Hər hansı canlı orqanizmin hüceyrəsində milyonlarla kimyəvi reaksiya baş verir. Onların hər biri böyük əhəmiyyət kəsb edir, ona görə də bioloji proseslərin sürətini yüksək səviyyədə saxlamaq vacibdir. Demək olar ki, hər bir reaksiya öz fermenti ilə katalizlənir. Fermentlər nədir? Onların qəfəsdəki rolu nədir?
Fermentlər. Tərif
"Ferment" termini latınca fermentum - maya sözündən gəlir. Onlar həmçinin yunan enzimindən "mayada olan" fermentlər adlandırıla bilər.
Fermentlər bioloji aktiv maddələrdir, ona görə də hüceyrədə baş verən hər hansı reaksiya onların iştirakı olmadan keçə bilməz. Bu maddələr katalizator rolunu oynayır. Müvafiq olaraq, hər hansı bir ferment iki əsas xüsusiyyətə malikdir:
1) Ferment biokimyəvi reaksiyanı sürətləndirir, lakin istehlak edilmir.
2) Tarazlıq sabitinin qiyməti dəyişmir, ancaq bu dəyərin əldə olunmasını sürətləndirir.
Fermentlər biokimyəvi reaksiyaları min, bəzi hallarda isə milyon dəfə sürətləndirir. Bu o deməkdir ki, enzimatik aparat olmadıqda bütün hüceyrədaxili proseslər praktiki olaraq dayanacaq və hüceyrə özü öləcək. Buna görə də fermentlərin bioloji aktiv maddələr kimi rolu böyükdür.
Fermentlərin müxtəlifliyi hüceyrə mübadiləsinin tənzimlənməsini diversifikasiya etməyə imkan verir. İstənilən reaksiya kaskadında müxtəlif siniflərin bir çox fermenti iştirak edir. Bioloji katalizatorlar molekulun spesifik konformasiyasına görə yüksək selektivdir. Fermentlər əksər hallarda zülal xarakterli olduqları üçün üçüncü və ya dördüncü quruluşda olurlar. Bu, yenə də molekulun spesifikliyi ilə izah olunur.
Hüceyrədəki fermentlərin funksiyaları
Fermentin əsas vəzifəsi müvafiq reaksiyanı sürətləndirməkdir. Hidrogen peroksidin parçalanmasından tutmuş qlikolizə qədər hər hansı bir proses kaskadı bioloji katalizatorun olmasını tələb edir.
Fermentlərin düzgün işləməsi müəyyən bir substrat üçün yüksək spesifikliklə əldə edilir. Bu o deməkdir ki, bir katalizator yalnız müəyyən bir reaksiyanı sürətləndirə bilər, başqa heç bir, hətta çox oxşar reaksiya. Spesifiklik dərəcəsinə görə aşağıdakı ferment qrupları fərqləndirilir:
1) Mütləq spesifikliyə malik fermentlər, yalnız bir reaksiya katalizləşdikdə. Məsələn, kollagenaza kollageni, m altaz isə m altozu parçalayır.
2) Nisbi spesifikliyi olan fermentlər. Buraya hidrolitik parçalanma kimi müəyyən reaksiya sinfini kataliz edə bilən maddələr daxildir.
Biokatalizatorun işi onun aktiv mərkəzinin substrata bağlandığı andan başlayır. Bu vəziyyətdə, bir kilid və açar kimi tamamlayıcı qarşılıqlı əlaqədən danışılır. Bu, aktiv mərkəzin formasının substratla tam üst-üstə düşməsinə aiddir ki, bu da reaksiyanı sürətləndirməyə imkan verir.
Növbəti addım reaksiyanın özüdür. Onun sürəti ferment kompleksinin təsiri ilə artır. Sonda reaksiyanın məhsulları ilə əlaqəli bir ferment əldə edirik.
Son mərhələ reaksiya məhsullarının fermentdən ayrılmasıdır, bundan sonra aktiv mərkəz növbəti iş üçün yenidən sərbəst olur.
Sxematik olaraq fermentin hər mərhələdəki işi aşağıdakı kimi yazıla bilər:
1) S + E --> SE
2) SE --> SP
3) SP --> S + P burada S substrat, E ferment və P məhsuldur.
Fermentlərin təsnifatı
İnsan orqanizmində çoxlu miqdarda ferment tapa bilərsiniz. Onların funksiyaları və işi haqqında bütün biliklər sistemləşdirildi və nəticədə bu və ya digər katalizatorun nə üçün nəzərdə tutulduğunu müəyyən etmək asan olan vahid təsnifat ortaya çıxdı. Burada fermentlərin 6 əsas sinfi, həmçinin bəzi alt qrupların nümunələri verilmişdir.
Oksidoredüktazlar
Bu sinifin fermentləri redoks reaksiyalarını katalizləyir. Ümumilikdə 17 alt qrup var. Oksidoreduktazlar adətən vitamin və ya hem ilə təmsil olunan qeyri-protein hissəyə malikdir.
Aşağıdakı alt qruplara tez-tez oksidoreduktazalar arasında rast gəlinir:
a) Dehidrogenazlar. Dehidrogenaz fermentlərinin biokimyası hidrogen atomlarının aradan qaldırılmasından və onların başqa substrata köçürülməsindən ibarətdir. Bu alt qrup ən çox tənəffüs reaksiyalarında,fotosintez. Dehidrogenazların tərkibində mütləq NAD / NADP və ya FAD / FMN flavoproteinləri şəklində bir koenzim var. Çox vaxt metal ionları var. Nümunələrə sitoxrom reduktazalar, piruvat dehidrogenaza, izositrat dehidrogenaza və bir çox qaraciyər fermentləri (laktat dehidrogenaza, qlutamat dehidrogenaza və s.) kimi fermentlər daxildir.
b) Oksidaza. Bir sıra fermentlər oksigenin hidrogenə əlavə edilməsini kataliz edir, bunun nəticəsində reaksiya məhsulları su və ya hidrogen peroksid ola bilər (H20, H2 0 2). Fermentlərə nümunələr: sitoxrom oksidaz, tirozinaz.
c) Peroksidazlar və katalazalar H2O2 oksigen və suya parçalanmasını kataliz edən fermentlərdir.
d) Oksigenazlar. Bu biokatalizatorlar oksigenin substrata əlavə olunmasını sürətləndirir. Dopamin hidroksilaz belə fermentlərə nümunədir.
2. Köçürmələr.
Bu qrupun fermentlərinin vəzifəsi radikalları donor maddədən alıcı maddəyə köçürməkdir.
a) Metiltransferaza. DNT metiltransferazaları DNT replikasiyası prosesini idarə edən əsas fermentlərdir. Nukleotid metilasiyası nuklein turşusu funksiyasının tənzimlənməsində mühüm rol oynayır.
b) Asiltransferazalar. Bu alt qrupun fermentləri asil qrupunu bir molekuldan digərinə nəql edir. Asiltransferaza nümunələri: lesitinxolesterol asiltransferaza (funksional qrupu yağ turşusundan xolesterola köçürür), lizofosfatidilkolin asiltransferaza (asil qrupu lizofosfatidilkolinə keçir).
c) Aminotransferazalar amin turşularının çevrilməsində iştirak edən fermentlərdir. Fermentlərə nümunələr: amin qruplarının ötürülməsi yolu ilə piruvat və glutamatdan alanin sintezini kataliz edən alanin aminotransferaza.
d) Fosfotransferazalar. Bu alt qrupun fermentləri fosfat qrupunun əlavə edilməsini kataliz edir. Fosfotransferazaların başqa bir adı, kinazlar, daha çox yayılmışdır. Nümunələr müvafiq olaraq heksozalara (ən çox qlükoza) və aspartik turşuya fosfor qalıqları əlavə edən heksokinaza və aspartat kinaz kimi fermentləri göstərmək olar.
3. Hidrolazalar bir molekuldakı bağların parçalanmasını kataliz edən fermentlər sinfidir, sonra suyun əlavə edilməsi. Bu qrupa aid olan maddələr həzmin əsas fermentləridir.
a) Esterazlar - efir bağlarını qırır. Buna misal olaraq yağları parçalayan lipazları göstərmək olar.
b) Qlikozidazalar. Bu seriyanın fermentlərinin biokimyası polimerlərin (polisaxaridlər və oliqosakaridlər) qlikozid bağlarının məhv edilməsindən ibarətdir. Nümunələr: amilaza, saxaroza, m altaza.
c) Peptidazlar zülalların amin turşularına parçalanmasını kataliz edən fermentlərdir. Peptidazalara pepsinlər, tripsin, kimotripsin, karboksipeptidaza kimi fermentlər daxildir.
d) Amidazlar - parçalanmış amid bağları. Nümunələr: arginaza, ureaza, qlutaminaza və s. Bir çox amidaza fermentləri ornitin siklində baş verir.
4. Liazlar funksiyasına görə hidrolazalara bənzər fermentlərdir, lakin molekullardakı bağların parçalanması zamanı su istehlak edilmir. Bu sinifin fermentləri həmişə protein olmayan hissəni, məsələn, B1 və ya B6 vitaminləri şəklində ehtiva edir.
a) Dekarboksilazalar. Bu fermentlər C-C bağına təsir göstərir. Nümunələrdirglutamat dekarboksilaza və ya piruvat dekarboksilaza kimi xidmət edir.
b) Hidratazalar və dehidratazalar C-O bağlarının parçalanması reaksiyasını kataliz edən fermentlərdir.
c) Amidin-liyazlar - C-N bağlarını məhv edir. Nümunə: arginin süksinat liazı.
d) P-O lyase. Belə fermentlər, bir qayda olaraq, fosfat qrupunu substrat maddədən ayırır. Nümunə: adenilat siklaza.
Fermentlərin biokimyası onların quruluşuna əsaslanır
Hər bir fermentin qabiliyyətləri onun fərdi, unikal quruluşu ilə müəyyən edilir. Ferment ilk növbədə zülaldır və onun strukturu və bükülmə dərəcəsi funksiyasını təyin etməkdə həlledici rol oynayır.
Hər bir biokatalizator aktiv mərkəzin olması ilə xarakterizə olunur ki, bu da öz növbəsində bir neçə müstəqil funksional sahəyə bölünür:
1) Katalitik mərkəz zülalın xüsusi bölgəsidir və onun vasitəsilə ferment substrata bağlanır. Zülal molekulunun konformasiyasından asılı olaraq, katalitik mərkəz müxtəlif formalarda ola bilər ki, bu da açarın kilidi ilə eyni şəkildə substrata uyğun olmalıdır. Belə mürəkkəb struktur fermentativ zülalın niyə üçüncü və ya dördüncü vəziyyətdə olduğunu izah edir.
2) Adsorbsiya mərkəzi - "tutucu" kimi çıxış edir. Burada, ilk növbədə, ferment molekulu ilə substrat molekulu arasında əlaqə var. Bununla belə, adsorbsiya mərkəzinin yaratdığı bağlar çox zəifdir, bu o deməkdir ki, katalitik reaksiya bu mərhələdə geri çevrilir.
3) Allosterik mərkəzlər kimi yerləşə biləraktiv sahədə və bütövlükdə fermentin bütün səthində. Onların funksiyası fermentin fəaliyyətini tənzimləməkdir. Tənzimləmə inhibitor molekulların və aktivator molekulların köməyi ilə baş verir.
Ferment molekuluna bağlanan aktivləşdirici zülallar onun işini sürətləndirir. İnhibitorlar, əksinə, katalitik aktivliyi maneə törədirlər və bu, iki şəkildə baş verə bilər: ya molekul fermentin aktiv bölgəsindəki allosterik sahəyə bağlanır (rəqabətli inhibə), ya da zülalın başqa bir bölgəsinə bağlanır. (rəqabətsiz inhibə). Rəqabətli inhibə daha təsirli hesab olunur. Axı bu, substratın fermentə bağlanması üçün yeri bağlayır və bu proses yalnız inhibitor molekulunun formasının və aktiv mərkəzin demək olar ki, tam üst-üstə düşməsi halında mümkündür.
Ferment çox vaxt təkcə amin turşularından deyil, həm də digər üzvi və qeyri-üzvi maddələrdən ibarətdir. Müvafiq olaraq, apoferment təcrid olunur - zülal hissəsi, koenzim - üzvi hissə və kofaktor - qeyri-üzvi hissə. Koenzim karbohidratlar, yağlar, nuklein turşuları, vitaminlər ilə təmsil oluna bilər. Öz növbəsində, kofaktor ən çox köməkçi metal ionlarıdır. Fermentlərin fəaliyyəti onun strukturu ilə müəyyən edilir: tərkibi təşkil edən əlavə maddələr katalitik xassələri dəyişir. Müxtəlif növ fermentlər yuxarıda göstərilən kompleks əmələgəlmə faktorlarının hamısının birləşməsinin nəticəsidir.
Fermentlərin tənzimlənməsi
Bioloji aktiv maddələr kimi fermentlər orqanizm üçün həmişə lazım deyil. Fermentlərin biokimyası elədir ki, həddindən artıq kataliz zamanı canlı hüceyrəyə zərər verə bilər. Fermentlərin orqanizmə zərərli təsirlərinin qarşısını almaq üçün onların işini bir növ tənzimləmək lazımdır.
T. Fermentlər zülal xarakterli olduqları üçün yüksək temperaturda asanlıqla məhv olurlar. Denatürasiya prosesi geri çevrilə bilər, lakin o, maddələrin fəaliyyətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir edə bilər.
pH da tənzimləmədə böyük rol oynayır. Fermentlərin ən yüksək aktivliyi, bir qayda olaraq, neytral pH dəyərlərində (7.0-7.2) müşahidə olunur. Yalnız turşu mühitdə və ya yalnız qələvi mühitdə işləyən fermentlər də var. Beləliklə, hüceyrə lizosomlarında hidrolitik fermentlərin fəaliyyətinin maksimum olduğu aşağı pH saxlanılır. Əgər onlar təsadüfən ətraf mühitin artıq neytrala yaxın olduğu sitoplazmaya daxil olarsa, onların aktivliyi azalacaq. "Özünü yeməkdən" belə qorunma hidrolazaların işinin xüsusiyyətlərinə əsaslanır.
Fermentlərin tərkibində kofermentin və kofaktorun əhəmiyyətini qeyd etmək yerinə düşər. Vitaminlərin və ya metal ionlarının olması müəyyən spesifik fermentlərin fəaliyyətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir.
Ferment nomenklaturası
Orqanizmin bütün fermentləri adətən siniflərdən hər hansı birinə mənsubiyyətindən, eləcə də reaksiya verdikləri substratdan asılı olaraq adlanır. Bəzən sistematik nomenklaturaya görə adda bir yox, iki substratdan istifadə olunur.
Bəzi fermentlərin adlarına nümunələr:
- Qaraciyər fermentləri: laktat-dehidrogenaz, qlutamatdehidrogenaz.
- Fermentin tam sistematik adı: laktat-NAD+-oksidoredükt-aza.
Nomenklatura qaydalarına əməl etməyən bayağı adlar da var. Nümunələr həzm fermentləridir: tripsin, kimotripsin, pepsin.
Ferment sintez prosesi
Fermentlərin funksiyaları genetik səviyyədə müəyyən edilir. Molekul böyük ölçüdə zülal olduğundan onun sintezi transkripsiya və tərcümə proseslərini tam olaraq təkrarlayır.
Fermentlərin sintezi aşağıdakı sxem üzrə baş verir. Əvvəlcə DNT-dən arzu olunan ferment haqqında məlumat oxunur, bunun nəticəsində mRNT əmələ gəlir. Messenger RNT fermenti təşkil edən bütün amin turşularını kodlayır. Fermentlərin tənzimlənməsi DNT səviyyəsində də baş verə bilər: katalizləşdirilmiş reaksiyanın məhsulu kifayət edərsə, gen transkripsiyası dayanır və əksinə, məhsula ehtiyac yaranarsa, transkripsiya prosesi aktivləşir.
mRNT hüceyrənin sitoplazmasına daxil olduqdan sonra növbəti mərhələ başlayır - tərcümə. Endoplazmatik retikulumun ribosomlarında peptid bağları ilə bağlanmış amin turşularından ibarət ilkin zəncir sintez olunur. Bununla belə, ilkin strukturdakı zülal molekulu hələ də fermentativ funksiyalarını yerinə yetirə bilmir.
Fermentlərin fəaliyyəti zülalın strukturundan asılıdır. Eyni ER-də zülalların bükülməsi baş verir, bunun nəticəsində əvvəlcə ikincili, sonra üçüncü dərəcəli strukturlar əmələ gəlir. Bəzi fermentlərin sintezi bu mərhələdə artıq dayanır, lakin katalitik aktivliyi aktivləşdirmək üçün çox vaxt lazımdır.koenzim və kofaktorun əlavə edilməsi.
Endoplazmatik retikulumun müəyyən nahiyələrində fermentin üzvi komponentləri birləşir: monosaxaridlər, nuklein turşuları, yağlar, vitaminlər. Bəzi fermentlər koenzim olmadan işləyə bilməz.
Kofaktor zülalın dördüncü quruluşunun formalaşmasında mühüm rol oynayır. Fermentlərin bəzi funksiyaları yalnız protein domen təşkilatına çatdıqda mövcuddur. Buna görə də, onlar üçün dördüncü quruluşun olması çox vacibdir, burada bir neçə zülal qlobulları arasında birləşdirici əlaqə metal iondur.
Fermentlərin çoxlu formaları
Eyni reaksiyanı kataliz edən, lakin bəzi parametrlərə görə bir-birindən fərqlənən bir neçə fermentin olması lazım olduğu vəziyyətlər var. Məsələn, bir ferment 20 dərəcədə işləyə bilər, lakin 0 dərəcədə artıq öz funksiyalarını yerinə yetirə bilməyəcək. Aşağı ətraf temperaturda belə bir vəziyyətdə canlı orqanizm nə etməlidir?
Bu problem eyni reaksiyanı kataliz edən, lakin müxtəlif şəraitdə fəaliyyət göstərən bir neçə fermentin eyni anda olması ilə asanlıqla həll edilir. Çoxsaylı fermentlərin iki növü var:
- İzofermentlər. Belə zülallar müxtəlif genlər tərəfindən kodlanır, müxtəlif amin turşularından ibarətdir, lakin eyni reaksiyanı kataliz edir.
- Əsl cəm formaları. Bu zülallar eyni gendən transkripsiya edilir, lakin peptidlər ribosomlarda dəyişdirilir. Çıxış eyni fermentin bir neçə formasıdır.
BNəticədə, birinci tip çoxsaylı formalar genetik səviyyədə, ikinci növ isə translasiyadan sonrakı səviyyədə formalaşır.
Fermentlərin əhəmiyyəti
Tibbdə fermentlərin istifadəsi maddələrin artıq lazımi miqdarda olduğu yeni dərmanların buraxılmasına qədər azaldılır. Alimlər hələ orqanizmdə çatışmayan fermentlərin sintezini stimullaşdırmaq üçün bir yol tapmayıblar, lakin bu gün onların çatışmazlığını müvəqqəti olaraq doldura bilən dərmanlar geniş yayılmışdır.
Hüceyrədəki müxtəlif fermentlər həyatı təmin edən müxtəlif reaksiyaları kataliz edir. Bu enizmlərdən biri nükleazlar qrupunun nümayəndələridir: endonükleazlar və ekzonukleazlar. Onların işi zədələnmiş DNT və RNT-ni çıxararaq hüceyrədə nuklein turşularının sabit səviyyəsini saxlamaqdır.
Qan laxtalanması kimi bir fenomeni unutma. Effektiv qorunma tədbiri olan bu proses bir sıra fermentlərin nəzarəti altındadır. Əsas olan trombindir, o, aktiv olmayan zülal fibrinogeni aktiv fibrinə çevirir. Onun ipləri damarın zədələnmiş yerini bağlayan bir növ şəbəkə yaradır və bununla da həddindən artıq qan itkisinin qarşısını alır.
Fermentlərdən şərabçılıqda, dəmlənmədə, bir çox fermentləşdirilmiş süd məhsullarının alınmasında istifadə olunur. Maya qlükozadan spirt istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər, lakin bu prosesin uğurlu keçməsi üçün ondan bir ekstrakt kifayətdir.
Bilmədiyiniz maraqlı faktlar
- Bədənin bütün fermentlərinin böyük kütləsi var - 5000-dən1000000 Bəli. Bu, molekulda zülalın olması ilə əlaqədardır. Müqayisə üçün: qlükozanın molekulyar çəkisi 180 Da, karbon qazı isə cəmi 44 Da-dır.
- Bu günə qədər müxtəlif orqanizmlərin hüceyrələrində tapılmış 2000-dən çox ferment aşkar edilmişdir. Bununla belə, bu maddələrin əksəriyyəti hələ tam başa düşülməyib.
- Effektiv çamaşır yuyucu vasitələri istehsal etmək üçün ferment aktivliyi istifadə olunur. Burada fermentlər bədəndəki kimi eyni rolu yerinə yetirirlər: üzvi maddələri parçalayır və bu xüsusiyyət ləkələrə qarşı mübarizədə kömək edir. Oxşar yuyucu tozdan 50 dərəcədən yüksək olmayan temperaturda istifadə etmək tövsiyə olunur, əks halda denatürasiya prosesi baş verə bilər.
- Statistikaya görə, dünyada insanların 20%-i fermentlərdən hər hansı birinin çatışmazlığından əziyyət çəkir.
- Fermentlərin xassələri çox uzun müddətdir məlumdur, lakin yalnız 1897-ci ildə insanlar anladılar ki, mayanın özü deyil, onların hüceyrələrindən alınan ekstrakt şəkəri spirtə fermentləşdirmək üçün istifadə edilə bilər.
