Botanika va ekologiya

O'ZBEKISTON RESPUBLIKASI XALQ TA'LIM VAZIRLIGI
NIZOMIY NOMIDAGI TOSHKENT DAVLAT PEDAGOGIKA
UNIVERSITETI TABIIY FANLAR FAKULTETI
"BOTANIKA VA EKOLOGIYA" KAFEDRASI
5110400-BIOLOGIYA TA'LIM YO'NALISHI
3 KURS 302-GURUH TALABASI
TURSUNBOYEVA DURDONA MURODJONOVNANING
"BIOLOGIK KIMYO VA MOLEKULYAR BIOLOGIYA"
FANIDAN BAJARGAN MUSTAQIL TA'LIMI
Ferment asosi ta'sir qilish mexanizmi.
Fermentlarning ta’sir qilish mexanizmi va uning molekulyar asoslari. Fermentlarning katalitik ta’sir mexanizmini aniqlash enzimologiyaning asosiy va eng murakkab vazifalaridandir. Fermentlar ta’sirida faollashishning umumiy nazariyasi yoq, har bir fermentning ta’sir mexanizmi uning oziga xos spetsifik uchlamchi strukturasi, funktsional guruhlari, substrat bilan toqnashgandagi konformatsion ozgarishi bilan ta’minlanadi.
Fermentlarning ta’sir etishini tushuntirib beruvchi farazlardan biri – adsorbtsion faraz XX asr boshlarida ingliz fiziologi Beylis va nemis bioximigi Varburg tomonidan taklif etilgan. Ular bu farazni asoslashda biologik bolmagan katalizatorlarning ta’sir mexanizmidan kelib chiqqan. Adsorbtsion farazga asosan platinaga oxshash ferment yuzasi reagent molekulalari uchun adsorbtsiya joyi bolib hisoblanadi. Buning natijasida ularning ozaro tas’iri osonlashib, reaktsiya tezlashadi. Ammo bu faraz fermentning spetsifikligi (oziga xosligi)ni tushuntirib bera olmadi va u faqat tarixiy ahamiyatga ega bolib qoldi.
Fermentlarning ta’sir etish mexanizmi togrisidagi tasavvurlarni rivojlantirishda Mixaelis va Mentenning ferment-substrat komplekslari togrisidagi klassik ishlari katta ahamiyatga ega boldi. Mixaelis-Menten tasavvurlariga kora fermentativ kataliz jarayoni oddiy tenglama bilan ifodalanadi:
E + S ES ES* ES** EM E + M
2.Ferment-substrat kompleksi hosil bolishi jarayonida substrat fermentga yaqinlashadi, uning katalitik markaziga nisbatan mos ravishda moljal oladi. Bunday moslikni kalitni qulfga togri kelishiga oxshatish mumkin. Qulf va kalit modeliga binoan ferment murakkab qulfga oxshash, u faqat shakli aniq mos tushadigan substrat (kalit) ga togri keladi. Substratni fermentga mos kelishi va unga “yopishishi” ularning ozaro ta’sirlanishini shartlaydigan bir qator xususiyatlarga bogliq: enzim yuzasida oqlangan guruhlar tartibini substrat sathidagi oqlangan guruhga; substratning gidrofob qismini fermentning gidrofob qolqopi yoki chontakchasi mos bolishi; ferment-substratning gidroksil yoki aminoguruhlari bilan vodorod boglari hosil qiladigan guruhlarni muvofiq holatiga ega bolishi kerak. Keyingi fikrlarga asosan esa substratni fermentning faol markazi bilan birikishi qutblanish, elektronlarning siljishi yoki reaktsiyada qatnashadigan boglarning deformatsiyasi tufayli substrat molekulasini ma’lum ozgarishlarga, yuqori energiyaga ega faollanish holatiga keltiradi.
Fermentning nisbatan kichik faol markaziga substratning birikishi ferment konformatsiyasini substrat strukturasiga moslashtiradi. Demak, faol markazning shakllanishida substrat ham ishtirok etadi.
Umuman, fermentativ kataliz jarayonini shartli ravishda oziga xos 3 bosqichga bolish mumkin:
Substratning fermentga diffuziyalanishi va uning fermentni faol markazi bilan boglanib, ferment-substrat kompleksi – ES ning hosil bolishi.
Birlamchi ferment-substrat komplekslaridan bir yoki bir nechta faollashgan ferment-substrat komplekslari – ES* va ES** ning hosil bolishi.
Fermentning faol markazidan reaktsiya mahsulotining ajralishi va muhitga tarqalishi – EM kompleksi E va M (mahsulot) ga ajraladi.
Birinchi bosqich qisqa vaqt davom etib, muhitdagi substrat miqdori va fermentning faol markaziga diffuziyalanish tezligiga bogliq. ES kompleksining hosil bolishi lahza ichida amalga oshadi. Bu bosqichda faollanish energiyasi deyarli ozgarmaydi. Fermentning faol markazida substratlarning moljal olishi ularning yaqinlashishini va reaktsiya otishini yengillashtiradi.
Ikkinchi bosqich sekinroq boradi va uning davomiyligi ushbu kimyoviy reaktsiyaning faollanish energiyasiga bogliq. Bu bosqichda substrat boglarining uzilishi yoki fermentning katalitik guruhi bilan ozaro ta’sirlashishi natijasida yangi bog`lar hosil qilishi amalga oshadi. Aynan faollashgan komplekslar hisobiga substratning faollanish energiyasi pasayadi. Ikkinchi bosqich butun katalizning tezligini ta’minlaydi.
Uchinchi bosqich ham birinchi bosqich singari qisqa vaqt davom etadi. U reaktsiya muhitiga reaktsiya mahsulotlarining tarqalish tezligi bilan belgilanadi.
Fermentlar ta’sirining molekulyar mexanizmlarini kop tomonlari hali organilmagan. O`rganilgan fermentlar ta’sir mexanizmlari orasida quyidagilarni ta’kidlash mumkin:
1.Reagentlarning yaqinlashishi;
2. Substrat deformatsiyasi;
3. Kislota-ishqoriy kataliz;
4. Kovalend kataliz.
Reagentlarning yaqinlashishi – fermentlar uchun juda xos xususiyat bolib, moddalarning ozgarishini ming yoki on ming martaga tezlashtirish (substratlarning reaktsiyaga kirishish qobiliyatini oshirish) imkonini beradi. Ferment faol markazining aloqa (kontakt) qismi oziga xos holatda substratlarni boglaydi hamda ularning ozaro moljal olishi va yaqinlashishini katalitik guruhlarning ta’siri uchun foydali tomonga buradi. Ikki yoki undan ortiq molekulalarning bunday ozaro ta’sirlashuvi suvli muhitda va anorganik katalizator yuzasidagi tartibsiz toqnashuvda imkoni bolmagan reaktsiya tezligining oshishini ta’minlaydi. Substratlarning taxlangan holda joylashishi entropiyaning kamayishiga olib keladi, demak, faollanish energiyasining kamayishini ta’minlaydi.
2) Substrat deformatsiyasini gidrolaza, liaza va ba’zi transferazalarning ta’siri yaxshi tushuntiradi. Fermentga birikkuncha substrat “boshashgan” konfiguratsiyaga ega boladi. Faol markaz bilan boglangandan song substrat molekulasi choziladi (“deformatsiyalangan” konfiguratsiya). Substratdagi atomlararo boglar qancha uzun bolsa, uning uzilishiga shuncha kam energiya sarf boladi, ya’ni faollanish energiyasi pasayadi. Deformatsiya (chozilish) joyi suv molekulalari ta’siriga oson uchraydi.
3) Kislota-ishqoriy kataliz. Boshqa katalizatorlardan farqli ravishda ferment faol markazining asosiy xususiyati shundan iboratki, bunda aminokislota qoldiqlarining funktsional guruhlari kislota va ishqor xossalarini namoyon qiladi. Shu sababdan ferment katalitik hujum vaqtida protonlarning aktseptor va donor vazifalarini bajaradi, bunday imkoniyat odatdagi katalizatorlarda mavjud emas.
Faol markazga substratning birikishida uning molekulasiga katalitik markazning elektrofil va nukleofil guruhlari ta’sir qiladi va kislota-ishqor guruhlari hujum qilgan substrat qismlarida elektron zichlikning qayta taqsimlanishiga olib keladi. Bu esa substrat molekulasida qayta taqsimlanish va boglarning uzilishini yengillashtiradi. Katalitik markazida gistidin bolgan fermentlar koproq kislota-ishqoriy katalizni namoyon etadi. Gistidin blokirlangan holatlarda ferment faolligini yoqotadi. Kislota-ishqoriy kataliz gidrolaza, izomeraza va va liazalarga xos. U koproq kovalent kataliz bilan birgalikda amalga oshadi.
4) Kovalent kataliz faol markazning katalitik guruhlari va substrat orasida kovalent boglar hosil qiladigan fermentlarda kuzatiladi. Kovalent ferment-substrat oraliq mahsulotlar judayam turgun emas va reaktsiya mahsulotini ajratgan holda oson parchalanadi. Juda kopchilik fermentlar uchun bayon etilgan mexanizmlarning birgalikda amalga oshishi xos bolib, ularning yuqori darajadagi katalitik faolligini ta’minlaydi.
Fermentlarning kimyoviy tabiati
Oqsillarning molekulyar tuzilishi qanday bo`lsa, fermentlarning kimyoviy tarkibi ham xuddi shunday tuzilishga xosdir. Fermentlar aksariyat, uchlamchi va to`rtlamchi strukturaga ega bo`lgan globulyar oqsillardir. Ular tarkibi bo`yicha ikki guruhga: bir va ikki komponentli, ya'ni oddiy va murakkab oqsillardan bo`lgan fermentlarga bo`linadi. Oddiy yoki bir komponentli fermentlar oqsildan iborat, ikki komponentli yoki murakkab fermentlar oqsil bilan bir qatorda oqsil bo`lmagan qismlardan iborat. Ikki komponentli fermentlarda qo`shimcha prostetik guruh rolini vitaminlar, ularning hosilalari koenzim A, NAD, glyutation-HS, nukleotid, ularning hosilalari va mikroelement ionlari kiradi. Fermentlardagi qo`shimcha qismlarni kofermentlar deb nomlanadi. Oqsil qism-apoferment-feron, ikkalasi birgalikda xoloferment deyiladi. Murakkab fermentlardagi apoferment va kofermentlar birbirlaridan ajratilsa, ularning faolligi yo`qoladi. Fermentlardagi oqsil qismi-apoferment reaksiya spetsifikligini ta'minlaydi, koferment esa reaksiyani amalga oshirishda ishtirok etadi. Fermentlar molekulasi bitta, ikkita yoki undan ortiq protomerlardan tashkil topgan bo`lishi mumkin. Bunday fermentlar multimer enzimlar deb ataladi. Aksariyat multimer fermentlarda protomerlar tabiati jihatdan har xil bo`ladi, ular aminokislota tarkibi, molekulyar massasi bilan farq qiladi. Ularning o`zaro nisbati, ferment tarkibida turlicha bo`lishi mumkin. Natijada bir xil faollikka ega bo`lgan turli fizik-kimyoviy xossaga ega bo`lgan fermentlar hosil bo`ladi. Bunday fermentlar izomer enzimlar yoki izozimlar deb ataladi. Multimer enzimlarning o`ziga xos xususiyatlaridan biri shuki, ularning tarkibidagi protomerlar reaksiya muhitiga qarab ajralib ketishi, ya'ni protomerlarga dissotsiatsiyalanishi va zarurat bo`lganda qaytadan assotsiatsiyalanishi mumkin. Bunday jarayon o`z-o`zidan bajarilib, ularning eng yuqori faolligi xuddi shunday multimer holatida kuzatiladi. Oddiy va murakkab fermentlar tarkibida turli xil kimyoviy reaksiyalarni amalga oshiruvchi markazlar bo`lib, ularga substratli, allosterikli va katalitiklar kiradi. Katalitik markaz deyilganda polipeptid zanjirlarining ma'lum tartibda o`ralishi natijasida hosil bo`lgan, bir-biridan uzoqda joylashgan ayrim aminokislotalarning funksional guruhlarini bir-biriga yaqinlashib qolishi tushuniladi. Aksariyat katalitik markazlarni serin, treonin, metionin, triptofan, argenin, lizin, tirozin, gistidin, sistein, asparagin va glutamin kislotalari radikallarining majmuasi hisobiga shakllanadi. Substratli markaz deyilganda ferment molekulasida reaksiyaga kirishayotgan substrat bilan bog`lanadigan qism tushuniladi. Substratli markaz ramziy ravishda "langar maydoncha"si hisoblanib u yerga substrat har xil bog`lar bilan fermentdagi aminokislota qoldiqlaridagi radikallar orqali bog`lanadilar. Substrat ferment bilan ionli, vodorod bog`lari orqali bog`lanib, ayrim reaksiyalarda ular o`rtasida kovalent bog`lar ham bo`lishi kuzatilgan. Enzim-substrat kompleksida gidrofob kuchlar ham muhim ahamiyat kasb etishi aniqlangan. Oddiy bir komponentli fermentlarda faol va katalitik markazlar bir joyda bo`lishi ham mumkin. Amilaza fermentidagi faol markaz kraxmaldagi -1.4 glikozid bog`larini gidrolizlovchi polipeptid zanjiri gistidin, asparagin kislota va tirozin aminokislota qoldiqlaridan iborat. Shunga o`xshash faol markazlar atsetilxolinesteraza va karboksilpeptidaza A fermentlarining bir necha aminokislota qoldiqlaridan iborat. Allosterik markaz, shunday fermentning qismiki u yerga kichik molekulali moddalar ta'sir qilsa oqsilning uchlamchi strukturasi o`zgarib, enzimning faolligi oshadi yoki kamayadi. Ferment faolligining boshqarilishi allosterik markaz orqali amalga oshadi. Ko`rsatilgan katalitik, substrat va allosterik markazlar ko`proq ramziy ma'noda bo`lib, ular polipeptid zanjirining alohida joylarida ajralgan holda joylashmaydilar, balki bir-birlarini qoplagan kompleks holda bo`lishlari mumkin. Fermentlarning ta'sir etish mexanizmi Fermentlar ta'sirida ketadigan reaksiyalar katalitik jarayonlarning kechish qonuniyatlari asosida o`tadi. Enzimatik reaksiya uchun zarur bo`lgan faollanish energiyasini fermentlar kam talab qiladi. Kataliz haqidagi tushunchaga binoan, molekulalar reaksiyaga kirishishi uchun "faollanish holati" deb ataluvchi konfiguratsiya davrini o`tishi lozim. Faollanish energiyasi molekulalarning yaqinlashishi va reaksiyaga kirishuviga to`sqinlik qilib turadigan kuchlarni (energetik to`siqni) yengish uchun zarur. Energetik to`siqdan ortiqroq energiyaga ega bo`lgan molekulalar reaksiyaga kirishadi. Faollashgan molekulalarning soni ko`p bo`lsa, reaksiya sur'ati tez bo`ladi. Lekin reaksiyada qatnashayotgan molekulalarni faollashtirish uchun energiya (issiqlik, yorug`lik) sarf etilishi shart. Misol tariqasida disaxarid saxarozaning glyukoza bilan fruktozaga parchalanish reaksiyasiga sarf bo`ladigan energiya miqdorini keltiramiz. Saxarozani parchalash uchun laboratoriyada katalizator bo`lmaganda 32000 kal energiya kerak, muhitda enzim sifatida vodorod atomlari bo`lsa 25600 kal sarflanadi, mazkur moddani parchalashda ferment saxaraza bo`lsa, uni ikkiga ajratish uchun 9400 kal zarur. Demak, ko`rinib turibdiki, fermentativ reaksiyalar kam energiya talab etadi. Enzimlar molekulalardagi atomlararo bog`larni bo`shashtirib, reaksiyaga kirishayotgan substratni deformatsiya holatiga keltirib, uning reaksion qobiliyatini oshirib yuboradi. Oddiy va murakkab fermentlarning ta'sir qilish mexanizmi bir xil bo`lib, ularning faol markazlari bir-biriga o`xshash vazifalarni bajaradilar.