Achitqi, enzimlar hayvon, oʻsimlik va bakteriyalarning tirik hujayralaridagi oqsilli katalizatorlar

Fermentlar (lotincha: fermentum — achitqi), enzimlar — hayvon, oʻsimlik va bakteriyalarning tirik hujayralaridagi oqsilli katalizatorlar. Fermentlar maxsus xususiyatlari va kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishi bilan odatdagi katalizatorlardan farqlanadi. Ular katalizatorlar kabi kimyoviy reaksiyalarning faollanish energiyasini pasaytiradi (qarang Kataliz).
1914-yil rus-nemis kimyogari G.S.Kirxgof undirilgan arpa donidan olingan ekstrakt taʼsirida kraxmalni qandgacha parchaladi. 1933-yilda fransuz kimyogarlari A.Payen va J.Perso birinchi marta arpa donidan amilaza fermentini ajratib oldilar. 19-asr oʻrtalarida mikrobiologiyanint asoschisi L. Paster achish jarayonini tirik mikroorganizmlar (achitqilar) koʻzgʻatadi va bu jarayon ularning hayoti bilan bogʻliq deb koʻrsatdi. 1897-yilda nemis kimyogari E. Buxner achitqidan spirtli achish jarayonini chaqiruvchi fermentni ajratib oldi.
20-asr boshlariga kelib nemis kimyogari R. Vilshtetter xodimlari bilan Fermentlarni ajratish va tozalashda adsorbsiya usulidan keng foydalandi. 20— 30-yillarda J. Samor, birinchi kristallik ferment (ureaza), soʻngra pepsin va boshqa bir qator proteologik Fermentlarni kristall shaklida ajratib olgan.
20-asrning oʻrtalariga kelib, fizikkimyoviy taxlil (asosan, xromotografiya) va oqsil kimyosi usullarining rivojlanishi natijasida qator Fermentlar ning birlamchi strukturasi aniklandi. Mas, qoramol oshqozon osti bezining ribonukleaza fermentlari toʻrtta disulfid bogi bilan bogʻlangan 124 aminokislota qoldigʻidan iboratligi koʻrsatib berildi. Shundan keyin rentgen struktura taxlili yordamida bir qancha Fermentlarning ikkilamchi va uchlamchi strukturalari aniqlandi. Koʻp Fermentlar toʻrtlamchi strukturaga ega ekanligi, yaʼni molekulalari tarkibi va strukturasi jihatidan turlicha boʻlgan bir qancha oqsil subbirliklar (biopolimerlar)dan iboratligi koʻrsatildi.
Fermentlar. barcha oqsillar kabi oddiy va murakkab boʻladi. Murakkab Fermentlarning molekulalari ikki komponentdan: oqsil (apoferment) va oqsil boʻlmagan — prostetik guruh komponentidan iborat. Prostetik guruh apofermentdan oson ajraladigan hollarda kofaktor yoki koferment deb ataladi. Uglevodlar, nukleotidlar, turli metallarning ionlari va boshqa birikmalar, vitaminlar hamda ularning hosilalari (vitaminlari kofermentlardan iborat 150 dan ortiq Fermentlar maʼlum) kofermentlar boʻlishi mumkin. Avitaminoz va gipovitaminozlarda koʻpgina ferment tizimining funksiyasi izdan chiqadi, bu butun organizm normal hayot faoliyatining buzilishiga sabab boʻladi.
Koʻpchilik Fermentlar aʼzo va toʻqimalarda shu darajada kamki, qatto ularning absolyut miqdorini (mas, milligrammlarda) bilish qiyin. Shu sababli Fermentlarning istalgan aʼzodagi miqdorini, ularning faolligiga qarab aniklanadi. Fermentlarning faollik birligi uchun bir min.da maʼlum miqdordagi substratning oʻzgarishini katalizlashga ketgan Fermentlar miqsori qabul qilingan.
Fermentlarning taʼsir etishi bir qator omillarga, xususan, temperatura va muhit rN ga (rN — vodorod koʻrsatkich) bogʻliq. Fermentlarning taʼsir etish optimum temperaturasi 38—60°, temperatura bundan yuqori boʻlsa, Fermentlar odatda, denaturlanib oʻz faolligini yoʻqotadi. Pekin baʼzi Fermentlar (mas, ribonukleaza, miokinaza) 100° issiqlikka ham chidaydi. Odam va issiq qonli qayvonlar fermenti 37—38°da, yaʼni tana haroratida taʼsir koʻrsatadi. Fermentlar faolligining traga bogʻliqligidan tibbiyot amaliyotida, jumladan, jarrohlikda foydalaniladi.
Koʻpchilik Fermentlar neytral reaksiyada (rN— 7,0 da) faol boʻlib, kislotali va ishqorli muhitda ular oʻz faolligini yoʻqotadi. Kislotali muhitda faol boʻlgan pepsin va baʼzi toʻqima proteolitik Fermentlar (mas, katepsin D) hamda ishqorli muhitda (rN — 8,0 da) faol boʻlgan tripsin bulardan mustasno.
Tra va muhit rN ning kattaligidan tashqari, Fermentlar faolligiga turli moddalar kuchaytiruvchi (aktivatorlar) yoki toʻxtatuvchi (ingibitorlar) tazyiq koʻrsatadi. Turli anorganik ionlar, xususan, turli xil metall ionlari Fermentlar aktivatorlari hisoblanadi. Fermentlar faolligini susaytiruvchi birikmalar — ingibitorlar Fermentlar bilan qoʻshilib, fermentativ faollikni yoʻqotadigan kompleks hosil qiladi.
Fermentlarning biosintezi genetik kod tomonidan nazorat etiladi. Ular ichki va tashqi omillar: mutatsiyalar, ionlovchi radiatsiya, ovkatlanish sharoiti va boshqa taʼsirida oʻzgarishi mumkin. Katalitik taʼsiri bir xil boʻlib, fizikkimyoviy xossasi bilan farklanadigan Fermentlar izofermentlar deyiladi. Hujayrada Fermentlar faolligini boshqarishda hujayra tarkibiy qismini tashkil etuvchi strukturalar — mitoxondriyalar, mikrosomalar va boshqa katta rol oʻynaydi.
Enzimopatiya yoki fermentopatiya deb ataluvchi turli Fermentlar tizimi funksiyalarining buzilishi kishida koʻpchilik kasalliklarning kelib chiqishiga sabab boʻladi.
Turli omillar (radiatsiya, kimyoviy moddalar, viruslar, bakteriyalar va boshqalar) tufayli Fermentlarning optimal taʼsir etish sharoiti oʻzgarganda Fermentlarning qondagi faolligi pasayishi kuzatilgan. Uning bu xususiyatidan diagnostikada foydalaniladi. Fermentlarning kon zardobidagi faolligini aniqlash usuli keng qoʻllaniladi. Bu usul yordamida kasallikni boshlanish paytida aniqlash mumkin.
Fermentlar kasalliklarni aniqlashdagina emas, balki shu kasalliklarning ayrimlarini davolashda (enzimoterapiya) ham qoʻllaniladi.
Kishilarning amaliy hayotida, shuningdek, yengil, oziq-ovqat va kimyo sanoatlarida Fermentlardan keng foydalaniladi.

Biologik oksidlanish to‘g‘risida tushuncha Biologik oqsidlanish yoki to‘qima nafas olishi deb to‘qimalarda organik moddalarni kislorod ishtirokida parchalanishi va karbonat angidridining ajralishiga aytiladi. Bunday oksidlanish jarayonida energiya ajralib chiqadi va o‘z tabiatiga ko‘ra ekzergonik jarayon hisoblanadi. O‘z mohiyatiga ko‘ra biologik oksidlanish va yonish bir xil jarayondir, chunki 1 molekula glyukozani yonishida ham, oksidlanishi ham karbonat angidridi, suv va 686 kkal energiya ajralib chiqadi: C6 H6 O12 + 6O2 = 6CO2 + 6H2 O + 686kkal Ammo yonish jarayonidan farqli o‘laroq, biologik oksidlanish past haroratda, alangasiz va suv ishtirokida yuz beradi. Shuni aytish joizki, O2 inert gaz bo‘lib reaksiyaga to‘g‘ridan-to‘g‘ri kirishmaydi. Bu jarayon mexanizmini yoritib berishda bir necha nazariyalar yaratilgan:

1. Baxning perekisli nazariyasi. Bu nazariyaga ko‘ra yengil oksidlanuvchi moddalar ta’sirida kislorod molekulasining ikkala bog‘i emas, balki bitta bog‘i uziladi, so‘ngra kislorod molekulasi o‘sha modda bilan birikib, oraliq mahsulot sifatida peroksid hosil bo‘ladi. Bu esa peroksidaza fermenti ta’sirida parchalanadi, ajralib chiqqan kislorod oksidlanuvchi substrat bilan birikadi va oksidlangan modda hosil bo‘ladi. 2. Vodorodning faollashuv nazariyasi Palladin va Viland tomonidan yaratilgandir. Bu nazariyaga ko‘ra metabolitlar oksidlanishi shu moddadan spetsifik degidrogenazalar ta’sirida H2 ajralishi bilan yuz beradi. Palladinning fikriga ko‘ra ajralgan H2 xromogenlar bilan 183 184 biriksa, Vilandning fikricha esa O2 bilan birikadi. Bu bir vaqtning o‘zida substratning oksidlanishi va pigmentning qaytarilishi bilan kechadi. Shuning uchun bu jarayon oksidlarning qaytarilish jarayoni hisoblanadi. C6 H6 O12 + 6H2 O +12R = 6CO2 + 12 RH2 (anaerob bosqich) 12RH2 + 6O2 = 12R + 6H2 O (aerob bosqich) 3. Varburgning elektrolitik nazariyasi. Elektron tashuvchi omillar vositasida oksidlanuvchi metabolit elektroni hisobiga kislorodning faollashuvi asoslangan nazariyadir. Bunda substratda elektronni kislorodga tashib beruvchi omil vazifasini, biologik oksidlanishda ishtirok etuvchi gemni fermentlarining tarkibidagi uch valentli temir elementi bajaradi. Aktivlangan kislorod H+ ioni bilan birikib suv hosil qiladi

4. Biologik oksidlanishni zamonaviy nazariyasi yuqorida qayd etilgan uchala nazariyalarni o‘z ichiga oladi va Sent-Derdvi nazariyasi deyiladi. Bu nazariyaga asosan to‘qimada metabolitning oksidlanishi bir yo‘la proton va elektronlarni ajralishi va ularning kislorod molekulasiga birikishi bilan boradi. Ammo elektron va protonlar to‘g‘ridan-to‘g‘ri kislorod bilan birikmay, balki spetsifik fermentlar va kofermentlar ishtirokida sodir bo‘ladi. Biologik oksidlanish fermentlari. Proton va elektronlarni oksidlanayotgan metabolitdan kislorodga o‘tkazilishi quyidagi 4 guruh fermentlar ishtirokida yuz beradi: 1. Piridinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar; 2. Flavinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar; 3. Ubixinon; 4. Sitoxromlar. Piridinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar. NAD va NADF ularning kofermenti hisoblanadi. Bu kofermentlar tarkibiga vitamin PP hosilasi – nikotinamid kiradi. Tuzilishi jihatdan NAD va NADF 185 dinukleotid hisoblanadi. Ular nikotianamid va adenilat kislotadan tashkil topgan. NADF, NADdan farqli ravishda adeninnukleotid ribozasining uchinchi uglerod atomida qo‘shimcha fosfat kislota qoldig‘ini oladi. Bu kofermentlar ko‘pchilik oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarda ishtirok etadi. Bunda substratdan ajralib chiqayotgan 2 ta vodorod atomining bittasi to‘liq nikotinamid tarkibiga kirib, ikkinchisi esa vodorod ioni sifatida muhitga o‘tadi. Hujayrada NAD miqdori NADFga nisbatan ko‘pdir. Uning taxminan 60% mitoxondriyada, 40% esa sitoplazmadadir. NADga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar asosan mitoxondriyalardagi nafas olish zanjirida proton va elektronlar tashilishida ishtirok etadi va aerob degidrogenazalar hisoblanadi. NADF ko‘proq sitoplazmadadir va unga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar proton va elektronlarni biosintetik reaksiyalarda tashiydi hamda anaerob degidrogenazalar hisoblanadi. Ko‘pchilik piridinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar ikki valentli metall ionlari bilan kuchli bog‘langandirlar. Ular kofermentni apoferment bilan bog‘lanishini ta’minlaydilar. Flavinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar prostetik gruppa sifatida FAD yoki FMN tutishadi. Ularning asosiy tarkibiy qismi bo‘lib vitamin B2 – riboflavin hisoblanadi. Piridinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalardan farqli o‘laroq, flavinga bog‘liq bo‘lgan degidrogenazalar bir va undan ko‘p FAD va FMN tutadilar, oqsil qismi bilan kuchli bog‘langandir va murakkab oqsil – flavoproteidni hosil qiladi. Ubixinon yoki koenzim Q mitoxondriyalarning lipid qismidan ajratib olingan bo‘lib xinon halqasi va uzun izoprenoid zanjiridan iborat. FAD va FMNdan proton va elektronlar oldin semixinon radikalini hosil qiladi, so‘ng esa ikkinchi elektronni qo‘shib olib to‘liq qaytarilgan shaklga o‘tadi. Ubixinondan elektronlar sitoxromlarga o‘tkaziladi, protonlar esa tashqi muhitga o‘tadi. Sitoxromlar. Hayvonlar va o‘simliklar mitoxondriyalarining ichki membranasida 5 xil sitoxromlar bor: b, c, c1 , a1 va a3 , tashqi membranasida - b5, endoplazmatik to‘rda esa b5 va P450. Barcha sitoxromlar gemoglobin va mioglobinga o‘xshash temir-porfirin prostetik gruppasini tutadi. Ammo ulardan farqli sitoxromlarning funksional faol holati, temir valentligining qaytar o‘zgarishi bilan bog‘liqdir. Shu asosda ular nafas olish zanjirida elektronlar tashiydilar. Boshqa sitoxromlardan farqli ravishda sitoxrom C mitoxondriyalar ichki 186 membranasining tashqi tomonida joylashgan. Sitoxromoksidaza 2 molekula sitoxrom a1, 4 molekula sitoxrom a3 va 2 atom mis tutadi. Sitoxromoksidaza yog‘ tutuvchi gemoproteid hisoblanadi va elektronlarni kislorodga uzatadi hamda o‘z-o‘zini oksidlash xususiyatiga egadir