Ферменттердің әсер ету механизмі

Ферменттердің әсер ету механизмін екі позициядан қарастыруға болады: химиялық реакциялар энергиясының өзгеруі тұрғысынан және белсенді орталықтағы оқиғалар тұрғысынан.

A. Химиялық реакциялар кезіндегі энергияның өзгеруі

Кез келген химиялық реакциялар термодинамиканың екі негізгі заңына сәйкес жүреді: энергияның сақталу заңы және энтропия заңы. Осы заңдарға сәйкес химиялық жүйенің және оны қоршаған ортаның жалпы энергиясы тұрақты болып қалады, ал химиялық жүйе ретті азайтуға (энтропияны арттыруға) ұмтылады. Химиялық реакцияның энергиясын түсіну үшін реакцияға түсетін және шығатын реагенттердің энергетикалық балансын білу жеткіліксіз, берілген химиялық реакция процесі кезіндегі энергияның өзгеруін және ферменттердің рөлін ескеру қажет. бұл процестің динамикасы. Көмір қышқылының ыдырау реакциясын қарастырайық:

H 2 CO 3 > H 2 0 + C0 2.

Көмір қышқылы әлсіз; оның ыдырау реакциясы қалыпты жағдайда жүреді, егер көмір қышқылының молекулаларында активтену энергиясы E a деп аталатын белгілі бір деңгейден асатын энергия болса (2-10-сурет).

Активтену энергиясы – зат молекулаларының әрекеттесуі үшін қажетті кинетикалық энергияның қосымша мөлшері.

Бұл энергетикалық тосқауылға жеткенде молекулада химиялық байланыстардың қайта бөлінуін және жаңа қосылыстардың түзілуін тудыратын өзгерістер орын алады. E a ие молекулалар өтпелі күйде деп аталады. H 2 CO 3 бастапқы реагент пен соңғы қосылыстар H 2 O және CO 2 арасындағы энергия айырмашылығы бос энергияның өзгеруі деп аталады.

Күріш. 2-10. Көмір қышқылының ыдырауы кезіндегі бос энергияның өзгеруі.

Реакция энергиясы DG. H 2 O және CO 2 молекулалары H 2 CO 3 қарағанда тұрақты заттар, яғни. энергиясы аз және қалыпты жағдайда іс жүзінде әрекет етпейді. Бұл реакция нәтижесінде бөлінетін энергия жылу түрінде қоршаған ортаға таралады.

Неғұрлым көп молекулалардың энергиясы E a деңгейінен асатын болса, химиялық реакция жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Химиялық реакцияның жылдамдығын қыздыру арқылы арттыруға болады. Бұл әрекеттесуші молекулалардың энергиясын арттырады. Бірақ жоғары температура тірі ағзалар үшін жойқын, сондықтан химиялық реакцияларды жылдамдату үшін жасушаларда ферменттер қолданылады. Ферменттер E a деңгейін төмендету арқылы жасушада бар оңтайлы жағдайларда реакциялардың жоғары жылдамдығын қамтамасыз етеді. Осылайша, ферменттер энергетикалық тосқауылдың биіктігін төмендетеді, нәтижесінде реактивті молекулалардың саны артады, сондықтан реакция жылдамдығы артады.

Ферменттік катализ механизмінде тұрақсыз аралық қосылыстардың түзілуі шешуші маңызға ие - ЭС-фермент-субстрат кешені, ол тұрақсыз өтпелі кешен ЕП-ке трансформациядан өтеді, ол бірден бос ферментке және реакция өніміне ыдырайды.

Осылайша, биологиялық катализаторлар (ферменттер) бос энергияны өзгертпейді

субстраттар мен өнімдер, сондықтан реакцияның тепе-теңдігін өзгертпейді (2-11-сурет).

Химиялық реакцияның катализаторы қызметін атқаратын фермент катализдің жалпы заңдарына бағынады және биологиялық емес катализаторларға тән барлық қасиеттерге ие, сонымен қатар ферменттердің құрылымдық ерекшеліктерімен байланысты ерекше қасиеттерге ие.

Ферменттер мен биологиялық емес катализаторлар арасындағы ұқсастық мынада:

• Ферменттер энергетикалық мүмкін болатын реакцияларды катализдейді;
• · химиялық жүйенің энергиясы тұрақты болып қалады;
• · катализ кезінде реакцияның бағыты өзгермейді;
• Реакция кезінде ферменттер жұмсалмайды.

Ферменттердің биологиялық емес катализаторлардан айырмашылығы мынада:

• · ферментативті реакциялардың жылдамдығы белокты емес катализаторлармен катализденетін реакцияларға қарағанда жоғары;
• Ферменттер жоғары спецификалық;
• · ферментативті реакция жасушада жүреді, яғни. 37 °С температурада, тұрақты атмосфералық қысымда және физиологиялық рН;
• · Ферментативті реакцияның жылдамдығын реттеуге болады.

1. Фермент-субстрат кешенінің түзілуі

Ферменттердің жоғары спецификасына ие болуы 1890 жылы гипотезаны ұсынуға мүмкіндік берді, оған сәйкес ферменттің белсенді орталығы субстратқа комплементарлы, яғни. оған «құлыптың кілті» сияқты сәйкес келеді. Субстраттың («кілт») белсенді орталықпен («құлып») әрекеттесуінен кейін субстратты өнімге химиялық түрлендірулер жүреді. Белсенді орталық тұрақты, қатаң белгіленген құрылым ретінде қарастырылды.

1959 жылы ферменттің белсенді аймағындағы оқиғаларды түсіндіру үшін «құлып пен кілт» гипотезасының басқа нұсқасы ұсынылды. Бұл гипотеза бойынша белсенді орталық икемді құрылым болып табылады

Күріш. 2-11. Химиялық реакция кезіндегі бос энергияның өзгеруі, катализденбеген және ферменттермен катализденген.

Фермент активтену энергиясын E a төмендетеді, яғни. энергетикалық тосқауылдың биіктігін төмендетеді, нәтижесінде реактивті молекулалардың үлесі артады, демек, субстратқа қатысты реакция жылдамдығы артады. Субстрат ферменттің белсенді орталығымен әрекеттесіп, оның конформациясының өзгеруін тудырады, субстраттың химиялық модификацияларына қолайлы фермент-субстрат кешенінің түзілуіне әкеледі. Сонымен қатар субстрат молекуласы да өзінің конформациясын өзгертеді, бұл ферментативті реакцияның жоғары тиімділігін қамтамасыз етеді. Бұл «индукцияланған сәйкестік гипотезасы» кейін эксперименттік түрде расталды.

2. Ферментативті катализ кезіндегі оқиғалар тізбегі

Ферменттік катализ процесін келесі кезеңдерге бөлуге болады (2-12-сурет). субстрат катализінің химиялық реакциясы

Катализдің бірінші, екінші және төртінші сатылары қысқа және субстрат концентрациясына (бірінші кезең үшін) және ферменттің белсенді аймағындағы лигандтардың байланысу константаларына (бірінші және үшінші сатылар үшін) байланысты. Бұл кезеңдердегі химиялық реакция энергиясының өзгеруі шамалы.

Үшінші кезең - ең баяу; оның ұзақтығы химиялық реакцияның активтену энергиясына байланысты. Бұл кезеңде субстрат молекуласындағы байланыстар үзіліп, жаңа байланыстар түзіліп, өнім молекуласы түзіледі.

3. Ферменттік катализдегі белсенді жердің рөлі

Зерттеулер нәтижесінде фермент молекуласы, әдетте, осы фермент арқылы химиялық түрленуге ұшырайтын субстрат молекуласынан бірнеше есе үлкен екендігі көрсетілді. Фермент молекуласының аз ғана бөлігі субстратпен жанасады, әдетте 5-тен 10-ға дейін аминқышқылдарының қалдықтары ферменттің белсенді аймағын құрайды. Қалған амин қышқылы қалдықтарының рөлі химиялық реакцияның оңтайлы жүруі үшін фермент молекуласының дұрыс конформациясын қамтамасыз ету болып табылады.

Ферменттік катализдің барлық кезеңдеріндегі белсенді аймақты субстратты байланыстырудың пассивті жері ретінде қарастыруға болмайды. Бұл субстратты өнімге айналдыру үшін әртүрлі химиялық механизмдерді қолданатын күрделі молекулалық «машина».

Ферменттің белсенді аймағында субстраттар реакцияға қатысатын субстраттардың функционалдық топтары бір-біріне жақын болатындай етіп орналасады. Белсенді орталықтың бұл қасиетін реагенттердің конвергенциясы мен бағдарлану эффектісі деп атайды. Субстраттардың осылай реттелген орналасуы энтропияның төмендеуіне және соның салдары ретінде ферменттердің каталитикалық тиімділігін анықтайтын активтену энергиясының (Еа) төмендеуіне әкеледі.

Ферменттің белсенді орталығы субстрат молекуласындағы атом аралық байланыстардың тұрақсыздануына да ықпал етеді, бұл химиялық реакцияның пайда болуын және өнімдердің түзілуін жеңілдетеді. Белсенді учаскенің бұл қасиеті субстраттың деформация эффектісі деп аталады (2-12-сурет).

Күріш. 2-12. Ферментативті катализ кезеңдері.

I – ферменттің белсенді орталығына қатысты субстратқа жақындау және бағдарлау кезеңі; II – индукцияланған сәйкестік нәтижесінде ферментті-субстраттық кешеннің (ЭС) түзілуі; III – субстраттың деформациясы және тұрақсыз фермент-өнім кешенінің (ЭП) түзілуі; IV – ферменттің активті орталығынан реакция өнімдерінің бөлінуімен және ферменттің бөлінуімен комплекстің (ЭП) ыдырауы.

B. Ферменттік катализдің молекулалық механизмдері

Ферменттік катализ механизмдері ферменттің белсенді орталығының функционалдық топтарының субстраттың өнімге айналуындағы химиялық реакциядағы рөлімен анықталады. Ферменттік катализдің 2 негізгі механизмі бар: қышқылдық-негіздік катализ және коваленттік катализ.

1. Қышқылдық-негіздік катализ

Қышқылдық-негіздік катализ түсінігі ферментативті белсенділікті химиялық реакцияға қышқылдық топтардың (протон донорлары) және/немесе негізгі топтардың (протон акцепторларының) қатысуы арқылы түсіндіреді. Қышқылдық-негіздік катализ - кең таралған құбылыс. Белсенді орталықты құрайтын аминқышқылдарының қалдықтары қышқылдардың да, негіздердің де қасиеттерін көрсететін функционалды топтарға ие.

Қышқыл-негіз катализіне қатысатын аминқышқылдарына ең алдымен Cys, Tyr, Ser, Lys, Glu, Asp және His кіреді. Бұл аминқышқылдарының протонданған түрдегі радикалдары қышқылдар (протон донорлары), протонсызданған түрінде олар негіздер (протон акцепторлары). Белсенді учаскенің функционалды топтарының бұл қасиеті қышқылдық немесе негіздік қасиеттерді көрсете алатын биологиялық емес катализаторлардан айырмашылығы ферменттерді бірегей биологиялық катализаторлар етеді.

Кофакторлары Zn 2+ иондары, ал NAD+ молекуласы кофермент ретінде қолданылатын қышқылдық-негіздік катализге мысал ретінде спирттің тотығу реакциясын катализдейтін бауырдың спирттік дегидрогеназа ферментін келтіруге болады (2-13-сурет). :

C 2 H 5 OH + NAD + > CH 3 -SON + NADH + H

2. Коваленттік катализ

Коваленттік катализ ферменттің белсенді орталығының нуклеофильді (теріс зарядты) немесе электрофильді (оң зарядты) топтарының субстрат молекулаларының субстрат пен кофермент немесе аминдің функционалдық тобы арасында коваленттік байланыс түзе отырып шабуылына негізделген. ферменттің белсенді орталығының қышқыл қалдығы (әдетте бір).

Трипсин, химотрипсин және тромбин сияқты сериндік протеазалардың әрекеті ферменттің белсенді аймағының субстрат пен сериндік амин қышқылы қалдығы арасында коваленттік байланыс түзілетін коваленттік катализ механизмінің мысалы болып табылады. «Сериндік протеазалар» термині амин қышқылы қалдығы сериннің барлық осы ферменттердің белсенді орталығының бөлігі болып табылатындығына және катализге тікелей қатысуына байланысты. Он екі елі ішекте белоктардың қорытылуы кезінде пептидтік байланыстарды гидролиздейтін химотрипсин мысалында коваленттік катализ механизмін қарастырайық (9 бөлімді қараңыз). Химотрипсин субстраттары - ароматты және циклді аминқышқылдары бар пептидтер

Күріш. 2-13. Қышқылдық-негіздік катализ механизмі бауыр спирт дегидрогеназа мысалында.

I – этил спиртінің молекуласында белсенді орталық пен спирттің метил тобының арасындағы гидрофобты әрекеттесуді қамтамасыз ететін байланыс орталығы бар; II – оң зарядталған мырыш атомы теріс зарядты оттегі атомын түзу үшін этанолдың спирттік тобынан протонның абстракциялануына ықпал етеді. Теріс заряд оттегі атомы мен көрші сутегі атомы арасында қайта бөлінеді, содан кейін ол гидритион түрінде никотинамид коферментінің NAD+ төртінші көміртегі атомына ауысады; III – нәтижесінде NADH және сірке альдегидінің қалпына келтірілген түрі түзіледі.

Гидрофобты радикалдар (Фен, Тир, Три), бұл фермент-субстрат кешенінің түзілуіне гидрофобтық күштердің қатысуын көрсетеді. Химотрипсиннің ковалентті катализінің механизмі күріште қарастырылған. 2-14.

Asp 102, His 57 және Ser 195 радикалдары катализ актісіне тікелей қатысады. Субстраттың пептидтік байланысының нуклеофильді шабуылына байланысты бұл байланыс ковалентті түрлендірілген серин – ацил-химотрипсин түзілуімен үзіледі. Пептидтік фрагмент пен химотрипсиннің His 57 белсенді учаскесі арасындағы сутектік байланыстың үзілуі нәтижесінде басқа пептидтік фрагмент бөлінеді. Ақуыздардың пептидтік байланысының гидролизінің соңғы кезеңі гидролизденген ақуыздың екінші фрагменті және ферменттің бастапқы түрін шығарумен су молекуласының қатысуымен химотрипсиннің деацилденуі болып табылады.

ферменттердің биологиялық катализдік трансаминациясы

Рентгендік дифракциялық талдаудың көмегімен бірқатар ферменттердің кеңістіктік құрылымының ашылуы олардың әсер ету механизмінің рационалды схемаларын құруға сенімді негіз болды.

Ферменттердің әсер ету механизмін анықтау әртүрлі биологиялық белсенді жүйелердегі құрылым-функция қатынастарын ашу үшін маңызды болып табылады.

Лизоцим жануарлар мен өсімдіктердің әртүрлі ұлпаларында кездеседі, ол, атап айтқанда, көз жасы сұйықтығы мен жұмыртқаның ақтығында болады. Лизоцим бактерияға қарсы агент ретінде қызмет етеді, бірқатар бактериялардың жасуша қабырғаларының гидролизін катализдейді. Бұл полисахарид β-1,4-гликозидтік байланыспен (полисахаридтер тізбегі қысқа пептидтік фрагменттермен өзара байланысқан) байланыстырылған N-ацетилмураан қышқылының (NAM) қалдықтары арқылы түзіледі.

Бактериялық полисахарид өте күрделі ерімейтін қосылыс болып табылады, сондықтан NAG қалдықтарынан түзілетін жоғары гидролизденетін олигосахаридтер көбінесе лизоцим субстраттары ретінде қолданылады.

Тауық жұмыртқасының ақ лизоцимы құрамында 129 амин қышқылы қалдықтары бар бір полипептидтік тізбектен түзіледі; оның молекулалық салмағы 14600. Ферменттің жоғары тұрақтылығы төрт дисульфидті көпірдің болуымен қамтамасыз етіледі.

Катализдік процестің белсенді орталығы мен түрі туралы ақпаратты 1965 жылы Д.Филлипс алған. лизоцим мен оның ингибиторлары бар кешендерін рентгендік дифракциялық зерттеулерге негізделген. Лизоцим молекуласының осьтері 4,5*3*3 нм болатын эллипсоид пішіні бар; Молекуланың екі жартысы арасында олигосахаридтердің байланысуы болатын «саңылау» бар. Саңылаудың қабырғалары негізінен субстраттың полярлы емес молекулаларының байланысуын қамтамасыз ететін полярлы емес аминқышқылдарының бүйірлік тізбектерінен түзіледі, сонымен қатар полярлы амин қышқылдарының бүйірлік тізбектерін қамтиды, олармен сутегі байланыстарын құруға қабілетті. субстраттың ациламин және гидроксил топтары. Саңылаудың өлшемі құрамында 6 моносахарид қалдығы бар олигосахарид молекуласының аккомодациясына мүмкіндік береді. Рентгендік дифракциялық талдау арқылы субстраттың, мысалы, NAG 6 гексасахаридінің байланысу сипатын анықтау мүмкін емес. Сонымен қатар NAG 3 трисахарид ингибиторымен ферменттің кешендері тұрақты және жақсы зерттелген. NAG 3 фермент бетіндегі саңылаулармен байланысып, сутектік байланыстар мен ван-дер-Ваальс контактілерін құрайды; сонымен бірге ол тағы үш моносахарид қалдығы байланыса алатын бос жердің тек жартысын ғана толтырады. Тотықсыздандырмайтын ұшы (қант А) саңылаудың басында, ал қалпына келтіретін ұшы (қант С) оның орталық бөлігінде; А, В және С қант қалдықтарында орындық конформациясы бар. Фермент-субстрат кешенінің моделін құру NAG 6 субстраты байланысқан кезде NAG 3 байланыстыру кезіндегідей әрекеттесулер жүзеге асады деген болжамға негізделген. Ферменттік модельде үш қант қалдығы (қалдықтар D, E және F деп аталады) саңылаудың ішіне орналастырылды; әрбір келесі қант оның конформациясы алғашқы үш қантпен бірдей болатындай (мүмкіндігінше) қосылды. Модельдік кешеннің бір бөлігі ретінде қанттың барлық қалдықтары жарықшақты құрайтын аминқышқылдары қалдықтарының бүйірлік және пептидтік топтарымен тиімді ковалентті емес әрекеттесулерді жүзеге асырады.

Каталитикалық топтарды анықтау кезінде олардың фермент-субстрат кешеніндегі ыдырайтын гликозидтік байланысқа жақын орналасқан және протон доноры немесе акцепторы қызметін атқара алатындарына назар аудару заңды болды. Байланыстың бөлінуінің бір жағында екені белгілі болды, алшақтықта? 0,3 нм (гликозидтік байланыстың оттегінен), Глю-35 карбоксил тобы, ал екінші жағында (бірдей қашықтықта) Asp-52 карбоксил тобы бар, олардың ортасы өте әртүрлі. Glu-35 гидрофобты қалдықтармен қоршалған; ферменттің оптималды рН кезінде бұл топ иондалмаған күйде болады деп болжауға болады. Asp-52 ортасы анық полярлы; оның карбоксил тобы сутектік байланыстардың күрделі желісіне сутегі акцепторы ретінде қатысады және иондалған күйде жұмыс істеуі мүмкін.

Олигосахаридтің гидролизі үшін каталитикалық процестің келесі схемасы ұсынылған. Glu-35-тің иондалмаған карбоксил тобы протон доноры ретінде әрекет етеді, оны қанттың C (1) атомы D және қанттың С (4) атомы E (жалпы қышқыл катализінің сатысы) арасындағы гликозидті оттегі атомын қамтамасыз етеді. ; бұл гликозидтік байланыстың үзілуіне әкеледі. Нәтижесінде D қант қалдығы оң зарядталған көміртегі атомы С (1) бар карбокатиондық күйге өтіп, жартылай орындық конформациясын алады. Asp-52 карбоксилат тобының теріс заряды карбокацияны тұрақтандырады. NAG 2 қалдығы (E+F қанттары) белсенді аймақ аймағынан таралады. Содан кейін су молекуласы әрекеттеседі; оның протоны Glu-35-ке, ал OH - - тобы D қалдығының С атомына (1) барады (негізгі катализ сатысы). NAG 4 қалдығы (қант A+B+C+D) белсенді аймақ аймағынан шығады, ал фермент бастапқы күйіне оралады.

Сиырдың ұйқы безінің рибонуклеазасы (RNase) РНҚ-дағы пиримилин бірліктерінің жанында нуклеотидтік байланыстарды гидролиздейді, олар 3" күйінде эфирденеді. Фермент басқа нуклеазалармен бірге РНҚ құрылымын талдауда кеңінен қолданылады.

RNase құрамында 124 амин қышқылы қалдықтары бар бір полипептидтік тізбектен түзіледі және оның молекулалық салмағы 13,680; молекулада төрт дисульфидтік байланыс бар. RNase - бастапқы құрылымы анықталған бірінші фермент.

Рибонуклеаза ренатурациясын зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып, К.Афинсен бірінші болып белоктың кеңістіктік құрылымы оның біріншілік құрылымымен анықталады деген пікірді нақты тұжырымдады.

1958 жылы Ф.Ричардс белгілі бір жағдайларда субтилизин RNase-де Ала-20 - Сер-21 пептидтік байланысын үзетінін көрсетті. Алынған фрагменттерге S-пептид (1-20 қалдық) және S-белок (21-124 қалдық) деп аталды; ковалентті емес әрекеттесулердің арқасында фрагменттер RNase S деп аталатын комплексті құрайды. Бұл кешен нативті ферменттің толық дерлік каталитикалық белсенділігіне ие; оқшауланған түрінде S-пептид пен S-белок белсенді емес. Әрі қарай 1-ден 13-ке дейінгі қалдықтары бар S-пептидінің фрагментіне дәйектілігі бойынша бірдей синтетикалық пептид S ақуызының белсенділігін қалпына келтіретіні анықталды, бірақ 1-ден 11-ге дейінгі қалдықтары бар қысқарақ пептидте мұндай қабілет жоқ. Алынған мәліметтер сәйкес Хис-12 немесе Met-13 қалдықтары (немесе осы қалдықтардың екеуі де) ферменттің белсенді орталығына кіреді деген қорытынды жасауға мүмкіндік берді.

РН-ның RNase белсенділігіне әсерін зерттеу кезінде pK 5,2 және 6,8 бар ақуыздың функционалдық топтарының маңызды рөлі анықталды; бұл каталитикалық процеске гистидин қалдықтарының қатысуын ұсынды.

RNase рН 5,5 кезінде йодоацетатпен карбоксилденген кезде, яғни. гистидин қалдықтарының модификациясы басым болатын жағдайларда белсенділіктің толық жоғалуы байқалды; модификацияланған ферментте 1 моль ақуызға 1 моль карбоксиметил тобы бар. Нәтижесінде ферменттің екі монокарбоксиметилендік формасы түзіледі. Бір түрінде His-12 қалдығы карбоксиметилденеді, ал екіншісінде His-119 карбоксиметилденеді. His-119 негізінен модификацияланған.

Бұл деректер His-12 және His-119 белсенді жерде орналасқанын және олардың біреуінің модификациясы екіншісінің өзгеруіне жол бермейтінін көрсетті.

Рентгендік дифракциялық зерттеулер нәтижесінде RNase S және ингибиторлары бар RNase S кешенінің кеңістіктік құрылымы түсіндірілді. Молекуланың бүйрек пішіні бар, белсенді орталық His-12, His-119 және Lys-41 қалдықтары орналасқан ойыста локализацияланған.

Гидролиз қышқылдық-негіздік катализді жүзеге асыратын His-12 және His-119 қалдықтарының конъюгаттық әрекеті нәтижесінде жүреді. Төмендегі диаграмма каталитикалық процестің кезеңдерін көрсетеді:

1. Субстрат белсенді жерде орналасады; His-12, His-119 және Lys-41 теріс зарядталған фосфатқа жақын орналасқан.

2. Рибозаның 2"-ОН тобынан протонды қабылдайтын негіз ретінде Гис-12 және фосфаттың оттегі атомына протон беретін қышқыл ретінде Гис-119 әрекетінің нәтижесінде алдымен аралық комплекс түзіледі, содан кейін 2,3"-циклді фосфат .

3. Жоғалған өнімнің орнына су кіріп, Гис-119 протонын және фосфатқа OH береді, сонымен бірге Гис-12 протоны рибозаның оттегі атомына өтеді, екінші өнім түзіледі және фермент бастапқы күйіне оралады.

Химотрипсин омыртқалы жануарлардың ұйқы безі арқылы профермент – химотрипсиноген түрінде бөлінеді; проферменттің активтенуі он екі елі ішекте трипсиннің әсерінен жүреді. Химотрипсиннің физиологиялық қызметі белоктар мен полипептидтердің гидролизі болып табылады. Химотрипсин негізінен тирозин, триптофан, ценилаланин және метионанның карбоксил қалдықтарынан түзілетін пептидтік байланыстарға әсер етеді. Ол сондай-ақ сәйкес аминқышқылдарының күрделі эфирлерін тиімді гидролиздейді. Химотрипсиннің молекулалық массасы 25000, молекуласында 241 амин қышқылының қалдығы бар. Химотрипсин дисульфидті көпірлермен байланысқан үш полипептидтік тізбектен түзіледі.

Химотрипсиннің белсенді аймағының функционалдық топтары қайтымсыз тежегіштердің көмегімен анықталды. Ser-195 қалдығы диизопропилфторфосфатпен және фенилметилсульфофторидпен, ал His-122 қалдығы N-тозил-L-фенилаланин хлорметил кетонымен модификацияланды. Химотрипсин гидролизінің екі сатылы процесі р-нитрофенилацетат гидролизінің кинетикасын зерттеу кезінде ашылды.

Қарастырылып отырған процеске тән қасиет ковалентті аралық зат – ацил ферментінің түзілуі болып табылады. Ациляцияланатын каталитикалық топ Сер-195 қалдығы ретінде анықталды. Фермент жүргізетін катализ механизмі белоктың кеңістіктік құрылымы орнатылмай тұрып-ақ ұсынылды, бірақ кейінірек нақтыланды. Атап айтқанда, 18 H 2 O қолданылған зерттеулер пептидтердің гидролизі кезінде ацил ферментінің түзілуін дәлелдеуге мүмкіндік берді.

Ажырату қабілеті 0,2 нм болатын үш өлшемді құрылым Д.Блоу жүргізген рентгендік дифракциялық талдау арқылы белгіленді. 1976 жылы Молекула осьтері 5,4 * 4 * 4 нм болатын эллипсоид тәрізді. Кристаллографиялық зерттеулердің нәтижелері Ser-195 және His-57 қалдықтары бір-біріне жақын деген болжамды растады. Ser-195 гидроксил тобы His-57 имидазол сақинасының азот атомынан ~0,3 нм қашықтықта орналасқан. Ең қызығы, сақинаның 1-ші позициясындағы азот атомы Asp-102 бүйірлік тізбегінің карбоксил тобының оттегі атомынан ~0,28 нм қашықтықта орналасады және оның түзілуіне қолайлы жағдайды алады. сутектік байланыс.

Айта кету керек, химиялық зерттеулер Asp-102-нің белсенді аймақтың жұмысына қатысуын анықтай алмады, өйткені бұл қалдық молекулада терең көмілген.

Қазіргі уақытта үш қалдық Asp-102, His-57 және Ser-195 катализ процесінде шешуші рөл атқаратын заряд тасымалдау жүйесін құрайды деп саналады. Жүйенің жұмыс істеуі Хис-57-нің катализге қышқыл-негіз катализаторы ретінде тиімді қатысуын қамтамасыз етеді және шабуылдалған байланыстың карбоксил көміртегіне Ser-195 реактивтілігін арттырады.

Катализдің негізгі элементі протонды Сер-195-тен Хис-57-ге ауыстыру болып табылады. Бұл кезде субстраттың карбонил көміртегі атомына сериндік оттегі атомының шабуылы орын алады, алдымен аралық тетраэдрлік қосылыс (1), содан кейін ацил ферменті (2) түзеді. Келесі қадам - ​​деацилдену. Су молекуласы заряд тасымалдау жүйесіне енеді, ал OH ионы бір мезгілде ацил ферментінің ацил тобының карбонил көміртегі атомына шабуыл жасайды. Ациляция сатысындағыдай тетраэдрлік аралық (4) түзіледі. Содан кейін His-57 Ser-195 оттегі атомын протонмен қамтамасыз етеді, нәтижесінде ацил өнімі бөлінеді; ол ерітіндіге диффузияланады, ал фермент бастапқы күйіне оралады.

Карбоксипептидаза А профермент ретінде омыртқалы жануарлардың ұйқы безі арқылы бөлінеді. Белсенді ферменттің түзілуі химотрипсиннің қатысуымен аш ішекте жүреді. Фермент пептидтік тізбектен С-терминал аминқышқылдарының қалдықтарын дәйекті түрде ажыратады, яғни. экзопептидаза болып табылады.

Карбоксипептидаза А 307 амин қышқылы қалдықтары бар бір полипептидтік тізбек арқылы түзіледі; молекулалық салмағы 34,470. Ақуыздың аминқышқылдарының тізбегін 1969 жылы Р.Бредшоу белгілеген.

Ферменттің әсер ету механизмін анықтау рентгендік дифракциялық зерттеулерден кейін ғана мүмкін болды. Ферменттің кеңістіктік құрылымын және оның Гли-Тир дипептидімен комплексін (субстрат моделі) В. Липскомб белгіледі. Фермент молекуласының осьтері 5,0*4,2*3,8 нм болатын эллипсоид пішіні бар; белсенді учаске терең полярлы емес қалтаға айналатын ойықта орналасқан. Белсенді орталық аймағында мырыш ионы локализацияланады (оның лигандтары Glu-72, His196, His-69 қалдықтарының бүйірлік тізбектері және су молекуласы), сондай-ақ субстратты байланыстыруға және катализге қатысатын функционалдық топтар - қалдықтар. Арг-145, Глу-270 және Тир-248.

Гли-Тирмен фермент пен оның кешенінің құрылымдарын салыстырмалы талдау фермент-субстрат кешенінің құрылымы туралы маңызды мәліметтер берді. Атап айтқанда, күрделі түзілу кезінде Тир-248 гидроксил тобы бос ферменттегі орнына (яғни, молекула диаметрінің шамамен 1/3 бөлігі) қатысты 1,2 нм қозғалатыны анықталды.

Каталитикалық процестің схемасы бойынша Глю-270 карбоксилат тобы реакция сферасында орналасқан су молекуласын белсендіреді, одан протонды шығарады; пайда болған OH- ионы үзілетін байланыстың карбонилді көміртегіне нуклеофильді шабуыл жасайды. Сонымен бірге бөлінген пептидтік байланыстың азот атомына жақын орналасқан Тир-248 гидроксил тобы оған протон береді. Нәтижесінде шабуылға ұшыраған пептидтік байланыс үзіліп, нәтижесінде алынған өнімдер белсенді орталық аймақтан шығады. Төмендегі диаграмма жалпы негізгі катализді көрсетеді.

Аспартатаминотрансфераза қайтымды трансаминдеу реакциясын катализдейді.

Ферментті трансаминдеу реакциясын А.Е. Браунштейн және М.Г. Крицман 1937 ж көгершін бұлшықетінен ферменттік препаратты зерттеу кезінде. Кейінгі зерттеулер трансаминдену реакцияларының тірі табиғатта кең таралғанын және азот пен энергия алмасуында маңызды рөл атқаратынын көрсетті.

1945 жылы пиридоксаль-5"-фосфат (ПЛП) аминотрансфераза коферменті екені анықталды.ААТ молекуласы бірдей суббірліктерден түзілген димер.Зерттелетін омыртқалылардың жүрек бұлшықетінде екі изофермент бар - AAT0 және цитоплазмалық (c). митохондриялық (mAAT) аминотрансферазалар.

Жүрек бұлшықетінен алынған cAAT негізгі құрылымы 1972 жылы құрылған. Ю.А. Овчинников пен А.Е. Брейнштейн. Белоктың полипептидтік тізбегінде 412 амин қышқылының қалдығы болады; молекулалық салмағы 46000.

Пиридоксальдық катализдің жалпы теориясын А.Е. Браунштейн және М.М. Шемякин 1952-1953 жж., ал сәл кейінірек Д.Е. Мецлер және Э.Е. Снелл. Бұл теорияға сәйкес пиридоксальдық ферменттердің каталитикалық әсері пиридоксальфосфаттың альдегидтік тобының аминдермен, соның ішінде амин қышқылдарымен әрекеттескенде альдиминдер (Шиф негіздері) түзу қабілетімен анықталады.

Алынған фосфопиридоксилдеамин қышқылында конъюгацияланған қос байланыстар жүйесі пайда болады, оның бойында b-көміртек атомынан электрондардың ығысуы осы атом түзетін байланыстардың үзілуін жеңілдетеді.

Ферменттік трансаминация механизмі туралы қазіргі заманғы идеялар, әзірлеген А.Е. Браунштейн және оның әріптестері жоғарыда талқыланған теорияның дамуы болып табылады. Бастапқы күйде пиридоксальфосфаттың альдегидтік тобы белсенді орталықтың (I) Lys-258 қалдығының е-амин тобымен альдиминдік байланыс түзеді. Амин қышқылы байланысқанда Михаэлис кешені (II) түзіледі, содан кейін пиридоксальфосфат пен субстрат (III) арасында альдимин пайда болады. Аралық (IV) және (V) сатылары арқылы кейінгі трансформациялар нәтижесінде оксоқышқыл (VI) түзіледі. Бұл трансаминацияның бірінші жартылай реакциясын аяқтайды. Осы қадамдарды жаңа гидрокси қышқылымен «кері бағытта» қайталау каталитикалық трансаминация циклін аяқтайтын екінші жартылай реакцияны құрайды.

Миоглобин және гемоглобин

Бұл екі ақуызды жиі тыныс алу ферменттері деп атайды. Олардың субстратпен – оттегімен әрекеттесуі ең алдымен жоғары ажыратымдылықтағы рентгендік дифракциялық талдау негізінде жан-жақты зерттелді. Миоглобиннің үш өлшемді құрылымын 1961 жылы Дж.Кендрю, ал гемоглобиннің үш өлшемді құрылымын 1960 жылы М.Перуц анықтады.

Миоглобин молекуласының ықшам пішіні бар - 4,5 * 3,5 * 2,5 нм, полипептидтік тізбек А-дан Н-ге дейінгі әріптермен белгіленген 8 бұрандалы бөлімді құрайды. Ол үлкен жалпақ темірі бар гем сақинасының айналасында арнайы түрде орналасқан. Гем – екі валентті темірі бар порфирин кешені.

Гемнің полярлы пропион қышқылының тізбектері молекуланың бетінде, гемнің қалған бөлігі глобулаға батырылады. Гемнің белокпен байланысы F спиральында локализацияланған темір атомы мен гистидин атомы арасындағы координациялық байланыс есебінен жүзеге асады; бұл проксимальды гистидин деп аталады. Тағы бір маңызды гистидин қалдығы, дистальды гистидин, E спиралының ішіндегі гем қалтасында локализацияланған; ол проксимальды гистидинге қарағанда үлкен қашықтықта темір атомының қарама-қарсы жағында орналасқан. Дезоксимиоглобиндегі темір гені мен дистальды гистидин арасындағы аймақ бос, ал липофильді O 2 молекуласы алтыншы координациялық позицияны алып, гемдік темірмен байланыса алады. Миоглобиннің, сондай-ақ гемоглобиннің бірегей ерекшелігі олардың O 2-ні гемді Fe 2+ мен Fe 3+ тотықтырмай қайтымды байланыстыру қабілеті болып табылады. Бұл мүмкін, өйткені гидрофобты гем қалтасында диэлектрлік өтімділігі төмен орта пайда болады, одан су ығыстырылады.

О2 темір атомымен байланысқанда, соңғысы шамамен 0,06 нм-ге жылжиды және порфирин сақинасының жазықтығымен аяқталады, яғни. энергетикалық жағынан қолайлы жағдайда. Бұл қозғалыс дезоксимиоглобиндегі Fe 2+ ионының жоғары спиндік күйде болуына және оның радиусы гем порфирин сақинасының жазықтығына сыймай қалуына байланысты деп есептеледі. O 2 байланысқан кезде Fe 2+ ионы төменгі мин күйіне өтеді және оның радиусы азаяды; Енді Fe 2+ ионы порфирин сақинасының жазықтығына жылжи алады.

Гемоглобин қызыл қан жасушаларының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады, өкпеден тіндерге оттегін, ал көмірқышқыл газын тіндерден өкпеге жеткізеді. Әртүрлі типтегі гемоглобиндер кристалдық пішіні, ерігіштігі және оттегіге жақындығы бойынша ерекшеленеді. Бұл белоктардың аминқышқылдарының тізбегіндегі айырмашылықтарға байланысты; гем компоненті омыртқалылардың және кейбір омыртқасыздардың гемоглобиндерінде бірдей.

Адамның гемоглобині төрт суббірліктен, екі b-суббірліктен және екі b-субірліктен тұратын тетрамер болып табылады, тиісінше 141 және 146 аминқышқылдарының қалдықтары бар. b және b суббірліктерінің бастапқы құрылымдары арасында айтарлықтай гомология бар және олардың полипептидтік тізбектерінің конформациясы да ұқсас.

Гемоглобин молекуласының диаметрі 5,5 нм сфералық пішіні бар. Төрт бөлімше тетраэдр түрінде оралған.

Рентгендік дифракция деректері гемоглобиннің оттегімен қамтамасыз етілуі бірқатар өзгерістермен жүретінін көрсетті. Төмен рұқсатта бұл жағдайда құрылым ықшам болатыны анықталды (β-тізбектердің Fe атомдары бір-біріне шамамен 0,6-0,7 нм жақындайды), суббірліктер бір-біріне және екінші ретті айналады. осьтері 10-15 o. Жоғары ажыратымдылықтағы зерттеу нәтижелері контактілер аймағында ерекше маңызды өзгерістер болатынын көрсетеді.

Бүгінгі күні рентгендік дифракциялық зерттеулер мен басқа да бірқатар әдістемелік тәсілдер негізінде гендік инженерия саласындағы жетістіктер негізінде қажетті қасиеттері бар ферменттердің әсер ету механизмін түсіндіруде айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізілді. Бұл ферменттердің әсер ету механизмі туралы заманауи идеялардың дұрыстығын тексеруге және ферментативті катализдің іргелі теориясын құруға кең мүмкіндіктер ашады.

Крахмалды уытпен қанттандырудың алғашқы ферментативті реакциясын отандық ғалым К.Ментен зерттеп, ферментативті катализ теориясын жасады. Самнер бірінші рет кристалдық күйде уреаза ферментінің тазартылған препаратын бөліп алды. Мерриффилд RNase ферментін жасанды түрде синтездеуге қол жеткізді.

Жұмысыңызды әлеуметтік желілерде бөлісіңіз

Егер бұл жұмыс сізге сәйкес келмесе, беттің төменгі жағында ұқсас жұмыстардың тізімі бар. Сондай-ақ іздеу түймесін пайдалануға болады

Эссе

ФЕРМЕНТТЕРДІҢ ҚҰРЫЛЫСЫ, ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ ӘСЕР ЕТУ МЕХАНИЗМІ

Ферментологияның қысқаша тарихы

19 ғасырдағы ферменттерді эксперименттік зерттеу ашытқы ашыту процестерін зерттеумен сәйкес келді, ол «ферменттер» және «ферменттер» терминдерінде көрініс тапты. Ферменттердің атауы латынның fermentatio ашыту сөзінен шыққан. Ферменттер термині enzyme – ашытқы деген ұғымнан шыққан. Алғашында бұл атауларға әр түрлі мағына берілді, бірақ қазір олар синоним болып табылады.

Крахмалды уытпен қанттандырудың алғашқы ферментативті реакциясын отандық ғалым К.С. Кирхгоф 1814 ж. Кейіннен ашытқы жасушаларынан ферменттерді бөліп алу әрекеттері жасалды (Э. Бухнер, 1897). ХХ ғасырдың басында Л.Михаэлис пен М.Ментен ферментативті катализ теориясын жасады. 1926 жылы Д.Самнер алғаш рет кристалдық күйдегі уреаза ферментінің тазартылған препаратын бөліп алды. 1966 жылы Б.Мериффилд RNase ферментін жасанды түрде синтездеуге қол жеткізді.

Фермент құрылымы

Ферменттер - тірі организмдердегі реакциялардың жылдамдығын арттыра алатын жоғары мамандандырылған ақуыздар. Ферменттер биологиялық катализаторлар болып табылады.

Барлық ферменттер белоктар, әдетте глобулярлы. Олар қарапайым және күрделі ақуыздарға сілтеме жасай алады. Ферменттің ақуыздық бөлігі бір полипептидтік тізбектен тұратын мономерлік ақуыздар ферменттерінен тұруы мүмкін (мысалы, пепсин). Бірқатар ферменттер олигомерлі белоктар болып табылады және бірнеше протомерлерден немесе суббірліктерден тұрады. Олигомерлік құрылымға қосылатын протомерлер әлсіз ковалентті емес байланыстар арқылы өздігінен қосылады. Унификация (кооперация) процесінде жеке протомерлердің құрылымдық өзгерістері орын алады, соның нәтижесінде ферменттің белсенділігі айтарлықтай артады. Протомерлердің бөлінуі (диссоциациялануы) және олардың олигомерлік ақуызға қосылуы ферменттердің белсенділігін реттеу механизмі болып табылады.

Олигомерлерде суббірліктер (протомерлер) біріншілік – үшіншілік құрылымда (конформацияда) бірдей немесе әртүрлі болуы мүмкін. Әртүрлі протомерлер ферменттің олигомерлік құрылымына қосылса, бір ферменттің бірнеше формалары пайда болады.изозимдер.

Изоферменттер бірдей реакцияны катализдейді, бірақ суббірліктер жиынтығы, физика-химиялық қасиеттері, электрофоретикалық қозғалғыштығы және субстраттарға, активаторларға және ингибиторларға жақындығымен ерекшеленеді. Мысалы,лактатдегидрогеназа (LDH)сүт қышқылын пирожүзім қышқылына айналдыратын фермент тетрамер болып табылады. Ол екі типті төрт протомерден тұрады. Протомердің бір түрі Н (жүрек бұлшықетінен оқшауланған), екінші протомер M (қаңқа бұлшықетінен оқшауланған) деп белгіленеді. LDH-де осы протомерлердің 5 мүмкін комбинациясы бар: N 4, N 3 M, N 2 M 2, N 1 M 3, M 4.

Изозимдердің биологиялық рөлі.

• Изоферменттер әртүрлі мүшелердегі жағдайға сәйкес химиялық реакциялардың жүруін қамтамасыз етеді. Осылайша, LDH изоферменті 1 оттегіге жоғары жақындығы бар, сондықтан ол тотығу реакцияларының жылдамдығы жоғары тіндерде (эритроциттер, миокард) белсенді. LDH изоферменті 5 бауыр тініне ең тән лактаттың жоғары концентрациясы болған кезде белсенді
• Айқын органның ерекшелігі әртүрлі органдардың ауруларын диагностикалау үшін қолданылады.
• Изоферменттердің белсенділігі жасына қарай өзгереді. Осылайша, оттегі жетіспейтін ұрықта LDH басым болады 3 , ал жасы ұлғайған сайын және оттегімен қамтамасыз етілу артқан сайын LDH үлесі артады 2 .

Егер фермент күрделі белок болса, онда ол белок пен белоксыз бөліктен тұрады. Белок бөлігі - жоғары молекулалық, ферменттің термолабильді бөлігі және деп аталадыапофермент . Оның құрылымы ерекше және ферменттердің ерекшелігін анықтайды.

Ферменттің белоксыз бөлігі деп аталадыкофактор (кофермент) . Кофакторлар көбінесе апоферментпен тығыз байланыса алатын металл иондары болып табылады (мысалы, Zn карбоангидраза ферментінде, С u цитохромоксидаза ферментінде). Коэнзимдер көбінесе апоферментпен азырақ байланысқан органикалық заттар. Коферменттерге NAD және FAD нуклеотидтері жатады. Коэнзимтөмен молекулалық салмақ, ферменттің термотұрақты бөлігі. Оның рөлі – апоферменттің кеңістіктегі орналасуын (конформациясын) анықтап, белсенділігін анықтайды. Кофакторлар электрондарды, функционалдық топтарды тасымалдай алады, фермент пен субстрат арасында қосымша байланыстардың түзілуіне қатыса алады.

Функционалдық жағынан фермент молекуласындағы екі маңызды бөлімді ажырату әдеттегідей: белсенді орталық және аллостериялық бөлім.

Белсенді орталық бұл субстратпен әрекеттесетін және каталитикалық процеске қатысатын фермент молекуласының бөлімі. Ферменттің белсенді аймағын біріншілік құрылымы бойынша бір-бірінен алшақ жатқан аминқышқылдарының радикалдары құрайды. Белсенді орталықтың үш өлшемді орналасуы бар, көбінесе ол қамтиды

Сериннің OH топтары

SHцистеин

NH 2 лизин

- γ -Глутамин қышқылының COOH

Белсенді орталықта екі аймақ бөлінеді: субстратты байланыстыру аймағы және каталитикалық аймақ.

Байланыс аймағы әдетте реакциялық субстрат қосымша бекітілген қатты құрылымға ие. Мысалы, трипсин оң зарядталған амин қышқылы лизинге бай аймақтардағы белоктарды ыдыратады, өйткені оның байланыс аймағында теріс зарядталған аспарагин қышқылының қалдықтары болады.

Каталитикалық аймақ -Бұл субстратқа тікелей әсер ететін және каталитикалық функцияны орындайтын белсенді орталықтың аймағы. Бұл аймақ мобильді, онда функционалдық топтардың салыстырмалы жағдайы өзгеруі мүмкін.

Белсенді орталықтан басқа бірқатар ферменттерде (әдетте олигомерлі) бараллостериялық сайтфермент молекуласының белсенді орталықтан алшақ жатқан және субстратпен емес, қосымша заттармен (регуляторлар, эффекторлар) әрекеттесетін бөлімі. Аллостериялық ферменттерде бір суббірлікте белсенді орталық, ал екіншісінде - аллостериялық учаске болуы мүмкін. Аллостериялық ферменттер өз белсенділігін былай өзгертеді: аллостериялық суббірлікке эффектор (активатор, ингибитор) әсер етіп, оның құрылымын өзгертеді. Содан кейін аллостериялық суббірліктің конформациясының өзгеруі кооперативтік өзгерістер принципіне сәйкес каталитикалық суббірліктің құрылымын жанама түрде өзгертеді, бұл фермент белсенділігінің өзгеруімен бірге жүреді.

Ферменттердің әсер ету механизмі.

Ферменттердің бірқатар жалпы каталитикалық қасиеттері бар:

• каталитикалық тепе-теңдікті өзгертпеңіз
• реакция кезінде тұтынылмайды
• тек термодинамикалық нақты реакцияларды катализдейді. Мұндай реакцияларға молекулалардың бастапқы энергия қоры соңғысынан жоғары болатын реакциялар жатады.

Реакция кезінде жоғары энергетикалық кедергі еңсеріледі. Бұл табалдырықтың энергиясы мен бастапқы энергия деңгейі арасындағы айырмашылық активтену энергиясы болып табылады.

Ферменттік реакциялардың жылдамдығы активтену энергиясымен және басқа да бірқатар факторлармен анықталады.

Химиялық реакция жылдамдығының константасы мына теңдеумен анықталады:

K = P*Z*e - (Ea / RT)

K – реакция жылдамдығының тұрақтысы

P кеңістіктік (стерикалық) коэффициент

З әрекеттесетін молекулалар саны

Е а белсендіру энергиясы

Р газ тұрақтысы

T әмбебап абсолютті температура

натурал логарифмдердің негізі

Бұл теңдеуде Z, e, R, T тұрақты мәндер, ал P және Ea айнымалылар. Сонымен қатар, реакция жылдамдығы мен стерикалық коэффициент арасында тікелей байланыс, ал жылдамдық пен активтену энергиясы арасында кері және қуат-заңды байланыс бар (Еа неғұрлым төмен болса, реакция жылдамдығы соғұрлым жоғары болады).

Ферменттердің әсер ету механизмі ферменттермен стерикалық коэффициенттің жоғарылауына және активтену энергиясының төмендеуіне дейін төмендейді.

Ферменттердің активтену энергиясының төмендеуі.

Мысалы, бөлу энергиясы H 2 O 2 ферменттер мен катализаторларсыз бір мольге 18 000 ккал. Егер платина және жоғары температура қолданылса, ол 12000 ккал/мольге дейін төмендейді. Ферменттің қатысуыменкаталаза белсендіру энергиясы бар болғаны 2000 ккал/моль.

Ea азаюы келесі схема бойынша аралық фермент-субстрат кешендерінің түзілуі нәтижесінде болады: F+S<=>FS кешені → F +реакция өнімдері.Фермент-субстрат кешендерінің түзілу мүмкіндігін алғаш рет Михаэлис пен Ментен дәлелдеген. Кейіннен көптеген фермент-субстрат кешендері бөлініп алынды. Ферменттердің субстратпен әрекеттесу кезіндегі жоғары селективтілігін түсіндіру үшін ұсынылдыФишердің «кілт пен құлып» теориясы. Оған сәйкес, фермент субстратпен олар бір-бірімен абсолютті сәйкестікте (комплементарлық), кілт пен құлып сияқты болған жағдайда ғана әрекеттеседі. Бұл теория ферменттердің ерекшелігін түсіндірді, бірақ олардың субстратқа әсер ету механизмдерін ашпады. Кейінірек фермент пен субстрат арасындағы индукциялық сәйкестік теориясы жасалды -Кошланд теориясы («резеңке қолғап» теориясы). Оның мәні келесідей: ферменттің белсенді орталығы субстратпен әрекеттесуге дейін де қалыптасады және барлық функционалдық топтарын қамтиды. Дегенмен, бұл функционалдық топтар белсенді емес күйде. Субстратты бекіту сәтінде ол ферменттің белсенді орталығындағы радикалдардың орналасуы мен құрылымының өзгеруін тудырады. Нәтижесінде ферменттің белсенді орталығы субстраттың әсерінен белсенді күйге енеді және өз кезегінде субстратқа әсер ете бастайды, яғни. болып жатырөзара әрекеттесу фермент пен субстраттың белсенді аймағы. Нәтижесінде субстрат тұрақсыз, тұрақсыз күйге өтеді, бұл активтену энергиясының төмендеуіне әкеледі.

Фермент пен субстрат арасындағы өзара әрекеттесу нуклеофильді орынбасу, электрофильді орынбасу және субстраттың сусыздану реакцияларын қамтуы мүмкін. Ферменттің функционалдық топтарының субстратпен қысқа мерзімді ковалентті әрекеттесуі де мүмкін. Негізінде белсенді сайттың функционалды топтарының геометриялық қайта бағдарлануы орын алады.

Ферменттердің әсерінен стерикалық коэффициенттің жоғарылауы.

Стерикалық коэффициент кеңістіктік құрылымы бар үлкен молекулаларды қамтитын реакциялар үшін енгізіледі. Стерикалық коэффициент белсенді молекулалар арасындағы сәтті соқтығыстардың үлесін көрсетеді. Мысалы, белсенді молекулалардың 10 соқтығысуы нәтижесінде реакция өнімі түзілсе, ол 0,4-ке тең.

Ферменттер стерикалық коэффициентті жоғарылатады, өйткені олар фермент-субстрат кешенінде субстрат молекуласының құрылымын өзгертеді, нәтижесінде фермент пен субстраттың комплементарлылығы артады. Сонымен қатар, ферменттер белсенді орталықтарының арқасында субстрат молекулаларының кеңістікте орналасуын реттейді (ферментпен әрекеттесуге дейін субстрат молекулалары ретсіз орналасады) және реакцияны жеңілдетеді.

Ферменттердің номенклатурасы

Ферменттердің бірнеше атаулары бар.

1. Тривиальды атаулар (трипсин, пепсин)
2. Жұмыс номенклатурасы. Бұл фермент атауында аза аяқталуы бар, ол қосылады:
   • субстрат атауына (сахараза, амилаза),
   • фермент әсер ететін байланыс түріне (пептидаза, гликозидаза),
   • реакция түріне, процеске (синтетаза, гидролаза).

3) Әрбір ферменттің реакция түрін, субстрат түрін және коферментін көрсететін классификациялық атауы болады. Мысалы: LDH L лактат-NAD+ -оксидоредуктаза.

Ферменттердің классификациясы.

Ферменттердің классификациясы 1961 ж. Классификацияға сәйкес әрбір фермент белгілі бір класта, қосалқы класста, қосалқы класта орналасқан және реттік нөмірі бар. Осыған байланысты әрбір ферменттің цифрлық коды бар, онда бірінші цифр классты, екінші топшаны, үшінші топшаны, төртінші сериялық нөмірді көрсетеді (LDG: 1,1,1,27). Барлық ферменттер 6 класқа жіктеледі.

1. Оксидоредуктазалар
2. Трансферазалар
3. Гидролазалар
4. Лиаздар
5. Изомеразалар
6. Синтетазалар (лигазалар)

Оксидоредуктазалар.

Тотығу-тотықсыздану процестерін катализдейтін ферменттер. Реакцияның жалпы түрі: Ажарайды + B күн = А шығыс + B жарайды . Ферменттердің бұл класы бірнеше кіші класстарды қамтиды:

1. Дегидрогеназалар, тотығатын заттан сутекті бөліп алу арқылы реакцияларды катализдейді. Олар аэробты (сутегінің оттегіге ауысуы) және анаэробты болуы мүмкін (сутегінің оттегіге емес, басқа затқа ауысуы).

2. Оксигеназалар - тотығатын затқа оттегі қосу арқылы тотығуды катализдейтін ферменттер. Егер бір оттегі атомы қосылса, монооксигеназалар, екі оттегі атомы қосылса, диоксигеназалар қатысады.

3. Пероксидазалар пероксидтердің қатысуымен заттардың тотығуын катализдейтін ферменттер.

Трансферазалар.

Функционалдық топтарды бір заттан екінші затқа сызба бойынша молекулаішілік және молекулааралық тасымалдауды жүзеге асыратын ферменттер: АВ+С=А+ВС. Тасымалданатын топтардың түріне қарай трансферазалардың ішкі кластары ажыратылады: аминотрансферазалар, метилтрансферазалар, сульфотрансферазалар, ацилтрансферазалар (трансферттік май қышқылының қалдықтары), фосфотрансферазалар (трансферттік фосфор қышқылының қалдықтары).

Гидролазалар.

Бұл кластың ферменттері химиялық байланыстың үзілу орнында суды қосып үзуін катализдейді, яғни гидролиз реакциясын сызба бойынша жүргізеді: AB + HOH = AN + BOH. Үзілетін байланыстардың түріне қарай гидролазалардың қосалқы кластары ажыратылады: пептидазалар пептидтік байланыстарды (пепсин), гликозидазалар гликозидтік байланыстарды (амилаза), эстеразалар күрделі эфир байланыстарын (липаза) ыдыратады.

Лиаздар.

Лиазалар химиялық байланыстың үзілу орнында су қоспай-ақ үзілуін катализдейді. Бұл жағдайда қос байланыстар субстраттарда схема бойынша түзіледі: AB = A + B. Лиазалардың ішкі кластары қандай атомдар арасында байланыс үзілгеніне және қандай заттардың түзілетініне байланысты. Альдолазалар көміртегінің екі атомы арасындағы байланысты үзеді (мысалы, фруктоза 1,6-ди-фосфат альдолаза фруктозаны және екі триозаны «келеді»). Лиазаларға декарбоксилаза ферменттері кіреді (олар көмірқышқыл газын кетіреді), ал дегидратазалар су молекулаларын «кесіп тастайды».

Изомеразалар.

Изомеразалар әртүрлі изомерлердің өзара айналуын катализдейді. Мысалы, фосфогексоимераза фруктозаны глюкозаға айналдырады. Изомеразалардың қосалқы кластарына мутазалар (фосфоглюкомутаза глюкоза-1-фосфатты глюкоза-6-фосфатқа айналдырады), эпимеразалар (мысалы, рибозаны ксилолозаға айналдырады), таутомеразалар жатады.

Синтетазалар (лигазалар).

Бұл класс ферменттері АТФ энергиясын пайдаланып жаңа заттардың синтезі реакцияларын катализдейді: A+B+ATP = AB схемасы бойынша. Мысалы, глутамин синтетаза глутамин қышқылын біріктіреді, NH 3 + АТФ қатысуымен глютамин түзілуімен.

Ферменттердің қасиеттері.

Ферменттер бейорганикалық катализаторларға тән қасиеттерден басқа бейорганикалық катализаторлардан белгілі бір айырмашылықтарға ие. Оларға мыналар жатады:

• жоғары белсенділік
• жоғары ерекшелік
• катализ үшін жұмсақ жағдайлар
• белсенділігін реттей білу

Ферменттердің жоғары каталитикалық белсенділігі.

Ферменттер жоғары каталитикалық белсенділікпен сипатталады. Мысалы, көміртегі ангидразасының бір молекуласы көмір қышқылының (Н) 36 миллион молекуласының түзілуін (немесе ыдырауын) катализдейді. 2 CO 3 ). Ферменттердің жоғары белсенділігі олардың әсер ету механизмімен түсіндіріледі: олар активтену энергиясын төмендетеді және кеңістіктік (стерикалық коэффициент) арттырады. Жоғары ферменттік белсенділіктің маңызды биологиялық мәні бар, өйткені ол организмдегі химиялық реакциялардың жоғары жылдамдығын қамтамасыз етеді.

Жоғары ферменттік спецификалық.

Барлық ферменттердің спецификасы бар, бірақ спецификалық дәрежесі ферменттен ферментке қарай өзгереді. Фермент спецификасының бірнеше түрі бар.

Абсолютті субстрат спецификасы, онда фермент тек бір нақты затқа әсер етеді. Мысалы, уреаза ферменті тек несепнәрді ыдыратады.

Абсолютті топспецифика, онда фермент құрылымы ұқсас қосылыстар тобына бірдей каталитикалық әсер етеді. Мысалы, спирт дегидрогеназа ферменті тек С ғана емес тотықтырады 2 N 5 OH, сонымен қатар оның гомологтары (метил, бутил және басқа спирттер).

Туыстық топферменттің органикалық заттардың әртүрлі кластарын катализдейтін ерекшелігі. Мысалы, трипсин ферменті пептидаза және эстеразалық белсенділікті көрсетеді.

Стереохимиялықспецифика (оптикалық ерекшелік), онда изомерлердің белгілі бір түрі ғана ыдырайтын (Д, Л формалары, α, β, cis – транс изомерлер). Мысалы, LDH тек әрекет етеді L-лактат, Л -аминқышқылды оксидазалар әсер етедіЛ -амин қышқылдарының изомерлері.

Жоғары ерекшелік әрбір фермент үшін белсенді орталықтың бірегей құрылымымен түсіндіріледі.

Ферменттердің термобилділігі.

Термобилділік – ферменттердің белсенділігінің температураға тәуелділігі. Температура 0-ден 40 градусқа дейін көтерілгенде ферменттің белсенділігі Вант-Гоф ережесі бойынша артады (температура 10 градусқа жоғарылағанда реакция жылдамдығы 2 4 есе артады). Температураның одан әрі жоғарылауымен ферменттердің белсенділігі төмендей бастайды, бұл ферменттің ақуыз молекуласының термиялық денатурациясымен түсіндіріледі. Графикалық түрде ферменттердің температураға тәуелділігі келесі түрде болады:

0 градуста ферменттің инактивациясы қайтымды, ал жоғары температурада инактивация қайтымсыз болады. Ферменттердің бұл қасиеті адам денесінің температурасы жағдайында максималды реакция жылдамдығын анықтайды. Ферменттердің термобилділігін практикалық медициналық тәжірибеде ескеру қажет. Мысалы, пробиркада ферментативті реакция жүргізгенде оптималды температураны жасау керек. Ферменттердің бұл қасиетін криохирургияда қолдануға болады, дене температурасының төмендеуімен күрделі ұзақ мерзімді операция орындалады, бұл организмде болатын реакциялардың жылдамдығын бәсеңдетеді және тіндердің оттегін тұтынуын азайтады. Ферменттік препараттарды төмен температурада сақтау керек. Микроорганизмдерді бейтараптандыру және дезинфекциялау үшін жоғары температуралар қолданылады (автоклавтау, аспаптарды қайнату).

Фотоға қабілеттілік.

Фотобелсенділік – фермент белсенділігінің ультракүлгін сәулелердің әсеріне тәуелділігі. Ультракүлгін сәулелер белок молекулаларының фотоденатурациясын тудырады және ферменттердің белсенділігін төмендетеді. Ферменттердің бұл қасиеті ультракүлгін шамдардың бактерицидтік әсерінде қолданылады.

Белсенділіктің рН-ға тәуелділігі.

Барлық ферменттердің белгілі бір рН диапазоны бар, онда ферменттердің белсенділігі максималды - рН оптималды. Көптеген ферменттер үшін оптимум шамамен 7. Сонымен бірге пепсин үшін оптималды орта 1-2, сілтілі фосфатаза үшін шамамен 9. РН оптимумнан ауытқыған кезде ферменттің белсенділігі төмендейді, өйткені графиктен көруге болады. Ферменттердің бұл қасиеті фермент молекулаларындағы ионогендік топтардың иондануының өзгеруімен түсіндіріледі, бұл ферменттің белок молекуласындағы иондық байланыстардың өзгеруіне әкеледі. Бұл фермент молекуласының конформациясының өзгеруімен бірге жүреді және бұл өз кезегінде оның белсенділігінің өзгеруіне әкеледі. Организм жағдайында рН-тәуелділік ферменттердің максималды белсенділігін анықтайды. Бұл қасиет практикалық қолдануды да табады. Денеден тыс ферментативті реакциялар оңтайлы рН кезінде жүзеге асырылады. Асқазан сөлінің қышқылдығы төмендеген жағдайда емдік мақсатта NS ерітіндісі тағайындалады.л.

Ферменттік реакция жылдамдығының фермент концентрациясы мен субстрат концентрациясына тәуелділігі

Реакция жылдамдығының фермент концентрациясы мен субстрат концентрациясына тәуелділігі (ферменттік реакциялардың кинетикасы) графиктерде көрсетілген.

1-кесте 2-кесте

ферментативті реакцияда ( F + S 2  1 FS → 3 F + P ) Үш компонентті кезеңнің жылдамдықтары ажыратылады:

1- фермент-субстрат кешенінің түзілуі F.S.

2- ферменттік субстрат кешенінің кері ыдырауы,

3 реакция өнімдерінің түзілуімен фермент-субстрат кешенінің ыдырауы. Осы реакциялардың әрқайсысының жылдамдығы массалар әрекетінің заңына бағынады:

V 1 = K 1 [F]* [S]

V 2 = K 2 * [FS]

V 3 = K 3 *[ FS ]

Тепе-теңдік сәтінде түзілу реакциясының жылдамдығы FS оның ыдырау жылдамдығының қосындысына тең: V 1 = V 2 + V 3. Ферментативті реакцияның үш кезеңінің ішінде үшінші кезең ең маңызды және ең баяу болып табылады., өйткені ол реакция өнімдерінің түзілуімен байланысты. Жоғарыдағы формуланы пайдаланып жылдамдықты табыңыз V 3 мүмкін емес, өйткені фермент-субстрат кешені өте тұрақсыз, оның концентрациясын өлшеу қиын. Осыған байланысты Михаэлис-Ментен Км Михаэлис тұрақтысы және өлшеу үшін теңдеуді түрлендірді V 3 нақты өлшенетін шамаларды қамтитын жаңа теңдеу:

V 3 = K 3 * [ F 0 ] * [S] / Km + [S] немесе V 3 =V макс * [S] / Km+[S]

[F0] ферменттердің бастапқы концентрациясы

Қ м Михаэлис тұрақты.

К-нің физикалық мағынасы m: K m = (K 2 + K 3) / K 1 . Ол фермент-субстрат кешенінің ыдырау жылдамдығының константаларының қатынасын және оның түзілу жылдамдығының константасын көрсетеді.

Михаэлис-Ментен теңдеуі әмбебап болып табылады. Ол реакция жылдамдығының тәуелділігін көрсетеді [ F 0 ] ішінен [ S ]

1. Реакция жылдамдығының субстрат концентрациясына тәуелділігі.Бұл тәуелділік субстраттың төмен концентрациясында анықталады [ S ]< Km . Бұл жағдайда теңдеудегі субстрат концентрациясын елемеуге болады және теңдеу келесі пішінді алады: V 3 = K 3* [F 0] * [S] / км. Бұл теңдеуде K 3 , F 0 ], Км тұрақтылар және жаңа тұрақты K* ауыстырылуы мүмкін. Осылайша, субстраттың төмен концентрациясында реакция жылдамдығы осы концентрацияға тура пропорционал болады V 3 = K * * [ S ]. Бұл тәуелділік 2-графиктің бірінші бөліміне сәйкес келеді.
2. Жылдамдықтың фермент концентрациясына тәуелділігісубстраттың жоғары концентрациясында пайда болады. S ≥ км . Бұл жағдайда біз елемеуге боладыкм және теңдеу келесідей болады: V 3 = K 3* (([ F 0 ] * [ S ]) / [ S ]) = K 3 * [ F 0 ] = V макс. Осылайша, субстраттың жоғары концентрацияларында реакция жылдамдығы фермент концентрациясымен анықталады және оның максималды мәніне жетеді V 3 = K 3 [F 0] = V макс. (2-графиктің үшінші бөлімі).
3. Сандық мәнді анықтауға мүмкіндік бередіБерілген км V 3 = V макс /2. Бұл жағдайда теңдеу келесі түрде болады:

V max /2 = ((V max *[ S ])/ Км +[ S ]), осыдан келіп шығадыкм =[ S ]

Осылайша, Қ м максимумның жартысына тең реакция жылдамдығында субстрат концентрациясына сандық түрде тең. TOм ферменттің өте маңызды сипаттамасы болып табылады, ол мольмен өлшенеді (10-2 10 -6 моль) және ферменттің ерекшелігін сипаттайды: төменіреккм , ферменттің ерекшелігі соғұрлым жоғары болады.

Михаэлис тұрақтысының графикалық анықтамасы.

Түзу сызықты бейнелейтін графикті пайдалану ыңғайлырақ. Мұндай графикті Михаэлис-Ментеннің кері теңдеуіне сәйкес келетін Lineweaver Burke (қос кері әсерлердің графигі) ұсынған болатын.

Ферменттік реакциялар жылдамдығының активаторлар мен ингибиторлардың болуына тәуелділігі.

Активаторлар ферментативті реакциялардың жылдамдығын арттыратын заттар. Бір ферменттің белсенділігін арттыратын арнайы активаторлар бар (NSл - пепсиноген активаторы) және бірқатар ферменттердің (иондардың) белсенділігін арттыратын спецификалық емес активаторлар Mg гексокиназа активаторлары, K,На ATPase және басқа ферменттер). Металл иондары, метаболиттер және нуклеотидтер активатор ретінде қызмет ете алады.

Активаторлардың әсер ету механизмі.

1. Ферменттің белсенді орталығының аяқталуы, нәтижесінде ферменттің субстратпен әрекеттесуі жеңілдейді. Бұл механизм негізінен металл иондарында болады.
2. Аллостериялық активатор ферменттің аллостериялық орнымен (суббірлігімен) әрекеттеседі, оның өзгеруі арқылы активті орталықтың құрылымын жанама түрде өзгертіп, ферменттің белсенділігін арттырады. Ферменттік реакциялардың метаболиттері, АТФ, аллостериялық әсерге ие.
3. Аллостериялық механизмді ферменттің олигомерлілігінің өзгеруімен біріктіруге болады. Активатордың әсерінен бірнеше суббірліктер олигомерлік формаға біріктіріліп, ферменттің белсенділігін күрт арттырады. Мысалы, изоцитрат ацетил-КоА карбоксилаза ферментінің активаторы болып табылады.
4. Фосфолдану – ферменттердің дефосфорлануы ферменттердің қайтымды модификациясын айтады. Қосылым H 3 RO 4 көбінесе ферменттің белсенділігін күрт арттырады. Мысалы, фосфорилаза ферментінің екі белсенді емес димерлері АТФ төрт молекуласымен қосылып, ферменттің белсенді тетрамерлі фосфорланған түрін түзеді. Ферменттердің фосфолдануы олардың олигомерлігінің өзгеруімен біріктірілуі мүмкін. Кейбір жағдайларда ферменттің фосфорлануы, керісінше, оның белсенділігін төмендетеді (мысалы, гликоген синтетаза ферментінің фосфорлануы)
5. Жартылай протеолиз (қайтымсыз модификация). Бұл механизм арқылы молекуланың фрагменті ферменттің белсенді емес түрінен (профермент) бөлініп, ферменттің белсенді орталығын блоктайды. Мысалы, әсерінен белсенді емес пепсиноген HCL белсенді пепсинге айналады.

Ингибиторлар ферменттердің белсенділігін төмендететін заттар.

Ерекшелігі бойыншаспецификалық және бейспецификалық ингибиторларды ажыратады

Қайтымдылығы бойынша әсерінен қайтымды және қайтымсыз ингибиторлар ажыратылады.

Орналасқан жері бойыншаБелсенді орталықта және белсенді орталықтан тыс әрекет ететін ингибиторлар бар.

Әсер ету механизмі бойыншабәсекеге қабілетті және бәсекеге қабілетті емес ингибиторлар болып бөлінеді.

Бәсекелестік тежелу.

Бұл түрдегі ингибиторлар субстрат құрылымына жақын құрылымға ие. Осыған байланысты ингибиторлар мен субстрат ферменттің белсенді аймағымен байланысу үшін бәсекелеседі. Бәсекелестік тежеу ​​қайтымды тежелу.Бәсекелес ингибитордың әсерін реакция субстратының концентрациясын арттыру арқылы азайтуға болады.

Бәсекелестік тежелудің мысалы ретінде дикарбонды янтарь қышқылының тотығуын катализдейтін сукцинатдегидрогеназаның белсенділігін дикарбонды малон қышқылының тежеуін келтіруге болады, ол құрылымы жағынан янтар қышқылына ұқсас.

Дәрілік заттарды жасауда бәсекелес тежеу ​​принципі кеңінен қолданылады. Мысалы, сульфаниламидті препараттар микроорганизмдердің өсуіне қажетті пара-аминобензой қышқылына жақын құрылымға ие. Сульфаниламидтер пара-аминобензой қышқылының сіңуіне қажетті микробтық ферменттерді блоктайды. Кейбір ісікке қарсы препараттар азотты негіздердің аналогтары болып табылады және сол арқылы нуклеин қышқылдарының (фторурацил) синтезін тежейді.

Графикалық түрде бәсекелес тежелудің келесі түрі бар:

Бәсекелестік емес тежелу.

Бәсекеге қабілетсіз ингибиторлар құрылымдық жағынан реакциялық субстраттарға ұқсас емес, сондықтан субстраттың жоғары концентрацияларында ығыстырыла алмайды. Бәсекеге қабілетті емес ингибиторлардың әрекетінің бірнеше нұсқасы бар:

1. Ферменттің белсенді орталығының функционалдық тобын блоктау және нәтижесінде белсенділікті төмендету. Мысалы, белсенділікС Н – топтары тиолды уларды қайтымды (металл тұздары, сынап, қорғасын) және қайтымсыз (мониодоацетат) байланыстыра алады. Тиол ингибиторларының ингибиторлық әсерін тиолға бай қоспаларды енгізу арқылы азайтуға болады. SH топтар (мысалы, унтиол). Ферменттердің белсенді орталығының ОН топтарын блоктайтын серин ингибиторлары табылып, қолданылады. Құрамында фосфофторы бар органикалық заттар мұндай әсерге ие. Бұл заттар, атап айтқанда, нейротрансмиттер ацетилхолинді бұзатын ацетилхолинэстераза ферментіндегі OH топтарын тежей алады.
2. Ферменттердің белсенді сайтының бөлігі болып табылатын металл иондарын блоктау. Мысалы, цианидтер темір атомдарын блоктайды, ЭДТА (этилендиаминтетраацетат) Са иондарын блоктайды, Mg.
3. Аллостериялық ингибитор аллостериялық учаскемен әрекеттеседі, ол арқылы жанама түрде кооперативтілік принципі бойынша каталитикалық учаскенің құрылымы мен белсенділігін өзгертеді. Графикалық түрде бәсекелес емес тежелудің келесі түрі бар:

Бәсекелестік емес тежелу кезіндегі реакцияның максималды жылдамдығына субстрат концентрациясын арттыру арқылы қол жеткізу мүмкін емес.

Зат алмасу кезіндегі ферменттердің белсенділігін реттеу.

Ағзаның өзгермелі жағдайларға бейімделуі (тамақтану, қоршаған ортаның әсерлері және т.б.) ферменттердің белсенділігінің өзгеруіне байланысты мүмкін болады. Ағзадағы ферменттік реакциялардың жылдамдығын реттеудің бірнеше мүмкіндіктері бар:

1. Фермент синтезінің жылдамдығын өзгерту (бұл механизм ұзақ уақытты қажет етеді).
2. Жасуша мембраналарының өткізгіштігін өзгерту арқылы субстрат пен ферменттің қолжетімділігін арттыру.
3. Жасушалар мен ұлпаларда бұрыннан бар ферменттердің белсенділігін өзгерту. Бұл механизм жоғары жылдамдықта жүреді және қайтымды.

Көп сатылы ферментативті процестердереттеуші, негізгіпроцестің жалпы жылдамдығын шектейтін ферменттер. Көбінесе бұл процестің бастапқы және соңғы кезеңдерінің ферменттері. Негізгі ферменттердің белсенділігінің өзгеруі әртүрлі механизмдер арқылы жүреді.

1. Аллостериялық механизм:

1. Ферменттердің олигомерлігінің өзгеруі:

Мономерлер белсенді емес ↔ олигомерлер белсенді

1. Фосфолдану-дефосфорлану:

Фермент (белсенді емес) + Н 3 RO 4 ↔ фосфорланған белсенді фермент.

Жасушаларда автореттеу механизмі кең таралған. Авторегуляция механизмі, атап айтқанда, ретроингибиция болып табылады, онда ферментативті процесс өнімдері бастапқы кезеңдердің ферменттерін тежейді. Мысалы, пурин және пиримидин нуклеотидтерінің жоғары концентрациясы олардың синтезінің бастапқы кезеңдерін тежейді.

Кейде бастапқы субстраттар соңғы ферменттерді белсендіреді, диаграммада: субстрат А белсендіреді F 3 . Мысалы, глюкозаның белсенді түрі (глюкоза-6-фосфат) глюкозадан гликоген синтезіндегі соңғы ферментті белсендіреді (гликоген синтетаза).

Жасушадағы ферменттердің құрылымдық ұйымдастырылуы

Ағзадағы зат алмасу процестерінің когеренттілігі жасушалардағы ферменттердің құрылымдық бірлігінің арқасында мүмкін болады. Жеке ферменттер белгілі бір жасушаішілік құрылымдарда орналасадыбөліктерге бөлу.Мысалы, калий ферменті – натрий АТФаза – плазмалық мембранада белсенді. Митохондрияларда тотығу реакцияларының ферменттері (сукцинатдегидрогеназа, цитохромоксидаза) белсенді. Нуклеин қышқылдарын синтездейтін ферменттер (ДНҚ полимераза) ядрода белсенді. Лизосомаларда әртүрлі заттарды ыдырататын ферменттер (РНҚаза, фосфатаза және т.б.) белсенді.

Берілген жасушалық құрылымда ең белсенді ферменттер деп аталадыкөрсеткіш немесе маркерлік ферменттер. Клиникалық тәжірибеде олардың анықтамасы құрылымдық тіндердің зақымдану тереңдігін көрсетеді. Кейбір ферменттер көп ферментті кешендерге біріктіріледі, мысалы, пируватдегидрогеназа кешені (ПДК), пирожүзім қышқылының тотығуын жүзеге асырады.

Ферменттерді анықтау және сандық анықтау принциптері:

Ферменттерді анықтау олардың жоғары ерекшелігіне негізделген. Ферменттер өздері шығаратын әрекет арқылы анықталады, яғни. осы фермент катализдейтін реакцияның пайда болуына негізделген. Мысалы, амилаза крахмалды глюкозаға ыдырататын реакция арқылы анықталады.

Ферментативті реакцияның пайда болу критерийлері болуы мүмкін:

• реакция субстратының жоғалуы
• реакция өнімдерінің пайда болуы
• коферменттің оптикалық қасиеттерінің өзгеруі.

Ферменттердің мөлшерін анықтау

Жасушалардағы ферменттердің концентрациясы өте төмен болғандықтан, олардың шынайы концентрациясы анықталмайды, бірақ ферменттің мөлшері ферменттің белсенділігімен жанама түрде бағаланады.

Фермент белсенділігі оптималды жағдайларда (оңтайлы температура, рН, субстраттың шамадан тыс жоғары концентрациясы) жүретін ферментативті реакция жылдамдығымен бағаланады. Бұл жағдайда реакция жылдамдығы фермент концентрациясына тура пропорционал ( V = K 3 [F 0 ]).

Фермент белсенділігінің бірліктері (мөлшері)

Клиникалық тәжірибеде фермент белсенділігінің бірнеше бірліктері қолданылады.

1. Халықаралық бірлік – 25 температурада минутына 1 микромоль субстраттың айналуын катализдейтін фермент мөлшері. 0 C.
   1. Катал (SI жүйесінде) - секундына 1 моль субстраттың айналуын катализдейтін ферменттің мөлшері.
   2. Спецификалық белсенділік – фермент белсенділігінің фермент ақуызының массасына қатынасы.
   3. Ферменттің молекулалық белсенділігі ферменттің 1 молекуласының әсерінен субстраттың қанша молекуласы өзгеретінін көрсетеді.

Клиникалық энзимология

Ферменттер туралы мәліметтерді медициналық тәжірибеде қолдану – медициналық энзимологияның бір саласы. Ол 3 бөлімді қамтиды:

1. Ферменттік диагностика
   1. Энзимопотология
      1. Ферменттік терапия

Ферменттік диагностикаауруларды диагностикалау үшін ферменттердің белсенділігін зерттеу мүмкіндіктерін зерттейтін бөлім. Жеке тіндердің зақымдалуын бағалау үшін органға тән ферменттер мен изоферменттер қолданылады.

Педиатриялық тәжірибеде ферменттік диагностиканы жүргізу кезінде балалардың ерекшеліктерін ескеру қажет. Балаларда кейбір ферменттердің белсенділігі ересектерге қарағанда жоғары.Мысалы, LDH белсенділігінің жоғары болуы босанғаннан кейінгі ерте кезеңде анаэробты процестердің басым болуын көрсетеді. Балалардың қан плазмасындағы трансаминазалардың мөлшері қан тамырлары-тін өткізгіштігінің жоғарылауы нәтижесінде жоғарылайды. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа белсенділігі эритроциттердің ыдырауының жоғарылауы нәтижесінде жоғарылайды. Басқа ферменттердің белсенділігі, керісінше, ересектерге қарағанда төмен. Мысалы, секреторлық жасушалардың жетілмегендігінен пепсин және ұйқы безі ферменттерінің (липаза, амилаза) белсенділігі төмендейді.

Жасы бойынша жеке изоферменттердің қайта бөлінуі мүмкін. Осылайша, балаларда LDH басым болады 3 (анаэробты түрі көбірек), ал ересектерде LDH 2 (аэробты түрі).

ЭнзимопатологияДамуының жетекші механизмі фермент белсенділігінің бұзылуы болып табылатын ауруларды зерттейтін энзимология саласы. Оларға көмірсулар алмасуының бұзылыстары (галактоземия, гликогеноз, мукополисахаридоз), амин қышқылдары (фенилкетонурия, цистинурия), нуклеотидтер (оротатацидурия), порфириндер (порфирия) жатады.

Ферменттік терапия ферменттердің, коферменттердің, активаторлардың және ингибиторлардың дәрілік мақсатта қолданылуын зерттейтін энзимология бөлімі. Ферменттерді алмастыру мақсатында (пепсин, панкреатикалық ферменттер), литикалық мақсатта некроздық массаларды, қан ұйығыштарын кетіру және тұтқыр экссудаттарды сұйылту үшін қолдануға болады.

Әдебиет

1. Авдеева, Л.В. Биохимия: Оқу құралы / Л.В. Авдеева, Т.Л. Алейникова, Л.Е. Андрианова; Ред. Е.С. Северин. - М.: ГЕОТАР-МЕД, 2013. - 768 б.

2. Ауэрман, Т.Л. Биохимия негіздері: Оқу құралы / Т.Л. Ауэрман, Т.Г. Генералова, Г.М. Суслянок. - М.: NIC INFRA-M, 2013. - 400 б.

3. Базарнова, Ю.Г. Жануарлардан алынатын шикізатты өңдеу мен сақтаудың биохимиялық принциптері: Оқу құралы / Ю.Г. Базарнова, Т.Е. Бурова, В.И. Марченко. - Санкт-Петербург: Просп. Ғылымдар, 2011. - 192 б.

4. Бәйішев, И.М. Биохимия. Тест сұрақтары: Оқулық / Д.М. Зубаиров, И.М. Бәйішев, Р.Ф. Байкеев; Ред. Д.М. Зубаиров. – М.: ГЕОТАР-Медиа, 2008. – 960 б.

5. Бокут, С.Б. Филогенез және онтогенез биохимиясы: Оқу құралы / А.А. Чиркин, Е.О. Данченко, С.Б. Бокут; Жалпы ред. А.А. Чиркин. - М.: NIC INFRA-M, қараша. білім, 2012. - 288 б.

6. Гидранович, В.И. Биохимия: Оқу құралы / В.И. Гидранович, А.В. Гидранович. - Мн.: TetraSystems, 2012. - 528 б.

7. Голощапов, А.П. Химия өнеркәсібі дамыған қала жағдайына адамның бейімделуінің генетикалық және биохимиялық аспектілері / А.П. Голощапов. – М.: ҚМК, 2012. – 103 б.

8. Гункова, П.И. Сүт және сүт өнімдерінің биохимиясы / Қ.Қ. Горбатова, П.И. Гункова; Жалпы ред. Қ.Қ. Горбатова. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2010. - 336 б.

9. Димитриев, А.Д. Биохимия: Оқулық / А.Д. Димитриев, Е.Д. Амбросиева. - М.: Дашков және К, 2013. - 168 б.

10. Ершов, Ю.А. Жалпы биохимия және спорт: Оқу құралы / Ю.А. Ершов. – М.: ММУ, 2010. – 368 б.

11. Ершов, Ю.А. Инженерлер үшін биохимия негіздері: Оқу құралы / Ю.А. Ершов, Н.И. Зайцева; Ред. С.И. Щукин. - М.: ММУ им. Бауман, 2010. - 359 б.

12. Камышников, В.С. Клиникалық және биохимиялық зертханалық диагностика бойынша анықтамалық: 2 томда. 2 томда Клиникалық және биохимиялық зертханалық диагностика анықтамалығы: 2 томда / В.С. Камышников. - Мн.: Беларусь, 2012. - 958 б.

13. Клопов, М.И. Жануарлар ағзасындағы физиологиялық және биохимиялық процестердегі биологиялық белсенді заттар: Оқулық / М.И. Клопов, В.И. Максимов. – Петербург: Лан, 2012. – 448 б.

14. Михайлов, С.С. Спорт биохимиясы: Дене шынықтыру университеттері мен колледждеріне арналған оқу құралы / С.С. Михайлов. - М.: Сов. спорт, 2012. - 348 б.

15. Репников, Б.Т. Тауартану және балық өнімдерінің биохимиясы: Оқу құралы / Б.Т. Репников. - М.: Дашков және К, 2013. - 220 б.

16. Рогожин, В.В. Сүт және ет биохимиясы: Оқу құралы / В.В. Рогожин. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2012. - 456 б.

17. Рогожин, В.В. Өсімдіктер биохимиясы: Оқу құралы / В.В. Рогожин. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2012. - 432 б.

18. Рогожин, В.В. Өсімдіктер физиологиясы және биохимиясы бойынша практикум: Оқу құралы / В.В. Рогожин, Т.В. Рогожина. - Санкт-Петербург: ГИОРД, 2013. - 352 б.

19. Тағанұлы, А.Д. Патологиялық биохимия: Монография / А.Д. Таганович. – М.: БИНОМ, 2013. – 448 б.

20. Филиппович, Ю.Б. Адам өмірінің биохимиялық негіздері: ЖОО ​​студенттеріне арналған оқулық / Ю.Б. Филиппович, А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова, Н.М. Кутузова. - М.: ВЛАДОС, 2005. - 407 б.

21. Щербаков, В.Г. Майлы дақылдар шикізатының биохимиясы және тауартану / В.Г. Щербаков, В.Г. Лобанов. - М.: КолосС, 2012. - 392 б.

Сізді қызықтыруы мүмкін басқа ұқсас жұмыстар.vshm>
3791.		Нарық механизмі: мәні, құрылымы, функциялары	86,49 КБ
	Нарықтық механизм – бұл бағаны, өндіріс көлемін, оның құрылымы мен өнім сапасын белгілеуге қатысты сатушылар мен сатып алушылардың өзара әрекеттесу механизмі; ол нарықтың объективті экономикалық заңдылықтарына негізделген ресурстар мен кірістерді бөлу механизмі.
5233.		Ферроэлектриктер – құрылымы, қасиеттері және қолданылуы	2,33 Мб
	Ферроэлектриктер – бұл белгілі бір температура диапазонында өздігінен (стихиялы) поляризацияланатын, яғни сыртқы электр өрісі болмаған кезде поляризацияланатын диэлектриктер. Ферроэлектриктер өз атауын минерал атауынан алады
7848.		Ретровирустар отбасы. АИВ, оның қасиеттері, антигендік құрылымы. АИВ-инфекциясының эпидемиологиясы мен патогенезі, диагностикалық әдістері. АИТВ-инфекциясын емдеу және спецификалық алдын алу мәселелері	16,75 КБ
	АИВ оның қасиеттері антигендік құрылымы. АИВ-инфекциясының эпидемиологиясы мен патогенезі, диагностикалық әдістері. АИТВ-инфекциясын емдеу және спецификалық профилактика мәселелері Мамандығы Жалпы медицина Дайындаған оқытушы Коледа В.Минск Тақырыпты өзекті ету: АҚТҚ-инфекциясы – адам ағзасындағы АИВ-инфекциясы – адамның иммун тапшылығы вирусы АИВ тудыратын, зақымдануының баяу ағымымен сипатталатын инфекциялық процесс. иммундық және жүйке жүйесі, осы фонға қарсы оппортунистік инфекциялардың кейінгі дамуы...
3755.		Сандар бойынша әрекеттер	16,02 КБ
	Екілік қосу кестесіне сәйкес әрбір разрядқа екілік сандарды қосқанда, егер көршілес төменгі разрядтан тасымалдау бар болса, осы цифрлардың екеуінің екі цифрын немесе 1-ді қосу жүзеге асырылады.
10885.		Тергеу әрекеттері	41,97 КБ
	Басқа жағдайларда когнитивтік аспектіге баса назар аударылғанда, істің мән-жайын зерделеу және шындықты анықтау тәсілі ретінде қызмет еткен әрекеттер ғана тергеу деп аталды. Қылмыстық іс жүргізу заңында белгіленген тәртіппен берілген тергеушінің тапсырмасы бойынша тергелетін іс бойынша жеке тергеу әрекеттерін анықтау органдары немесе өзге де тергеушілер жүргізе алады. Әдетте, тергеу әрекеттері тергеушінің немесе анықтауды жүргізетін адамның бастамасы бойынша жүргізіледі.
5406.		Топтық әрекеттің психологиялық сипаттамасы	16,13 КБ
	Біз қарастырып отырған құбылыстарды үш негізгі топқа бөлуге болады: топтың өзін-өзі тануына негізделген әрекет субъектісі ретіндегі топтың мінездемесі, топтық іс-әрекет процесіндегі моральдық-психологиялық қарым-қатынастың ерекшеліктері.
533.		Зиянды факторлардың қосындысы	4,94 КБ
	Улардың уыттылығы ауа температурасының жоғарылауымен де, төмендеуімен де жоғарылайтыны анықталды. Терідегі және шырышты қабаттардағы қан тамырларының кеңеюі тері және тыныс алу жолдары арқылы улы заттардың сіңу жылдамдығын арттырады.Ауа температурасының жоғарылауында токсикалық әсердің күшеюі бензин булары мен сынаптың, азот оксидтерінің және ұшқыштардың көптеген ұшқыш улары үшін байқалды. басқалар. Оның себебі – гидролиз процестерінің күшеюі, шырышты қабаттардың бетінде уланулардың сақталуының жоғарылауы, уланулардың агрегациялық күйінің өзгеруі. Көбеюімен...
7422.		ГЕЛИОГЕОФИЗИКАЛЫҚ ФАКТОРЛАРДЫҢ БИОЖҮЙЕЛЕРГЕ ӘСЕРІН ЗЕРТТЕУ	1,34 Мб
	Дипломдық жұмыстың нәтижесінде волютин түйіршіктерінің геогелиофизикалық әсерлерге реакциясы зерттелді. Метахромазия реакциясының түрінің әртүрлі гелиофизикалық факторларға тәуелділігін білдіретін графиктер алынды. Метахромазия реакциясының 3-ші түрін байқау көбінесе геомагниттік бұзылыстың Ap және Kp индекстерінің максимумдарынан кейін 2-3 күннен кейін болады. Пирсон корреляциясының деректері алынды
3643.		Жұмыс принципі бұрышы. кеңістіктегі заң	2,96 КБ
	Бұл КМ қолданылатын аумақты анықтау мәселесі. Ресей Федерациясының аумағында қылмыс жасаған адам қылмыстық жауапкершілікке тартылады. Ресей Федерациясынан тыс жерде қылмыс жасаған Ресей Федерациясының азаматтары және Ресей Федерациясында тұрақты тұратын азаматтығы жоқ адамдар, егер олардың жасаған әрекеті аумағында қылмыс деп танылған болса, Қылмыстық кодекске сәйкес қылмыстық жауапкершілікке тартылады. жасалғаны және егер бұл адамдар шет мемлекетте сотталмаған болса. Бұл адамдарды кінәлі деп тану кезінде жаза қылмыс жасалған аумақтағы шет мемлекеттің заңнамасында көзделген санкцияның жоғарғы шегінен аспауы керек.
17448.		МОК-250 партиялық көкөніс қабығын тазарту машинасын зерттеу	364,1 КБ
	Тамақ – адам өміріндегі негіздердің бірі, ағзаның жұмыс істеуі үшін энергия көзі ретінде адам күніне 1-5 рет тамақтануы керек. Толық тағам, оның рационында тағамның барлық маңызды элементтері бар, бұл адам ағзасының қалыпты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін тағамға қосылуы керек элементтер. «Тіршілік қауіпсіздігі» бөлімі қауіпсіздік шараларына және зерттелетін машинадағы жұмыс мүмкіндігінше аз зиян мен қауіп тудырмауы үшін қабылданған барлық шараларға ерекше назар аударады...

Соңғы уақытқа дейін барлық ферменттер ақуыздық табиғаттың заттары болып табылады деп есептелді. Бірақ 80-ші жылдары кейбір төмен молекулалы РНҚ-да каталитикалық белсенділік ашылды. Бұл ферменттер аталды рибозимдер. Қалғандары, қазіргі уақытта белгілі 2000-нан астам ферменттер табиғаты бойынша ақуыз болып табылады және белоктардың барлық қасиеттерімен сипатталады.

Құрылымы бойынша ферменттер келесіге бөлінеді:

1.қарапайым немесе бір компонентті;

2. күрделі немесе екі компонентті (голоферменттер).

Қарапайым ферменттер қарапайым белоктар болып табылады және гидролизденген кезде тек амин қышқылдарына ыдырайды. Қарапайым ферменттерге гидролиздік ферменттер (пепсин, трипсин, уреаза және т.б.) жатады.

Күрделі белоктар күрделі белоктар болып табылады және полипептидтік тізбектерден басқа белокты емес компонентті ( кофактор). Ферменттердің көпшілігі күрделі белоктар.Екі компонентті ферменттің ақуыздық бөлігі деп аталады апофермент.Кофакторлардың апоферментпен байланысу күштері әртүрлі болуы мүмкін.Егер кофактор полипептидтік тізбекпен тығыз байланысқан болса, оны деп атайды. протездік топ. Протездік топ пен апофермент арасында коваленттік байланыс бар.

Егер кофактор апоферменттен оңай бөлінсе және тәуелсіз өмір сүруге қабілетті болса, онда мұндай кофактор деп аталады. кофермент.

Апофермент пен кофермент арасындағы байланыстар әлсіз – сутегі, электростатикалық және т.б.

Кофакторлардың химиялық табиғаты өте алуан түрлі. Екі компонентті ферменттердегі кофакторлардың рөлін мыналар атқарады:

1 – витаминдердің көпшілігі (E, K, Q, C, H, B1, B2, B6, B12, т.б.);

нуклеотидтік табиғаттың 2 қосылысы (NAD, NADP, ATP, CoA, FAD, FMN), сондай-ақ бірқатар басқа қосылыстар;

3 – липоли қышқылы;

4 – көптеген екі валентті металдар (Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+ және т.б.).

Ферменттердің белсенді аймағы.

Ферменттер – молекулалық массасы бірнеше миллионға жететін жоғары молекулалы заттар.Ферменттермен әрекеттесетін субстраттардың молекулалары әдетте әлдеқайда кіші өлшемге ие. Демек, субстратпен тұтастай алғанда фермент молекуласы түгелдей емес, оның кейбір бөлігі ғана – ферменттің «белсенді орталығы» деп аталатын әрекеттеседі деп болжау заңды.

Ферменттің белсенді орталығы оның молекуласының субстраттармен тікелей әрекеттесетін және катализ актісіне қатысатын бөлігі болып табылады.

Ферменттің белсенді орталығы үшінші реттік құрылым деңгейінде түзіледі. Сондықтан денатурация кезінде үшінші реттік құрылым бұзылғанда фермент каталитикалық белсенділігін жоғалтады!

Белсенді орталық өз кезегінде мыналардан тұрады:

1. субстраттың химиялық түрленуін жүзеге асыратын каталитикалық орталық;

2.субстраттың ферментке қосылуын, фермент-субстрат кешенінің түзілуін қамтамасыз ететін субстрат орталығы («зәкір» немесе жанасу аймағы).

Каталитикалық және субстрат орталықтары арасында анық сызықты сызу әрқашан мүмкін емес, кейбір ферменттерде олар сәйкес келеді немесе қабаттасады.

Белсенді орталықтан басқа, фермент молекуласында деп аталатын бар аллостериялық орталық. Бұл ферменттің үшінші реттік құрылымы өзгеретін белгілі бір төмен молекулалы заттың (эффектордың) қосылуы нәтижесінде фермент молекуласының бөлімі. Бұл белсенді учаскенің конфигурациясының өзгеруіне және, демек, ферменттің белсенділігінің өзгеруіне әкеледі. Бұл фермент белсенділігінің аллостериялық реттелу құбылысы.

Көптеген ферменттер мультимерлер (немесе олигомерлер), яғни. екі немесе одан да көп протомерлік суббірліктерден тұрады (ақуыздың төрттік құрылымына ұқсас).

Суббірліктер арасындағы байланыстар әдетте ковалентті емес. Фермент мультимер түрінде максималды каталитикалық белсенділікті көрсетеді. Протомерлерге диссоциациялану ферменттердің белсенділігін күрт төмендетеді.

Ферменттер - мультимерлерде әдетте суббірліктердің анық саны (2-4), яғни. ди- және тетрамерлер болып табылады. Гекса- және октамерлер (6-8) белгілі болғанымен, тримерлер мен пентамерлер (3-5) өте сирек кездеседі.

Мультимерлі ферменттер бірдей немесе әртүрлі суббірліктерден құрылуы мүмкін.

Мультимерлі ферменттер әр түрлі суббірліктерден түзілсе, олар бірнеше изомер ретінде өмір сүре алады. Ферменттің бірнеше формалары изоферменттер (изоферменттер немесе изоферменттер) деп аталады.

Мысалы, фермент А және В типті 4 суббірліктен тұрады.Ол 5 изомер құра алады: AAAA, AAAB, AABB, ABBB, BBBB. Бұл изоферменттік ферменттер изофермент болып табылады.

Изоферменттер бір химиялық реакцияны катализдейді, әдетте бір субстратқа әсер етеді, бірақ кейбір физика-химиялық қасиеттері (молекулалық массасы, аминқышқылдарының құрамы, электрофоретикалық қозғалғыштығы және т.б.), мүшелер мен ұлпалардағы локализациясы бойынша ерекшеленеді.

Ферменттердің ерекше тобы деп аталатындардан тұрады. мультимерлі кешендер. Бұл субстрат трансформациясының кезекті кезеңдерін катализдейтін ферменттер жүйесі. Мұндай жүйелер күшті байланыстармен және ферменттердің қатаң кеңістіктік ұйымдастырылуымен сипатталады, бұл субстрат арқылы минималды жолды және оның конверсиясының максималды жылдамдығын қамтамасыз етеді.

Мысал ретінде пирожүзім қышқылының тотығу декарбоксилденуін жүзеге асыратын мультиферменттік комплексті келтіруге болады. Кешен ферменттердің 3 түрінен тұрады (М.в. = 4 500 000).

Ферменттердің әсер ету механизмі

Ферменттердің әсер ету механизмі келесідей. Субстрат ферментпен қосылса, тұрақсыз фермент-субстрат кешені түзіледі. Ол субстрат молекуласын белсендіреді:

1. субстрат молекуласындағы химиялық байланыстың поляризациясы және электрон тығыздығының қайта бөлінуі;

2. реакцияға қатысатын байланыстардың деформациясы;

3. субстрат молекулаларының (S) жақындауы және қажетті өзара бағдары.

Субстрат молекуласы ферменттің белсенді орталығында кернеулі конфигурацияда, деформацияланған күйде бекітіледі, бұл химиялық байланыстардың беріктігінің әлсіреуіне әкеледі және энергетикалық кедергінің деңгейін төмендетеді, т.б. субстрат белсендіріледі.

Ферментативті реакция процесінің 4 кезеңі бар:

1 – субстрат молекуласының ферментке қосылуы және фермент-субстрат кешенінің түзілуі;

2 – ферменттің әсерінен субстраттың өзгеруі, оны химиялық реакцияға қолжетімді ету, т. субстратты белсендіру;

3 – химиялық реакция;

4 – ферменттен реакция өнімдерін бөлу.

Мұны диаграмма түрінде жазуға болады:

E + SESES* EPE + P

мұндағы: E – фермент, S – субстрат, S* – активтендірілген субстрат, P – реакция өнімі.

1-ші кезеңде субстрат молекуласының химиялық өзгерістерге ұшырамайтын бөлігі әлсіз әрекеттесу арқылы субстрат орталығына бекітіледі. Фермент-субстрат кешенін (ФС) түзу үшін фермент әсерінің жоғары ерекшелігін анықтайтын үш шарт орындалуы керек.

Фермент-субстрат кешенінің түзілу шарттары:

1.құрылымдық сәйкестіксубстрат пен ферменттің белсенді жері арасында. Фишер айтқандай, олар «құлыптың кілті сияқты» бір-біріне сәйкес келуі керек. Бұл ұқсастық ферменттің үшінші реттік құрылымы деңгейінде қамтамасыз етіледі, яғни. белсенді орталықтың функционалдық топтарының кеңістікте орналасуы.

2.электростатикалық сәйкестікқарама-қарсы зарядталған топтардың әрекеттесуінен туындайтын фермент пен субстраттың белсенді орталығы.

3. ферменттің үшінші реттік құрылымының икемділігі – «индукцияланған сәйкестік».Мәжбүрлі немесе индукцияланған сәйкестік теориясына сәйкес, фермент молекуласының каталитикалық белсенді конфигурациясы оның «қол-қолғап» принципі бойынша деформациялық әсерінің нәтижесінде субстрат бекітілген сәтте ғана пайда болуы мүмкін.

Бір компонентті және екі компонентті ферменттердің әсер ету механизмі ұқсас.

Күрделі ферменттердің құрамындағы фермент-субстрат кешенінің түзілуіне апофермент те, кофермент те қатысады. Бұл жағдайда субстрат орталығы әдетте апоферментте орналасады, ал кофермент субстраттың химиялық өзгеру әрекетіне тікелей қатысады. Реакцияның соңғы сатысында апофермент пен кофермент өзгеріссіз бөлінеді.

2 және 3 кезеңде субстрат молекуласының өзгеруі коваленттік байланыстың үзілуімен және жабылуымен байланысты.

Химиялық реакциялар болғаннан кейін фермент бастапқы күйіне оралады және реакция өнімдері бөлінеді.

Ферменттің реакцияның белгілі бір түрін катализдеу қабілеті деп аталады ерекшелігі.

Ерекшеліктің үш түрі бар:

1.салыстырмалы немесе топтық ерекшелік– фермент химиялық байланыстың белгілі бір түріне әсер етеді (мысалы, пепсин ферменті пептидтік байланысты үзеді);

2.абсолютті ерекшелік -фермент тек бір ғана қатаң анықталған субстратқа әсер етеді (мысалы, уреаза ферменті амидтік байланысты тек мочевинада ғана үзеді);

3.стехиометриялық ерекшелік– фермент стереоизомерлерінің біріне ғана әсер етеді (мысалы, глюкозидаза ферменті тек D-глюкозаны ашытады, бірақ L-глюкозаға әсер етпейді).

Ферменттің ерекшелігі зат алмасу реакцияларының реттілігін қамтамасыз етеді.