Fermentlər tənzimlənən katalizatorlardır. Metabolitlər və zəhərlər tənzimləyici kimi çıxış edə bilər. Var:
- aktivatorlar– reaksiya sürətini artıran maddələr;
- inhibitorları– reaksiya sürətini azaldan maddələr.
Fermentlərin aktivləşdirilməsi. Müxtəlif aktivatorlar ya fermentin aktiv yerinə, ya da ondan kənarda bağlana bilər. Aktiv mərkəzə təsir edən aktivatorlar qrupuna aşağıdakılar daxildir: metal ionları, koenzimlər və substratların özləri.
Metallarla aktivləşmə müxtəlif mexanizmlərlə baş verir:
Metal aktiv sahənin katalitik sahəsinin bir hissəsidir;
Metal və substrat bir kompleks təşkil edir;
Metal sayəsində substrat ilə fermentin aktiv mərkəzi arasında körpü yaranır.
Substratlar həm də aktivatorlardır. Substrat konsentrasiyası artdıqca reaksiya sürəti də artır. Substratın doyma konsentrasiyasına çatdıqdan sonra bu sürət dəyişmir.
Aktivator fermentin aktiv yerindən kənarda bağlanarsa, o zaman fermentin kovalent modifikasiyası:
1) qismən proteoliz (məhdud proteoliz). Bu şəkildə həzm kanalının fermentləri aktivləşdirilir: pepsin, tripsin, kimotripsin. Tripsin 229 AA qalığından ibarət olan proferment tripsinogen vəziyyətinə malikdir. Enterokinaz fermentinin təsiri altında və suyun əlavə edilməsi ilə tripsinə çevrilir və heksapeptid parçalanır. Zülalın üçüncü strukturu dəyişir, fermentin aktiv mərkəzi əmələ gəlir və aktiv formaya keçir.
2) fosforlaşma - fosforlaşma. Məsələn: lipaz + ATP = (protein kinaz) fosforlanmış lipaz + ADP. Bu, ATP-nin fosfatından istifadə edərək bir transfer reaksiyasıdır. Bu zaman bir qrup atom bir molekuldan digərinə keçir. Fosforlanmış lipaz fermentin aktiv formasıdır.
Fosforilaza da eyni şəkildə aktivləşdirilir: fosforilaza B+ 4ATP = fosforilaza A+ 4ADP
Həmçinin, aktivator aktiv mərkəzdən kənarda bağlandıqda, aktiv olmayan kompleksin dissosiasiyası"protein-aktiv ferment". Məsələn, protein kinaz fosforlaşmanı həyata keçirən bir fermentdir (cAMP-dən asılı). Protein kinaz dördüncü quruluşa malik 2 tənzimləyici və 2 katalitik alt bölmədən ibarət zülaldır. R 2 C 2 + 2cAMP = R 2 cAMP 2 + 2C. Bu tip tənzimləmə allosterik tənzimləmə (aktivləşdirmə) adlanır.
Fermentlərin inhibisyonu. İnhibitor səbəb olan bir maddədir spesifik ferment aktivliyinin azalması. İnhibə və inaktivasiya arasında fərq qoyulmalıdır. İnaktivasiya, məsələn, denaturasiya edən maddələrin təsiri nəticəsində zülalın denatürasiyasıdır.
Bağlama gücü ilə ferment inhibitorları ilə inhibitor geri və dönməz bölünür.
Geri dönməz inhibitorlar katalitik fəaliyyətinin təzahürü üçün zəruri olan ferment molekulunun funksional qruplarını sıx şəkildə bağlayır və məhv edir. Bütün zülalların təmizlənməsi prosedurları inhibitor-fermentin bağlanmasına təsir göstərmir. Nümunə: fosfor üzvi birləşmələrin xolinesteraza fermentinə təsiri. Xlorofos, sarin, soman və digər fosfor üzvi birləşmələr xolinesterazanın aktiv yerinə bağlanır. Nəticədə fermentin aktiv mərkəzinin katalitik qruplarının fosforlaşması baş verir. Nəticədə, inhibitorla əlaqəli ferment molekulları substrata bağlana bilmir və ağır zəhərlənmə baş verir.
Həm də fərqlənir geri çevrilən inhibitorlar, məsələn, xolinesteraza üçün prozerin. Geri dönən inhibə substratın və inhibitorun konsentrasiyasından asılıdır və artıq substrat tərəfindən çıxarılır.
Fəaliyyət mexanizmi ilə vurğulamaq:
Rəqabət inhibisyonu;
Rəqabətsiz inhibə;
Substrat inhibisyonu;
Allosterik.
1) Rəqabətli (izosterik) inhibə- Bu, bir inhibitorun fermentin aktiv mərkəzinə bağlanması nəticəsində yaranan enzimatik reaksiyanın inhibəsidir. Bu vəziyyətdə, inhibitor substrata bənzəyir. Prosesdə aktiv mərkəz uğrunda rəqabət yaranır: ferment-substrat və inhibitor-ferment kompleksləri əmələ gəlir. E+S®ES® EP® E+P; E+I® E. Nümunə: suksinatdehidrogenaza reaksiyası [Şəkil 2. COOH-CH 2 -CH 2 -COOH® (oxun üstündə SDH, aşağıda FAD®FADN 2) COOH-CH=CH-COOH]. Bu reaksiyanın əsl substratı süksinatdır (süksinik turşu). İnhibitorlar: malon turşusu (COOH-CH 2 -COOH) və oksaloasetat (COOH-CO-CH 2 -COOH). [düyü. 3 deşikli ferment + substrat + inhibitor = fermentlə inhibitor kompleksi]
Məsələn: xolinesteraza fermenti asetilkolinin xoline çevrilməsini kataliz edir: (CH 3) 3 -N-CH 2 -CH 2 -O-CO-CH 3 ® (oxun üstündə CHE, suyun altında) CH 3 COOH+ (CH 3) ) 3 - N-CH 2 -CH 2 -OH. Rəqabətli inhibitorlar prozerin və sevindir.
2) Rəqabətsiz inhibə- inhibitorun katalitik transformasiyaya təsiri ilə əlaqəli inhibe, lakin fermentin substratla bağlanmasına deyil. Bu halda, inhibitor həm aktiv sahəyə (katalitik sahəyə), həm də onun xaricinə bağlana bilər.
Aktiv mərkəzdən kənarda inhibitorun əlavə edilməsi zülalın konformasiyasının (üçüncü strukturunun) dəyişməsinə gətirib çıxarır, nəticədə aktiv mərkəzin konformasiyası dəyişir. Bu, katalitik sahəyə təsir edir və substratın aktiv sahə ilə qarşılıqlı təsirinə mane olur. Bu halda, inhibitor substrata bənzəmir və bu inhibe artıq substratla aradan qaldırıla bilməz. Üçlü ferment-inhibitor-substrat komplekslərinin əmələ gəlməsi mümkündür. Belə bir reaksiyanın sürəti maksimum olmayacaq.
Qeyri-rəqabətli inhibitorlara aşağıdakılar daxildir:
Sianidlər. Onlar sitoxrom oksidazda dəmir atomu ilə birləşir və nəticədə ferment öz fəaliyyətini itirir və ona görə ki, Bu tənəffüs zəncirinin bir fermentidir, sonra hüceyrələrin tənəffüsü pozulur və ölürlər.
Ağır metal ionları və onların üzvi birləşmələri (Hg, Pb və s.). Onların fəaliyyət mexanizmi müxtəlif SH qrupları ilə əlaqəsi ilə bağlıdır. [düyü. SH qrupları ilə ferment, civə ionu, substrat. Bütün bunlar üçlü kompleksə birləşir]
Bədxassəli hüceyrələrin fermentlərinə təsir göstərməli olan bir sıra farmakoloji agentlər. Buraya kənd təsərrüfatında istifadə olunan inhibitorlar və məişət zəhərli maddələr də daxildir.
3) Substratın inhibisyonu- substratın həddindən artıq olması nəticəsində yaranan enzimatik reaksiyanın inhibəsi. Katalitik çevrilmə keçirə bilməyən ferment-substrat kompleksinin əmələ gəlməsi nəticəsində baş verir. O, çıxarıla bilər və substratın konsentrasiyası azalır. [düyü. fermentin eyni anda 2 substrata bağlanması]
4) Allosterik inhibə - allosterik fermentin allosterik mərkəzinə allosterik inhibitorun əlavə edilməsi nəticəsində yaranan fermentativ reaksiyanın inhibə edilməsi. Bu tip inhibe dördüncü quruluşa malik allosterik fermentlər üçün xarakterikdir. Metabolitlər, hormonlar, metal ionları və koenzimlər inhibitor kimi çıxış edə bilər.
Fəaliyyət mexanizmi:
a) inhibitorun allosterik mərkəzə bağlanması;
b) fermentin konformasiyası dəyişir;
c) aktiv mərkəzin uyğunluğu dəyişir;
d) fermentin aktiv mərkəzinin substrata komplementarlığı pozulur;
e) ES molekullarının sayı azalır;
e) fermentativ reaksiyanın sürəti azalır.
[düyü. 2 deşikli ferment, biri allosterik inhibitor, ikincisi isə formasını dəyişir]
Allosterik fermentlərin xüsusiyyətləri mənfi rəy inhibəsini əhatə edir. A®(E 1)B®(E 2) C®(E 3) D (D oxundan A və B arasındakı oxa). D, E1 fermentində allosterik inhibitor kimi fəaliyyət göstərən bir metabolitdir.
Metabolizm
Metabolizm (metabolizm)– orqanizmin xarici mühitlə münasibətlərdə həyati fəaliyyətini təmin edən, özünü çoxalmağa və özünü qorumağa yönəlmiş fizioloji və biokimyəvi proseslərin məcmusudur.
Fizioloji proseslərə həzm, sorulma, xarici tənəffüs, ifrazat və s.; biokimyəvi - qida şəklində bədənə daxil olan zülalların, yağların, karbohidratların kimyəvi çevrilmələri. Biokimyəvi proseslərin bir xüsusiyyəti, onların bir sıra enzimatik reaksiyalar zamanı həyata keçirilməsidir. Reaksiyaların müəyyən ardıcıllığını, yerini və sürətini təmin edən fermentlərdir.
İstiqamətinə görə bütün kimyəvi çevrilmələr aşağıdakılara bölünür:
A) dissimilyasiya(katabolizm) - maddənin bağlarının enerjisinin yüksək enerjili bağların enerjisinə (ATP, NADH və s.) keçməsi ilə maddələrin daha sadə olanlara parçalanması;
b) assimilyasiya(anabolizm) - enerji sərf etməklə daha sadə maddələrdən daha mürəkkəb maddələrin sintezi.
Bu iki prosesin bioloji əhəmiyyəti ondan ibarətdir ki, maddələr parçalandıqda onların tərkibində olan enerji ayrılır ki, bu da orqanizmin bütün funksional imkanlarını təmin edir. Eyni zamanda, maddələrin parçalanması zamanı “tikinti materialları” əmələ gəlir (monosaxaridlər, AA, qliserin və s.) Onlar daha sonra orqanizmə xas olan maddələrin (zülallar, yağlar, karbohidratlar və s.) sintezində istifadə olunur. .
[DIAQRAM] Üfüqi xəttin üstündə (xarici mühitdə) - "zülallar, yağlar, karbohidratlar", onlardan xəttin altında (bədən daxilində) "dissimilyasiya" yazısına qədər bir ox var, sonuncudan dördü var. oxlar: "istilik" xəttinin və "son məhsullar" ın üstündəki yazılara qədər iki; "aralıq maddələr (metabolitlər)" yazısına sağa bir ox, onlardan "assimilyasiya", sonra "öz zülalları, yağları, karbohidratları"; bir ox "ATP enerjisi" yazısına qədər, ondan "əzələ daralması, sinir impulsunun keçirilməsi, ifrazat və s." və həmçinin "istilik" və "assimilyasiya" üçün yuxarı.
Zülalların, yağların və karbohidratların dissimilyasiyası müxtəlif yollarla baş verir, lakin bu maddələrin məhv edilməsində bir sıra ümumi mərhələlər var:
1) Həzm mərhələsi. Mədə-bağırsaq traktında zülallar AA-ya, yağlar qliserinə və IVH-yə, karbohidratlar monosaxaridlərə parçalanır. Xaricdən gələn spesifik maddələrdən çoxlu sayda qeyri-spesifik maddələr istehsal olunur. Həzm nəticəsində maddələrin kimyəvi enerjisinin təxminən 1% -i mədə-bağırsaq traktına buraxılır. Bu mərhələ qidadan alınan maddələrin udulması üçün lazımdır.
2) İnterstisial maddələr mübadiləsinin mərhələsi (toxuma mübadiləsi, maddələr mübadiləsi). Hüceyrə səviyyəsində anabolizm və katabolizmə bölünür. Metabolik ara maddələr əmələ gəlir və çevrilir - metabolitlər. Bu halda, həzm mərhələsində əmələ gələn monomerlər kiçik (beş-ə qədər) əsas ara məhsul yaratmaq üçün parçalanır: ACH, alfa-KG, asetil-KoA, PVK, alfa-gliserofosfat. Maddələrin enerjisinin 20%-ə qədəri ayrılır. Bir qayda olaraq, hüceyrələrin sitoplazmasında interstisial mübadilə baş verir.
3) Son parçalanma oksigen ehtiva edən maddələr son məhsullar(CO 2 , N 2 Oh, azot tərkibli maddələr). Maddələrin enerjisinin təxminən 80%-i sərbəst buraxılır.
Nəzərə alınan bütün mərhələlər yalnız metabolik proseslərin əsas formalarını əks etdirir. Həm ikinci, həm də üçüncü mərhələdə ayrılan enerji yüksək enerjili birləşmələrin kimyəvi bağlarının enerjisi şəklində toplanır (bunlar ən azı bir yüksək enerji bağına malik olan maddələrdir, məsələn, ATP, CTP, TTP, GTP , UTP, ADP, CDP, ..., kreatin fosfat , 1,3-difosfoqliserin turşusu). Beləliklə, ATP molekulunda sonuncu fosfatın bağlanma enerjisi təxminən 10-12 kkal/mol təşkil edir.
Maddələr mübadiləsinin bioloji rolu:
1. kimyəvi birləşmələrin parçalanması zamanı enerjinin yığılması;
2. enerjinin orqanizmin öz maddələrinin sintezi üçün istifadəsi;
3. hüceyrənin yenilənmiş struktur komponentlərinin parçalanması;
4. xüsusi məqsədlər üçün biomolekulların sintezi və parçalanması baş verir.
Protein mübadiləsi
Fermentlər (E) zülal təbiətinin birləşmələri olan biokatalizatorlardır. Bunlar sadə və ya mürəkkəb zülallar ola bilər (tərkibində amin turşusu olmayan komponentlər var).
Fermentlər aktivləşmə enerjisini (E A) azaldır ki, bu da fizioloji şəraitdə reaksiyaların 10 10 dəfədən çox (300 il - 1 san) sürətlə baş verməsinə imkan verir. Fərdi ferment bir metabolitin hər çevrilməsindən məsuldur. Fermentlərin əsas xüsusiyyəti müəyyən metabolitləri tanımaq, onların çevrilməsini kataliz etmək və katalitik aktivliyin tənzimlənməsini təmin etməkdir. Beləliklə, fermentlər substratın spesifikliyi və fəaliyyətin spesifikliyi ilə xarakterizə olunur.
Fermentlə katalizləşən reaksiyalar xüsusi bir metabolit olan substratın (S) fermentə bağlanması ilə başlayır. Hər bir ferment, bir qayda olaraq, yalnız bir substratla qarşılıqlı əlaqədə olur və tarazlıq yaranana qədər onun çevrilməsini katalizləyir:
E+S↔ES↔EP↔E+P
Substratın tanınması onun fermentə bağlanması prosesində baş verir. Substrat molekulları ferment molekulunda xüsusi bir yerə - katalitik və ya aktiv mərkəzə (AC) bağlanır. AC fermenti və substrat kilidin açarı kimi bir-birinə uyğun gəlir (substratın sterik xüsusiyyətləri, onun molekulunda yük paylanması).
Fermentin aktiv yerində tez-tez mühüm rol oynayan amin turşularına serin (OH qrupu) və histidin (N-imidazol halqası) daxildir.
Koenzimlər və protez qrupları. Fermentlərlə yanaşı, aşağı molekulyar ağırlıqlı birləşmələr - koenzimlər və protez qruplar - substratın ayrı-ayrı fraqmentlərinin (məsələn, H ×) bağlanmasında və sonrakı köçürülməsində iştirak edirlər.
Koenzimlər (kosubstratlar və ya daşıyıcılar) ferment molekuluna tərs şəkildə bağlanır - onlar substratın bir parçasını fermentə bağlayır və sonra bu fraqmenti başqa bir fermentdə ikinci birləşməyə köçürmək üçün ondan ayrılır:
F 1 -K + S ↔ F1-K-S ↔ K-S +F 2 ↔ F 2 -K-S ↔ F 2 + K + R
Protez qrupları (metal ionları) ferment molekulları ilə sıx bağlıdır və substratın bağlanması və fraqmentin ötürülməsi zamanı ayrılmır.
Bir çox ali orqanizmlər koenzimləri sintez edə bilmirlər, onları vitaminlər şəklində qidadan alırlar (onlara ehtiyac gündə bir neçə mqdir):
| Koenzim | Funksiya | Vitamin |
| Piridoksal fosfat | Transaminasiya; dekarboksilləşmə; rasemizasiya | Piridoksin (B 6) |
| Tiamin pirofosfat | Aerob dekarboksilləşmə; aldehid qruplarının köçürülməsi | Tiamin (B 1) |
| Koenzim A (CoA) | Asil transferi; yağ turşularının aerob deqradasiyası və onların sintezi | Pantotenik turşu |
| Tetrahidrofol turşusu | 1-qrupdan köçürmə | Fol turşusu |
| Biotin | CO 2 transferi | Biotin (N) |
| NAD+ | H+ və e- ötürülməsi | Bir nikotinik turşu |
| NADP+ | H+ və e- ötürülməsi | Bir nikotinik turşu |
| FMN | H+ və e- ötürülməsi | Riboflavin (B 2) |
| FAD | H+ və e- ötürülməsi | Riboflavin (B 2) |
Piridin nukleotidləri. Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) və nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NAD(P)+):
Bu koenzimlərin funksiyasını təyin edən qrup nikotinik turşu amididir: substratdan H + bir cüt elektronla birlikdə (hidrid ion H × şəklində piridin halqasına, ikinci hidrogen atomu şəklində) ötürülməsi. H + məhluluna daxil olur). Rəsm (diaqram):
CH 3 CH 2 OH + NAD + ↔ CH 3 COOH + NAD×H 2
340 nm-də NAD×H 2 maksimum udma nümayiş etdirir.
Bu köçürmə stereospesifikdir: spirt dehidrogenaz və laktat dehidrogenaz bir hidrogen atomunu piridin halqasının bir tərəfinə, qliseraldehid-3-fosfat dehidrogenazı isə digər tərəfə ötürür.
NAD×H 2-nin azaldılmış forması bir fermentdən ayrılaraq digərinə ötürülür, burada S-in reduksiyasında iştirak edir və ya tənəffüs zəncirinə göndərilir. NAD(P)×H 2 əsasən biosintezin reduksiya mərhələlərində iştirak edir.
Fermentlərin nomenklaturası. Fermentin adı aşağıdakılardan ibarətdir:
1. -aza şəkilçisi əlavə edilən substratın adları (arginaza, fosfataz - müvafiq qrupun hidrolizi);
2. -aza şəkilçisi əlavə edilən reaksiyanın adları (dehidrogenaz - H × abstraksiya, hidrolaza, transferaza).
Bundan əlavə, istifadə edin:
Fermentlərin mənasız adları (tripsin, pepsin, katalaza);
Fermentlərin sistematik adları (1972-ci ildə Beynəlxalq Təmiz və Tətbiqi Kimya İttifaqının (IUPAC) Biokimyəvi Birləşmələrin Nomenklaturası Komissiyası tərəfindən yeni "Fermentlərin Adlandırılması Qaydaları" nəşr edilmişdir. Bu qaydalara əsasən fermentlər aşağıdakı kimi nömrələnir: birinci rəqəm fermentin aid olduğu sinfi göstərir; ikinci - reaksiyanın xüsusiyyətləri; üçüncü - sonrakı təfərrüatlar.
Məsələn, ferment 2.1.2. – bir karbonlu qalıqları ötürən transferaza – metil.
Fermentlərin təsnifatı. Katalitik reaksiyanın növünə görə fermentlər 6 sinfə bölünür: oksidoreduktazlar; transferazlar; hidrolazlar; liyazlar; izomerazlar; ligazalar (sintetazlar).
1. Oksidoredüktazlar – redoks reaksiyalarında iştirak edirlər (H+ və ya elektronların ötürülməsi). Onların tərkibində koenzimlər var. Onlar donor və ya akseptora görə bölünürlər e - .
2. Transferazalar - xüsusi daşıyıcılardan - kofermentlərdən istifadə edərək atom qruplarının (CH 3, COOH, NH 2, SO 4, CHO, PO 4) köçürülməsini həyata keçirir.
3. Hidrolazalar - substratın hidrolitik parçalanmasını həyata keçirir. Fermentin adı qırılan bağ növünə (peptid hidrolaza, qlükozidaza) əsaslanır.
4. Liazalar – ikiqat rabitənin əmələ gəlməsi və ya ikili bağa CO 2, H 2 O, NH 3 qruplarının əlavə edilməsi ilə substratdan hidrolitik olmayan qruplar ayrılır.
5. İzomerazlar - izomerlərin çevrilməsini kataliz edir, o cümlədən. rasemizasiya, cis-trans, qoşa bağın hərəkəti, asimmetrik karbon atomunda qrupların mübadiləsi, fosfat qrupunun hərəkəti.
6. Liqazalar - yüksək enerjili bağlar (ATP) hesabına sintezi həyata keçirir (eləcə də karboksilləşmə reaksiyalarında biotin).
Ferment fəaliyyəti. Standart fəaliyyət vahidi standart şəraitdə dəqiqədə 1 µmol substratın çevrilməsini kataliz edən fermentin miqdarıdır (rus və alman dillərində - E, ingilis, fransız, italyan, ispan dillərində - U). Bəzi yüksək molekullu maddələr (zülallar, polisaxaridlər) üçün substratın mikromollarının sayını müəyyən etmək mümkün deyil - reaksiyada iştirak edən qrupların mikroekvivalentindən istifadə olunur. Bir zülal üçün bu, əmələ gələn sərbəst -COOH və ya -NH 3 qruplarının sayıdır. Polisaxaridlər üçün hidrolizə edilmiş qlikozid bağlarının sayı.
Molekulyar aktivlik 1 mmol fermentlə 1 dəqiqə ərzində reaksiya verən qrupların reaksiyasından təsirlənən substratın və ya ekvivalentin mikromollarının sayı və ya 1 mmol fermentin tərkibində olan standart aktivlik vahidlərinin sayıdır.
Hüceyrədə fermentlərin fəaliyyətinin tənzimlənməsi. Sağlam bir hüceyrədə bütün davam edən biokimyəvi reaksiyalar tənzimlənir. Bu, qida maddələrinin qənaətlə istifadəsini təmin edir, metabolitlərin həddindən artıq sintezinin qarşısını alır və hüceyrənin ətraf mühit şəraitinə uyğunlaşmasına imkan verir (xüsusi metabolitlərin sintez sürəti dəyişir).
Hüceyrədəki reaksiyalar fermentlər tərəfindən katalizləşdiyindən maddələr mübadiləsinin tənzimlənməsi fermentlərin aktivliyini və hüceyrədəki miqdarını dəyişdirərək fermentativ reaksiyaların intensivliyini tənzimləməyə başlayır.
Fermentlərin fəaliyyətinin tənzimlənməsi. Fermentlərin fəaliyyəti fiziki və kimyəvi amillərdən asılıdır. Fiziki amillər (temperatur, təzyiq, radiasiya, elektromaqnit sahəsi) kimyəvi amillərdən daha az spesifikdir. Kimyəvi amillərin təsir mexanizmi aşağıdakılara əsaslana bilər: müəyyən qrupların (substrat, kofaktorlar, inhibitorlar) fermentin AC-yə bağlanması; fermentin səthindəki xüsusi yerlərlə qarşılıqlı əlaqə (AC-dən başqa).
Bəzi fermentlərin fəaliyyəti kimyəvi modifikasiya ilə tənzimlənir (müəyyən bir qrupun fermentinə kovalent reversiv bağlanma). Məsələn, glutamin sintetaza bağlanma E. coli adenil turşusu qalığı ferment aktivliyinin azalmasına səbəb olur:
qlutamin sintetaza + AMP ↔ qlutamin sintetaza-AMP
Oxşar asetilləşmə mexanizmi (deasetilasiya) fotosintetik bakteriyaların sitrat liazası üçün xarakterikdir. Rhodopseudomonas gelatinosa(fermentin asetilləşdirilmiş forması aktivdir).
Ən sürətli və ən dəqiq mexanizm müəyyən bir növ fermentin tənzimlənməsidir - allosterik. Onlar maddələr mübadiləsində əsas mövqeləri tuturlar (metabolik yolların başlanğıcında, onların budaqlanma nöqtələrində və ya yaxınlaşma nöqtələrində yerləşirlər):
1. A → B → C → D → E → F
2. A → B → C → E
B → D → E → F
Allosterik inhibə termini 1961-ci ildə J. Monod və F. Jacob tərəfindən bu tip tənzimləmənin özəlliyini vurğulamaq üçün təqdim edilmişdir - fermentlə qarşılıqlı təsir göstərən inhibitor substratdan struktur olaraq fərqlənir.
Allosterik fermentlər yüksək molekulyar çəkiyə malik, bir və ya bir neçə növdən ibarət bir neçə alt bölmədən ibarət olan zülallardır (ümumi xüsusiyyəti tənzimləmə mərkəzinin olmasıdır). Birinci halda, alt bölmələr katalitik və tənzimləyici mərkəzləri ehtiva edir. Tənzimləmə mərkəzi allosterik adlanır. İkincidə, bəzi alt bölmələr katalitik mərkəz, digərlərində isə tənzimləmə mərkəzi var. Hər iki halda bu mərkəzlər məkan baxımından ayrılır, lakin funksional olaraq bağlıdır.
Müəyyən metabolitlər - effektorlar (modulyatorlar, dəyişdiricilər) allosterik mərkəzə bağlanır. Onlar substratlar və metabolik yolların bəzi son məhsulları ola bilər. Effektorun hərəkəti ferment aktivliyinin azalmasına gətirib çıxarırsa, bu mənfi effektordur (inhibitor). Müsbət effektor - aktivator fermentin fəaliyyətini gücləndirir.
Tənzimləyici təsir fermentativ reaksiyaların ilkin mərhələləri ilə əlaqələndirilir - ferment-substrat kompleksinin formalaşması (fermentin konformasiya dəyişiklikləri nəticəsində substrata yaxınlığının dəyişməsi (fermentin üçüncü strukturunda dəyişiklik) .
Allosterik tənzimləmə halları.
1. Budaqlanmamış biosintetik yolun birinci fermentinin son məhsulla tənzimlənməsi (ən sadə):
A → Ф1 B → Ф2 C → Ф3 D → Ф4 E → Ф5 F
Bu zaman məhsul hüceyrədə artıq miqdarda toplanırsa, biosintetik yolun birinci fermentinin - retroinhibisiyanın fəaliyyətini maneə törədir. Hüceyrə tərəfindən müəyyən amin turşularını sintez etmək üçün istifadə olunur. Məsələn, L-izolösin sintezində (beş ardıcıl enzimatik reaksiya). Allosterik ferment treonin deaminazdır.
2. Budaqlanmış biosintetik yolun birinci fermentinin tənzimlənməsi. Budaqlanmış biosintez yolları üçün əks əlaqə prinsipinə əsaslanan tənzimləmə mexanizmi daha mürəkkəbləşir - yolun məhsullarından birinin həddindən artıq istehsalı qalanlarının sintezini maneə törətməməlidir. Budaqlanmış yolun bütün son məhsulları fəaliyyətin tənzimlənməsində iştirak edir. Allosterik fermentin bir neçə allosterik mərkəzi var və hər bir son məhsul effektor kimi çıxış edir. Məsələn, aspartat ailəsinin amin turşularının sintezi.
Budaqlanmış yol vəziyyətində aşağıdakı tənzimləmə variantları mümkündür:
Hər bir effektor fərdi olaraq allosterik fermentin aktivliyinə təsir etmir - multivalent inhibə;
Hər bir effektor allosterik ferment aktivliyinin qismən inhibə edilməsinə səbəb olur - kumulyativ (əlavə) inhibə;
İlkin fermentin fəaliyyəti aralıq məhsul tərəfindən inhibə edilir, onun yığılması son məhsullar tərəfindən idarə olunur - ardıcıl inhibə.
Bəzi allosterik fermentlər hüceyrədə izofermentlər şəklində mövcuddur - onlar bir reaksiyanı katalizləyir və allosterik mərkəzlərdəki fərqlər nəticəsində onların fəaliyyəti müxtəlif məhsullar tərəfindən idarə olunur. Bu, son məhsullara "öz" izoenziminin fəaliyyətini müstəqil şəkildə maneə törətməyə imkan verir. Bu, biosintez yollarını tənzimləmək üçün ən qabaqcıl mexanizmdir.
Hüceyrədə ferment sintezinin tənzimlənməsi . Bu, əsasən transkripsiya səviyyəsində tənzimləmədir (tərcümə səviyyəsində tənzimləmə, translasiyadan sonrakı proseslər, fermentlərin parçalanmasının tənzimlənməsi də mümkündür). Bu tip tənzimləmə, genlərdə olan məlumatların "oxumasının" seçici şəkildə baş verməsi və mRNT sintezinin sürətinin və buna görə də sonrakı tərcümənin mürəkkəb bir nəzarət mexanizmi altında olmasına əsaslanır.
Bütün fermentlər (sintez sürətinə görə) konstitutiv və induksiya olunana bölünə bilər. Təsisedici fermentlərin sintezi ətraf mühit şəraitindən asılı olmayaraq sabit sürətlə baş verir. Bu fermentlər daim hüceyrədə olur. İnduksiya olunan fermentlərin sayı ətraf mühitdə müəyyən maddələrin (substratların) mövcudluğundan asılı olaraq əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. Ətraf mühitdə substratlar olmadıqda, onların hüceyrədəki tərkibi minimaldır (bir neçə molekul), onların iştirakı ilə isə bir neçə faizə qədər artır. Bu tip tənzimləmə katabolik fermentlər üçün xarakterikdir. Anabolizmdə iştirak edən fermentlər son məhsul tərəfindən sintezinin repressiyası ilə xarakterizə olunur (fermentativ reaksiyaların məhsulu hüceyrədə toplananda fermentlərin sayı azalır), son məhsulun konsentrasiyası azaldıqda isə ferment sintezinin derepressiyası baş verir ( katabolik fermentlərin induksiyası fenomeninə oxşar).
Son məhsul tərəfindən ferment sintezinin repressiyası. Bu tip tənzimləmə əksər anabolik fermentlər üçün xarakterikdir. O, repressor zülallar tərəfindən həyata keçirilir və onların fəaliyyətini dəyişdirən amillər effektorlardır (biosintetik yolların son və aralıq məhsulları). Repressorların quruluşu haqqında məlumat tənzimləyici genlərdə var.
Repressor, effektorla bir əlaqə mərkəzi və xüsusi bir DNT bölgəsi olan bir əlaqə mərkəzi olan - operator geni olan allosterik bir zülaldır. Tənzimləyici genlər struktur genlərdən müəyyən məsafədə yerləşir. Bakterial xromosomlarda struktur genlər tez-tez bir operator geninin - operonların və ya bir tənzimləyici genin nəzarəti altında olan - regulonlar qrupuna birləşdirilir. Bir requlona birləşən genlər bakterial xromosomun müxtəlif hissələrində yerləşə bilər. Məsələn, argininin sintezindən məsul olan struktur genlər E. coli.
Enzim sintezinin repressiyası. Rəsm (diaqram):
Ferment sintezinin induksiyası. Laktoza operon fermentlərinin sintezinin induksiyası. Rəsm (diaqram):
Katabolit repressiyası. Katabolit repressiyası vəziyyətində, hüceyrə tərəfindən tez istifadə olunan substrat nisbətən yavaş istifadə olunan karbon və enerji mənbələrinin çevrilməsində iştirak edən digər katabolik yolların fermentlərinin sintezini boğmağa qadirdir. Məsələn, mühitdə həm qlükoza, həm də laktoza varsa, hüceyrələr E. coli ilk olaraq qlükoza istifadə edilir və laktoza operonunun transkripsiyası mühitdəki bütün qlükoza istifadə edildikdən sonra başlayır. Bu hüceyrədə siklik AMP (3¢,5¢cAMP) olması ilə əlaqədardır:
ATP ® cAMP + FF n (membranla əlaqəli ferment - adenilat siklaza ilə kataliz olunan reaksiya)
cAMP aşağı molekulyar ağırlıqlı zülalla - sərbəst vəziyyətdə qeyri-aktiv olan katabolit aktivatoru ilə bağlana bilir. cAMP-katabolit aktivator kompleksi laktoza operonunun promotoru ilə birləşərək RNT polimerazanın promotora yaxınlığını artırır. cAMP-nin miqdarı qlükoza daşıyıcı zülalların fosforilləşib-fosforilləşdiyindən asılıdır. Mühitdə qlükoza olmadıqda, onlar fosforlaşır və bu vəziyyətdə adenilat siklazanın aktivliyini artırırlar. Defosforilləşdirilmiş daşıyıcılar adenilat siklaz aktivliyini azaldır.
Kirayə bloku
Hüceyrədə mütəmadi olaraq çoxlu sayda müxtəlif kimyəvi reaksiyalar baş verir, bu da metabolik yolları - bəzi birləşmələrin digərlərinə ardıcıl çevrilməsini təşkil edir. Metabolik yolun sürətinə təsir etmək üçün fermentlərin miqdarını və ya fəaliyyətini tənzimləmək kifayətdir. Tipik olaraq, metabolik yollar bütün yolun sürətini tənzimləyən əsas fermentləri ehtiva edir. Bu fermentlərə tənzimləyici fermentlər deyilir; onlar, bir qayda olaraq, metabolik yolun ilkin reaksiyalarını, geri dönməz reaksiyaları, sürəti məhdudlaşdıran reaksiyaları (ən yavaş) və ya metabolik yolun (şaxələnmə nöqtələri) keçid nöqtəsində reaksiyaları katalizləyirlər.
Enzimatik reaksiyaların sürətinin tənzimlənməsi 3 müstəqil səviyyədə həyata keçirilir:
1. ferment molekullarının sayının dəyişdirilməsi;
2.substrat və koenzim molekullarının mövcudluğu;
3.ferment molekulunun katalitik aktivliyinin dəyişməsi. Metabolik yolların sürətinin dəyişdirilməsində ən mühüm rol müəyyən bir metabolik yolun bir və ya bir neçə əsas fermentinin katalitik fəaliyyətinin tənzimlənməsidir. Bu maddələr mübadiləsini tənzimləmək üçün çox təsirli və sürətli bir üsuldur.
Ferment fəaliyyətinin tənzimlənməsinin əsas yolları:
1. Substrat və ya koenzimin mövcudluğu. Kütləvi hərəkət qanunu burada işləyir, kimyəvi kinetikanın əsas qanunu: sabit bir temperaturda kimyəvi reaksiyanın sürəti reaksiya verən maddələrin konsentrasiyasının məhsulu ilə mütənasibdir. Və ya sadəcə olaraq, maddələrin bir-biri ilə reaksiya vermə sürəti onların konsentrasiyasından asılıdır. Beləliklə, substratlardan ən azı birinin miqdarının dəyişdirilməsi reaksiyanı dayandırır və ya başlayır. Məsələn, trikarboksilik turşu dövrü (TCA dövrü) üçün belə bir substrat oksaloasetatdır (oksaloasetik turşu). Oksaloasetatın olması asetil-SCoA molekullarının oksidləşmədə iştirakına imkan verən dövrün reaksiyalarını "itələyir". Məhz oksaloasetatın (nisbi və ya mütləq) olmaması səbəbindən oruc və insulindən asılı şəkərli diabet zamanı ketoasidoz inkişaf edir (inkişaf mexanizmi).
2. Kompartmentallaşma fermentlərin və onların substratlarının endoplazmatik retikulumda, mitoxondrilərdə, lizosomlarda bir bölmədə (bir orqanoid) konsentrasiyasıdır. Məsələn, trikarboksilik turşu dövrünün (TCA dövrü) və yağ turşularının β-oksidləşməsinin fermentləri mitoxondriyada, zülal sintezinin fermentləri ribosomlarda yerləşir.
3. Fermentin miqdarının dəyişməsi onun sintezinin artması və ya azalması nəticəsində baş verə bilər. Fermentlərin sintez sürətinin dəyişməsi adətən müəyyən hormonların və ya reaksiya substratlarının miqdarından asılıdır, məsələn: - uzun müddətli aclıq zamanı həzm fermentlərinin yoxa çıxması və onların sağalma dövründə görünüşü (bağırsaq sekresiyasının dəyişməsi nəticəsində); hormonlar); -hamiləlik dövründə və doğuşdan sonra laktotrop hormonun təsiri altında süd vəzində laktoza sintaza fermenti aktiv şəkildə sintez olunur;
Qlükokortikoid hormonları qanda qlükoza konsentrasiyasının sabitliyini və mərkəzi sinir sisteminin stressə qarşı müqavimətini təmin edən qlükoneogenez fermentlərinin sintezini stimullaşdırır;
4. Profermentlərin məhdud (qismən) proteolizi bəzi fermentlərin sintezinin daha böyük bir prekursor şəklində həyata keçirildiyini və lazımi yerə çatdıqda bu fermentin bir və ya bir neçə peptid fraqmentinin parçalanması ilə aktivləşməsini nəzərdə tutur. o. Bu mexanizm hüceyrədaxili strukturları zədələnmədən qoruyur. Buna misal olaraq mədə-bağırsaq traktının proteolitik fermentlərinin (tripsinogen, pepsinogen, prokarboksipeptidazalar), qanın laxtalanması faktorlarının, lizosomal fermentlərin (kathepsinlər) aktivləşdirilməsini göstərmək olar.
5. Allosterik tənzimləmə. Allosterik fermentlər iki və ya daha çox alt bölmədən qurulur: bəzi alt bölmələr katalitik mərkəzdən ibarətdir, digərləri allosterik mərkəzə malikdir və tənzimləyicidir. Allosterik mərkəz (allos xarici) ferment fəaliyyətinin tənzimlənməsi mərkəzi, aktiv mərkəzdən məkan olaraq ayrılır və bütün fermentlərdə yoxdur. Hər hansı bir molekulun allosterik mərkəzinə bağlanması (aktivator və ya inhibitor, həmçinin effektor, modulyator, tənzimləyici adlanır) ferment zülalının konfiqurasiyasının və nəticədə fermentativ reaksiyanın sürətinin dəyişməsinə səbəb olur. Belə bir tənzimləyici bu və ya sonrakı reaksiyalardan birinin, reaksiya substratının və ya başqa bir maddənin məhsulu ola bilər. Effektorun allosterik (tənzimləyici) alt bölməyə qoşulması zülalın konformasiyasını və müvafiq olaraq katalitik alt bölmənin fəaliyyətini dəyişir. Allosterik fermentlər adətən metabolik yolların başlanğıcında baş verir və bir çox sonrakı reaksiyaların gedişi onların fəaliyyətindən asılıdır. Buna görə də onları çox vaxt əsas fermentlər adlandırırlar. Biyokimyəvi prosesin son metaboliti və ya bu reaksiyanın məhsulu mənfi tənzimləyici kimi çıxış edə bilər, yəni mənfi rəy mexanizmi işə salınır. Əgər tənzimləyicilər reaksiyanın ilkin metaboliti və ya substratıdırsa, onda biz birbaşa tənzimləmədən danışırıq; bu, müsbət və ya mənfi ola bilər. Bu reaksiya ilə müəyyən dərəcədə əlaqəli olan biokimyəvi yolların metabolitləri də tənzimləyici ola bilər. Məsələn, qlükozanın enerjili parçalanması üçün ferment olan fosfofruktokinaz bu parçalanmanın aralıq və son məhsulları ilə tənzimlənir. Bu zaman ATP, limon turşusu, fruktoza-1,6-bifosfat inhibitorları, fruktoza-6-fosfat və AMP isə fermentin aktivatorlarıdır. Allosterik tənzimləmə aşağıdakı hallarda böyük əhəmiyyət kəsb edir:
Anabolik proseslər zamanı. Metabolik yolun son məhsulu ilə inhibə və ilkin metabolitlər tərəfindən aktivləşmə bu birləşmələrin sintezinin tənzimlənməsinə imkan verir;
Katabolik proseslər zamanı. Hüceyrədə ATP yığıldıqda, enerji sintezini təmin edən metabolik yollar maneə törədir. Bu halda, substratlar ehtiyat qida maddələrinin saxlanması reaksiyalarına sərf olunur;
Anabolik və katabolik yolları əlaqələndirmək. ATP və ADP antaqonist kimi fəaliyyət göstərən allosterik effektorlardır;
Paralel və bir-biri ilə əlaqəli metabolik yolları əlaqələndirmək (məsələn, nuklein turşularının sintezi üçün istifadə olunan purin və pirimidin nukleotidlərinin sintezi). Beləliklə, bir metabolik yolun son məhsulları başqa bir metabolik yolun allosterik effektorları ola bilər.
6. Zülal-zülal qarşılıqlı təsiri biokimyəvi proseslərin metabolitləri deyil, spesifik zülalların tənzimləyici kimi çıxış etdiyi vəziyyətə aiddir. Ümumiyyətlə, vəziyyət allosterik mexanizmə bənzəyir: hər hansı faktorun spesifik zülallara təsirindən sonra bu zülalların aktivliyi dəyişir və onlar da öz növbəsində arzu olunan fermentə təsir edir. Məsələn, membran fermenti adenilat siklaza membran G-zülalının təsirinə həssasdır, özü də müəyyən hormonların hüceyrəyə (məsələn, adrenalin və qlükaqon) təsiri ilə aktivləşir.
7. Kovalent (kimyəvi) modifikasiya müəyyən bir qrupun geri qaytarıla bilən əlavə edilməsindən və ya çıxarılmasından ibarətdir ki, bunun sayəsində fermentin aktivliyi dəyişir. Çox vaxt belə bir qrup fosfor turşusu, daha az tez-tez metil və asetil qruplarıdır. Fermentin fosforlaşması serin və tirozin qalıqlarında baş verir. Zülala fosfor turşusunun əlavə edilməsi protein kinaz fermentləri, protein fosfatazanın parçalanması isə həyata keçirilir. Fermentlər həm fosforilləşmiş, həm də fosforlaşmış vəziyyətdə aktiv ola bilər. Məsələn, qlikogen fosforilaza və qlikogen sintaza fermentləri orqanizmin qlükoza ehtiyacı olduqda fosforlaşır, qlikogen fosforilaza isə aktivləşərək qlikogeni parçalamağa başlayır, qlikogen sintaza isə qeyri-aktivdir. Qlikogeni sintez etmək lazım olduqda hər iki ferment fosforilləşir, sintaza aktivləşir, fosforilaza isə qeyri-aktiv olur.
Hüceyrədəki fermentlərin fəaliyyəti zamanla sabit deyil. Fermentlər hüceyrənin düşdüyü vəziyyətə, ona həm xaricdən, həm də daxildən təsir edən amillərə həssaslıqla reaksiya verirlər. Fermentlərin belə həssaslığının əsas məqsədi ətraf mühitdəki dəyişikliklərə reaksiya vermək, hüceyrəni yeni şəraitə uyğunlaşdırmaq, hormonal və digər stimullara uyğun reaksiya vermək və bəzi hallarda yaşamaq şansı qazanmaqdır.
RuNet-də ən böyük məlumat bazasına sahibik, ona görə də hər zaman oxşar sorğuları tapa bilərsiniz
Müasir Təbiət Elmləri Konseptləri (CSE). Təbiət elmi. Təbiət elmləri sistemi. Elmi bilik üsulları. Maddənin təşkili.Məkan və zaman. Geologiya
Elmi tədqiqat işinin yüksək səviyyədə təşkili. Elm anlayışı normativ tənzimləmə ilə eynidir. Elmi tədqiqatın metodoloji pusquları
Maliyyə kursu üçün mühazirə qeydləri - tamamlandı. Rusiya Federasiyası. Torpaq bazarı. ÜDM və ÜDM.
Test. "Həyat Təhlükəsizliyi" fənnindən "Yanıqlar və donma: simptomlar, təsnifat və ilk yardım" mövzusunda
Ferment kinetikasının əsas anlayışı ferment-substrat kompleksləri (ES) anlayışıdır. Qeyri-üzvi katalizatorlarda olduğu kimi, ferment reaksiyanın daha az aktivləşmə enerjisi ilə daha səmərəli yolda davam etməsini təmin edir. Enzimatik reaksiyanın daha yüksək katalitik aktivliyi prosesin ES əmələ gəlmə mərhələsindən keçməsi ilə əlaqədardır. Enzimatik reaksiyaların sürəti katalitik olmayan reaksiyanın sürətindən 10 3 - 10 13 dəfə yüksəkdir. Sürətin bu kəskin artması iki səbəblə - qeyri-fermentli reaksiyalarda da müşahidə olunan konvergensiya effekti və fermentativ reaksiyalarda son dərəcə effektiv həyata keçirilən oriyentasiya effekti ilə bağlıdır.
Ferment molekulları digər katalizatorlardan fərqli olaraq çox mürəkkəb bir quruluşa malikdir. Bu, qeyri-bioloji katalizatorlarla mümkün olmayan reaksiya sürətlərinin artırılması mexanizmlərini həyata keçirməyə imkan verir. Burada adi katalizdə olmayan xüsusi növ qarşılıqlı təsirlər mümkündür. Əgər substratın ferment molekuluna bağlanmasının birdə deyil, üç nöqtədə baş verdiyini fərz etsək, onda bu təklik tələb olunan oriyentasiyaların ehtimalını kəskin şəkildə artırır və reaksiya sürətini bir neçə miqyasda artırır.
Kovalent, ion, hidrogen bağları və hidrofobik qarşılıqlı təsirlər ferment-substrat komplekslərinin əmələ gəlməsində iştirak edə bilər. Fermentin katalitik fəaliyyəti onun fəza quruluşu ilə əlaqələndirilir, burada spiralların sərt hissələri çevik elastik xətti kəsiklərlə növbələşir.
Fermentlərin təsir mexanizmini izah edərkən Koşlandın “induksiya edilmiş” və ya “məcburi” uyğunluq fərziyyəsi geniş şəkildə qəbul edilmişdir. Bu fərziyyəyə uyğun olaraq, fermentin aktiv mərkəzində funksional qrupların zəruri düzülüşü substratın təsiri altında baş verir. Bütün ferment molekulunun və onun aktiv mərkəzinin reaktiv konformasiyası substratın deformasiyaedici təsiri nəticəsində yaranır. Nəzərə almaq lazımdır ki, induksiya edilmiş uyğunluq təkcə fermentin konformasiyasının dəyişməsi ilə deyil, həm də substrat molekulunun yenidən təşkili ilə yaranır.
Substratın bağlanması prosesi zamanı aktiv sahənin funksional qruplarının təşkilində dəyişiklik sübut edildikdə "məcburi uyğunlaşma" hipotezi eksperimental olaraq təsdiqləndi. Fermentin spesifikliyi, ehtimal ki, aktiv mərkəzin konformativ şəkildə yenidən qurulmasının mümkünlüyü ilə bağlıdır. Yenidən qurulma imkanları böyükdürsə, o zaman ferment strukturca oxşar olan və qrup spesifikliyi nümayiş etdirən bir neçə substratla qarşılıqlı əlaqədə ola bilər; əgər imkan kəskin şəkildə məhduddursa, ferment yüksək spesifikdir.
İnduksiya edilmiş uyğunluq fərziyyəsi ferment və substrat arasında təkcə məkan tamamlayıcılığının deyil, həm də substratın və fermentin əks yüklü qrupları səbəbindən elektrostatik qarşılıqlı təsirin mövcudluğunu nəzərdə tutur.
Bədən eyni zamanda həyati proseslər üçün vacib olan çox sayda biokimyəvi reaksiyalar həyata keçirir, bu da bədənin ehtiyaclarına uyğun olaraq ciddi şəkildə tənzimlənməlidir. Bu tənzimləmə ən az enerji sərfiyyatı ilə müəyyən bir müddət ərzində zəruri komponentlərin tədarükünü təmin etməlidir. Faktiki olaraq hər bir bioloji əhəmiyyətli reaksiya fermentativ reaksiya olduğundan aydındır ki, bu cür tənzimləmə ilk növbədə əsas metabolik reaksiyaları kataliz edən fermentlərin idarə edilməsi ilə baş verir.
Metabolik yolun son məhsulunun əmələ gəlmə sürəti ya müvafiq fermentlərin fəaliyyətini dəyişdirməklə, ya da ferment molekullarının sayını artırmaq və ya azaltmaqla (induksiya və ya repressiya) tənzimlənə bilər.
Hüceyrələrdə fermentlərin fəaliyyətinin tənzimlənməsi müxtəlif yollarla baş verir. Michaelis-Menten tənliyinə tabe olan əksər fermentlər üçün substratın konsentrasiyası mühüm tənzimləyici amildir. Reaksiya sürətinin maksimumun 50% -i olduğu substratın konsentrasiyasını təmsil edən K m dəyəri təqdim edildi. Hüceyrədəki substratların konsentrasiyası Km-ə yaxın və ya bir qədər aşağı olduğundan, substratların konsentrasiyasında cüzi dəyişikliklər reaksiya sürətlərində nisbətən böyük dəyişikliklərə səbəb olur.
Ferment aktivliyinin tənzimlənməsi substratın bağlanma mərkəzlərinə birbaşa təsirlər vasitəsilə həyata keçirilə bilər, məsələn, fermentin substrat analoqları tərəfindən inhibə edilməsi.
Protein təbiətinin inhibitorları fermentin aktiv mərkəzinə sıx şəkildə bağlanır. Məsələn, tripsin inhibitoru 6000 molekulyar çəkisi olan bir zülaldır. O, fermentin aktiv mərkəzinin strukturunu ciddi şəkildə tamamlayıcı olduğu üçün güclü inhibitor təsirə malikdir.
Bununla belə, ferment fəaliyyətinin tənzimlənməsinin allosterik (qeyri-kovalent) növü daha çox yayılmışdır.
Allosterik tənzimləmə 2 və ya daha çox alt bölmədən ibarət olan və birdən çox substrat bağlayan mərkəzə malik olan fermentlər üçün xarakterikdir. Bu fermentlər allosterik effektorlar adlanan müəyyən maddələri bağlaya bilən allosterik mərkəzləri (substrat bağlayan mərkəzlərdən fərqli) ehtiva edir. Effektorun bağlanması fermentativ reaksiyanın sürətini azaldırsa, ona allosterik inhibitor, artırsa, allosterik aktivator deyilir. Müxtəlif metabolitlər, hormonlar və koenzimlər fermentlərin allosterik effektorları kimi çıxış edirlər. Allosterik fermentləri tənzimləmə üsullarından biri "mənfi rəy" və ya "retroinhibisyon" vasitəsilə inhibədir, yəni. reaksiyanın son məhsulu ilə inhibə. Bəzi ferment molekullarında bir neçə allosterik mərkəz var ki, onlardan bəziləri müsbətə, digərləri mənfi təsirlərə xasdır. Fermentlərin allosterik mərkəzləri, aktiv mərkəzlər kimi, yalnız bir spesifik effektoru bağlaya bildikdə, açıq spesifiklik və ya quruluşca oxşar effektorların bağlanması baş verdikdə nisbi spesifiklik nümayiş etdirə bilər.
Allosterik effektorun təsir mexanizmi fermentin katalitik aktivliyinə təsir edən fermentin qurulduğu alt bölmələrin konformasiyasının dəyişməsi ilə bağlıdır.
Allosterik tənzimləmə ətraf mühitdəki müəyyən proseslərə “sürətli reaksiya”nın ən incə və yüksək spesifik mexanizmlərindən biridir və metabolik sistemləri tənzimləmək üçün istifadə olunur. Effektor yalnız bədənin bir və ya bir neçə toxumasında hərəkət edə bilər və ciddi şəkildə müəyyən edilmiş metabolik əlaqə ilə əlaqələndirilə bilər.
Allosterik fermentlər kooperativlik fenomeni ilə xarakterizə olunur. Bu, subunitlərin katalitik mərkəzlərinin avtonom yox, bir-biri ilə əlaqəli şəkildə qarşılıqlı əlaqədə olmasında özünü göstərir. Bu mərkəzlərdən birinin substratı və ya effektoru ilə qarşılıqlı əlaqə digər aktiv mərkəzlərin qarşılıqlı təsir qabiliyyətini artırır (müsbət kooperativlik). Bəzi hallarda bir aktiv sahənin substrata bağlanması digər sahələri bağlamaq qabiliyyətini azaldır (mənfi əməkdaşlıq).
Müsbət kooperativlik dörd 0 2 bağlanma yeri (heme qrupları) olan hemoglobin molekulunun nümunəsindən istifadə etməklə ən yaxşı şəkildə öyrənilmişdir. Bir oksigen molekulunun bir mərkəzlə bağlanması digər bölgələrdə oksigenlə qarşılıqlı əlaqənin artmasına səbəb olur. 0 2 üçün hemoglobinin sonuncu (dördüncü) qrupa yaxınlığı birincidən 100 dəfədən artıqdır. Molekulda oksigen bağlayan bölgələr böyük məsafələrlə ayrıldığından, onlar birbaşa qarşılıqlı təsir göstərə bilmirlər. Aydındır ki, oksigenləşmə zamanı molekulun bütövlükdə uyğunluğu dəyişir, bu da bağlanma yerlərinin yaxınlığının dəyişməsinə səbəb olur.
Əməkdaşlıq həm də fermentlərin fəaliyyətini tənzimləmə üsullarından biridir.
Ferment fəaliyyəti də sözdə nəticəsində dəyişə bilər kovalent (tərcümə sonrası) modifikasiya, molekulun bir hissəsinin ayrıldığı və ya kiçik qrupların fermentə bağlandığı. Hər iki halda ferment molekulunun bu modifikasiyası kovalent bağların qırılmasını və ya formalaşmasını əhatə edir.
Məlumdur ki, mədə-bağırsaq traktının proteolitik fermentləri (pepsin, tripsin, kimotripsin) qeyri-aktiv prekursorlar - profermentlər şəklində sintez olunur. Bu vəziyyətdə fermentlərin fəaliyyətinin tənzimlənməsi ondan ibarətdir ki, xüsusi maddələrin (fermentlərin) təsiri altında aktiv olmayan forma aktivə çevrilir. Məsələn, tripsin mədəaltı vəzidə tripsinogen şəklində sintez olunur, o, nazik bağırsağa daxil olduqdan sonra enterokinaz fermentinin təsiri altında tripsinə çevrilir. Bu vəziyyətdə bir heksapeptid tripsinogendən ayrılır. Tripsin, öz növbəsində, kimotripsinogendə bir peptid bağını pozur, bu da aktiv mərkəzdə struktur dəyişikliklərinə səbəb olur və onu aktiv kimotripsinə çevirir.
Pepsinogenin pepsinin aktiv formasına çevrilməsi peptidin qeyri-aktiv pepsinogen molekulundan ayrılması ilə də əlaqələndirilir. Mədə-bağırsaq traktında həzm prosesinin tənzimlənməsi prosesində proteolitik fermentlərin profermentlər şəklində sintezi mühüm əhəmiyyət kəsb edir.
Mədə-bağırsaq traktında proteolitik fermentlərin fəaliyyətinin tənzimlənməsi yalnız profermentin aktiv fermentə çevrilməsi ilə deyil, həm də fermentlərin təbii inhibitorlara bağlanması ilə baş verir. Mədə və bağırsağın selikli qişasında pepsin və tripsinin təsirini maneə törədən aşağı molekulyar çəki zülalları aşkar edilmişdir. Çox aktiv bir pepsin inhibitoru donuz mədəsindən, bir tripsin inhibitoru isə mədəaltı vəzidən təcrid edilmişdir.
Fəaliyyətinin dəyişməsi ilə fermentin kovalent modifikasiyası yalnız peptid bağlarının qırılması nəticəsində deyil, ferment molekuluna müəyyən bir qrupun bağlanması nəticəsində baş verə bilər. Məsələn, qlikogen sintezinin incə tənzimlənməsində böyük rol oynayan qlikogen sintetaza fermentinin fəaliyyətinin tənzimlənməsi fosforlaşma və fosforlaşma yolu ilə həyata keçirilir.
Protein kinazları ilə fosforlaşma ferment aktivliyinin kovalent modifikasiya ilə tənzimlənməsinin ümumi formasıdır. Çoxlu sayda fermentlərin fəaliyyəti və müvafiq metabolik proseslərin intensivliyi bu fermentlərin fosforilləşmiş və fosforlaşdırılmış formalarının nisbəti ilə müəyyən edilir.
Fermentativ fəaliyyətin tənzimlənməsi, dəyişmiş yaşayış şəraitinə (yeni qida amillərinin, kimyəvi maddələrin yaranması) cavab olaraq mövcud fermentlərin və ya hətta yeni fermentlərin sintezini gücləndirməklə həyata keçirilə bilər.
Xüsusi maddələrə, "induktorlara" və ya "repressorlara" məruz qaldıqda, müvafiq olaraq transkripsiya prosesi başlayır və ya bastırılır. Fermentin biosintezi zamanı həyata keçirilən bu tənzimləmə fermentin konsentrasiyasının dəyişməsinə, hüceyrədə mövcud olan fermentlərin növlərinin və izoferment tərkibinin dəyişməsinə səbəb ola bilər.
Bu tənzimləmə yolu daha yavaşdır, çünki zülal biosintezindəki dəyişikliklərlə əlaqələndirilir. Buna görə də, ferment konsentrasiyasının dəyişdirilməsinin zəruriliyi ilə onun yeni tərkibinin qurulmasına dair siqnal arasında müəyyən bir vaxt keçəcək - bir neçə saatdan bir neçə günə qədər. Nəticədə, fermentin konsentrasiyasını dəyişdirməklə, reaksiya sürətlərinin sürətli tənzimlənməsinə nail olmaq mümkün deyil. Bununla belə, maddələr mübadiləsində sürətli dəyişiklik lazım deyil, metabolik prosesin uzunmüddətli tənzimlənməsi lazım olduğu hallarda bu yol əhəmiyyətli olur.
Məsələn, qlükoneogenezi stimullaşdırmaq lazım olan hallarda qlükoza-6-fosfataz, fruktoza-1,6-bifosfataza və fosfoenolpiruvat karboksilaza kimi fermentlərin konsentrasiyası artır. Bu fermentlərin artan miqdarına ehtiyac, birbaşa dövrün fizioloji cəhətdən geri dönməz mərhələlərini aşan reaksiyaları kataliz etmələri ilə əlaqədardır.
Müəyyən edilmişdir ki, heyvanlarda metabolik asidoz zamanı qlutaminazanın sintezi artır. Bu, ammiak ilə bədəndə yığılan turşu məhsulları zərərsizləşdirmək ehtiyacı ilə bağlıdır.
Ədəbiyyatdakı sübutlar fermentin induksiyası və ya repressiyasının pəhriz faktorlarından qaynaqlana biləcəyini göstərir.
Əvvəllər 5 gün oruc tutan siçovullara qlükoza verilməsi qlükokinaza aktivliyinin kəskin artmasına səbəb olub. Puromisin və ya aktimisin D inyeksiyası bu aktivləşməni yatırdığından, ferment aktivliyinin artmasının səbəbinin onun sintezinin artması ilə bağlı olduğu qənaətinə gəldik (puromisin zülal sintezini, aktinomisin isə mRNT sintezini maneə törədir).
Karbamid dövrü fermentlərinin fəaliyyəti ilə pəhrizdəki zülalın miqdarı arasında əlaqə yaxşı məlumdur. Pəhrizdə protein tərkibinin artması bu fermentlərin aktivliyinin artması ilə müşayiət olunur və bu artım karbamid sintezinin intensivliyi ilə mütənasibdir. Enzimatik molekulların kinetik xassələrində heç bir dəyişiklik və ya hər hansı bir inhibitor və ya aktivatorun mövcudluğu müşahidə edilməmişdir ki, bu da aktivliyin artmasının müvafiq fermentlərin sintezinin artması ilə əlaqəli olduğu qənaətinə gəlməyə səbəb olmuşdur.
Patologiyada fermentlərin induksiyası böyük əhəmiyyət kəsb edir. Fermentlərin induksiyası tez-tez orqanizmdə patoloji vəziyyətlər olduqda qoruyucu proseslərin inkişafı ilə əlaqələndirilir. Eyni zamanda, nəzərə almaq lazımdır ki, bəzi hallarda xarici mühit şəraitinin dəyişməsinə cavab olaraq fermentlərin sintezinin artması patoloji prosesin inkişafına səbəb ola bilər.
Bəzi hallarda dərman və ya digər yad maddələr orqanizmə daxil olduqda, ferment induksiyası da baş verir. Bununla belə, bu, həmişə bədənin yeni bir maddəyə uyğunlaşmasına kömək etmir və həmişə bədənin həyatı üçün daha əlverişli şərait təmin etmir, çünki fermentativ çevrilmə məhsulu orijinal maddədən daha zəhərli ola bilər. Bu vəziyyətdə təsir mənfi olacaq.
Müəyyən edilmişdir ki, bir çox dərman maddələri fermentlərin - barbituratlar, uçucu anesteziklər, hipoqlikemik maddələr, analjeziklər, insektisidlər və s. əmələ gəlmə qabiliyyətinə malikdir. Bu fenomen bəzi dərman maddələrinə tez-tez müşahidə olunan asılılığı onların uzunmüddətli istifadəsi ilə izah edə bilər. .
Məsələn, fenilbutazonu itlərə eksperimental olaraq tətbiq edərkən, qanda onun tərkibi artdı və intoksikasiya fenomeni müşahidə edildi. Bu dərmanın təkrar tətbiqi artıq onun qan səviyyələrində belə bir aydın artıma səbəb olmadı və zəhərli təsir göstərmədi.
Farmakoloji maddələrlə ferment induksiyası çox vaxt yüksək spesifik deyil. Yalnız bu maddənin - induktorun deyil, bəzi digər dərman maddələrinin də çevrilməsinə kömək edən fermentlər tez-tez əmələ gəlir. Məsələn, pentabarbituratın bədənə daxil olması təkcə bu maddənin metabolizmasının artmasına gətirib çıxarır, həm də hexabarbituratın və hətta barbituratlar qrupuna aid olmayan maddələrin oksidləşməsinin artmasına səbəb olur.
Orqanizmdə dərman maddələrinin mübadiləsindən danışarkən nəzərə almaq lazımdır ki, bu, təkcə fermentlərin induksiyası ilə deyil, həm də fermentlərin allosterik və kovalent modifikasiyası yolu ilə həyata keçirilə bilər.
Fermentlərin klinik diaqnostikasının prinsipləri
1. Tənzimləmə qabiliyyəti fermentləri əhəmiyyətli edirəhəmiyyətli iştirakçılar və orijinal təşkilatçılarinsan orqanizmindəki hüceyrə prosesləri. Hüceyrədə fermentativ reaksiyaların sürətinin tənzimlənməsi təkcə metabolik yolların idarə edilməsi və koordinasiyası üçün deyil, həm də hüceyrənin böyüməsi və inkişafı, eləcə də ətraf mühitin dəyişmələrinə reaksiyasının əsas mexanizmidir.
2. Enzimatik reaksiyaların sürətinə nəzarət etməyin iki əsas yolu var:
— Fermentin miqdarına nəzarət.
Hüceyrədə fermentin miqdarı müəyyən edilir onun sintezi və parçalanma sürətlərinin nisbəti. Enzimatik reaksiyanın sürətini tənzimləmək üçün bu üsul ferment fəaliyyətini tənzimləyəndən (demək olar ki, ani cavab) daha yavaş bir prosesdir (bir neçə saatdan sonra görünür).
— Ferment aktivliyinə nəzarət.
Ferment fəaliyyəti müəyyən ilə qarşılıqlı əlaqə ilə tənzimlənə bilər aktiv mərkəzin konformasiyasını dəyişən maddələr.
3. Metabolik yolların sürətini tənzimləyən fermentlər:
— adətən metabolik yolların erkən mərhələlərində, metabolik yolların əsas qollarının yerləşdiyi yerlərdə hərəkət edir;
- ən yavaş gedən hüceyrə şəraitində praktiki olaraq geri dönməz reaksiyaları katalizləyin (əsas olanlar).
Nümunə 1. Əlaqənin tənzimlənməsi:çoxmərhələli metabolik yollarda son məhsul prosesin tənzimləyici (əsas) fermentini maneə törədir.
A maddəsini Z maddəsinə çevirmək üçün ardıcıl yoldakı birinci ferment (Ej) adətən bu metabolik yolun son məhsulu tərəfindən inhibə edilir.
Əsas ferment aktivliyində dəyişiklik E 1-də Z maddəsinin bağlanmasından sonra konformasiyanın dəyişməsi nəticəsində baş verir allosterikskom mərkəzi- aktiv mərkəzdən uzaq ərazi. FermentE 1 allosterik.
Əks əlaqənin tənzimlənməsi nisbətən tez baş verir və çox vaxt dəyişən şərtlərə hüceyrənin ilk reaksiyasıdır.
Digər tərəfdən, ferment E x maddənin konsentrasiyası azaldıqda aktiv olacaqZ.
4. Hüceyrədə fermentlərin katalitik fəaliyyətinin tənzimlənməsinin əsas növləri və onların aktivləşməsi zamanı fermentlərdə baş verən struktur dəyişiklikləri cədvəldə verilmişdir. 2.3.
5. Enzim sintezinin pozulmasına səbəb ola bilərenzimopatiyalar, metabolik yolda bir fermentin olmaması son məhsulun formalaşmasının pozulmasına səbəb ola bilər. Metabolik yolların qarşılıqlı asılılığı səbəbindən bir fermentdə bir qüsur tez-tez bir sıra metabolik pozğunluqlara səbəb olur:
.jpg)
Artıq yığılmış substratın qeyri-adi və tez-tez zəhərli Bj maddəsinin əmələ gəlməsi ilə yan metabolik yola keçə bilməsi ehtimalı var.
6. Aşağıdakı bölmələr öyrənilərkən enzimopatiyaların fərdi nümunələri (disaxaridozlar, qlikogenozlar, aqlikogenozlar, fenilpirovik oliqofreniyalar) nəzərə alınacaqdır.
