbatan mos ravishda mo`ljal oladi. Bunday moslikni kalitni qulfga to`g`ri kelishiga o`xshatish mumkin. Qulf va kalit modeliga binoan ferment murakkab qulfga o`xshash, u faqat shakli aniq mos tushadigan substrat (kalit) ga to`g`ri keladi. Substratni fermentga mos kelishi va unga “yopishishi” ularning o`zaro ta’sirlanishini shartlaydigan bir qator xususiyatlarga bog`liq: enzim yuzasida o`qlangan guruhlar tartibini substrat sato’idagi o`qlangan guruhga; substratning gidrofob qismini fermentning gidrofob qo`lqo’i yoki cho`ntakchasi mos bo`lishi; ferment-substratning gidroksil yoki aminoguruhlari bilan vodorod bog`lari hosil qiladigan guruhlarni muvofiq holatiga ega bo`lishi kerak. Keyingi fikrlarga asosan esa substratni fermentning faol markazi bilan birikishi qutblanish, elektronlarning siljishi yoki reaksiyada qatnashadigan bog`larning deformatsiyasi tufayli substrat molekulasini ma’lum o`zgarishlarga, yuqori energiyaga ega faollanish holatiga keltiradi. Fermentning nisbatan kichik faol markaziga substratning birikishi ferment konformatsiyasini substrat strukturasiga moslashtiradi. Demak, faol markazning shakllanishida substrat ham ishtirok etadi. Umuman, fermentativ kataliz jarayonini shartli ravishda o`ziga xos 3 bosqichga bo`lish mumkin. 1. Substratning fermentga diffuziyalanishi va uning fermentni faol markazi bilan bog`lanib, ferment-substrat kompleksi – ES ning hosil bo`lishi. 2. Birlamchi ferment-substrat komplekslaridan bir yoki bir nechta faollashgan ferment-substrat komplekslari – ES* va ES** ning hosil bo`lishi. 3. Fermentning faol markazidan reaksiya mahsulotining ajralishi va muhitga tarqalishi – EM kompleksi E va M (mahsulot) ga ajraladi. Birinchi bosqich qisqa vaqt davom etib, muhitdagi substrat miqdori va fermentning faol markaziga diffuziyalanish tezligiga bog`liq. ES kompleksining hosil bo`lishi lao’za ichida amalga oshadi. Bu bosqichda faollanish energiyasi deyarli o`zgarmaydi. Fermentning faol markazida substratlarning mo`ljal olishi ularning yaqinlashishini va reaksiya o`tishini yengillashtiradi. Ikkinchi bosqich sekinroq boradi va uning davomiyligi ushbu kimyoviy reaksiyaning faollanish energiyasiga bog`liq. Bu bosqichda substrat bog`larining uzilishi yoki fermentning katalitik guruhi bilan o`zaro ta’sirlashishi natijasida yangi bog`lar hosil qilishi amalga oshadi. Aynan faollashgan komplekslar hisobiga substratning faollanish energiyasi pasayadi. Ikkinchi bosqich butun katalizning tezligini ta’minlaydi. Uchinchi bosqich ham birinchi bosqich singari qisqa vaqt davom etadi. U reaksiya muhitiga reaksiya mahsulotlarining tarqalish tezligi bilan belgilanadi. Fermentlar ta’sirining molekulyar mexanizmlarini ko’p tomonlari hali o`rganilmagan. O`rganilgan fermentlar ta’sir mexanizmlari orasida quyidagilarni ta’kidlash mumkin: 1) reagentlarning yaqinlashishi; 2) substrat deformatsiyasi; 3) kislota-ishqoriy kataliz; 4) kovalent kataliz. 1) Reagentlarning yaqinlashishi – fermentlar uchun juda xos xususiyat bo`lib, moddalarning o`zgarishini ming yoki o`n ming martaga tezlashtirish (substratlarning reaksiyaga kirishish qobiliyatini oshorosh) imkonini beradi. Ferment faol markazining aloqa (kontakt) qismi o`ziga xos holatda substratlarni bog`laydi hamda ularning o`zaro mo`ljal olishi va yaqinlashishini katalitik guruhlarning ta’siri uchun foydali tomonga buradi. Ikki yoki undan ortiq molekulalarning bunday o`zaro ta’sirlashuvi suvli muhitda va anorganik katalizator yuzasidagi tartibsiz to`qnashuvda imkoni bo`lmagan reaksiya tezligining oshishini ta’minlaydi. Substratlarning taxlangan xolda joylashishi entro’iyaning kamayishiga olib keladi, demak, faollanish energiyasining kamayishini ta’minlaydi. 2) Substrat deformatsiyasini gidrolaza, liaza va ba’zi transferazalarning ta’siri yaxshi tushuntiradi. Fermentga birikkuncha substrat “bo`shashgan” konfiguratsiyaga ega bo`ladi. Faol markaz bilan bog`langandan so`ng substrat molekulasi cho`ziladi (“deformatsiyalangan” konfiguratsiya). Substrat dagi atomlararo bog`lar qancha uzun bo`lsa, uning uzilishiga shuncha kam energiya sarf bo`ladi, ya’ni faollanish energiyasi pasayadi. Deformatsiya (cho`zilish) joyi suv molekulalari ta’siriga oson uchraydi. 3) Kislota-ishqoriy kataliz. Boshqa katalizatorlardan farqli ravishda ferment faol markazining asosiy xususiyati shundan iboratki, bunda aminokislota qoldiqlarining funktsional guruhlari kislota va ishqor xossalarini namoyon qiladi. Shu sababdan ferment katalitik o’ujum vaqtida protonlarning Akseptor va donor vazifalarini bajarib, bunday imkoniyat odatdagi katalizatorlarda mavjud emas. Faol markazga substratning birikishida uning molekulasiga katalitik markazning elektrofil va nukleofil guruhlari ta’sir qiladi va kislota-ishqor guruhlari o’ujum qilgan substrat qismlarida elektron zichlikning qayta taqsimlanishiga olib keladi. Bu esa substrat molekulasida qayta taqsimlanish va bog`larning uzilishini yengillashtiradi. Katalitik markazida gistidin bo`lgan fermentlar ko`proq kislota- ishqoriy katalizni namoyon etadi. Gistidin blokirlangan holatlarda ferment faolligini yo`qotadi. Kislota-ishqoriy kataliz gidrolaza, izomeraza va va liazalarga xos. U ko`proq kovalent kataliz bilan birgalikda amalga oshadi. 4) Kovalent kataliz faol markazning katalitik guruhlari va substrat orasida kovalent bog`lar hosil qiladigan fermentlarda kuzatiladi. Kovalent ferment-substrat oraliq mahsulotlar judayam turg`un emas va reaksiya mahsulotini ajratgan xolda oson parchalanadi. Juda ko’pchilik fermentlar uchun bayon etilgan mexanizmlarning birgalikda amalga oshishi xos bo`lib, ularning yuqori darajadagi katalitik faolligini ta’minlaydi. Fermentlar ta’sirining o`ziga xosligi. Katalitik reaksiyalar uchun o`ziga xoslik bo`lishi shart. Fermentlarning s’etsifikligi (o`ziga xosligi) oqsil molekulasining strukturasiga uning ma’lum qismlari bilan substratning tegishli guruhlari o`trasida kimyoviy aloqalar o’pO’atilishiga bog`liq. Fermentlarning s’etsifikligi masalasi ancha nozik bo`lib, ular chuqur ma’noga ega. Har bir ferment faqat ma’lum substratga yoki molekulada kimyoviy bog`ning ma’lum turigagina ta’sir etadi. Ferment substratga kalit qulfga tushganday muvofiq kelishi zarur. Fermentlar s’etsifikligining quyidagi xillari farq qiladi. 1. Stereokimyoviy substrat s’etsifiklik. Organizmda sintezlanadigan yoki metabolik almashinuvlarda parchalanadigan moddalar aksari qismi optik faoliyatga ega bo`lib, ikkala stereoizomer shaklida faqat tabiiy moddalarda uchraydi va barcha jarayonlarda qatnashadi. Masalan, qandlarda asosan D-qator, aminokislotalardan esa L-qator izomerlari organizmlarda tarqalgan va metabolik o`zgarishlarga kiradi. Shuning uchun ham fermentlarning ko’pchiligi ikkita optik izomerdan faqat bittasiga xos yaqinlikni ko`rsatishi tabiiy. Bu hodisa stereokimyoviy s’etsifiklik deyiladi. Masalan, muskullarning laktatdegidrogenaza fermenti laktat kislotaning faqat L(+) izomerinigina degidrirlab, ‘irouzum kislota hosil qiladi; fumaratgidrataza faqat fumarat kislotaning o`zgarishiga ta’sir etib, uning stereoizomeri malat kislotaga ta’sir etmaydi. 2. Mutlaq s’etsifiklik. S’etsifiklikning eng qat’iy va eng ko’p tarqalgan turi mutlaq s’etsifiklikdir. Bu turdagi s’etsifiklikka ega bo`lgan ferment faqat bittagina substratga ta’sir etadi va substrat molekulasida ro`y beradigan ozgina o`zgarish ham uning faolligini yo`qolishiga olib keladi. Jigarda uchraydigan arginaza fermentini bunga misol qilib keltirish mumkin. Uning substrati L-arginin bo`lib, ferment bu aminokislotaning boshqa unumlaridan birortasiga ham ta’sir etmaydi. Oksidlovchi- qaytaruvchi fermentlarning muhim vakili suktsinatdegidrogenaza mutlaq s’etsifiklikka ega. U faqat qao’rabo kislotani degidrirlaydi. Ammo ferment suktsinatdan faqat bitta metilen guruhini ortiq yoki kam saqlaydigan malonatga yoki glutaratga ta’sir etmaydi. 3. Mutlaq guruhli s’etsifiklik – faqat substratlarning o`xshash guruhlarini katalizlaydi. Masalan, alkogoldegidrogenaza faqat etanolga emas, balki har xil tezlikda bo`lsa ham boshqa alifatik spirtlarga ham ta’sir etadi. 4. Nisbiy guruhli s’etsifiklik – ferment substrat molekulalarining guruhlariga s’etsifiklik ta’sir qilmasdan, substrat guruhlarining ma’lum bir kimyoviy bog`lariga ta’sir qiladi. Masalan, ovqat xazm qilish fermentlari – pepsin, tripsin turli oqsillardagi ma’lum aminokislotalardan hosil bo`lgan peptid bog`iga nisbatan s’etsifik. 5. Nisbiy substratli s’etsifiklik – ferment kimyoviy birikmalarning turli xil guruhlariga tegishli substratlarni katalizlaydi. Masalan, sitoxrom ‘450 fermenti turli xil moddalarning (7000 ga yaqin) gidroksillanishida ishtirok etadi. Bu tabiiy moddalar, dori va zaharlarning o`zgarishlarida ishtirok etadigan kamroq s’etsifiklikka ega bo`lgan fermentli sistema. Fermentlarning s’etsifik ta’siri nima bilan tushuntiriladi? Bunga mavjud bo`lgan ikkita qarash javob berishga harakat qiladi. Ulardan biri E.FisheRNKing farazi yoki “qulf va kalit” (shablon) farazi bo`lib, unga ko`ra s’etsifiklik asosida substrat va ferment faol markazining qat’iy mos kelishi yotadi. FisheRNKing farazi bo`yicha ferment qattiq struktura bo`lib, uning faol markazi substratni o`ziga yopishtirish xususiyatiga ega. Agar substrat faol markazga yaqinlashib, kalit qulfga tushgandek bo`lsa, reaksiya amalga ooshadi. Agar substrat (“kalit”) biroz boshqacha bo`lsa, bunday xolda u faol markaz (“qulf”)ga mos kelmaydi va reaksiya amalga oshosho mumkin emas. FisheRNKing farazi ferment ta’siri s’etsifikligini tushuntirishda o`zining soddaligi bilan o`ziga jalb etadi. Ammo “shablon” nuqtai- nazaridan qaraganda mutlaq va nisbiy guruhli s’etsifiklik, ya’ni bitta “qulf” ga mos keladigan turli xil “kalit” (substrat) ekanligini tushuntirish mushkul. Bunday tashqi qarama-qarshilikni Koshlend tomonidan taklif etilgan boshqa faraz tushuntirib berdi, u “majburiy moslik” nomini olgan farazdir. Koshlendning fikriga ko`ra ferment molekulasi qattiq emas, aksincha o`zgaruvchan, cho`ziluvchan bo`lib, fermentning konfiguratsiyasi va uning faol markazi substratlar yoki boshqa ligandlar birikishi jarayonida o`zgaradi va nio’oyat, faol markaz – qattiq va substratni yopishtiruvchi emas, balki substrat unga birikish vaqtida mos keluvchi shaklni qabul qilishga majburlaydi (shuning uchun ham “majburiy moslik” deb nomlanadi). “Majburiy moslik” farazi bir qator fermentlarning substratga birikishidan keyin faol markazning funktsional guruhlarining joylashishini o`zgarishi qayd etilgandan so`ng tajribada o`z tasdig`ini to’di. Bu faraz substratlarning yaqin analoglariga ta’sir etishni ham tushuntirib berdi. Agar yolg`on substrat (kvazi substrat) tabiiysidan juda kam farq qilsa va faol markaz haqiqiysiga yaqin konformatsiyani qabul qilsa, unda bunday ferment-substrat kompleksidagi katalitik guruhlar reaksiyani amalga oshiradi. Bunday “aldov” ni ferment sezmagandek bo`ladi, ammo fermentativ reaksiya haqiqiy substratdagidek tez bormaydi, chunki fermentning faol markazida katalitik guruhlar ideal joylashgan emas. Agar kvazi substrat konfiguratsiyasi katalitik guruhlarning to`g`ri joylashishiga imkon bermasa, bunday holatlarda reaksiya bormaydi. Reaksiya tezligining ferment miqdoriga bog`liqligi grafikda to`g`ri chiziq ko`rinishida ifodalanadi. Bundan shunday xulosa qilish mumkin: organizm hujayrasida shu ferment molekulalari soni boshqalariga nisbatan qancha ko’p bo`lsa, unda shu ferment katalizlaydigan kimyoviy reaksiyalarning tezligi ham shuncha yuqori bo`ladi. Agar biror bir ferment miqdori kam bo`lsa (sintez buzilsa), unda u katalizlaydigan reaksiyalar tezligini unga bog`liq biokimyoviy jarayonlar yo`li chegaralaydi. Tabiiy stimulyatsiya yo`li bilan yoki preparatlar yordamida ferment molekulasining sonini oshirilishi buzilgan reaksiya tezligini qayta tiklash yoki hayot faoliyatining yangi sharoitlariga zaruriy biokimyoviy reaksiyalarni moslashtirish imkonini beradi. Reaksiya tezligining vodorod ionlari miqdoriga bog`liqligi. Odatda fermentativ reaksiya tezligining RNK ga bog`liqligi qo`ng`iroqsimon shaklda grafikda tasvirlanadi, chunki har bir ferment uchun o`zining RNK o’timumi mavjud bo`lib, unda ferment katalizlaydigan reaksiya tezligi maksimal bo`ladi. RNK ning u yoki bu tomonga o`zgarishi fermentativ reaksiya tezligining pasayishiga olib keladi. Ayrim fermentlar uchun RNK ning o’timal qiymatlari Ferment pepsin Kislotali fosfataza Ureaza, ‘ankreat.amilaza Tripsin Arginaza RNK o’timumi 1,5-2,5 4,5-5,0 6,4-7,2 7,8 9,5-9,9 Keltirilgan ma’lumotlardan ko`rinib turibdiki, RNK o’timumi turli xil fermentlarda bir xil emas, lekin hujayraning ko’pchilik fermentlari neytralga yaqinroq, ya’ni RNK ning fiziologik qiymatlariga mos keluvchi RNK o’timumiga ega bo`ladi. Fermentativ reaksiya tezligining RNK ga b’g`liqligi asosan ferment faol markazidagi funktsional guruhlarining holati to`g`risida ma’lumot beradi. Muhit RNK ning o`zgarishi substratni bog`lashda (kontakt qismi) yoki uni o`zgartirishda (katalitik qismi)da ishtirok etadigan faol markazning aminokislotalar qoldig`idagi kislotali va ishqoriy guruhlarining ionlashishiga ta’sir qiladi. Ko’pchilik substratlar kislotali va ishqoriy guruhlarga ega bo`ladilar, shu sababli RNK substratning ionlashishiga ta’sir qiladi. Ferment substratning ionlashgan va ionlashmagan shakli bilan ham bog`lanadi. Ko`rinib turibdiki, o’timal RNK da faol markazning funktsional guruhlarini reaksiyaga kirishish qobiliyati kuchliroq bo`ladi, substrat ham fermentning bu bu guruhlari bilan bog`lanishga qulay shaklda bo`ladi. Fermentativ reaksiyalarning RNK ga bog`liqligi amaliy ahamiyatga ega. Avvalo fermentning faolligini aniqlash shu ferment uchun o’timal bo`lgan RNK da o`tkazilishi kerak. Buning uchun zaruriy RNK qiymatiga ega bo`lgan bufer eritmasi tanlanadi. Fiziologik sharoitda RNK qiymati deyarli o`zgarmaydi, lekin hujayraning ma’lum bir qismida RNK o`zgarishi mumkin. Masalan, muskullarning jadal ishlashi natijasida sut kislotasi to’planadi, qisqa vaqt ichida muskul hujayrasida ‘RNK ning kislotali tomonga o`zgarishi fermentativ reaksiya tezligini ham o`zgartiradi. Har bir ferment uchun RNK o’timumini bilish amaliy meditsina uchun juda muhim. Masalan, pepsin oshqozonda oqsillarni faol gidrolizlashi uchun kuchli kislotali muhit talab etiladi. Shu sababli faolligi buzilgan endogen pepsinning buzilgan faolligini tiklash uchun kislotali moddalarni qabul qilish kerak. pepsin preparati kerakli RNK muhitni hosil qilishi uchun xlorid kislotasi bilan birga qabul qilinadi. Fermentativ reaksiya tezligining haroratga bog`liqligi. Muhit harorati oshib borishi bilan fermentativ reaksiya tezligi ham oshib boradi, biror bir o’timal haroratda maksimum nuqtaga yetadi va shundan so`ng nolga qarab pasaya boradi. Kimyoviy reaksiyalar uchun qoida mavjud bo`lib, unga asosan harorat 10˚C ga oshganda reaksiya tezligi 2-3 martaga oshadi. Fermentativ reaksiyalar uchun bu koeffitsiyent pastroq bo`lib, harorat har 10˚C ga oshganda reaksiya tezligi 2 martaga yoki undan ham kamroqqa oshadi. Fermentativ reaksiya tezligining ma’lum bir nuqtadan keyin nolga tomon pasayishi fermentning denaturatsiyasi to`g`risida guvoo’lik beradi. Ko’pchilik ferment uchun 20-40˚C oralig`idagi harorat o’timal hisoblanadi. Fermentlarning haroratga chidamsizligi ularning oqsil tabiatli tuzilishga ega ekanligiga bog`liq. Ayrim fermentlar 40˚C atrofidagi haroratda denaturatsiyalanadi, ammo ularning asosiy qismi 40-50˚C dan ortiq haroratda faolligini yo`qotadi. Ba’zi bir fermentlar faolligini yo`qolishiga sovuq ham sabab bo`lishi mumkin, ya’ni 0˚C ga yaqin haroratda ular denaturatsiyaga uchraydi. Ammo ayrim fermentlar bunday qonuniyatlarga bo`ysunmaydi. Masalan, katalaza fermenti 0˚C ga yaqin haroratda ko`proq faollikka ega bo`ladi. Shuningdek, issiqlikka bardoshli fermentlar ham mavjud. Masalan, adenilatkinaza qisqa vaqt ichida 100˚C da o`z faolligini yo`qotmasdan bardosh berishi mumkin. Issiq buloqlarda yashovchi mikroorganizmlar tarkibida ko’plab oqsillar, jumladan fermentlar ham mavjud bo`lib, ular o`zlarining yuqori haroratga chidamliligi bilan ham ajralib turadi. Bunday fermentlar tabiatiga ko`ra glikoproteidlar bo`lib, ularni bunday chidamlilik bilan uglevod komponenti ta’min etadi. Ferment faolligiga haroratning ta’siri hayotiy faoliyat jarayonlarini tushunish uchun juda muhim. Harorat pasayishi bilan ayrim hayvonlar uyqu yoki anabioz holatiga o`tadi. Bunday holatlarda fermentativ reaksiyalar tezligi sekinlashib, organizmda to’plangan oziq moddalar sarfini va hujayra funktsiyasining faolligini pasaytirishni ta’minlaydi. Tananing isishi fermentativ reaksiyalarning borishini tezlashtiradi va hayvon organizmini faol holatga qaytaradi. Organizmni sun’iy sovutish gibeRNKatsiya deb atalib, klinikada jarroo’lik o’eratsiyalarini o`tkazishda qo`llaniladi. Tananing sovutilishi fermentativ reaksiyalarning tezligini pasaytiradi va bu bilan moddalarning sarflanishi hamda organizm hujayralarining yashovchanlik qobiliyatini uzoqroq saqlash imkonini beradi. Tana haroratining oshishi (bezgak holati), masalan, yuqumli kasalliklarda fermentlar tomonidan katalizlanadigan biokimyoviy reaksiyalarni tezlashtiradi. Tana haroratining har bir gradusga ko`tarilishi reaksiya tezligini taxminan 20% ga oshiradi. Bundan tashqari 40˚C atrofidagi haroratda issiqqa chidamsiz fermentlar denaturatsiyalanib, biokimyoviy jarayonlarning tabiiy yo`llarini izdan chiqarishi mumkin. Shuning uchun oziq-ovqat mahsulotlari muzlatkichlarda saqlanadi va bu bilan o`zlarining hamda mikroorganizmlarning fermentlarining faolligi pasaytiriladi. 3. Fermentlar faolligining boshqarilishi. Fermentlar faolligi boshqariladigan katalizatorlarga mansub ekanligi yuqorida aytilgan edi. Ferment faolligining boshqarilishi ularning turli xil biologik komponentlar yoki yot birikmalar (masalan, dori va zaharlar) bilan o`zaro ta`siri orqali yuzaga keladi hamda ular fermentlarning modifikatorlari yoki regulyatorlari deb ataladi. Modifikatorlarning fermentlarga ta`siri ostida reaksiya tezlashishi (bunday sharoitda ular aktivatorlar deyiladi) yoki sekinlashishi (bunday sharoitda ular ingibitorlar deyiladi) mumkin. Fermentlar faolligining boshqarilishi 3 bosqichni o`z ichiga oladi: 1. Hujayra ichki boshqarilishi (substratlar, metabolitlar, aktivatorlar, ingibitorlar, RNK, harorat, allosterik fermentlar). Bunday boshqarish avtomatik kechadi. 2. Gormonal boshqarilish. Oqsil tabiatli gormonlar va aminokislota hosilalari hujayraviy fermentlarni adenilatsiklaza tizimi orqali, steroid gormonlar va tiroksin gen darajasida fermentlar sintezini jadallashtiradi. 3. Nerv tizimi orqali boshqarilish Fermentlarning faollanishi. Modifikator ta`siridan so`ng yuzaga keladigan bioximiyaviy reaksiyaning tezlashganligi asosida fermentlarning faollashuvi aniqlanadi. Faollantiruvchi moddalarning bir guruhini ferment faol markaziga ta`sir e`tuvchi moddalar tashkil e`tadi. Unga fermentlarning kofaktorlari va substratlari kiradi. Kofaktorlar (metall ionlari va koferment) murakkab fermentlarning faqatgina sturuktura elementlari bo`lmasdan ularni faollantiruvchilari hamdir. Metall ionlari yyetarli darajada o`ziga xos faollantiruvchidir. Ko’pchilik fermentlar uchun ko’p o’ollarda bir emas, balki bir nechta metall ionlari talab e`tiladi. Masalan, bir valentli kationlarni hujayra membranasi orqali tashib o`tkazuvchi Na+, K+ - ATF azalar uchun magniy, natriy va kaliy faollantiruvchilari zarur. Metall ionlari yordamida faollanish turli xil meo’anizmlar orqali amalga oshadi. Ayrim fermentlarda ular katalitik qism tarkibiga kiradi. Ko’p o’ollarda metall ionlari substratning ferment faol markazi bilan o`ziga xos ko’prik hosil qilib bog`lanishini engillashtiradi. Ba`zi o’ollarda esa metall ferment bilan emas, balki substrat bilan metallosubstratli kompleks hosil qiladi. Substratni bog`lash va katalizlashda kofermentlarning o`ziga xosligi ularning fermentativ reaksiyalarini faollashida namoyon bo`ladi. Substrat ham ma`lum bir miqdor chegarasida faollantiruvchi bo`la oladi. Substrat miqdoriga to`yinishga e`risxilgandan so`ng ferment faolligi oshmaydi. Substrat fermentning turg`unligini oshiradi va ferment faol markazining zaruriy konformaciyasida shakllanishini engillashtiradi. Ba`zi fermentlarning faollanishi ular molekulasining faol markaziga tegmasdan, modifikaciyalash yo`li orqali ham amalga oshishi mumkin. Bunday modifikatsiyaning bir nechta usullari mavjud: - faol bo`lmagan unumi profermentlar yoki zimogenni faollash; - ferment molekulasiga o`ziga xos modifikatsiyalovchi biror bir guruhni biriktirish yo`li bilan faollash. - faol bo`lmagan oqsil kompleksini faol fermentga dissotsiyalash yo`li bilan faollash. Fermentlarning ingibirlanishi. Fermentativ kataliz mexanizmini tushunishda ingibitorlar katta qiziqish uyg`otadi. Ferment faol markazining kontakt va katalitik qismlarining funktsional guruhlarini bog`lovchi turli xil moddalarni qo`llash katalizda ishtirok e`tuvchi guruh ahamiyatini tushuntirib beradi. Fermentativ reaksiyalarning ingibirlanishini o`rganish dori moddalari, zaharli o’imikatlarning ta`sir qilish meo’anizmlarini o`rganish uchun amaliy ahamiyatga ega. Ingibitor atamasiga ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo`lish ko`zda tutiladi, chunki uning tagida faqatgina ferment faolligini o`ziga xos pasaytiruvchi modda to`g`risida ga’ boradi. Reaksiyaning tormozlanishi faqat ingibitorga bog`liq emas. Chunki istalgan denaturaciyalovchi moddalar ham fermentativ reaksiyani pasaytirishi mumkin. Denaturatsiyalovchi modda ta`siri bo`lgan holatda «ingibirlanish» emas, balki «faolsizlanishi» to`g`risida ga’ borsa, to`g`riroq bo`ladi. Ko’pincha, moddalar kichik miqdorlarda ingibitor, ko’p miqdorda esa inaktivator bo`lib hisoblanadi. SHuning uchun bunday tarzda ikki guruhga bo`lish ma`lum darajada shartlidir. Ingibitorlar avvalo ferment bilan mustahkam bog`lanishdek umumiy belgisi bilan ajralib turadi. Bunday belgisiga ko`ra ingibitorlar 2 guruhga bo`linadi: 1) qaytar va 2) qaytmas. Fermentni 2 guruhdan qaysi biriga mansubligi dializ yoki fermentning ingibitorli e`ritmasini ko’p suyultirishdan so`ng ferment faolligining qayta tiklanish mezoniga asosan aniqlanadi. Qaytmas ingibitorlar ferment bilan mustahkam bog`lanadi va bunday jarayondan so`ng ferment faolligi qayta tiklanmaydi. Aksincha, ferment - qaytar ingibitor kompleksi mustahkam emas va tezda parchalanib ketadi. Bunda ferment faolligi qayta tiklanadi. Fermentlarning ingibitorlari ta`sir e`tish meo’anizmiga asosan quyidagi turlarga bo`linadi: 1) raqobatli; 2) raqobatsiz; 3) raqobat qilmaydigan; 4) substrat; 5) allosterik; 1). Raqobatli ingibirlanishi hodisasi tuzilishi jihatdan substratga o`o’shash bo`lib, ferment bilan bog`langandan so`ng oson ajralib ketmaydigan modda va haqiqiy substrat o`rtasida fermentning faol guruhiga nisbatan raqobat tufayli kelib chiqadi. Substrat ferment bilan birikib, ferment-subtrat kompleksi ES paydo qilganidek, ingibitor ham shunday dissotsiyalanish qobiliyatiga ega bo`lgan kompleks hosil qiladi: E+I → EI Lekin hech qachon raqobatli ingibirlanishda boshqalardan farqli ravishda uchtalik kompleks ESI (ferment-subtrat-ingibitor) hosil bo`lmaydi. Subtratga o`o’shash ingibitor ferment molekulasining bir qismini bog`lab, ferment-subtrat kompleksi hosil bo`lishiga yo`l qo`ymasligi natijasida ingibirlanish hodisasi kelib chiqadi. Ferment molekulalarining faol markazlaridan ingibitoRNKi siqib chiqaradigan darajada ko’p miqdordagi substrat bilan tormozlanishni to`o’tatish va fermentni katalizlash qobiliyatini tiklash mumkin. Raqobatli ingibitorlarning subtratga o`o’shashligi bo`lganligi uchun bunday ingibirlash izosterik ingibirlash deb ham ataladi. Yig`ilib qolgan ferment faollanishni boshqarishga ta`sir e`tuvchi metabolitlar va yot moddalar raqobatli (izosterik) ingibitorlar bo`lishi mumkin. Raqobatli ingibitrlashga suktsinat kislota va malonat kislotalar bilan suktsinatdegidrogenaza fermenti orasidagi munosabat yaqqol misol bo`la oladi. Malonat kislotaning strukturasi suktsinatga o`o’shash bo`lganidan u fermentning ma`lum sato’i bilan bog`lanadi, hosil bo`lgan kompleks esa parchalanmaydi, fermentni blokirlab turadi. Ko’pchilik farmakologik preparatlar, qishloq xo’jalik zararkunandalariga qarshi ishlatiladigan zaharli o’imikatlar va zaharli moddalarning ta`sir qilishi raqobatli ingibirlashga asoslangan. Moddalar almashinuvida biror bir fermentni tanlab ishdan chiqarib, muayyan bir boshqa fermentning ishtirokini o`ziga xos tahlilini o`tkazish mumkin. Raqobatli ingibirlash antimetabolitlar qidirish uchun imkoniyatlar yaratadi, ya`ni haqiqiy substratga o`o’shash konformaciyaga ega bo`lgan xolda raqobatli ingibitorlar safiga qo`sxilishi kerak. Antimetabolitlar o`ziga xos farmako’re’eratlar sifatida istiqbolli hisoblanadi. Ammo raqobatli munosabat faqat substrat bilan ingibitor o`rtasida emas, balki ingibitor bilan koferment o`rtasida ham bo`lishi mumkinligini yoddan chiqarmaslik zarur. Antikofermentlar (kofermentlarning analogi bo`lib, ammo ularning vazifasini bajara olmaydi) ham raqobatli ingibitor bo`lib, ular o`zlari bog`langan fermentlarni «saf»dan chiqarish qobiliyatiga ega. Antikofermentlarning yoki ularning unumlari bo`lgan antivitaminlar biologik tadqiqotlarda va medicina amaliyotida samarali dori sifatida keng qo`llaniladi. 2. Raqobatsiz ingibitorlar ingibirlangan fermentlarning substrat bilan bog`lanishiga emas, balki uning katalitik o`zgarishiga ta`siri bilan bog`liq. Raqobatsiz ingibitor fermentning faol markazidagi katalitik guruhlar bilan bevosita bog`lanadi yoki fermentning faol markazidan boshqa qismi bilan bog`lanib, uning substrat bilan o`zaro ta`sirlashishiga halal beradigan darajada katalitik qism strukturasiga ta`sir e`tadi. Raqobatsiz ingibitor substrat bilan bog`lanishga ta`sir etmaganligi sababli raqobatli ingibirlashdan farqli ravishda quyidagi formula bo`yicha uch tomonlama kompleks hosil bo`ladi: E + S + I → ESI Ammo bu kompleksdan mahsulot hosil bo`lmaydi. Raqobatsiz ingibitorlarga sianidlar misol bo`lib, ular geminli ferment - sitoopromoksidazalarning katalitik qismiga kiradigan uch valentli temir bilan mustahkam bog`lanadilar. Bu fermentning bog`lanishi nafas olish zanjirini ishdan chiqaradi va hujayra halok bo`ladi. Fermentlarning raqobatsiz ingibitorlariga og`ir metallar va ularning organik birikmalari kiradi. Shuning uchun simob, qo`rgoshin, kadmiy, mishyak kabi og`ir metallarning ionlari juda zaharli. Ular masalan, fermentlarning katalitik qismiga kiradigan SH -guruhlarni bog`lab qo`yadi. Ferment - ingibitor kompleksi substratni biriktirishi mumkin, ammo katalitik guruhlar band bo`lganligi sababli substrat uchun keyingi o`zgarishlar amalga oshmaydi. Raqobatli ingibirlashdagi singari ortiqcha miqdordagi substrat raqobatsiz ingibitorlarni fermentlar ta`siridan halos etmaydi, bunga faqatgina ingibitorlarni bog`lay oladigan moddalargina yordam bera oladi. Bunday moddalarga reaktivatorlar deyiladi. Og`ir metallar kichik miqdordagina raqobatsiz ingibitor bo`la oladi. Ular ko’p miqdorda bo`lganda inaktivatorlar bo`lib, denaturatsiyalovchi modda singari ta`sir etadi. Raqobatsiz ingibitorlar farmakologik vositalar, qishloq xo’jalik zararkunandalariga qarshi kurashish uchun zaharlovchi modda sifatida va harbiy maqsadlarga qo`llaniladi. Zaharlanganda yoki ularni ferment ingibitor kompleksidan chiqarib tashlash uchun reaktivatorlar yoki zaharga qarshi moddalardan foydalanish mumkin. Ularga barcha SN - tutuvchi komplekslar, (cistein, dimerka’topro’anol), limon kislotasi, e`tilendiamintetrasirka kislota kiradi. 3. Raqobat qilmaydigan ingibirlash. Raqobat qilmaydigan ingibirlash deb faqat ferment substrat kompleksiga ingibitoRNKing birikishidan yuzaga keladigan fermentativ reaksiyaning tormozlanishiga aytiladi. Raqobat qilmaydigan ingibitor substrat bo`lmagan sharoitda ferment bilan bog`lanmaydi. Bundan tashqari, ingibitor substratni fermentga bog`lanishini engillashtiradi, keyin esa o`zi bog`lanib, fermentni ingibirlaydi. Bu ingibirlashning kamdan-kam uchraydigan shakli hisoblanadi. 4. Substratli ingibirlash. Substratli ingibirlash fermentativ reaksiyada ortiqcha miqdordagi substrat natijasida kelib chiqadigan tormozlanishdir. Bunday ingibirlash katalitik o`zgarishga uchray olmaydigan ferment substrat kompleksi hosil bo`lishi oqibatida yuzaga keladi. ES2 kompleksi mahsulot hosil qilmaydi va ferment molekulasini faolsizlantiradi. Substratli tormozlanish ortiqcha substrat natijasida kelib chiqqanligi uchun uning miqdorini kamaytirib ferment faol holatga keltiriladi. 5. Fermentlar faolligining allosterik boshqarilishi. Allosterik boshqarish allosterik e`ffektorlar bog`lanishi uchun regulyator markazlarga ega bo`lgan, to`rtlamchi strukturali fermentlarning alohida guruhlari uchun xos. Fermentning faol markazida substratlarning o`zgarishini tormozlaydigan salbiy e`ffektorlar allosterik ingibitorlar vazifasini bajaradi. Ijobiy allosterik e`ffektorlar esa, aksincha fermentativ reaksiyani tezlashtiradi, shu sababli ular allosterik faollashtiruvchilarga kiradi. Fermentning allosterik e`ffektorlari ko’pincha turli xil metabolitlar metall ionlari kofermentlar bo`lishi mumkin. Kamdan-kam o’ollarda fermentlarning allosterik e`ffektorlari vazifasini substrat molekulalari bajarishi mumkin. Bunday fermentlarda o`z-o`zidan faol markaz allosterik e`ffektorlar bilan o`o’shash bo`ladi va allosterik e`ffektorlarda fermentlardan farqli ravishda katalitik qismi yo`q. Ba`zi fermentlar bir nechta allosterik markazlarga ega ulardan ba`zilari allosterik ingibitorlarga, boshqalari esa faolllashtiruvchilarga xos bo`ladi. Allosterik ingibitorlarning fermentga ta`sir e`tishi meo’anizmi faol markazning konformaciyasini o`zgarishidan iborat. Allosterik faollantiruvchilar, aksincha, fermentlarning faol markazidagi substratning o`zgarishini engillashtiradi va bu hodisa Km ning kamayishi yoki maksimal tezlikning oshishi bilan birgalikda kuzatiladi. Allosterik fermentlar boshqa fermentlardan substrat miqdoriga reaksiya tezligining bog`liqligi o`ziga xos S-shaklidagi e`gri chiziq bo`lishi bilan farq qiladi. Bu esa subbirliklarning faol markazlari avtonom emas, balki koo’erativ xolda ish bajarishini bildiradi. Allosterik fermentlar hujayra modda almashinuvida muhim vazifasini o`taydi. Ular metabolizmda «kalit» o`rnini egallab, moddalar almashinuvidagi o`zgarishlarga juda sezgirlik bilan munosabat bildiradilar. Masalan, allosterik boshqarish birinchi ferment zanjirining oo’irgi mahsulotini ingibirlash ko`rinishida namoyon bo`ladi. Boshlangich modda (substrat)ning bir nechta ketma-ket o`zgarishlardan so`ng oo’irgi mahsulotning tuzilishi substratga o`o’shamaydi, shu sababdan oo’irgi mahsulot boshlangich fermentlar zanjiriga allosterik ingibitor (effektor) sifatida ta`sir e`tishi mumkin. Tashqaridan qaraganda bunday boshqarish qaytar bog`lanishli meo’anizmga o`o’shaydi va oo’irgi mahsulotning chiqishini nazorat qilishga imkon beradi hamda oo’irgi mahsulot to’planib qolgan holatda birinchi ferment zanjirining ishi to`o’tatiladi: E1 E2 E3 A--------- V ----------- S -----------D ---------------------------------------- Bunda A,V, S, D metabolitlar: E1, E2, E3 fermentlar 4. Fermentlarning tasnifi va nomlanishi. Hozirgi vaqtda fermentlarni ikki xil nomlash qabul qilingan: ishchi va sistematik. Fermentlarning ishchi yoki rasional nomi enzim ta’sir etadigan modda (substrat) yoki reaksiya nomining oxiriga aza qo`shimchasini qo`shish bilan tuziladi. Binobarin aza bilan tugaydigan so`zlar, albatta, ma’lum fermentni ko`rsatadi. Masalan, oqsil (protein)ni parchalovchi ferment proteinaza, gidrolizni tezlatuvchi ferment gidrolaza, oksidlovchi fermentlar oksidaza deb aytiladi. Shunga o`xshash kraxmal (amylum), yog` (lipos), glikozid, peroksid, siydikchil (urea) ga ta’sir etuvchi fermentlar amilaza, lipaza, glikozidaza, peroksidaza, ureaza deb ataladi. Ayrim fermentlarning ilmiy adabiyotlarga kirib qolgan trivial (tarixiy) nomlari ham saqlangan, masalan pepsin, tripsin, ‘a’ain va boshqalar. Fermentlarning sistematik nomlanishi murakkabroq hosil bo`ladi. Fermentlarning umumiy tasnifi ularning ximiyaviy tuzilishi yoki bioximiyaviy vazifasiga, ya’ni ferment ta’sir etadigan reaksiya xarakteriga, katalizlanadigan ximiyaviy o`zgarish turiga, substratlarning nomi va aza qo`shimchasiga asoslanishi mumkin: L-laktat : NAD+ → Oksidoreduktaza I substrat II substrat kimyoviy o`zgarish turi Ferment katalizlaydigan reaksiyaga muvofiq tasniflanganda uziladigan bog`larning va ko`chiriladigan guruhlarning xarakterini yoki ferment ta’sir etadigan substratlarning ximiyaviy tabiatini asos qilib olish mumkin. Sistematik nomlash faqat o`rganilgan fermentlarda qo`llaniladi. Hozirgi vaqtda butun dunyo bo`yicha fermentlarning umumiy tasnifi va indeksasiyasi qo`llaniladi. Xalqaro Bioximiya Ittifoqi assambleyasi tomonidan 1961 yili Moskvada ma’qullangan bu tasnifga ko`ra barcha fermentlarning 6 sinfga va bu sinflar chegarasida ular kichik va eng kichik sinflarga bo`linadi. 1961 yildan so`ng nomenklaturani tuzatish va bu sohadagi keyingi ma’lumotlar bilan to`ldirib borish uchun doimiy qo`mita tuzilgan. 6 sinfga bo`lingan fermentlarning har bir sinfi qat’iy belgilangan tartib raqamiga ega: 1. Oksidoreduktazalar 4. Liazalar 2. Transferazalar 5. Izomerazalar 3. Gidrolazalar 6. ligazalar (sintetazalar) Sinf nomi ferment katalizlaydigan reaksiya turini belgilaydi. Bundan kelib chiqadiki, ferment ishtirokida boradigan reaksiyalar 6 turga bo`linadi. Sinflar kichik sinflarga, ular esa o`z navbatida eng kichik sinflarga bo`linadi. Kichik sinf ferment ta’sir etadigan substratning kimyoviy guruhi tabiatiga ta’sirini aniqlashtiradi. Eng kichik sinf ferment ta’sirini yanada aniqlashtirib, substrat bog`ining tabiati yoki reaksiyada ishtirok etadigan akseptor tabiatini ravshanlashtiradi. Fermentlarning sinflarga bo`linishi va ularning tasnifi. 1. Oksidoreduktazalar - oksidlanish –qaytarilish reaksiyalarini katalizlaydigan fermentlar. Bu sinfga barcha degidrogenazalar, oksidazalar, peroksidazalar, sitoxromreduktazalar kiradi. Oksidoreduktazalar 17 ta kichik sinfga bo`linadi. Oksidoreduktazalar ta’sirida oksidlanadigan substrat vodorodning donori sifatida qaraladi. Shu sababdan bu sinf fermentlari degidrogenazalar yoki reduktazalar deb aytiladi, kislorod akseptor vazifasini o`tagan holatlarda oksidaza atamasi qo`llaniladi. Bu fermentlarning sistematik nomi quyidagicha tuziladi: donor: akseptor – oksidoreduktaza. Oksidoreduktazalar vodorodning ko`chirilishi, elektronlarning tasxilishi; molekulyar kislorod, gidroperoksid va boshqa oksidlovchi moddalar bilan oksidlanish kabi reaksiyalarni kataliz qiladi. Ayrim fermentlarning nomi quyidagicha tuziladi: donor (guruhni beruvchi) va akseptor (guruhni qabul qilib oluvchi) oksidoreduktaza. Masalan, alkogol: NAD – oksidoreduktaza; L- aminokislota; O2 – oksidoreduktaza. Oksidoreduktazalar o`zi ta’sir etadigan ximiyaviy bog`lar va molekulalar (donor) xarakteriga qarab kichik sinflarga va har bir kichik sinf akseptor xarakteriga qarab eng kichik sinflarga bo`linadi. Oksidoreduktazalar fermentlarning eng katta sinfidir. Oksidoreduktazalarning vakillari, asosan, quyidagi guruhlarga kiradi: Degidrogenazalar – substrat oksidlanishi vodorod (proton va elektron) ajratilishi (degidrogenlanish) bilan boradigan barcha reaksiyalarni katalizlaydi. Donorda ajralib chiqadigan vodorod turli akseptorlarga ko`chiriladi: O’ O’ R + R¹1 R + R¹ O’ O’ Akseptor sifatida ko’pincha, NAD va NADF ishtirok etadi. Bunda NAD va NADF ning oksidlangan shaklini NAD+ va NADF+, vodorod atomlari qo`shilgandan so`ng hosil bo`lgan qaytarilgan koeffitsiyentini NADO’ + O’+ va NADFO’ + O’+ tarzida ifodalash qabul qilingan. Masalan: Alkogol + NAD+ Aldegid + NADO’ + O’+ Oksidazalar – agar vodorod donordan bevosita kislorodga ko`chirilsa, bunday reaksiyani katalizlovchi fermentlar oksidazalar deb ataladi. Ular qatoriga aldegidoksidaza, glyukozooksidaza, aminokislotalar oksidazalari va ba’zi boshqa flavinli fermentlar kiradi. Masalan: α-aminokislota + O2 → 2-oksikislota + NH3 + O’2O2 Sitoxromlar – oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarida elektron tashish vazifasini bajaradigan fermentlar, masalan, sitoxromoksidaza sitoxromlarning biridab eletkronni molekulyar kislorodga ko`chiradi. peroksidaza va katalazalar nafas olishning qo`shimcha fermentlari hisoblanadi. Ular oksidlanish jarayonida hosil bo`lgan zaharli modda O’2O2 chetlatadi, bu vazifani peroksidaza substrat vodorodini gidroperoksidga ko`chirish bilan bajaradi: O’ R + O’2O2 → 2 O’2O + R O’ Katalaza esa gidroperoksidning suv va molekulyar kislorodga parchalanishini tezlatadi: 2 O’2O2 → 2 O’2O + O2 2. Transferazalar turli kimyoviy guruhlar va qoldiqlarning bir substrat (donor)dan boshqasi (Akseptor)ga ko`chirilishini katalizlaydi. Transferazalar ko`chiradigan guruhlarga qarab 8 ta kichik sinfga bo`linadi. Ular ko`chiradigan radikallarning tabiati har xil va bu sinfga kiradigan fermentlarning ahamiyati va soni yil sayin ortib bormoqda. Transferazalar amino, fosfat, metil, sulfgidril guruhlarni, kislota, glikozil, aldegid va keton, bir uglerodli qoldiqlarning ko`chirilishini ta’minlab, juda ko’p metabolik jarayonlarda ishtirok etadi. Transferaza fermentlarning sistematik nomi quyidagicha tuziladi: donor-Akseptor – ko`chiriladigan guruh – transferaza. Masalan, ATF: atsetat-fosfotransferaza; atsetil- KoA; L-glutamat-N-atsetiltransferaza va xokazo. Transferazalar ham oksidoreduktazalarga o`xshash keng tarqalgan fermentlardir. Ular turli xil moddalarning o`zaro o`zgarishi, monomerlar sintezi, tabiiy va yot birikmalarning zararsizlantirilishida ishtirok etadi. Transferazalar sinfiga quyidagi asosiy ferment guruhlari kiradi: Fosfotransferazalar – bu muhim fermentlar qatoriga bir necha turdagi reaksiyalarni katalizlovchi fermentlar kiradi. Masalan, fosfat qoldig`ini makroergik fosfat birikmadan boshqa birikmalarga ko`chiruvchilar (kinazalar), makroergik bo`lmagan fosfat qoldig`ining bir xil birikmalar tarkibida o’pO’ini o`zgartiruvchi fermentlar (fosfomutazalar) va nukleotidil transferazalar. Umuman, bu fermentlar ta’sirida fosfat guruhi bir molekuladan ikkinchi molekulaga ko`chiriladi: R – O’2’O3 + R1O’ RO’ + R1 – O’2’O3 Atsiltransferazalar (transatsilazalar) – atsil (karbon kislota qoldig`i) ni ko`chiruvchi fermentlar. Bu fermentlar koenzim A ishtirokida bajariladi. Reaksiya umumiy ko`rinishda quyidagicha boradi: R – C – R1 + R11 – O’ R – C – R11 + R1O’ Glikoziltransferazalar – qand qoldiqlarini turli Akseptorlarga ko`chiradi. Metiltransferazalar – biologik metillashda donordan metil guruhni ko`chirish orqali bajaradi. Transaldolaza va transketolazalar – transketolaza glikoaldegidni, transaldolaza esa dioksiatsetonni bir aldegiddan ikkinchi aldegidga ko`chiradi. Har ikkala ferment ham fotosintez jarayonida va pentoza fosfatlarning oksidlanishli almashinuvlarida muhim rol o`ynaydi. 3.Gidrolazalar – molekula ichidagi bog`larning gidrolitik parchalanishini tezlatadigan fermentlar. Bu fermentlar 11 ta kichik sinfga bo`linadi. Bu sinfga murakkab efirlar, glikozidlar, oqsillar peptidlar, amidlarni parchalovchi fermentlar kiradi. Gidrolazalarning nomi quyidagicha tuziladi: substrat + gidrolaza. Masalan, peptidgidrolaza, atsetilxolingidrolaza va xokazolar. Bu fermentlarni ham transferazalarga kiritish mumkin, ya’ni gidrolizni donor vazifasini bajaradigan substratning s’etsifik guruhini Akseptor vazifasini bajaradigan suv molekulasiga o`tkazilishi deb qarash mumkin. Ammo bu fermentlarning ta’sir etishida suv Akseptor sifatida asosiy o`rinni egallaydi, shu sababdan ushbu fermentlar alohida gidrolazalar sinfiga ajratilgan. Gidrolazalarning eng muhim vakillari quyidagi kichik sinflarga tegishli. Esterazalar – guruhiga juda ham o`ziga xos bir qator fermentlar kiradi. Ular murakkab efir bog`larining gidrolizini kataliz qiladi va bir xil tezlikda bo`lmasa ham juda ko’p efirlarga suv biriktirib, ularni parchalaydilar: R – C – O – R1 + O’OO’ RCOOH + R1OO’ Glikozidazalar- guruhiga faqat haqiqiy glikozidlargina emas, balki N-glikozid bog`larni uzuvchi fermentlar, S-glikozidil birikmalarni gidrolizlovchi bitta ferment ham kiradi. Haqiqiy glikozidazalar sodda glikozidlarni, oligo va polisaxaridlarni parchalaydi. Masalan, α- va β-amilazalar polisaxariddagi 1,4-glikozid bog`larni gidrolitik yo`l bilan uzadi. peptidazalar- guruhigaoqsilning peptid bog`ini parchalovchi fermentlar va peptid bog`idan farqli –C – N aloqalarni uzuvchi amidazalar, amidinazalar va boshqalar kiradi. peptidazalar asosan yirik oqsil molekulalariga ta’sir etadi, shuningdek kichik peptidlarni ham alohida aminokislotalarga parchalaydi. Ovqat xazm qilish organlarining fermentlari, lizosoma va hujayraning boshqa organoidlari tarkibiga kiradigan, ya’ni yirik molekulalarni kichik molekulalarga parchalaydigan joylardagi fermentlar gidrolazalar bo`lib hisoblanadi. 4. Liazalar – substratga suv birikmasdan yoki oksidlanishsiz bog`larni uzadigan reaksiyalarni katalizlaydigan fermentlardir. Liazalar 4 ta kichik sinfga bo`linadi. Bu sinfga suv elementlari, ammiak, CO2 biriktiruvchi va ajratuvchi fermentlar kiradi. Liazalarning hujayra metabolizmida muhim ahamiyatga ega bo`lgan guruhlari quyidagilardan iborat. Dekarboksilazalar, asosan keto va aminokislotalardan CO2 guruhini ajratib, ulardagi C – C bog`larini uzadi. Bulardan eng muhimi piruvatdekarboksilaza ketokislotalardan CO2 ajratib, aldegid hosil qiladi: 2-oksokislota → aldegid + CO2 Gidroliazalar oksikislotalardan suv molekulasini ajratadi(gidratazalar). Yaxo’si ma’lum bo`lgan fermentlardan fumarat va akonitatgidratazalar, enolaza shular jumlasidandir. Liazalar fermentlarning kamroq tarqalgan guruhi bo`lib, modda almashinuvining oraliq mahsulotlarini sintezi va parchalanishida ishtirok etadi. 5. Izomerazalar – bir molekula doirasida izomerlanish reaksiyasini katalizlovchi fermentlar. Izomerlanish natijasida molekula ichidagi turli guruhlarning o’pO’i o`zgaradi. Bu sinf fermentlari 5 ta kichik sinfga bo`linadi. Fermentning nomi izomerlanish reaksiyasining turiga qarab nomlanadi: mutazalar, tautomerazalar, ratsemazalar, e’imerazalar, izomerazalar; bunda izomerlanish molekula ichida guruhlarning ko`chishidan iborat bo`lsa, ferment mutaza deb ataladi va o’.k. 6. Ligazalar (sintetazalar) – ATF yoki unga o`xshash nukleotidtrifosfat molekulasida ‘irofosfat bog`i uzilishi bilan birga o`tadigan ikki molekulaning birikishini – sintetik jarayonni katalizlovchi fermentlardir. Bu reaksiyalar natijasida ATF dan ADF yoki AMF hosil bo`ladi: X + Y + ATF → X – Y + ADF + fosfat. Ligazalar 5 ta kichik sinfga bo`linadi. Fermentlarining faollik birligi va aniqlash usullari. Organ, to`qima va hujayralardagi fermentlar maxsus usullar qo`llanilgan xolda ekstraktsiya qilinadi. Ularni ajratib olishda fermentlarning faolligini saqlab qolish uchun mao’sus stabilizatorlardan foydalaniladi. Fermentli e`ritma (biologik materiallardan olingan e`kstrakt) fermentlarni aniqlash uchun ishlatiladi. Qon plazmasi yoki zardobi, boshqa biologik suyuqliklar fermentlarning tayyor e`ritmalari hisoblanadi, shu sababli ularni daro’ol aniqlash uchun foydalanish mumkin. Fermentlarni sifat va miqdor jihatdan aniqlash uchun reaksiya muhitidagi substratning kamayishi yoki reaksiya mahsulotining hosil bo`lishini aniqlash yo`li bilan bilvosita o`lchanadi. Fermentlar miqdorini bevosita to`g`ridan-to`g`ri aniqlash faqat gomogen, ya`ni kristall fermentlardagina bo`lishi mumkin. Vaqt birligi ichida substratning kamayishi yoki reaksiya mahsulotining o`sish tezligi ferment faolligi deb aytiladi. Ferment faolligini aniqlash uchun standart sharoitlar. Ferment faolligini to`g`ri aniqlashga har bir ferment uchun belgilangan muayyan sharoitda va ma`lum bir vaqt oralig`ida subtrat miqdorining yoki reaksiya mahsuloti miqdorining o`zgarishini aniq o`lchash kerak bo`ladi: - aniqlanadigan ferment uchun o’timal RNK qiymatini nazorat qilish (mos keladigan buferdan foydalaniladi); - substrat miqdori to`yinish darajasidan ortiqroq bo`lishi kerak, bunday sharoitda reaksiyaning maksimal tezligini ushlab turishga e`rishish mumkin; - kofaktorlar talab e`tadigan murakkab fermentlar (metall ionlari, kofermentlar) uchun ham kofaktorlar miqdori to`yinish darajasidan yuqori bo`lishi kerak; - standart harorat 25° C bo`lishi kerak; Bunday standart sharoitlar reaksiyaning 0 ga teng ekanligini ta`minlaydi va bunda substrat yoki reaksiya mahsuloti miqdorining o`zgarishi faqatgina muhitga qo`sxiladigan ferment miqdoriga bog`liq bo`ladi. Ferment faolligini to`g`ri o`lchash uchun reaksiyaning boshlang`ich tezligini aniqlash kerak, chunki vaqt o`tishi bilan reaksiyani tormozlovchi mahsulotlarning hosil bo`lishi yoki qaytalama reaksiya sur`atining sezilarli darajada borishi natijasida fermentativ reaksiyaning tezligi ancha pasayadi. Substrat yoki reaksiya mahsuloti miqdorini aniqlash usullari. Bunday aniqlash uchun ma`lum bir vaqt o`tgandan so`ng reaksiya to’xtatilib yoki reaksiya borishi davomida qayd qilinib, kolorimetrik, spektrofotometrik, fluorimetrik, polyarografik usullarda olib boriladi. Ferment faolligi birliklari. Ko’pincha fermentlarning miqdori mutlaq kattaliklar, masalan mg larda yoki fermentlarning mollarida o`lchash mumkin bo`lmaganligi uchun shartli ferment birliklarida ifodalanadi. Halqaro bioo’imiklar ittifoqining “Fermentlar nomenklaturasi” kitobida fermentlarning struktura birligi (ME) deb substratning 1 mikromolini bir minutdagi (standart sharoitda) o`zgarishini katalizlovchi miqdori qabul qilingan e`di. Lekin, ME SI sistemasiga ko`ra nomlana olmaydi, chunki minut bu sistemada qabul qilingan emas. 1972 yil bioximiyaviy nomenklatura komissiyasi katal nomi bilan boshqa birlikni qabul qiladi. Katal (ramzi- kat) reaksiyaning 1 sekundda 1 molga teng sur`at bilan bajara oladigan katalitik faolligini ifodalaydi. Binobarin, 1 katalga teng faollik 1 mol./sek dir. U juda yuqori kattalik bo`lganligidan amaliy tadbiq uchun mikrokatal (mk kat), nanokatal (nkat) qo`llaniladi. Bu kattaliklar 1 sekundda mikromol, nanomollarga to`g`ri keladi. Qondagi fermentlarning faolligi SI sistemasiga muvofiq kattaliklarda ifodalanadi. Fermentning solishtirma faolligi 1 mg dagi birliklar soni standart sharoitlarda 1 mikromol substratni 1 minutda o`zgartirish qobiliyatiga ega bo`lgan ferment massasiga teng hamda mkmol/(min O’ mg oqsil) da ifodalanadi. Ko’p shaklli fermentlar. Fermentlar bir turda, bir to`qimadi, o’atto bir hujayraning o`zida ham bir - biridan farqlanadigan ikki va undan ortiq shakllarda uchrashi aniqlandi. Bu fermentlar ayni bitta reaksiyani kataliz qilsalar ham bir - birlaridan substratga yakinliklari, ta`sirining o’timumi, kataliz qiladigan reaksiyaning e`ng yuqori sur`ati yoki boshqarilishini xossalari bo`yicha o`zaro farqlanadi. Ko’p shaklli fermentlarning paydo bo`lish tabiati xilma - xil bo`lib, oo’irigacha o`rganilmagan. Izofermentlar oqsil molekulasining birlamchi strukturasida nasliy farq bo`lishidan kelib chiqadi, ya`ni ularning fizik - o’imik farqlari nasliy xossalariga ega. Bir fermentning nasliy bo`lmagan modifikaciyalariga shaklli fermentlar deyiladi. Izofermentlar moddalar almashinuvida boshqaruvchilik vazifasini bajarib, ichki va tashqi omillarga turli to`qimalardagi metabolizmni moslashtirish imkoniyatini beradi, degan fikrlar mavjud. Izofermentlar turli hujayra va to`qimalarda, o’attoki organoidlarda bir xil bo`lmaganligi sababli ular bioo’imik reaksiyalar yo`nalishini o`zgartirish imkonini beradi. Oligomer tuzilishga ega bo`lgan izofermentlarning bir ajoyib o’ususiyati bor: butun kompleksning faolligi ayrim subbirliklarning bir - biriga nisbatan joylashishiga bog`liq. Keyingi yillarda juda ko’p fermentlarning izofermentlari aniqlangan: achitqilar, odam va hayvon hujayralaridagi gliserataldegidfosfatdegidrogenaza, piruvatdegidrogenaza, geksokinaza va boshqalar. Bu guruhga mansub fermentlardan birinchilar qatorida yaxshi o`rganilgani oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini kataliz qiluvchi laktatdegidrogenaza bo`ldi: Laktat + O’AD+ piruvat + O’ADO’ + O’+ Bir turdagi organizmlarning turli organlarida uning besh xil izozimi uchraydi, ular to`rtta polipeptid zanjirdan iborat. 5ta izofermentning har biri aminokislota tarkibi va birlamchi strukturasi bo`yicha farqlanadigan 2 polipeptid zanjirlaridan: A yoki M zanjir (ing «muscle» - muskul so`zidan) va B yoki N - zanjir (ing «o’eart» - yurak so`zidan) tuzilgan. Binobarin, faol ferment bu 4 subbirliklarning kombinatsiyalaridan biriga: N4, N3M, N2M2, NM3, M4 va LDG ning quyidagi izofermentlari LDG1, LDG2, LDG3, LDG4, LDG5, ga to`g`ri keladi. Skelet muskullarida mavjud LDGning izoshakli asosan 4 M - zanjirlaridan, yurak muskul to`qimasidagisi esa asosan N - zanjirlardan tashkil topgan. LDGning izoferment tarkibining ba`zi kasalliklarda o`zgarishi undan tasho’is maqsadlarida foydalanish umidini tugdirdi. Izofermentlar miqdorini qon zardobida o`zgarishiga karab qaysi a`zo kasallikka duchor bo`lganini, patalogik jarayoni naqadar og`ir ekanligini aniqlash mumkin. 5. poliferment sistemalar. Har bir hujayra o`ziga xos fermentlar to’plamiga ega. Ba`zi fermentlar hamma hujayralarda, boshqalari esa faqat ayrim hujayralardagina uchraydi. Hujayrada har bir fermentning ishi alohida bo`lmasdan boshqa fermentlar bilan uzviy bog`langan. Ko’p shaklli fermentlardan poliferment sistemalar yoki konveyerlar shakllanadi. poliferment sistemalar ishi ularning hujayrada tashkil topish o’ususiyatlariga bog`liq. Shartli ravishda poliferment sistemalarning tashkil topishiga ko`ra quyidagi turlarini ajratish mumkin: funktsional, struktura - funktsional va aralash. Funktsional tuzilishda fermentlar poliferment sistemada birlashgan bo`lib, birinchi fermentdan ikkinchisiga o`tadigan metabolitlar yordamida ma`lum bir vazifani bajaradi. Jumladan, funktsional tashkil topgan poliferment sistemalarda zanjirdagi birinchi ferment reaksiyasining mahsuloti keyingi ferment uchun substrat bo`lib xizmat qiladi va xokazo. Funktsional tashkil topgan poliferment sistemalarga glikoliz, ya`ni glyukozaning parchalanishi misol bo`la oladi. Glikolizning hamma fermentlari e`rigan holatda bo`ladi. Har bir reaksiya alohida fermentlar bilan katalizlanadi. Bunda metabolitlar bog`lovchi bo`g`in bo`lib xizmat qiladi. Zanjirdagi har bir fermentning holati glyukozadan boshlab substratga o`o’shashligi bo`yicha belgilanadi va ularning har biri oldingi ferment katalizlaydigan reaksiyaning mahsuloti hisoblanadi. Struktura funktsional tuzilishda fermentlar ferment - fermentli o`zaro ta`sir yordamida ma`lum seriyali struktura shemalarini hosil qiladi. Shunday usulda molekula darajasidan yuqori kompleks poliferment strukturalar shakllanadi. Bunga ‘irouzum kislotasining oksidlanishida ishtirok e`tuvchi bir nechta fermentlardan tashkil topgan piruvatdegidrogenaza poliferment kompleksi hamda 7 ta struktura jihatdan bog`langan fermentlardan tashkil topgan, birgalikda yog` kislotalarning sintezi - umumiy funktsiyani yao’lit bajaruvchi yog` kislotalar sintetazasi misol bo`la oladi. Bunday poliferment sistemalar juda mustahkam va juda qiyinlik bilan alohida fermentlarga parchalanadi. Shu jio’ati bilan ular funktsional tuzilgan poliferment sistemalardan farq qiladi. Struktura - funktsional tuzilishning poliferment komplekslaridan tashqari yana boshqa variantlari ham bo`lishi mumkin. Masalan, fermentlar biologik membranada birikib, zanjir bo`lib tizilib oladi. E`lektron va protonlarning tasxilishi va energiya hosil bo`lishida ishtirok etuvchi mitoo’ondriyaning nafas olish zanjiri masalan, mana shunday tuzilishiga ega. Struktura - funktsional tuzilish turi asosan biologik funktsiyasi yuqori darajada turg`un holatda bajarilishi lozim bo`lgan ferment sistemalari uchun muhimdir. Bundan sistemalardagi fermentlarni ajratish ularning faoliyatini to`o’tashiga olib keladi. poliferment sistemalarning aralash turi 2 turdagi tuzilishning birgalikda bo`lishidir, ya`ni poliferment sistemaning bir qismi struktura tuzilishiga, boshqa qismi esa funktsional tuzilishga ega bo`ladi. Bunday tuzilishga Krebs halqasining poliferment sistemasi misol bo`la oladi, unda ba`zi fermentlar struktura kompleksida birlashgan (2-oksoglutaratdegidrogenazali kompleks), boshqalari esa bir-biri bilan bog`lovchi metabolitlar yordamida funktsional jihatdan birlashgan. Immobillangan fermentlar. Immobillangan yoki erimaydigan fermentlar - bu sun`iy usulda suvda erimaydigan tashuvchilar bilan olingan ferment komplekslaridir. Immobillizaciya - (lot. «immobilis» - «harakatsiz»), erimaydigan materialda fermentning fizik adsorbsiyasi; fermentni gel katakchasiga joylashtirish; shuningdek erimaydigan material bilan fermentni kovalent bog`lash yoki ferment molekulalarini o`zaro erimaydigan poliferment komplekslar hosil qilish yo`llari bilan amalga oshiriladi. Adsorbent sifatida ko`proq shisha, silikagel, gidrosilapatit, cellyuloza va uning unumlari qo`llaniladi. Fermentni gel kataktshasiga joylashtirish uchun turli xil gel hosil qiluvchi materiallar, ko`prok holatlarda poliakrilamidli geldan foydalaniladi. Fermentni kovalent bog`lash uchun material sifatida polipeptidlar, stirol unumlari, poliakrilamid, neylon, cellyulozaning har xil unumlari, kraxmal, agar shuningdek shisha, silikagel kabilar ishlatiladi. Immobillangan fermentlar olishda ferment faolligini saqlash uchun barcha ehtiyotkorlik choralari qo`llaniladi. Immobillangan fermentlar odatda boshlangich fermentga nisbatan biroz faolsizlanadi, chunki ularning tashuvchilar bilan bog`lanishi substrat bilan bog`lanishini kuchsizlantiradi. Immobillangan fermentlar hujayrada fermentlarning strukturaviy tuzilishining yaqqol misoli bo`la oladi, shu sababdan ular hujayra ichki strukturasi bilan bog`langan fermentlar xossalarini o`rganish uchun xizmat qiladi. Shu bilan birga immobillangan ferment odatdagi fermentlarga nisbatan ko’pgina afzalliklarga ham ega. Erimaydigan fermentlar reaksiya muhitidan oson ajraladi, ularni reaksiya muhitidan yuvib olish va qaytadan ishlatish mumkin. 6.Fermentlarning amaliyotda qo`llanilishi. Enzimologiyaning jadal rivojlanishi juda ko’p o’imiyaviy reaksiyalarni katta tezlik bilan o`tishini ta`minlaydigan bu kuchli omilni amalda tobora keng qo`llanilishiga olib kelmokda. Fermentlar sanoatdagi biologik xom ashyoni ishlashda, (non yopish, vino, pivo pishirish, pishloq tayyorlashda, choy, tamaki, teri va mo`ynani ishlov berishda, kulinariyada) qo`llaniladi. Keyingi yillarda kimyo - texnologiyada organik moddalarni o`zgartirish (oksidlanish, qaytarilish, degidratatsiya, kondensatsiya, dekarboksillanish), reaksiyalarini boshqarish uchun ham qo`llanila boshlandi. Sanoatda fermentlarni ishlatish tez rivojlanayotgan bioteo’nologiyaning markaziy qismi bo`lib, unga sanoat enzimologiyasi deb ataladi. Uning hozirgi vaqtda jadal rivojlanishi sanoatda moddalarni sintez qilish, tozalash, ularni o’imiyaviy modifikaciya qilish uchun birinchi navbatda fermentlarni qattiq organik yoki noorganik polimer tashuvchilarga kovalent bog`lar orqali ulanib tayyorlangan shakllari - immobillangan fermentlarning qo`llanilishiga bog`liq. Fermentlarni qattiq asosga bog`lab, ularni harakatsiz qilish fermentlarning turg`unligini oshiradi, o`ziga xosligini ta`minlaydi, qo`llanilishini osonlashtiradi va preparatlardan qayta-qayta foydalanish imkoniyatini tug`diradi. Immobillangan fermentlarni sanoatda qo`llab bir qator aminokislotalar, klechatkadan kraxmal, turli farmakologik preparatlar, masalan prednizalon, juda shirin qandsiz modda aspartam va boshqalar olingan. Tibbiyotda fermentlar uch yo`nalishda tadqiq qilinadi va qo`llaniladi. Birinchisi bir qator kasalliklar, ayrim fermentlarning nasliy yetishmasligidan kelib chiqishi ma`lum bo`lgan. Masalan, qonda sut shakari laktozadan hosil bo`lgan galaktoza miqdorining ortiqcha bo`lishi bilan xarakterlanadigan galaktozemiya - bu monosaharidning o`zlashtirilishini katalizlaydigan b-galaktozidaza fermentining yetishmasligidan kelib chiqadi; ruo’iy faoliyatning buzilishi bilan kuzatiladigan fenilketonuriya esa fenilalanin aminokislotasini oksidlab tirozinga o`tkazuvchi ferment tirozinaza faolligining kamligiga bog`liq va boshqalar. Bu yo`nalish enzimopatalogiya deb ataladi. Ikkinchisi qonda, siydikda, to`qima preparatlarida fermentlar miqdorini aniqlash orqali kasallik tashxisini qo`yish va uni kuzatib borish. Masalan: LDG va aminotransferazalar izofermentlarining qondagi miqdorini belgilash orqali yurak va jigar kasalliklarini bir-biridan ajratish va kasallikning kechishini kuzatish - enzimodiagnostika. Uchinchisi e`nzimoterapiya - fermentlar bilan davolash masalan, chandiqlarni proteolitik fermentlarni kiritish bilan so`rilishini tezlatish, fermentlarning etishmasligi bilan bog`liq nasliy kasalliklarni tashqaridan ferment preparatlari kiritib davolash va boshqalar.