2.4. Ферменттің активті орталығы : әсер ету арнайлығы

2.4.1.Ферменттің активті орталығы (АО) - ол фермент молекуласындағы амин қышқылдары қалдықтары жиынтығының ерекше үшіншілік және төртіншілік құрылымдар арқылы кеңістікте орналасуы (2.1 сурет). Көбінесе активті орталықта келесі амнн қышқылдары кездеседі: серин, тирозин, аргинин, гистидин, лизин, цистеин,глутамин және аспарагин қышқылдары. АО-да субстратты және катализдік аймақтар болады. Субстратты аймақ- бұл ферменттің « қолдары». Ол ферменттің субстраттық арнайлығын қамтамасыз етеді, яғни амин қышқылдары қалдықтарының субстратпен комплементарлы байланысуын қамтамасыз етеді (байланысу бөлігі). Субстрат ферменттің әсеріне ұшырайтын зат. АО-ның екінші аймағы- каталитикалық аймақ. Ол ферменттің әсер ету ерекшелігіне себепші, яғни катализдейтін реакцияның түрін жеделдететуге жауапты аймақ,

Сурет 2.1. Ферменттің активті орталығының құрылысы.

Қызыл түспен ферменттің активті орталығын құрайтын аминқышқылдары белгіленген: 1 – байланысу аймағы; 2 – каталитикалық аймақ

2.4.2.Арнайылық-  ферменттің биологиялық маңыздылығын көрсететін ең қажетті қасиеттерінің біреуі.

2.4.3.Субстратты арнайлық- ферменттің белгілі бір немесе бірнеше субстратпен әрекеттесу мүмкіндігі.

Субстраттық арнайылықтың түрлері:

-абсолютті сустраттық арнайлық, егер ферменттің активті орталығы бір субстратқа ғана комплементарлы болса . Мысалы, аргиназа аргининге, сахараза сахарозаға, уреаза мочевинаға ғана әсер етеді.

Уреаза, мочевинаны көміртек диоксиді мен аммиакқа дейін гидролиздейді.

-салыстырмалы арнайылық (топтық субстратты арнайылық)- егер фермент байланыс түрі бірдей бір топ субстраттарға әсер етсе . Мысалы,мысалы альфа- амилаза гликозидтік байланысы бірдей крахмалмен гликогенге әсер етеді, протеаза (пепсин,трипсин,химотрипсин ) көптеген пептидтік байланысы бар белоктарға әсер етеді.

- стереохимиялық арнайылық - фермент субстраттың тек бір ғана стереоизомерлеріне абсолюттік арнайлық көрсетеді, мысалы, фумаратгидротаза (фумараза) фумаратқа ғана әсер етеді, ал малеин қышқылына (цис- изомер) әсер етпейді.

Субстраттық арнайлық АО-дағы субстраттық аймақтармен, ал екікомпонентты ферменттерде апоферменттерімен қамтамасыз етілген.

2.4. 4. Каталитикалық арнайылық ( әсер ету арнайлығы) - ферменттің белгілі бір реакция түрін катализдеуі. Ферменттер бір ғана субстратқа әсер етуі мүмкін , бірақ әрқайсысы оңымен тек белгілі бір реакцияны тездетеді. Бұл ферменттердің активті орталықтарының каталитикалық аймақтарының құрылысымен сәйкестігіне байланысты. Мысалы, адамның бауыр жасушаларындағы глюкоза-6- фосфат молекуласы әртүрлі төрт ферменттің субстраты болып келеді: фосфоглюкомутазаның, глюкозо-6-фосфатфосфа-тазаның, фосфоглюнизомеразаның және глюкозо-6- фосфатдегидрогена-заның. Бірақ аталған ферменттердің каталитикалық аймақтарының құрылыс ерекшеліктеріне қарай глюкозо-6-фосфаттан әртүрлі төрт өнім түзіледі ( сурет 2.2).

Сурет 2.2. Глюкозо-6-фосфаттың өзгеруінің каталитикалық жолдары.

2.4.5. Мультиферменттік комплекс мысалында әсер ету арнайлықты тағы да көруге болады.

1. Мультиферменттік комплекс - бұл әртүрлі ферменттердің комплексі- бір субстратқа әсер етіп, оны жүйелі түрде және бір уақытта бірнеше реакциялар түрінде өзгерістерге ұшырататын ферменттер жүйесі. Мысалы, пируватдегидрогеназды мультиферменттік комплекс- митохондрияда пирожүзім қышқылының тотығудан декарбоксилденуін, келесі теңдеумен өрнектенетін көпсатылы күрделі процесті катализдейді:

немесе

Пируват + НS-КоА + НАД⁺ → Ацетил- КоА+ СО₂ + НАД•Н + Н⁺

Пируватдегидрогеназды жүйе молекулалық массасы  1·10⁶ - 9·10⁶құрылымдық бірлік, үш ферменттен тұрады: пируватдекарбоксилазадан (КФ 1.2.4.1); липоат-ацетилтрансферазадан (КФ 2.3.1.12); липоилдегидрогеназадан (КФ 1.6.4.3) ; және бес кофакторлардан: тиаминдифосфаттан (ТДФ), флавинадениндинуклеотидтен (ФАД), кофермент А-дан ( НS-КоА), никотинамидадениндинуклеотидтен (НАД⁺) және липой   қышқылынан  (СН₂ –СН₂ -СН - (СН₂ )₄ - СООН)

.   | |

S - S

Реакция пирожүзім қышқылының (ПЖҚ) тотығудан декарбоксилденуі деп аталады.Пируватдегидрогеназды жүйенің әр ферменті көпсатылы процестің әртүрлі сатысын катализдейді: 1) пируватдекарбоксилаза (ПЖҚ-ның декарбоксилденуін арттырады, простетикалық топ - ТДФ); 2) липоатацетилтрансфераза (сірке қышқылының қалдығын НS-КоА кофермент молекуласына тасымалдайды, простетикалық топ- липой қышқылының амиді); 3) липоилпируватдегидрогеназа (ПЖҚ-ның дегидрленуін арттырады немесе оның тотығуын. Осы этаптың коферменті - ФАД , төмен тотығу-тотықсыздану потенциалымен,протондар мен электрондарды дигидролипоаттан НАД+-қа тасымалдайды –( аталған комплекстегі соңғы кофермент).

Осы реакцияның өнімі активті сірке қышқылы (АСҚ) - Ацетил- КоА .

Осылай мультиферменттік комплекс a-кетоглутараттың тотығудан декарбоксилденуін де іске асырады.

2.4.6. Сонымен бірге ферменттік ансамбльдерді ажыратуға болады, жалпы олар да мультиферменттік комплекстерге жатады, бірақ құрастырылу прин-ципі біршама өзгеше. Осы комплекске кіретін ферменттер митохондрия мембранасында бекітіліп, белгілі ретпен орналасқан, бір биохимиялық процестің қатаң кезектілігінің шарттарын сақтайды, яғни олар бір- бірінен соң кезекпен әсер етеді, өйткені бір ферменттің субстраты алдыңғы ферменттің әсер еткендегі өнімі болып келеді. Оларға молекулаүстілік жүйелер жатады, олар өмірге маңызды функцияларды қамтамасыз ететін, мысалы тіңдік тыныс алу (тыныс алу ферменттерінің жүйесі арқылы электрондарды субстраттардан оттекке тасымалдау). 2.4.7.Ағзалықарнайылықты ферменттер (Изоферменттер)

Изоферменттер – бір субстратқа әсер етеді, бір типті реакциялардың жылдамдықтарын арттырады, бірақ әртүрлі ағзалар мен тіңдерде орналасады, ағзалық арнайылықтары болады, молекулалық массасы, заряд мөлшері және басқа да физика-химиялық қасиеттері бойынша ерекшелінеді, сондықтан оларды электрофорез кезінде бір-бірінен бөліп алуға болады. Ферменттердің ағзалықарнайылығы ауруға диагноз қоюда маңызды рөл атқарады, өйткені әртүрлі мүшелердің патологиясында қанға белгілі бір изофермент шығады ( 2.11.1.бөлімді қараңыз).