Маърузалар курс 3-мавзу: Ферментларнинг тузилиши, функцияси, хоссалари ва классификацияси

Иккинчи масала баёни: Биологик катализаторлар булмиш ферментларнинг таъсири тугрисидаги тушунчалар узок вакт олимларнинг тортишувига сабаб бўлиб, ферментлар таъсири механизмини тушунтириб берадиган бир неча назариялар пайдо булди. Ферментларнинг таъсир этиш механизми.
Оралик бирикмалар назарияси. Бу назария 1898 йилида М. В. Ненцикий томонидан илгари сурилиб 1903 йилида В,Анри 1913 йилида Л,Михаэлис ва М,Ментен томонидан ривожлантирилди. Бу назарияга асосан реакцияга киришувчи моддалар билан катализатордан бекорга оралик бирикмалар хосил булиши назарда тутилган.
Бекарор фермент (ёки энзим) субстрат комплексларининг ферментатив катализ механиизмида хал килувчи аҳамиятга эга деб хисобланади. Д,Браун (1902) ферментатив рекацияда фермент-субстрат хосил булиши процессини туртта боскичга булди: биринчи боскичда субстрат (ёки субстратлар) билан фермент узаро бир-бири билан ион, ковалент ёки бошқа кимёвий бог воситасида боғланиб, бирикма (ёки комплекс) хосил қилади: иккинчи боскичда фермент субстрат бирикмасидаги субстрат фермент таъсирида структтуравий ёки молекуляр узгаришга учрайди, кимёвий реакцияга киришишга мойиллиги ортади; учинчи боскичда узгаришга учраган субстрат кимёвий реакцияга кириша бошлайди ва нихоят туртинчи боскичда хосил бўлган махсулот фермент-махсулот комплексидан аааажралади. Агар ферментни Е билан субстратни S билан ва реакция махсулотини Р билан ифодаласак, унда реакция процессини куйидаги схема оркали курсатиш мумкин.
S+Е⇄ SE ⇄ ЕР⇄ Е+Р
Фермент булмаганида S→Р реакцияси амалда юзага чикмайди.
Фермент-субстрат комплекслари жуда хилма-хил типдаги боглар: ковалент боглар, водород кўприклари, айрим кутбли группалар уртасидаги вандервалс тортилиш кучлари иштироки билан хосил булиши мумкин.
Катализда бекор оралик бирикмалар хосил булишини кўпчилик холларда тажриба йули билан курсатиб бериш мумкин бўлади. Фермент моделлари деган бир қанча моделларни урганиб чиккан Лангенбек мана шу фикрларни ривожлантирди ва ферментатив процессларга мос килиб конкретлаштирди.
Фермент катализаторлигида борадиган реакциялардан бири ацетилхолиннинг гидролизланиш реакциясидир. Бу бирикма нерв импульсларини ўтказишда медиатор (оралик мухит) вазифасини утайди: яъни бунда нерв толаларининг учида ацетилхолиннинг ажралишига жавобан нерв хужайраларининг кузгалиш холати кузатилади. Бу процесс тухтовсиз давом этиши учун ажралган ацетилхолин (1-2 мкг) тулик парчаланиши керак. Ацетиохолиннинг парчаланиши унинг гидролизланиши билан ошиб, гидролизланиш факат ацетилхолинэстераза ферменти иштирокида амалга ошади.
Ацетилхолинэстераза

СН₃– С(О)–О–(СН₂)₂ – N(СН₃)₃ +Н₂О



СН₃– СООН + НО– СН₂-СН₂ - N (СН₃)₃
Сирка кислотаси холин
Маълумки, кимёвий кинетика кимёвий реакциялар тезлиги х ваакидаги таълимотдир. Ферментатив реакциялар тезлиги вакт бирлиги ичида реакцияга киришувчи моддалар концентрациясининг камайиб бориши ёки реакция махсулотларнинг кўпайиб боришига караб улчанади.
Ферментатив реакциялар, реакцияга киришувчи моддалар концентрацияси қанча кўп бўлса, реакция шунчалик тез боришлигига асосланган конуниятга буйсинади.
Виктор Анри бошлаган 1913 йилида Л. Михаэлис ва унинг шогирди М,Ментен давом эттиришади.
Ферментатив реакция тезлиги вакт бирлиги ичида субстрат камайиб бориши ёки Р махсулот кўпайиб боришига караб улчанади.
K₊₁


E + S ES (a)
k_-1
Бу реакция мувозанати константаси субстрат константаси деб аталади:
К=k-1/k+1=[E][S]/[ES] (б)

(а) ва (б) реакциялардан куриниб турибдики, комплекс ЕS факат битта (k1 константани) реакцияда хосил бўлади ва иккита реакцияда Е билан S га (k-1 константали реакцияда) ва Е билан Р га (k-2 константали реакцияда) парчаланади:

k+1 k+1
E


+S ES E+P (1)

k+1
Бу тенгламага кура бир молекула субстрат бир молекула фермент билан реакцияга киришади
K_s=k_-1/k₊₁ (2)
Агар фермент субстрат бирикмасининг диссоциаланиш константаси катта бўлса, k – 1 нинг микдори катта бўлиб, k + 2 ники эса кам бўлади.
[S] ([Eo] – [ES] = Ks [ES] (3)
[Eo] – ферментларнинг умумий бошлангич концентрацияси;
[ES] – фермент-субстрат бирикмасининг концентрацияси;
[Eo][ES] – эркин ҳолдаги фермент концентрацияси.
[ES]=[Eo] ([S]/Ks+[S]) (4)
[ES] = [Eo] бўлганида
V/Vmax = [ES]/[Eo] (5)

[ES]/[Eo] к [S]г(Ks + [S] (6)

бунда биз куйидагига эга буламиз:
V/Vmax = {S]/(Ks + [S] ёки V=Vmax * [S]/(Ks + [S]) (7)
Одатда Vmax V харфи билан ифодаланади. Бунда куйидаги охириги куринишга эга буламиз.
V/Vmax = [S]/(Ks + [S]) (8)
Бу тенглама Михаэлис-Ментен тенгламаси деб юритилади.
Михаэлис-Ментен тенгламаси Лайнуивер ва Берк томонидан хар хил [S] концентрацияларида V ни ётик тугри чизик оркали ифодалаш мумкинлигини курсатишди. Лайнуивер-Берк методикасига кура Михаэлис-Ментен тенгламаси куйидаги куринишни олади:
1/v = 1/V*(Ks + [S])/[S] 1/v = 1/V * ((Ks/[S]) + 1) (9)

Бошқача куринишда буни куйидагича ёзиш мумкин:

1/v = (Ks/V) * (1/[S]) + 1/V (10)
Бу Лайнуивер-Берк тенгламаси (10) бўлиб, Михаэлис-Ментен тенгламасининг тескари куринишидир.
Хозирги вактда у ёки бу ферментга кинетик характеристика беришда Лайнуивер-Берк методикасидан кенг фойдаланилмокда. Бу уринда Михаэлис-Ментен тенгламасидан фойдаланиб булмайди.
Михаэлис-Ментен тенгламаси маълум даражада чегараланган бўлиб, ферментатив реакцияларнинг факат биринчи боскичи учун қўлланилади. Аслида ферментатив реакцияларнинг янада тугрирок схемасини куйидагича ёзиш мумкин:




k – 1 k – 2


E + S ES E + P
k-1 k – 2