Fermentlar

Tanadagi metabolizmni tashqaridan keladigan birikmalar sodir bo'ladigan barcha kimyoviy o'zgarishlar yig'indisi sifatida aniqlash mumkin. Ushbu transformatsiyalar kimyoviy reaktsiyalarning barcha ma'lum turlarini o'z ichiga oladi: funktsional guruhlarning molekulalararo ko'chishi, kimyoviy bog'larning gidrolitik va gidrolitik bo'lmagan parchalanishi, molekula ichidagi qayta joylashish, kimyoviy bog'lanishlarning yangi hosil bo'lishi va oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari. Bunday reaktsiyalar organizmda faqat katalizatorlar ishtirokida juda yuqori tezlikda sodir bo'ladi. Barcha biologik katalizatorlar oqsil tabiatining moddalari bo'lib, fermentlar (bundan buyon matnda F) yoki fermentlar (E) deb ataladi.

Fermentlar reaksiyalarning tarkibiy qismlari emas, balki faqat to'g'ridan-to'g'ri va teskari konversiya tezligini oshirish orqali muvozanatga erishishni tezlashtiradi. Reaksiyaning tezlashishi tizimning bir holatini (boshlang'ich kimyoviy birikma) boshqasidan (reaktsiya mahsuloti) ajratib turuvchi energiya to'sig'i - aktivizatsiya energiyasining pasayishi tufayli sodir bo'ladi.

Fermentlar organizmdagi turli reaksiyalarni tezlashtiradi. Shunday qilib, an'anaviy kimyo nuqtai nazaridan juda oddiy, karbonat kislotadan suvni CO 2 hosil bo'lishi bilan yo'q qilish reaktsiyasi fermentning ishtirokini talab qiladi, chunki u holda, u qon pH ni tartibga solish uchun juda sekin davom etadi. Organizmdagi fermentlarning katalitik ta'siri tufayli katalizatorsiz yuzlab va minglab marta sekinroq bo'ladigan reaksiyalar sodir bo'lishi mumkin bo'ladi.

Fermentlarning xossalari

1. Kimyoviy reaksiya tezligiga ta'siri: fermentlar kimyoviy reaksiya tezligini oshiradi, lekin o'zlari iste'mol qilinmaydi.

Reaksiya tezligi - bu reaksiya komponentlari konsentratsiyasining vaqt birligidagi o'zgarishi. Agar u oldinga yo'nalishda ketsa, u reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasiga proportsional bo'ladi, agar teskari yo'nalishda bo'lsa, u holda reaktsiya mahsulotlarining konsentratsiyasiga proportsionaldir. To'g'ri va teskari reaktsiyalar tezligining nisbati muvozanat konstantasi deb ataladi. Fermentlar muvozanat konstantasining qiymatini o'zgartira olmaydi, lekin muvozanat holati fermentlar ishtirokida tezroq sodir bo'ladi.

2. Ferment ta'sirining o'ziga xosligi. Tananing hujayralarida 2-3 ming reaksiya sodir bo'lib, ularning har biri ma'lum bir ferment tomonidan katalizlanadi. Ferment ta'sirining o'ziga xosligi - bu boshqa reaktsiyalarning tezligiga ta'sir qilmasdan, hatto juda o'xshash reaktsiyalarning tezligini tezlashtirish qobiliyatidir.

Lar bor:

Mutlaq- F faqat bitta o'ziga xos reaktsiyani katalizlaganda (arginaza - argininning bo'linishi)

Qarindosh(maxsus guruh) - F ma'lum bir sinf reaktsiyalarini (masalan, gidrolitik bo'linish) yoki ma'lum bir sinf moddalari ishtirokidagi reaktsiyalarni katalizlaydi.

Fermentlarning o'ziga xosligi ularning noyob aminokislotalar ketma-ketligi bilan bog'liq bo'lib, bu reaktsiya komponentlari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi faol markazning konformatsiyasini belgilaydi.

Kimyoviy o'zgarishi ferment tomonidan katalizlanadigan modda deyiladi substrat (S) .

3. Ferment faolligi - reaksiya tezligini turli darajada tezlashtirish qobiliyati. Faoliyat quyidagicha ifodalanadi:

1) Xalqaro faollik birliklari - (IU) 1 mkM substratning 1 daqiqada aylanishini katalizlovchi ferment miqdori.

2) Katalax (kat) - 1 sekundda 1 mol substratni aylantirishga qodir katalizator (ferment) miqdori.

3) Maxsus faollik - sinov namunasidagi faollik birliklarining soni (yuqorida aytilganlarning har biri) ushbu namunadagi oqsilning umumiy massasiga.

4) Kamroq qo'llaniladigan molyar faollik - daqiqada bitta ferment molekulasi tomonidan aylantirilgan substrat molekulalari soni.

Faoliyat birinchi navbatda bog'liq harorat bo'yicha . U yoki bu ferment o'zining eng katta faolligini optimal haroratda namoyon qiladi. Tirik organizm uchun bu qiymat hayvon turiga qarab +37,0 - +39,0 °C oralig'ida bo'ladi. Haroratning pasayishi bilan Braun harakati sekinlashadi, diffuziya tezligi pasayadi va natijada ferment va reaktsiya komponentlari (substratlar) o'rtasida kompleks hosil bo'lish jarayoni sekinlashadi. Agar harorat +40 - +50 ° C dan oshsa, oqsil bo'lgan ferment molekulasi denaturatsiya jarayoniga uchraydi. Bunda kimyoviy reaksiya tezligi sezilarli darajada pasayadi (4.3.1-rasm).

Ferment faolligi ham bog'liq atrof-muhitning pH . Ularning ko'pchiligi uchun ularning faolligi maksimal bo'lgan ma'lum bir optimal pH qiymati mavjud. Hujayra yuzlab fermentlarni o'z ichiga olganligi va ularning har biri o'z pH chegaralariga ega bo'lganligi sababli, pH o'zgarishi fermentativ faollikni tartibga solishning muhim omillaridan biridir. Shunday qilib, pH qiymati 7,0 - 7,2 oralig'ida bo'lgan ma'lum bir ferment ishtirokidagi bitta kimyoviy reaktsiya natijasida kislota bo'lgan mahsulot hosil bo'ladi. Bunday holda, pH qiymati 5,5 - 6,0 mintaqasiga o'tadi. Fermentning faolligi keskin pasayadi, mahsulot hosil bo'lish tezligi sekinlashadi, lekin shu bilan birga boshqa ferment faollashadi, bu pH qiymatlari optimal hisoblanadi va birinchi reaktsiya mahsuloti keyingi kimyoviy transformatsiyaga uchraydi. (Pepsin va tripsin haqida yana bir misol).

1. reaksiyaning erkin energiyasini o'zgartirish

2. teskari reaktsiyani inhibe qilish

3. reaksiyaning muvozanat konstantasini o‘zgartiring

4. oraliq reaktsiyalar uchun faollashtirish energiyasining past qiymatlari bilan reaksiyani aylanma yo'l bo'ylab yo'naltiring

102. Ferment molekulasining konformatsiyasi o'zgarishi mumkin:

2. faqat pH o'zgarganda

103. Fermentning funksional guruhlarining ionlanish darajasining o‘zgarishi quyidagi hollarda yuz beradi:

1. faqat harorat o'zgarganda

2. faqat pH o'zgarganda

3. faqat ikkala shart o'zgarganda

4. hech qanday o'zgarishlar bilan yuzaga kelmaydi

104. Peptid bog'larning gidrolizi quyidagi hollarda sodir bo'ladi:

1. faqat harorat o'zgarganda

2. faqat pH o'zgarganda

3. ikkala shart ham o‘zgarganda

4. harorat va pH ning hech qanday o'zgarishi ostida sodir bo'lmaydi

105. Ferment molekulasidagi kuchsiz bog'lanishlarning buzilishi quyidagi hollarda yuz beradi:

2. faqat pH o'zgarganda

3. ikkala shart ham o‘zgarganda

4. hech qanday o'zgarishlar bilan yuzaga kelmaydi

106 Pepsin pH qiymatlarida optimal faollikni namoyish etadi:

1. 1,5-2,5

107. Ko'pgina fermentlarning ishlashi uchun optimal pH:

1. pH< 4,0

3. 6,0 < pH < 8,0

108. Quyidagi gaplardan to‘g‘rilarini tanlang.

1. barcha fermentlar maksimal faollikni pH = 7 da namoyon qiladi

2. ko'pchilik fermentlar neytralga yaqin pHda maksimal faollikni namoyon qiladi

3. pepsin pH = 1,5-2,5 da maksimal faollikni namoyon qiladi

109. Michaelis-Menten tenglamasidan foydalanib, siz:

4. kimyoviy reaksiya jarayonida erkin energiyaning o'zgarishi

V = V max x [S] / K m + [S]

1. kimyoviy reaksiyaning aktivlanish energiyasi

2. ferment katalizlangan reaksiya tezligi

3. kimyoviy reaksiyaning energiya to'sig'i

111. To‘g‘ri javoblarni tanlang: Mikaelis doimiysi (K m) quyidagicha:

2. Izofermentlar uchun turli ma'nolarga ega bo'lishi mumkin

3. Barcha ferment molekulalari ES shaklida bo'lgan qiymat

4. Uning qiymati qanchalik katta bo'lsa, fermentning substratga yaqinligi shunchalik yuqori bo'ladi

112. To‘g‘ri javoblarni tanlang: Michaelis doimiysi (K m) bu:

1. Ferment reaksiyasi kinetikasi parametri

2. Barcha ferment molekulalari ES shaklida bo'lgan qiymat

3. Uning qiymati qanchalik katta bo'lsa, fermentning substratga yaqinligi shunchalik yuqori bo'ladi

4. Maksimal reaksiya tezligining yarmiga (V max) erishiladigan substrat konsentratsiyasi

113. Allosterik fermentlarning tuzilishi va faoliyatining xususiyatlarini ayting?

3. ligandlar bilan oʻzaro taʼsirlashganda subbirliklarning konformatsiyasida kooperativ oʻzgarish kuzatiladi.

4. ligandlar bilan oʻzaro taʼsirlashganda subbirliklarning konformatsiyasida kooperativ oʻzgarish kuzatiladi.

114. Allosterik fermentlarning tuzilishi va faoliyatining xususiyatlarini ayting?

1. qoida tariqasida, ular oligomer oqsillardir

2. qoida tariqasida, ular oligomerik oqsillar emas

3. molekulaning protomerlarga ajralishi jarayonida tartibga soluvchi xususiyatlarni namoyon qiladi

4. ligandlar bilan oʻzaro taʼsirlashganda subbirliklarning konformatsiyasida kooperativ oʻzgarish kuzatiladi.

Fermentlar. Enzimatik reaksiyalarning kinetikasi

Biokimyoviy reaktsiyalar faqat fermentlar, ya'ni katalizatorlar ishtirokida sodir bo'ladi, ular tarkibida va tuzilishida oqsillardir. Noorganik va organik kimyo kursidan katalitik ta'sir ko'rsatadigan moddalar ma'lum. Katalizatorlar deb ataladigan bunday moddalar moddalarning barcha sinflarida mavjud - oddiy moddalar (ham metallar, ham metall bo'lmaganlar), kislotalar, asoslar, oksidlar, tuzlar. Katalizatorlar, ayniqsa, organik kimyoda keng qo'llaniladi, chunki organik moddalar nisbatan past reaktivlik bilan ajralib turadi. Kimyoning yangi bosqichiga - biokimyoga o'tsak, biz katalizatorlarning yangi sinfiga - fermentlarga duch kelamiz. Protein molekulalari tuzilishining cheksiz xilma-xilligi tabiatda sodir bo'ladigan barcha biokimyoviy jarayonlar uchun katalizator sifatida mos keladigan maxsus oqsillarning biosintezi uchun zaruriy shart bo'lib chiqadi.

Enzimatik kataliz barcha katalitik jarayonlarning xarakterli xususiyatlariga ega, ammo printsipial jihatdan muhim farqlar ham topiladi. Umumiy shakllar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Fermentlar reaksiya tezligini oshiradi, lekin kimyoviy muvozanatni o'zgartirmaydi;

Fermentlar ma'lum sharoitlarda o'z-o'zidan sodir bo'lishi mumkin bo'lgan reaktsiyalarni tezlashtiradi;

O'z-o'zidan bo'lmagan reaktsiyalar bilan birgalikda fermentlar ishtirokida ham sodir bo'ladi.

Enzimatik reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalarning (substrat va ferment) harorati va kontsentratsiyasiga bog'liq.

Enzimatik reaktsiyalarning o'ziga xos xususiyatlari quyidagilardan iborat:

Fermentlar an'anaviy katalizatorlarga qaraganda yuqori substrat selektivligi bilan ajralib turadi. Ko'pincha ferment faqat bitta biokimyoviy reaktsiyani yoki tegishli reaktsiyalarning juda tor guruhini tezlashtiradi;

Fermentlar stereospesifik tarzda harakat qilib, mumkin bo'lgan fazoviy izomerlardan faqat bittasining sintezini tezlashtiradi.

Fermentlar cheklangan harorat oralig'ida faollikni namoyon qiladi - ma'lum bir oqsilning denatürasyon haroratidan past;

Fermentning faolligi muhitning pH ga bog'liq; Har bir ferment faolligi maksimal bo'lgan optimal pH qiymatiga ega.

Ko'pgina fermentlar faqat kofermentlar - past molekulyar og'irlikdagi molekulalar va ionlar tomonidan faollashtirilganda harakat qiladi.

Fermentlar hujayra membranalarida eritilishi yoki ko'milishi mumkin.

Ferment faolligi reaksiya mahsulotining kontsentratsiyasiga bog'liq bo'lishi mumkin.

Fermentlar hujayralarda juda past konsentratsiyalarda mavjud. Ularni to'qima ekstrakti yoki suyuqliklarida aniqlash qiyin ishdir. Shuning uchun fermentlarning katalitik faolligini aniqlash uchun maxsus yondashuvlar ishlab chiqilgan. Mavjud ferment ta'sirida sodir bo'ladigan reaktsiya tezligi o'lchanadi. Natija ferment faolligi birliklarida ifodalanadi. Keyin turli ekstraktlardagi fermentlarning nisbiy miqdori solishtiriladi. Faoliyat birliklari iste'mol qilingan substrat yoki vaqt birligida (daqiqada) hosil bo'lgan mahsulotning mkmol (10-6), nmol (10-9) yoki pmol (10-12) da ifodalanadi. Xalqaro faoliyat birliklari U, nU va pU bilan belgilanadi.

Kimyoviy reaksiyalar tezligi nazariyasining asosiy tamoyillari fermentativ katalizga taalluqlidir. Reaksiya sodir bo'lishi uchun ferment molekulalari (F, E, Enz belgilari topiladi) va bog'lanish hosil qilish uchun etarli bo'lgan substrat (S) yaqinlashishi (to'qnashuvi) zarur. To'qnashuv samarali (faol) bo'lishi uchun molekulalar energiya to'sig'ini yengib o'tish uchun etarli energiyaga ega bo'lishi kerak. Ma'lumki, bu to'siq aktivizatsiya energiyasi deb ataladi. Enzimatik reaksiyaning ma'lum bosqichlarida ferment 1:1 molyar nisbatda reaksiyaga kirishuvchi oddiy reaktiv sifatida ishlaydi. Enzimatik jarayonlar ko'pincha maxsus diagrammalar bilan ifodalanadi. Masalan, guruh o'tkazish reaktsiyasi

A–B + D A–D + B

ferment ishtirokida quyidagicha tasvirlangan:

A–B Enz A–D

Enzimatik reaksiya diagrammasini yozishning yana bir misoli sifatida izomerlanish reaksiyasini olaylik

S  iso-S

Ferment ishtirokida reaksiya quyidagicha yoziladi:

S Enz iso-S

O'qlar siklik jarayonning rasmini yaratadi, unda S substrat molekulalari ishtirok etadi va ko'pincha P bilan belgilangan mahsulot molekulalari chiqariladi.

Ferment yuzlab aminokislotalar qoldiqlari va minglab atomlardan tashkil topgan murakkab molekuladir. Substrat bilan bog'lanishda bunday molekuladagi atomlarning faqat kichik guruhi ishtirok etishi mumkin. Bu guruh faol markaz deb ataladi. E. Fisher kalit va qulf o'rtasidagi yozishmalar sifatida Enz-S shovqin modelini taklif qildi. Faqatgina bunday yozishmalar mavjud bo'lganda, substratning o'zgarishi mumkin. Ferment ta'sirining selektivligi aniq bo'ladi. Bu model o'z ahamiyatini yo'qotmagan, ammo keyinchalik ferment molekulasining egiluvchanligini hisobga oladigan induktsiyalangan moslik modeli (Koshland) taklif qilingan. Ferment va substrat molekulalari bir-biriga yaqinlashganda, fermentda konformatsion o'zgarishlar sodir bo'lib, reaktsiya markaziga yakuniy konfiguratsiyani beradi. Substratga o'xshash molekulalar fermentda konformatsion o'zgarishlarni ham keltirib chiqarishi mumkin, ammo bu holda konformatsiyalardagi farqlar paydo bo'ladi, unda ishlaydigan faol markaz paydo bo'lmaydi.

Haroratning ta'siri

Protein denaturatsiyasi boshlanishidan oldin cheklangan harorat oralig'ida Arrhenius tenglamasi bilan ifodalangan odatiy qonunga bo'ysunib, fermentativ reaktsiya tezligi oshadi. Ko'pgina fermentativ reaktsiyalar harorat tezligi koeffitsienti Q10 ikkiga yaqinligi bilan tavsiflanadi. Bu 37 da E a = 55 kJ/mol aktivlanish energiyasiga mos keladi.

Protein denaturatsiyasi haroratiga yaqinlashganda, tezlikning ortishi sekinlashadi, keyin maksimal tezlikka erishiladi va keyin tezlikning keskin pasayishi boshlanadi, chunki katalizga qodir ferment molekulalari yo'qoladi. Katalitik reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi 1-rasmda keltirilgan.

PH ga bog'liqlik

PH o'zgarganda, proton almashinuvining muvozanati va shunga mos ravishda ferment molekulalarida, shuningdek, ko'pincha substrat molekulalarida zaryadlar o'zgaradi. Past pH qiymatlarida ferment protonlanadi va musbat zaryad oladi. Yuqori darajada, u deprotonatsiya qilinadi va manfiy zaryad oladi. Bu fermentativ reaktsiyalar tezligiga ta'sir qiladi. Agar ma'lum bir zaryad qiymatiga ega bo'lgan ferment molekulasi shakllaridan faqat bittasi faollik ko'rsatsa, u holda uning kontsentratsiyasi ma'lum bir pH qiymati Mda maksimal darajadan o'tadi va faollik pH M 1 ichida o'zini namoyon qiladi. Faoliyatning pH ga bog'liqligi shaklda ko'rsatilgan. 2.

Har bir ferment uchun eng katta faollik yuzaga keladigan optimal pH qiymati mavjud. Optimal qiymatdan pH ning katta og'ishlari bilan fermentning denatüratsiyasi sodir bo'lishi mumkin.

Konsentratsiyalarga bog'liqlik

Matematik shaklda tezlikning konsentratsiyaga bog'liqligi kinetik tenglama shaklida ifodalanadi. Enzimatik reaksiya tezligi substrat konsentratsiyasiga ham, ferment konsentratsiyasiga ham bog'liq, boshqa narsalar teng (T, pH). Shuni hisobga olish kerakki, ferment yuqori molekulyar moddadir va uning konsentratsiyasi substrat konsentratsiyasidan bir necha baravar kam. Eritmada substrat bo'lsin M r = 100 va ferment c M r = 100000. Har ikkala reaktivning massa konsentratsiyasi 1 mg/l. Ularning molyar konsentratsiyasi quyidagicha bo'ladi:

s(S) = 110 –5 mol/l, s(E) = 110 –8 mol/l

Substratning 1000 molekulasiga bitta molekula ferment to'g'ri keladi. Haqiqiy nisbat sezilarli darajada yuqori bo'lishi mumkin. Bu fermentativ kinetikada kinetik tenglamalar shaklini aniqlaydi.

Enzimatik reaksiyalar kinetikasining o'ziga xos xususiyati shundaki, tezlik past konsentratsiyalarda substrat konsentratsiyasiga mutanosib bo'lib, yuqori konsentratsiyalarda konsentratsiyadan mustaqil bo'ladi. Ushbu eksperimental natijalar rasmda egri chiziq bilan tasvirlangan. 3.

Ushbu bog'liqlikni tushuntirish uchun ikki bosqichli reaktsiya sxemasi taklif qilindi. Boshida qaytar reaksiya natijasida ferment-substrat kompleksi S hosil boʻladi … E, unda substrat molekulasi aylanadi. Ikkinchi bosqichda o`zgargan substrat molekulasi bilan ferment orasidagi bog` uzilib, erkin mahsulot molekulasi P paydo bo`ladi.Har bir transformatsiya o`ziga xos tezlik konstantasi bilan tavsiflanadi.

k 1 k 2

S + E S .... E  E + P

Bunday mexanizmga ega bo'lgan jarayon uchun L. Michaelis va Menten tezlikning S konsentratsiyasiga bog'liqligi tenglamasini ishlab chiqdilar, bu tenglama Michaelis-Menten tenglamasi deb ataladi.

Yakuniy mahsulot va ferment-substrat kompleksini hosil qilishning kinetik tenglamalarini yozamiz:

v =
= k 2 c(SE) (1)

= k 1 c(S) c(E)  k  1 c(SE)  k 2 c(SE) (2)

Fermentning umumiy (boshlang'ich) kontsentratsiyasi yuqorida aytib o'tilganidek, har doim substrat konsentratsiyasidan ancha past bo'ladi. Reaksiya jarayonida erkin ferment kontsentratsiyasi c E) kompleks hosil bo’lishi tufayli kamayadi

c(E) = c o(E)  c(SE) (3)

Stabil holatda kompleks kontsentratsiyasi doimiy bo'lib qoladi:

= 0

Ushbu shartdan biz olamiz

k 1 c(S) c(E)  k  1 c(SE)  k 2 c(SE) = 0 (4)

(3) ifodani (4) ga almashtiring

k 1 c(S)[ c o(E)  c(SE)]  k  1 c(SE)  k 2 c(SE) = 0 (5)

(5) tenglamada kvadrat qavslarni ochamiz va uni SE ferment-substrat kompleksining konsentratsiyasini topish uchun aylantiramiz:

Hisob va maxrajni bo'lish k 1, olamiz

(6)

Tenglamaning maxrajidagi doimiylardan tashkil topgan ifoda deyiladi Michaelis doimiyK M :

(7)

Olingan ifodani tenglamaga almashtiramiz. 1:

(8)

Natijada ur. 8 - Michaelis-Menten tenglamasini yozish shakllaridan biri. Keling, ushbu tenglamani tahlil qilaylik. Ko'pgina fermentativ reaktsiyalarda ikkinchi bosqich doimiysi k 2 sezilarli darajada kamroq shakllanish konstantalari k 1 va qulash k-1 ferment-substrat kompleksi. Bunday hollarda Mixaelis konstantasi kompleksning dastlabki molekulalarga parchalanishining muvozanat konstantasiga taxminan teng bo'ladi:

Yuqori substrat konsentratsiyasida, qachon c(S) K M , doimiy K M e'tibordan chetda qolishi mumkin, keyin esa c(S) tenglamada. 8 kamayadi; bu holda tezlik maksimal qiymatni oladi:

v maksimal = k 2 c o (E) (9)

Maksimal tezlik ferment kontsentratsiyasiga bog'liq va substrat kontsentratsiyasiga bog'liq emas. Demak, reaksiya substratga nisbatan nol tartibda boradi.

Past substrat konsentratsiyasida, qachon c(S) K M, reaksiya substratga nisbatan birinchi tartibda boradi:

v =

Shunday qilib, substrat konsentratsiyasining ortishi bilan reaksiya tartibi birinchidan (4-rasmdagi I mintaqa) nolga (III hudud) o'zgaradi.

1/2v maks

Michaelis-Menten tenglamasini maksimal tezlik yordamida yozish mumkin:

(10)

Tenglamaning bu shakli ferment kontsentratsiyasi noma'lum bo'lgan tajriba natijalarini taqdim etish uchun qulaydir.

Agar reaksiya tezligi maksimal tezlikning yarmi bo'lsa, u holda tenglamadan. 10 shundan kelib chiqadiki, Michaelis doimiysi mos keladigan substrat konsentratsiyasiga teng (4-rasm):

, qayerda K M = c"(S)

Maykl konstantasini grafik usulda aniqroq aniqlash uchun tenglamani o'zgartiring. 10 o'zgaruvchilarning teskari qiymatlari orqali. Tenglamada pay va maxrajni almashtiramiz. 10:

yoki

Michaelis-Menten tenglamasining o'zaro koordinatalarda grafik tasviri 1/ v – 1/c(S) Lineweaver-Burk uchastkasi deb ataladi (5-rasm). Bu 1/ o'qida kesishgan to'g'ri chiziqning grafigi. v maksimal tezlikning teskari qiymatiga teng segment. To'g'ri chiziqning gorizontal o'qni kesib o'tguncha manfiy maydonga davom etishi mutlaq qiymati 1/ bo'lgan segmentni beradi. K M. Shunday qilib, 1/ parametrlarining teskari qiymatlari grafikdan aniqlanadi v maksimal va 1/ K M, keyin esa parametrlarning o'zlari.

Ta'siri urga qat'iy bo'ysunmaydigan fermentlar mavjud. Michaelisa-Menten. Yuqori substrat konsentratsiyasida maksimal tezlikka erishiladi, lekin past konsentratsiyada qaramlik grafigi v– S sigmasimon shakl deb ataladigan shaklni oladi. Bu shuni anglatadiki, dastlab tezlik tezlanish bilan ortadi (egri chiziqning qavariqligi pastga yo'naltirilgan, 6-rasmga qarang), so'ngra burilish nuqtasidan keyin tezlik sekinlashuv bilan ortadi va maksimal tezlikka yaqinlashadi. Bu fermentda bir nechta bog'lanish joylari mavjudligida substratning kooperativ ta'siri bilan izohlanadi. Bir S molekulasining bog'lanishi ikkinchi molekulaning boshqa joyda bog'lanishiga yordam beradi.

Fermentlar hayvon va o'simlik organizmlarida kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtiradigan yuqori darajada maxsus oqsil katalizatorlaridir. Tirik materiyadagi deyarli barcha kimyoviy o'zgarishlar fermentlar yordamida amalga oshiriladi. Aytishimiz mumkinki, fermentlar tirik organizmlardagi biokimyoviy jarayonlarning harakatlantiruvchi kuchidir.

Fermentlar tabiati va maqsadiga qarab atrof-muhitga chiqarilishi yoki hujayra ichida saqlanishi mumkin. Ular tanadan chiqarilgandan keyin ham katalitik qobiliyatini yo'qotmaydi (lekin hujayralar tashqarisida fermentlar faqat moddalarni parchalaydi). Bu ularni oziq-ovqat, engil va tibbiyot sanoati, qishloq xo'jaligi va xalq xo'jaligining boshqa tarmoqlarida qo'llash uchun asosdir.

Akademik I.P.Pavlov shunday deb yozgan edi: “Fermentlar, aytganda, hayot faoliyatining birinchi aktidir. Tanadagi barcha kimyoviy jarayonlar ushbu moddalar tomonidan boshqariladi, ular barcha kimyoviy o'zgarishlarning qo'zg'atuvchisi hisoblanadi. Bu moddalarning barchasi juda katta rol o'ynaydi, ular hayotning o'zini namoyon qilish jarayonlarini belgilaydi, ular to'liq ma'noda hayotning qo'zg'atuvchisidir.

Barcha fermentativ reaktsiyalar oson va tez sodir bo'ladi. Organizmda katalizlangan fermentativ reaktsiyalar qo'shimcha mahsulotlar hosil bo'lishi bilan birga bo'lmaydi, sun'iy katalizatorlar yordamida olib boriladigan organik reaktsiyalarda esa har doim kamida bitta yoki bir nechta shunday mahsulotlar hosil bo'ladi.

Tirik organizmlarda fermentlar tartiblangan holatda bo'ladi. Hujayraning individual strukturaviy shakllanishida fermentativ reaktsiyalar qat'iy belgilangan tartibda sodir bo'ladi. Bir-biri bilan aniq muvofiqlashtirilgan holda, individual reaktsiya davrlari hujayralar, organlar, to'qimalar va umuman tananing hayotiy faoliyatini ta'minlaydi. Hujayraning alohida qismlarida qat'iy belgilangan biokimyoviy jarayonlar sodir bo'ladi.

Fermentlar tirik organizmlarda hal qiluvchi rol o'ynasa-da, ular oziq-ovqat va boshqa ko'plab sanoat mahsulotlarini ishlab chiqarishda, shuningdek, qishloq xo'jaligida muhim rol o'ynaydi. Ishlab chiqarish etil spirti, pivo, sharob, choy, non, fermentlangan sut va fermentlar ta'siriga asoslangan boshqa ko'plab mahsulotlar . Fermentlar ishtirok etadi pishib etish va haddan tashqari pishish meva va sabzavotlar, pishishi va buzilishi go'sht va baliq, saqlash don, un, don va boshqa mahsulotlar .

Ba'zi hollarda oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash jarayonida fermentlarning mavjudligi istalmagan bo'lishi mumkin. Bunga polifenoloksidaza fermenti ta'sirida meva va sabzavotlarning fermentativ qorayishi yoki don urug'ida mavjud bo'lgan lipaz va lipoksidaza fermentlarining ta'siri natijasida un yog'larining achchiqlanish reaktsiyasi misol bo'la oladi. .

Hozirgi vaqtda biologik ob'ektlardan 3500 ga yaqin fermentlar ajratilgan va bir necha yuz fermentlar o'rganilgan. Tirik hujayra 1000 dan ortiq turli fermentlarni o'z ichiga olishi mumkin, deb ishoniladi. Har bir ferment odatda faqat bitta turdagi kimyoviy reaksiyani katalizlaydi. Ferment faqat bitta reaksiyani yoki kamdan-kam hollarda bir turdagi reaktsiyalar guruhini boshqalarga ta'sir qilmasdan tezlashtirishi mumkinligi sababli, tirik organizmlarda bir vaqtning o'zida ko'plab turli reaktsiyalar sodir bo'lishi mumkin. Alohida fermentlarning reaktsiyalari bir-biridan mustaqil ravishda sodir bo'lishiga qaramasdan, ular ko'pincha oraliq mahsulotlarni shakllantirishning murakkab ketma-ketligi bilan bir-biriga bog'langan. Bunday holda, bitta reaksiya mahsuloti boshqasi uchun substrat yoki reaktiv bo'lib xizmat qilishi mumkin. Shuning uchun bir hujayrada bir vaqtning o'zida yuzlab va minglab fermentativ reaktsiyalar sodir bo'lib, hujayraning normal holatini ta'minlaydigan ma'lum bir ketma-ketlikda va shunday miqdorda sodir bo'ladi.

Har bir tirik organizm doimiy ravishda fermentlarni sintez qiladi. Tana o'sishi bilan zarur fermentlar miqdori ham ortadi. Fermentlar sonining nomutanosib ko'payishi yoki kamayishi organizmda o'rnatilgan metabolik naqshlarning buzilishiga olib kelishi mumkin.

Tirik hujayrada fermentlar turli strukturaviy shakllanishlarda - yadroda, sitoplazmada, xloroplastlarda, mitoxondriyalarda, sitoplazmatik membranada va boshqalarda sintezlanishi mumkin.

Biologik katalizatorlar sifatida fermentlar, bo'lish kam miqdorda, aylantirishga qodir ular harakat qiladigan katta miqdordagi substrat. Shunday qilib, so'lak fermenti amilaza 1: 1 000 000 suyultirilganda sezilarli katalitik faollikni namoyon qiladi va peroksidaza fermenti 1: 5 000 000 suyultirilganda faoldir.Bir molekula katalaza bir daqiqada 5 million molekula vodorod peroksidni parchalaydi.

Fermentlarning katalitik faolligi noorganik katalizatorlarning faolligidan ko'p marta katta. Shunday qilib, 100 ° C va undan yuqori haroratlarda noorganik katalizatorlar ishtirokida aminokislotalarga oqsil gidrolizi bir necha o'nlab soatlarda sodir bo'ladi. Maxsus fermentlar ishtirokidagi bir xil gidroliz bir soatdan kamroq vaqt ichida tugaydi va 30 - 40 ° S haroratda sodir bo'ladi. Kraxmalning kislota bilan to'liq gidrolizi bir necha soat ichida sodir bo'ladi, xona haroratida fermentativ gidroliz bir necha daqiqa davom etadi. Ma'lumki, temir ionlari katalitik ravishda vodorod peroksidning vodorod va kislorodga bo'linishini tezlashtiradi. Ammo katalaza fermentini tashkil etuvchi temir atomlari vodorod peroksidga oddiy temirga qaraganda 10 milliard marta energiya bilan ta'sir qiladi: fermentdagi 1 mg temir vodorod peroksidning katalitik parchalanishi paytida 10 tonna noorganik temir o'rnini bosishi mumkin.

Muhim xarakterli xususiyat fermentlar - ularning harakatining o'ziga xosligi . Fermentlarning o'ziga xosligi noorganik katalizatorlarga qaraganda ancha yuqori. Ba'zida moddaning kimyoviy tuzilishidagi kichik o'zgarishlar ma'lum bir fermentning ushbu moddaga ta'sirining namoyon bo'lishini istisno qiladi. Fermentlar ta'sirining o'ziga xosligi moddaning kimyoviy tuzilishida farq qiladigan hollarda ham namoyon bo'ladi. Shunday qilib, oqsillarning gidrolizlanishini tezlashtiradigan fermentlar kraxmal gidroliziga hech qanday ta'sir qilmaydi va aksincha.

Fermentlar o'ziga xoslik darajasi bilan farqlanadi. Ba'zi fermentlar faqat bitta reaktsiyani katalizlaydi, boshqalari esa ko'p miqdordagi reaktsiyalarni katalizlaydi. Shunday qilib, glikoksidaza fermenti glyukoza oksidlanishini katalizlaydi, tripsin esa oqsillar va aminokislota efirlaridagi o'ziga xos peptid bog'larini gidrolizlaydi.

Ferment ta'sirining o'ziga xosligi ba'zan organik birikmaga bitta emas, balki ikkita ferment ta'sir ko'rsatishiga olib keladi.

Guruhning o'ziga xosligi barcha fermentlarni ifodalaydi, ya'ni ular faqat monosaxaridlarning oksidlanishi yoki oligosakkaridlarning gidrolizi kabi reaktsiyaning o'ziga xos turini katalizlaydi.

Fermentlar o'ziga xos katalizatorlar bo'lib, oldinga va teskari reaktsiyalarni tezlashtiradi , ya'ni ular ta'sir qiladigan moddaning gidrolizi va sintezi. Ushbu jarayonning yo'nalishi boshlang'ich va yakuniy mahsulotlarning konsentratsiyasiga va reaksiya sodir bo'lgan sharoitlarga bog'liq. Shu bilan birga, tirik hujayrada ko'pchilik sintezlar ma'lum bir birikmaning parchalanishini katalizlovchi fermentlar ta'sirida sodir bo'lishi isbotlangan.

Fermentlarning kimyoviy tabiati

Fermentlar ikkita katta sinfga bo'linadi - bir komponentli, faqat oqsildan iborat va ikki komponentli, oqsil va oqsil bo'lmagan qismdan iborat protez guruh. Ferment oqsillari oddiy (oqsillar) yoki murakkab (oqsillar) bo'lishi mumkin. Faol protezlar guruhi fermentning (faol joyi) deyiladi azob , A oqsil tashuvchisi – feron . Fermentdagi protez guruhi uning massasining taxminan 1% ni egallaydi.

Protez guruhi (agon) va feron o'rtasidagi bog'lanishning kuchi fermentlar orasida farq qiladi. Zaif ulanish bilan ferment oqsil va protez qismga ajraladi, bu deyiladi koenzim . Olingan guruhlarning har biri katalitik faollikni namoyish etadi. Kofermentlarning rolini ko'pchilik vitaminlar - C, B1, B2, B6, B12, H, E, K va boshqalar, shuningdek nukleotidlar, RNK, sulfgidril guruhlari, glutation, temir, mis, magniy atomlari va boshqalar o'ynaydi. Ko'pgina fermentlar, agar ferment feron va agonga parchalanmasa, yuqori katalitik qobiliyatga ega.

TO bir komponentli oqsillarni yoki uglevodlarni (pepsin, tripsin, papin, amilaza) parchalaydigan ko'plab fermentlarni o'z ichiga oladi.

Oddiy ikki komponentli ferment a-karboksilaza bo'lib, u piruvik kislotaning karbonat angidrid va atsetaldegidga parchalanishini katalizlaydi:

a-karboksilaza

CH3KOZON ----→CH3CHO + CO 2.

a-karboksilazaning kimyoviy tabiati to'liq aniqlangan, bu fermentning faol guruhi B1 vitaminini o'z ichiga oladi.

Ko'pincha kofermentlar vodorodni uzatishda ishtirok etadigan fermentativ reaktsiyalarda oraliq moddalar sifatida ishlaydi. Bularga nikotinamid adenin dinukleotid (NAD), glutation, L-askorbin kislotasi, xinonlar va sitoxromlar kiradi. Boshqa koenzimlar fosfat, amin va metil guruhlarining tashuvchisi yoki uzatuvchisi vazifasini bajaradi.

Molekulyar og'irlik fermentlar juda xilma-xildir - bir necha mingdan milliongacha , lekin ko'pchilik fermentlar mavjud yuqori molekulyar og'irlik .

Ko'pgina fermentlar tarkibida metallar mavjud, ular katalitik ta'sirda ishtirok etadilar. Shunday qilib, temir katalaza va peroksidaza fermentlarining, shuningdek nafas olish jarayonlarida ishtirok etuvchi sitoxrom oksidazaning prostetik guruhiga kiradi. Mis o'simliklar almashinuvida muhim rol o'ynaydigan polifenoloksidaza va askorbat oksidaza oksidlovchi fermentlarining bir qismidir.

Ularning sof shaklida barcha fermentlar kristallardir.

Katalitik reaksiyalar ferment molekulalari yuzasida sodir bo'ladi. Protein fermenti dispers faza hosil qiladi, uning yuzasida dispersiya muhitida erigan moddalar o'rtasida reaktsiyalar sodir bo'ladi. Ferment-oqsil molekulasining yuzasi heterojendir; molekula yuzasida boshqa birikmalarni osongina bog'laydigan turli xil kimyoviy faol guruhlar mavjud.

Fermentlarning xossalari aniqlanadi Birinchidan oqsil molekulasi yuzasida ayniqsa faol markazlarning mavjudligi - aminokislota radikallari yoki oqsilga mahkam bog'langan maxsus kimyoviy guruhlar. Faol markaz - fermentning katalitik ta'sir paytida modda (substrat) bilan birikadigan qismi. .

Fermentlar, ferment-substrat kompleksi va faollashuv energiyasi

Oqsillarning eng muhim vazifasi katalitikdir, uni ma'lum bir oqsil sinfi - fermentlar bajaradi. Organizmda 2000 dan ortiq fermentlar aniqlangan. Fermentlar biokimyoviy reaktsiyalarni sezilarli darajada tezlashtiradigan protein tabiatining biologik katalizatorlari. Shunday qilib, fermentativ reaktsiya fermentlarsiz 100-1000 marta tezroq sodir bo'ladi. Ular kimyoda ishlatiladigan katalizatorlardan ko'p xossalari bilan farqlanadi. Fermentlar kimyoviy katalizatorlardan farqli ravishda normal sharoitda reaksiyalarni tezlashtiradi.

Odamlar va hayvonlarda an'anaviy kimyoviy katalizatorlar yordamida yakunlanishi uchun uzoq vaqt (kunlar, haftalar yoki hatto oylar) talab qilinadigan murakkab reaktsiyalar ketma-ketligi bir necha soniyalarda sodir bo'ladi. Fermentlarsiz reaktsiyalardan farqli o'laroq, fermentativ reaktsiyalarda qo'shimcha mahsulotlar hosil bo'lmaydi (yakuniy mahsulotning unumi deyarli 100% ni tashkil qiladi). Transformatsiya jarayonida fermentlar buzilmaydi, shuning uchun ularning oz miqdori ko'p miqdordagi moddalarning kimyoviy reaktsiyalarini katalizlashi mumkin. Barcha fermentlar oqsillardir va ularga xos xususiyatlarga ega (atrof-muhitning pH o'zgarishiga sezgirlik, yuqori haroratlarda denatürasyon va boshqalar).

Fermentlar kimyoviy tabiatiga ko'ra quyidagilarga bo'linadi bir komponentli (oddiy) Va ikki komponentli (murakkab) .

Bir komponentli (oddiy)

Bir komponentli fermentlar faqat oqsillardan iborat. Oddiylarga asosan gidroliz reaktsiyalarini (pepsin, tripsin, amilaza, papain va boshqalar) amalga oshiradigan fermentlar kiradi.

Ikki komponentli (murakkab)

Oddiy fermentlardan farqli o'laroq, murakkab fermentlar tarkibida oqsil bo'lmagan qism - past molekulyar og'irlikdagi komponent mavjud. Protein qismi deyiladi apoenzim (ferment tashuvchisi), oqsil bo'lmagan - koenzim (faol yoki protez guruhi). Fermentlarning oqsil bo'lmagan qismi organik moddalar (masalan, vitaminlar hosilalari, NAD, NADP, uridin, sitidil nukleotidlari, flavinlar) yoki noorganik (masalan, metall atomlari - temir, magniy, kobalt, mis) bilan ifodalanishi mumkin. , rux, molibden va boshqalar.).

Barcha zarur koenzimlar organizmlar tomonidan sintezlana olmaydi, shuning uchun ular oziq-ovqat bilan ta'minlanishi kerak. Odamlar va hayvonlarning oziq-ovqatlarida vitamin etishmasligi ular tarkibiga kiradigan fermentlarning faolligini yo'qotish yoki kamaytirishga olib keladi. Organik va noorganik kofermentlar oqsil qismidan farqli ravishda noqulay sharoitlarga (yuqori yoki past haroratlar, radiatsiya va boshqalar) juda chidamli bo‘lib, apofermentdan ajralishi mumkin.

Fermentlar yuqori o'ziga xoslik bilan ajralib turadi: ular faqat tegishli substratlarni aylantira oladi va faqat bir turdagi ma'lum reaktsiyalarni katalizlaydi. Uning oqsil komponenti butun molekulasini emas, balki uning kichik bir qismini aniqlaydi - faol markaz . Uning tuzilishi reaksiyaga kirishuvchi moddalarning kimyoviy tuzilishiga mos keladi. Fermentlar substrat va faol joy o'rtasidagi fazoviy muvofiqlik bilan tavsiflanadi. Ular qulfdagi kalit kabi bir-biriga mos tushadi. Bitta ferment molekulasida bir nechta faol markazlar bo'lishi mumkin. Faqat fermentlar emas, balki boshqa ba'zi oqsillar ham (miyoglobin va gemoglobinning faol markazlaridagi gem) faol markazga, ya'ni boshqa molekulalar bilan bog'lanish joyiga ega. Enzimatik reaktsiyalar ketma-ket bosqichlarda sodir bo'ladi - bir nechadan o'nlabgacha.

Murakkab fermentlarning faolligi faqat oqsil qismi oqsil bo'lmagan qism bilan birlashganda namoyon bo'ladi. Shuningdek, ularning faoliyati faqat ma'lum sharoitlarda namoyon bo'ladi: harorat, bosim, atrof-muhitning pH va boshqalar. Turli organizmlarning fermentlari bu jonzotlar moslashgan haroratda eng faoldir.

Ferment-substrat kompleksi

Substrat va ferment o'rtasidagi bog'lanishlar hosil bo'ladi ferment-substrat murakkab.

Shu bilan birga, u nafaqat o'zining konformatsiyasini, balki substratning konformatsiyasini ham o'zgartiradi. Enzimatik reaktsiyalar o'zlarining reaktsiya mahsulotlari bilan inhibe qilinishi mumkin - mahsulotlar to'planganda, reaktsiya tezligi pasayadi. Agar reaktsiya mahsuloti kam bo'lsa, ferment faollashadi.

Faol markaz hududiga kirib, fermentlarning katalitik guruhlarini blokirovka qiluvchi moddalar deyiladi. ingibitorlar (latdan. toqat qilmaslik- ushlab turing, to'xtating). Ferment faolligi og'ir metallar ionlari (qo'rg'oshin, simob va boshqalar) tomonidan kamayadi.

Fermentlar faollashuv energiyasini kamaytiradi, ya'ni molekulalarning reaksiyaga kirishishi uchun zarur bo'lgan energiya darajasi.

Faollashtirish energiyasi

Faollashtirish energiyasi - bu ikki birikmaning kimyoviy o'zaro ta'siri uchun ma'lum bir bog'lanishni buzishga sarflanadigan energiya. Fermentlar hujayrada va umuman tanada ma'lum bir joyga ega. Hujayrada fermentlar hujayraning ma'lum qismlarida mavjud. Ularning ko'pchiligi hujayralar yoki alohida organellalar membranalari bilan bog'langan: mitoxondriyalar, plastidlar va boshqalar.

Organizmlar fermentlarning biosintezini tartibga solishga qodir. Bu atrof-muhit sharoitidagi sezilarli o'zgarishlarga qaramay, nisbatan doimiy tarkibni saqlab qolish va bunday o'zgarishlarga javoban fermentlarni qisman o'zgartirish imkonini beradi. Turli biologik faol moddalar - gormonlar, dorilar, o'simliklarning o'sishi stimulyatorlari, zaharlar va boshqalarning ta'siri shundaki, ular u yoki bu fermentativ jarayonlarni rag'batlantirishi yoki bostirishi mumkin.

Ba'zi fermentlar moddalarni membranalar orqali faol tashishda ishtirok etadilar.

Ko'pgina fermentlarning nomlari qo'shimcha bilan tavsiflanadi -az-. U ferment o'zaro ta'sir qiladigan substrat nomiga qo'shiladi. Masalan, gidrolazlar – oqsillar, polisaxaridlar va yog‘lar molekulalaridagi kimyoviy bog‘lanishning uzilish joyiga suv molekulasi qo‘shilishi natijasida murakkab birikmalarning monomerlarga bo‘linish reaksiyalarini katalizlash; oksid reduktaza – oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tezlashtirish (elektronlar yoki protonlarni uzatish); izomerazalar- ichki molekulyar qayta tashkil etish (izomerlanish), izomerlarning transformatsiyasi va boshqalarni rag'batlantirish.