7 Ферменттің активтік және өздік реттегіш (аллостерлі) орталықтар

Ферменттің активтік орталығы деп оның молекуласының субстратпен түйісетін бөлігін айтады. Активтік орталық субстратты қосып алып, оны өзгертуге міндетті.

Ферменттердің активтік орталықтарында реакцияға қабілетті топтар бар мына төмендегі амин қышқылдарын кездестіруге болады:

1 SН сульфгидриль тобы бар цистеин;

2 ОН гидроксиль тобы бар серин;

3 имидазол топты гистидин;

4 екінші карбоксиль тобы бар аспарагин жәнк глютамин қышқылдары;

5 индол сақинасы триптофан;

6 гидрофобты бүйірлік топтары бар амин қышқылдары.

Активтік орталық ферменттің полипептидтік тізбегіндеі бір бірінен алыс орналысқан және амин қышқылдарының жақындасуынан пайда болған кеңістік пішін. Полипептидтік тізбектің жеке бөліктерінің кеңістіктегі жақындасуынан ферменттің екіншілей және үшіншілей құрылымдары пайда болып, фермент активтікке ие болады. Күрделі ферменттің молекуласында екі активтік орталықтары бар. Оның біреуі апоферметтің, ал екіншісі коферменттің үстінде орналысқан.

Аллостерлі (реттегіш) орталық екі және одан да көп суббірліктен тұратын кейбір ферменттердің молекуласының үстінде, активтік орталықтан тыс жерде орналысқан, қосымша бөлімшесіболады. Оны аллостерлі немесе реттегіш орталығы дейді. Ал, ферменттерді аллостерлі

Ферменттер деп атайды (грек.allo және stereos басқа және орын).

Реттегіш орталық активтік орталықтан едәуір қашықтық та орналасады. Аллостерлі ферменттер реттегіш орталығы арқылы модулятордың (эффектордың) молекуласымен байланысқа түседі. Модулятор аллостерлі ферменттің конформациясын өзгерте отырып оның әсерін активтендіреді немесе бөгейді, ал өзі өзгермейді.

Ферменттің аллостерлі эффекторына субстраттар,реакцияның өнімдері, нуклеотидтер (АМФ, АТФ), амин қышқылдары, сутекінің иондары және металдар жатады.

Ферменттердің әсері белгілі химиялық байланыстарға бағытталған. Органикалық заттар мен ферменттердің құрылымын зертей келе, Э.Фишер фермент пен субстраттың кеңістік сәйкестігінің жақындығы жөнінде қорытынды шығарып «кілт құлыпқа қалай дәл келсе фермент өзінің субстратына да солай дәл келеді» деп сипатталады. Кеңістіктегі нақтылы сәйкестілік катализдегі маңызды фактор. Бұл, екі жол мен іске асырылады:

1 ферменттің «өз» субстратын танып алу арқылы;

2 ферменттің катализдейтін реакциясының қатаң талғампаздығы арқылы. «Өз» субстраттын танып алуы ферменттің активтік орталығында оның субстратпен жақындасуы туады. Егер субстраттың кеңістіктегі пішіні (формасы) ферменттікіне сайма сай келсе, онда ол ферменттің бетіне бекуі электростатикалық тартылыс күштері, сутекті байланыстар және гидрофобтық өзара әрекеттесу, поляризация әсері және т.б. факторлар арқылыіске асырылады.

Ферменттің субстратпен әрекет ету дағдысын екі теория арқылы түсіндіруге болады.

Уақытша, аралық қоспалар құру теориясы. Бірінші сатысында, фермент субстратаен қосылып фермент субстрат комплексін түзеді.

Ф S Ф S

Ф ермент+Субстрат Фермент-

субстрат

комплексі

Бұл қайтымды процесс. Фермент-субстрат активті комплексінің пайда болуы активтендіру энергиясын едәуір төмендетіп, реакцияның өтуін жеңілдетеді. Субстрат ферменттің шабуылына ұшырайды. Субстраттың ферментпен түйіскен жерінде электрондарды бөлу басталады. Мыс. Металдар субстраттан электрондарды тартып алады. Соның нәтижесінде байлыныстар әлсіреп, үзіледі. Екінші сатысында, фермент субстрат комплексі реакцияның ақырғы өніміне дейін ыдырап, фермент басып шығады.

Ф Ф + Р₁+Р₂

Фермент- Фермент Реакцияның

субстрат өнімдері

комплексі

Активтік орталық «қатал» конструкция емес, ол кеңістіктік құрылысы белгілі бір субстратқа ғана сай келетіндей болып қалыптасқан. Ферментпен субстарттың бір біріне тіркелу орындары комплементарлы болып келеді. Бұл, ферменттің басқа субстратқа катализатор бола алмайтындығын көрсетеді, яғни оның талдаушылық қасиетін белгілейді.

Ал, Кошланд теориясы субстрат пен фермент қосылғанда фермент молекуласындағы активтік орталықтың конформациясы субстратқа сәйкес өзгеріп, оған бейімделеді деп түсіндіреді.

Ферменттің әсер етуін мынадай ережелермен қортындылауға болады:

1 реакцияның барысында ферменттің құрылымы өзгермейді;

2 ферменттің өте аз мөлшерде әсер етеді;

3 ферменттер реакцияның тепе теңдігін жылжытпайды. Демек, олар тура және кері реакцияларды субстраттың концентраиясына байланысты бір деңгейде шапшаңдатады;

4 ферменттер активтендіру энергиясын азайту арқылы реакцияның жылдамдығын көтереді. Молекуланың реакцияға түсуіне керекті энергияны активтендіру энергиясы деп атайды.