2.5.Ферменттердің әсер ету механизмі

2.5.1. Субстрат катализ кезінде ферменттің активті орталығымен байланыса отырып фермент-субстраттық (ES) комплексін түзеді, комплекс химиялық өзгеріске ұшырап өнім түзеді, ол өз кезегінде бөлініп шығады. Катализ процесін схема түрінде былай көрсетуге болады:

Ферментативті катализді сатыларға шартты түрде былай бөлуге болады (сурет 2.3).

1-сатыда ферменттің активті орталық аймағында субстраттың жақындауымен бейімделуі байқалады. II-сатыда индуцирленген сәйкестік нәтижесінде [Кошланд теориясы бойынша субстрат (S) пен ферменттің активті орталығы конформациясының өзгеруі] фермент-субстраттық комплекс (ES) түзіледі. III-сатыда субстраттағы байланыстар босаңсып, тұрақсыз комплекс фермент-өнім (ЕР) түзіледі. IV-сатыда комплекс (ЕР) ыдырап, активті орталықтан реакция өнімі және фермент бөлініп шығады.

Сурет.2.3.Ферментативті катализ сатылары:

2.5.2.Ферменттердің кинетикалық теориясы 2 маңызды шарттарға негізделген:

1). Химиялық реакция молекулалар соқтығысқанда өтеді, яғни молекулалар байланыс түзуге мүмкіндік туғыза алатын ара қашықтақта болуы керек.

2). Соқтығысу нәтижелі болу үшін (реакция жүруіне әкелетін), әрекеттесетін молекулаларда энергетикалық кедергіні жеңетіндей жеткілік-ті энергия болуы қажет. Энергетикалық кедергі – бұл барлық молекулалар белсенді болу үшін жұмсалатын энергияның ең төменгі мөлшері. Активтендіру энергиясы (Е_а, кДж/моль) - бұл бастапқы заттардың орташа энергиясына молекулалар арасындағы соқтығысу белсенді болу үшін қо-сымша берілетін энергия мөлшері (сурет. 2.4).

Фермент активтендіру энергиясын Е_а төмендетеді ,яғни энергетикалық кедергінің биіктігін төмендетеді; нәтижесінде белсенді молекулалардың үлесі артады, реакция жылдамдығы да тездейді.

Бос энергия

Бастапқы субстраттар

Соңғы өнім

уақыт

Сурет. 2.4. Е_а - ферментсіз және Е_а¹- ферментпен катализденетін химиялық реакция барысында бос энергияның өзгеруі.

2.6. Кофакторлар және коферменттер

Көптеген ферменттер белсенділік көрсету үшін табиғаты нәруыздық (белоктық) емес кейбір қосылыстарды - кофакторларды қажет етеді. Кофакторлардың екі тобы бар: металл иондары және коферменттер.

2.6.1. Металл иондары фермент қызметіне әртүрлі тәсілдер арқылы қатысады.

•  Субстрат молекуласының құрылысын өзгертеді, бұл оның активті орталықпен сәйкестене әрекеттесуіне көмектеседі. Мысалы, субстрат рөлін комплекс Mg²⁺ -АТФ атқарады.

•  Ферменттің активті орталығының нативті конформациясын қамтамасыз етеді.

Mg²+, Mn²+, Zn²+, Co²+, Mo²+ иондары ферменттердің активті орталықтарын тұрақтаңдыруға қатысады және оған коферменттің байланысуына көмектеседі.

• Ферменттің нәруыз молекуласының конформациясын тұрақтаңдырады. Мысалы, этанолдың тотығу реакциясын катализдейтін алкогольдегидрогеназа ферментінің төртіншілік құрылымын тұрақтаңдыру үшін мырыш иондары қажет.

• Ферментативті катализге тікелей қатысады. Zn²+, Fe²+, Мп²+, Cu²+ иондары электрофильды катализге қатысады. Ауыспалы валентті металл иондары электрондарды тасымалдауға қатысуы мүмкін. Мысалы, цитохромдарда (гемі бар нәруыздар) темір ионы бір электронды қосып және беруі мүмкін. Осы қасиеттерінің арқасында цитохромдар тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысады:

Сызбанұсқа түрінде фермент пен субстраттың әрекеттесуіндегі кофактордың рөлін комплекс E-S-Me ретінде көрсетуге болады, мұндағы Е - фермент, S - субстрат, Ме - металл ионы.

2.6.2. Коферменттер- органикалық қосылыстар, көбінесе витаминдердің туындылары, олар ферменттің активті орталығында орналасқан , сондықтан ферментативті катализге тікелей қатысады. Құрамында коферменті бар, ферментативті белсенділікке ие фермент холофермент деп аталады. Холофермент – бұл күрделі фермент. Ферменттің белоктық бөлігі апофер-мент деп аталады, бұл бөлік коферментсіз каталитикалық белсенділікке ие бола алмайды.

Кофермент + Апофермент ↔ Холофермент

(белок)

активсіз активті

Кофермент ферменттің белоктық бөлігімен тек реакция кезінде байланысады немесе апоферментпен күшті ковалентті байланыстармен байланысады. Соңғы жағдайда простетикалық топ деп аталады. Көп таралған коферменттер мысалында- витаминдердің туындылары, сонымен қатар олардың ферментативті процестерге қатысуы –2.5 кестеде келтірілген.

Кесте 2.5. Негізгі коферменттердің құрылысы мен атқаратын қызметтері

Кофер-мент	Вита- мин- алғы зат	Берілген кофер-ментті пайдала- натын фермент-тің кла сы, тобы	Кофермент қатысатын реакция механизмі	Коферменттің құрылымы немесе жұмысшы тобы, катализдейтін реакция
Никотин-амидті ко-фермент- НАД+, НАДФ	Нико-тин Қыш-қылы,никотина-мид (РР-вита мині-В3)	Оксидо-редукта-залар, тобы –дегидро-геназалар	Субстраттан 2е- мен 2Н+ бөлініп субстрат тотығады, (Про-тон доноры-Д) 2е-мен Н+ ко- ферментке қосы-лады, 1Н+ерітін-діге ауысады
Флавин-дік кофер-менттер ФМН ФАД	Рибофлавин( вита минВ2)	Оксидо-редукта-залар, тобы –дегидро-гена-залар	Субстраттан 2е- мен 2Н+ бөлініп субстрат тотығады, (Протон доноры-Д), олар коферментке қосылады
Пиридоксальфосфат	Пиридок-син (В3)	Трансферазалар, тобы амино-трансферазалар Лиаза-лар,тобы декарбоксилаза-лар	Амин тобын α-кетоқыш-қылдарға, СО2 тобының α-аминқыш-қылдардан бөлінуі
Биотин	Витамин-Н	Лигазалар,тобы карбок силаза лар	Субстратты карбоксилдеу
Тиамин дифосфат	Тиа Мин (витаминВ2)	Лигаза, тобы ацилсинтетаза, Трасфе-раза, тобы ацил-трансфераза,ацетилтрансфераза	Май қышқыл-дарының ак-тивті форма-ларының түзілуі, ацетил және ацил топтарын тасымалдай-ды
Кофер-мент А	Пантотен қышқылы(вит.В3)	Лигаза, тобы ацилсинтетаза, Трансфераза, то-бы аце-тил- және ацилтрансфераза	Сірке қышқы-лының қал-дығын актив-тендіреді, ацетил- және ацил топта-рын тасымал-дайды
Липоа-мид	Ли-пой қышқы-лы	Трансфераза, то-бы аце-тилтрансфераза	Сірке қышқы-лының қал-дығын тасы-малдайды
Тетраги дрофолат (Н5-фолат)	Фоль қышқы-лы	Трансфераза,то бы метил-трансфераза	Бір көміртекті фрагменттерді тасымалдайды
Аскор-бин қышқы-лы(дегидроаскор-бин қышқы-лы	Ас-кор-бин қышқы-лы	Гидрок-силдеу, антиок-сидант-тық қызмет атқара-ды	Тотығу-тотықсыздану реакциялары