Лекции по "Химии"

8 Дәрістердің тақырыбы. Ферменттер және коферменттер. Ферменттердің құрылымы. Ферменттердің әсер ету механизмі. Катализделген реакциялардың табиғатына байланысты ферменттердің жіктелуі.

      Ферменттердің құрылымы. Зат алмасудың күрделі және алуан түрлі жасушалық процестерінде табиғаты ақуыз болып табылатын көптеген биокатализаторлар - ферменттер (энзимдер) қатысады. Өздерінің каталитикалық қасиеттеріне байланысты түрлі ферменттер үлкен көлемді химиялық реакциялардың жылдам ағымын қамтамасыз етеді. Қазіргі кезде биологиялық объектілерден бірнеше жүздеп биологиялық ферменттер оқшауланған.

Ферменттер бір қатар белгілері бойынша бейорганикалық катализаторлардан бірден ерекшеленеді.

1. Ферменттер табиғаты бейорганикалық болып табылатын катализаторлармен салыстырғанда өте жұмсақ жағдайда жұмыс істейді (төмен температура, қалыпты қысым, рН ортасының мәні орташа) және өте қарқынды: Мысалы, каталаз ферментінде 1 мг ғана темір 10 миллиард есе күшті жұмыс істейді және 10 тонна бейорганикалық темірді алмастыра алады.

2. Ферменттер табиғаты бейорганикалық катализаторларда байқалмайтын жоғары ерекшелігі жоғары әрекетке ие. Әрбір фермент, әдетте, бір типті реакция немесе реакция тобын каталитикалық түрде жылдамдатады.

3. Жасушада әрбір ферментативтік реакциялардың жылдамдығы реттеледі, сондықтан оның барлық қосылыстары қатаң түрде қажетті пропорцияларда пайда болады.

Денеден оқшауланған ферменттер каталитикалық қасиеттерін жоғалтпайды. Оларды химиялық, азық-түліктік, жеңіл өнеркәсіпте және фармацевтика өнеркәсіптерінде пайдалану осыған негізделген.

      Ферменттер молекулалық құрамына карай қарапайым және күрделі болады. Бірінші жағдайда, фермент қарапайым ақуыз түрінде, ал екінші жағдайда фермент құрамына табиғаты акуызға жатпайтын қосымша немесе простетикалық топ кіреді. Қарапайым ас қорыту ферменттерінің мысалдары трипсин және химотрипсин болып табылады. Күрделі ферменттерге пиридоксальфермент, уреаза, каталаза жатады. Күрделі ферменттерге тән ерекшелік ол, ақуыз өзіне тән еркін түрінде, аз ғана мөлшерде қосымша топтың каталитикалық белсенділігін арттырады, ал қосымша топ болса ақуыз бөлігін тұрақтандырады және оны денатурациалайтын агенттерге әлсіздігін әлдеқайда азайтады.

Қарапайым ферменттерде биокаталитикалық қызметті – активтік орталық деп аталатын ақуыз молекуласының бір бөлігі жүзеге асырады. Бұл белгілі бір аминқышқылды радикалдардың тіркесімі болып табылады. Ферменттің белсенді орталығының бөлігі ерекше бөлік болып табылады, ол ферментативтік өзгерістен өтетін субстраттың қосылуына жауапты – субстрат орталығы.

            Субстратты және каталитикалық орталықтардан тұратын белсенді орталықтан басқа, тағы бір – аллостериялық орталық бар. Ол активтік орталығынан айырылған фермент молекуласының учаскесі болып табылады, оған белгілі бір төмен молекулалық заттың қосылуы ақуыз молекуласының үштік құрылымын өзгертеді. Соның салдарынан активті орталықтың конфигурациясы өзгереді, ол ферменттің каталитикалық белсенділігінің өсуімен не азаюымен жүреді.

Зарядталған аминқышқылдардың радикалдары, әдетте, фермент глобуласының бетіне жіберіледі, ал гидрофобты аминқышқылдардың радикалдарының көбі молекуланың ішіне бағытталған, онда олар бір немесе бірнеше гидрофобты ядроларға біріктіріледі. Фермент молекуласының екі безендірілген бөлігінің шекарасында, тереңінде немесе тесікшесінде орналасқан активті орталық бар. Оның тереңдігі, пішіні және өлшемдері каталитикалық ақуыздардың ерекшелігін қамтамасыз ететін субстраттың кеңістіктік құрылымына сәйкес келеді.

Ферменттердің әсер ету механизмі. Болашак катализаторлар қызметін атқаратын ферменттер, өз-өзімен жүзеге асатын химиялық процесстердегі тепе-теңдікті жылдамдатады, бірақ өте төмен жылдамдықпен. Сондай-ақ барлық катализаторлар сияқты, активтендіру энергиясын (энергетикалық кедергіні) төмендету арқылы химиялық реакциялардың жылдамдығы арттырады. Бұл химиялық процесс барысында бастапқы байланыстар бірнеше аралық күйлерде болып, бос энергияның бірталай төмендеуінің нәтижесінде жүреді.

      Ферментативті катализ механизімінде бастапқы рөлді ферменттің үшінші реттік құрылымында (конформация) қайтымды жүретін фермент – субстраттық кешендері атқарады, ол фермент молекуласының және субстраттың кеңістікте тура сәйкестенуіне әсер етеді (5 сурет).