Ферменттердің сипаттамасы мен жіктелуі.

Ферменттер немесе энзимдер (лат.тілінен аударғанда fermentum) – ашытқы барлық тірі жасушаларға қатысатын арнайы ақуыздық катализаторлар. Кез-келген организмде жүретін дерлік барлық биохимиялық реакциялар сәйкес ферменттермен катализденеді. Зат алмасуды бағыттай әрі реттей отырып, ферменттер барлық тіршілік үдерістерінде маңызды роль атқарады.

Ферменттер барлық жасушалар мен ұлпалардың құрамына кіреді және ағзалардың тіршілік әрекетінінің негізінде жатқан үдерістер ағынын реттейді. Бұл үдерістердің әртүрлілігі ферменттердің көп мөлшерде екенін растайды. Қазіргі уақытта шамамен 200 фермент белгілі, жуықтап алғанда 100-ге тарта түрі кристалдық күйде алынған.

Барлық ақуыздар сияқты, энзимдер 10000-нан 1000 000 дейінгі молекулалық массадағы жоғары молекулалық қосылыстар болып табылады. Олардың құрылысы күрделі емес, ортаның рН мәні мен температураның өзгерістеріне аса сезімтал. Фермент белсенділігі едәуір жоғары болатын оптималды температура әдетте 40-50 ⁰С шекарасында болады. Өте төмен температурада ферментативті реакция жылдамдығы ереже бойынша төмендейді, ал 0⁰С жуық температура кезінде реакция тәжірибелік тұрғыда толығымен тоқтайды. Оптималды температурадан да жоғарлататын болсақ, ферментативті реакция жылдамдығы да төмендейді және ең сонында толығымен тоқтайды. Температураны оптималды температурадан да жоғарлату барысында ферменттер қызметінің қарқындылығы төмендеуін ақуыз құрамына кіретін ферменттің бұзылуының (денатурация) бастамасымен түсіндіріледі. Ақуыздар құрғақ күйінде сулы ақуыздарға қарағанда (ақуызды гель немесе ерітінді) түрінде баяуырақ денатурацияланады, ферменттердің құрғақ күйінде инактивациялануы дымқыл түрімен салыстырғанда едәуір баяу жүреді.

Ферменттер қызметінің негізгі факторы рН мәні ортасының белсенді реакциясы болып табылады. Жеке ферменттер оптималдылық бойынша олардың рН мәнің шамасы қызметімен айырмашылық танытады. Сонымен, мысалы асқазан сөлінде болатын пепсин күшті қышқыл ортада ( рН = 1-2) едәуір белсенді; трипсин – асқазан астының безін бөлетін протеолитті фермент – папаин қызметінің оптимумы әлсіз қышқыл ортада ( рН = 5-6) болады.

Ферменттердің қызметі арнайы белсендіргіштердің және арнайы спецификалық және спецификалық емес ингибиторлар қатысуына байланысты. Сонымен, ұйқы безінен бөлінген энтерокиназа белсенді емес трипсиногенді белсенді трипсинге айналады. Жасушалар мен әртүрлі бездердің құрамында болатын осындай белсенді емес ферменттер проферменттер деп аталады. Көптеген энзимдер сульфгидриль тобы (- БН) бар қосылыстар қатысында белсендіріледі. Оларға әрбір жасушада кездесетін цистеин амин қышқылы мен трипептид глутатин жатады. Әсіресе глутатин кейбір протеолиттік және тотықтырғыш ферменттерге күшті белсендіргіш әсер етеді. Ферменттердің арнайы емес қысымы (ингибирлеуі) ақуыздармен әртүрлі ерімейтін тұнба беретін немесе қандай да бір топты (мысалы, - БН тобы) қоршайтын әртүрлі заттардың әсерінен болады. Ферменттердің арнайы ингибиторлары да бар, олардың қысылуы катализдік функциялардың ферменттігі белсенді орталықта орналасқан белгілі бір химиялық топтамаларымен осы ингибиторлардың арнайы байланысуына негізделген. Ферменттердің қайтымды және қайтымсыз ингибирленуі болып бөлінеді. Қайтымды ингибирлену жағдайында (мысалы, малон қышқылының сукцинатдегидрогеназаға әсері) фермент белсенділігі ингибиторды диализбен немесе басқа әдіспен жою барысында қалпына келеді.

Қайтымсыз ингибирлену кезінде ингибитор әсері, тіпті оның өте төмен концентрациясында уақыт өте күшейеді және ең соңында ферменттердің белсенділігі толық бәсеңдейді. Ферменттердің ингибирленуі бәсекелес және бәсекелес емес болуы мүмкін. Бәсекелес ингибирлену барысында ингибитор мен субстрат өзара бәсекеге түседі де бір-бірін фермент-субстратты комплекстен ығыстыруға ұмтылады.

Катализатор ретінде фермент болатын биохимиялық реакциялардың жүруін бәсеңдетуге қабілетті, химиялық табиғаты әртүрлі заттар бар. Бәсендеу қайтымды әрі қайтымсыз болуы мүмкін. Ингибиторлар да сәйкесінше қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді. Қайтымды ингибитор әсері кезінде фермент белсенділігін ингибиторды жою жолымен, мысалы селективті мембрана немесе диализді қолдану арқылы қалпына келтіруге болады. Қайтымды ингибиторды әсер ету барысында фермент белсенділігі қалпына келмейді.

Ингибитор өзінің құрылысы бойынша нақты ферменттің биоспецификалық субстратына ұқсас болса, онда катализатордың белсенді аймағына қосылуы байқалады. Ингибитор субстраттың қосылуына кедергі болады, бәсендеу тоқтатылады. Бәсекелес емес ингибирлену барысында ингибитор субстрат байланысатын әсерге қосылмайды, ал субстартты артығымен енгізгенде фермент босатылмайды. Бәсекелес емес ингибирлену барысында фермент ингибитормен де, субстратпен де бір мезгілде байланыса алады. Ингибиторлардың аралас жұмыс істейтін түрлері де бар, ол ингибитор мен ферменттің құрылыс ерекшеліктеріне байланысты. Ингибирленудің аралас түрі ингибитор бастапқы фермент –субстрат комплекспен емес, реакция үдерісі кезінде түзілетін аралық өнімдермен байланысқан кезде туындауы мүмкін.

Ферменттердің ингибиторлары – ауыр металдардың тұздары – ферментті ақуыздың сульфгидриль топтамаларына арнайы әсер етуші заттар (қорғасын, кушәнның органикалық қосылыстары), өсімдіктердің, микроорганизмдердің және жануарлардың спецификалық ақуыздары, полисахаридтер, антибиотиктер, тианиндер және т.б.

Қазіргі заманға сай жіктелуге сәйкес барлық ферменттер алты негізгі классқа бөлінеді: оксидоредуктазалар; трансферазалар, гидролазалар; лиазалар; изомеразалар, лигазалар.

Оксидоредуктаз классы тотығу-тотықсыздану реакциясымен катализденетін ферменттерден тұрады, субстрат молекуласындағы сол топтың табиғатына тәуелді, тотығуға айналатын (спирттік, альдегидтік, кетонды және т.б.) 14 топшаларға бөлінеді.

Трансфераза классы энзимдерді біріктіруші, топтардың ауысуын катализдеуші реакциялар, бір көміртекті немесе гликолзильді қалдықтар, азотты немесе күкірт топтары бар ауыспалы топтар табиғатына тәуелді 8 топшаларға бөлінеді.

Гидролазаларға әртүрлі қосылыстарды гидролиздік ыдырауы катализдеуші ферменттер жатады; гидролизденуші–күрделі эфирлі, пептидті, гликозидті байланыстардың түріне байланысты 9 топшаға бөлінеді. Ферменттердің бұл классы фармацевтикалық препараттар номенклатурасында ең басты болып табылады.

Лиазалар – субстарттан сол немесе басқа топты (гидролиздік емес жолмен) байланыс түзе отырып немесе керісінше, екілік байланысқа топтарды байланыстырушы болып қызмет атқаратын ферменттер.

Изомеразалар, изомерлену реакциясын катализдеуші, катализденетін реакциялар түріне тәуелді Б топшаларға бөлінеді.

Лигазалар (немесе синтездер) аденозинтрифосфор қышқылының молекуласы (АТФ) немесе ұқсас трифосфат молекуласындағы пирофосфатты байланыстың ыдырауымен қабысқан екі молекуланың байланысуын катализдейтін ферменттер.

Барлық ферменттер екі үлкен топқа бөлінеді: бір компонентті, тек ақуыздан ғана тұрады және екі компонентті, апофермент деп аталатын ақуыздан және простетикалық топ деп аталатын ақуызды емес бөліктен тұрады. Екі компонентті ферменттің апоферментін сондай-ақ ақуызды тасымалдаушы деп аталады, ал простетикалық топты (кофермент) активті топ деп атайды. Көптеген ферменттердің простатикалық топтары дәрумендер мен нуклеотидтердің туындылары болып табылады. Биокатализ механизміндегі коферменттердің рөлі соншалықты маңызды, оларды қызметінің әртүрлі механизмімен ББЗ жеке тобы ретінде қарастыру керек.

Энзимдерді гомогенді күйде алу қиын болғандықтан, препараттар негізгіден бөлек ілеспелі энзимдік белсенділікке ие, өңдірістен негізгі және басым компоненттері бойынша шығарылатын ферменттерді жіктеу тәжірибесі қалыптасты: амилатты; липолитті; целлюлозалы; протеолитті және т.б.

Фермент препараттарының өндірісі бойынша едәуір дамыған өнеркәсіп АҚШ-та, Жапонияда, Ұлыбританияда, Германияда, Данияда, Нидерландыда және Францияда. Ферменттердің өндірісі соңғы 25 жылда 5-15%-ды құрайды.

Жоғары тазаланған ферментті препараттар медицинада кеңінен пайдаланылады. Қазіргі уақытта медицинада 50-ден аса ферментті препараттар қолданылады және олардың саны әр жыл сайын көбеюде. Ферменттер медицинада келесі бағыттарда пайдаланылады.

• организмдегі бездің ферменттік жеткіліксіздігін жою үшін ( алмастырушы терапия);

• қаннан зиянды метаболиттерді ( жасанды бүйрек, бауыр) жою үшін;

• тромбозбен күресу үшін;

• күю мен жараның жазылуы барысындағы эндотоксиндердің жиналуымен күресу үшін;

• онкологиялық тәжірибеде (диагностикалық мақсат үшін, клиникалық анализдерге);

• кең ауқымды антибиотиктер алу үшін.

Ферментті препараттардың өнеркәсіптік өндірісі үшін қолжетімді және жоғары белсенділіктегі әрі шығымы жоғары препарат алу үшін жоғары мөлшердегі ферменттері бар бастамалары қызығушылық тудырады. Ферменттерді негізінен жануар және өсімдік шикізаттарынан, сондай-ақ микроорганизмдер көмегімен алуға болады. Жануар тектес ферменттерді қарқынды биохимиялық процестер жүретін ағзалардан бөлінеді.

Ферментті препараттар алудың едәуір қазіргі заманғы технологиясы биотехнологиялық әдісі яғни ферменттер, антибиотиктер, дәрумендер, алкалоидтар, аминқышқылдары, органикалық қышқылдар, полисахаридтер және т.б. өндірісін алуға арналған жасушаларды пайдалануға негізделген