სიტყვა "ფერმენტს" აქვს ლათინური ფესვები. თარგმანში ეს ნიშნავს "მაწონს". ინგლისურად გამოიყენება ცნება "ფერმენტი", რომელიც მომდინარეობს ბერძნული ტერმინიდან, რაც იგივეს ნიშნავს. ფერმენტები სპეციალიზირებული ცილებია. ისინი ყალიბდებიან უჯრედებში და აქვთ ბიოქიმიური პროცესების მიმდინარეობის დაჩქარების უნარი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი მოქმედებენ როგორც ბიოლოგიური კატალიზატორები. მოდით განვიხილოთ შემდგომში რა წარმოადგენს ფერმენტების მოქმედების სპეციფიკას. სპეციფიკის ტიპები ასევე აღწერილი იქნება სტატიაში.
ზოგადი მახასიათებლები
ზოგიერთი ფერმენტის კატალიზური აქტივობის გამოვლინება განპირობებულია რიგი არაცილოვანი ნაერთების არსებობით. მათ კოფაქტორებს უწოდებენ. ისინი იყოფა 2 ჯგუფად: ლითონის იონები და რიგი არაორგანული ნივთიერებები, აგრეთვე კოენზიმები (ორგანული ნაერთები).
აქტივობის მექანიზმი
ქიმიური ბუნებით ფერმენტები მიეკუთვნება ცილების ჯგუფს. თუმცა, ამ უკანასკნელისგან განსხვავებით, განხილული ელემენტები შეიცავს აქტიურ ადგილს. ეს არის ამინომჟავების ნარჩენების ფუნქციური ჯგუფების უნიკალური კომპლექსი. ისინი მკაცრად არიან ორიენტირებულნი სივრცეში ფერმენტის მესამეული ან მეოთხეული სტრუქტურის გამო. აქტიურშიცენტრში არის იზოლირებული კატალიზური და სუბსტრატის ადგილები. ეს უკანასკნელი განსაზღვრავს ფერმენტების სპეციფიკას. სუბსტრატი არის ნივთიერება, რომელზეც ცილა მოქმედებს. ადრე ითვლებოდა, რომ მათი ურთიერთქმედება ხორციელდება "ციხის გასაღების" პრინციპით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, აქტიური საიტი აშკარად უნდა შეესაბამებოდეს სუბსტრატს. ამჟამად სხვა ჰიპოთეზა ჭარბობს. ითვლება, რომ თავდაპირველად არ არსებობს ზუსტი მიმოწერა, მაგრამ ის ჩნდება ნივთიერებების ურთიერთქმედების პროცესში. მეორე - კატალიზური - ადგილი გავლენას ახდენს მოქმედების სპეციფიკაზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ის განსაზღვრავს დაჩქარებული რეაქციის ბუნებას.
შენობა
ყველა ფერმენტი იყოფა ერთ და ორ კომპონენტად. პირველებს აქვთ მარტივი ცილების სტრუქტურის მსგავსი სტრუქტურა. ისინი შეიცავს მხოლოდ ამინომჟავებს. მეორე ჯგუფი - ცილები - მოიცავს ცილოვან და არაცილოვან ნაწილებს. ბოლო არის კოენზიმი, პირველი არის აპოენზიმი. ეს უკანასკნელი განსაზღვრავს ფერმენტის სუბსტრატის სპეციფიკას. ანუ ის ასრულებს სუბსტრატის ადგილის ფუნქციას აქტიურ ცენტრში. კოენზიმი, შესაბამისად, მოქმედებს როგორც კატალიზური რეგიონი. ეს დაკავშირებულია მოქმედების სპეციფიკასთან. ვიტამინებს, ლითონებს და სხვა დაბალმოლეკულურ ნაერთებს შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც კოენზიმები.
კატალიზი
ნებისმიერი ქიმიური რეაქციის წარმოქმნა დაკავშირებულია ურთიერთმოქმედი ნივთიერებების მოლეკულების შეჯახებასთან. მათი მოძრაობა სისტემაში განისაზღვრება პოტენციური თავისუფალი ენერგიის არსებობით. ქიმიური რეაქციისთვის აუცილებელია მოლეკულებმა გადასვლამდგომარეობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მათ უნდა ჰქონდეთ საკმარისი ძალა ენერგეტიკული ბარიერის გასავლელად. ის წარმოადგენს ენერგიის მინიმალურ რაოდენობას ყველა მოლეკულის რეაქტიულობისთვის. ყველა კატალიზატორს, ფერმენტების ჩათვლით, შეუძლია შეამციროს ენერგეტიკული ბარიერი. ეს ხელს უწყობს რეაქციის აჩქარებას.
რა არის ფერმენტების სპეციფიკა?
ეს უნარი გამოიხატება მხოლოდ გარკვეული რეაქციის აჩქარებაში. ფერმენტებს შეუძლიათ იმოქმედონ იმავე სუბსტრატზე. თუმცა, თითოეული მათგანი დააჩქარებს მხოლოდ კონკრეტულ რეაქციას. ფერმენტის რეაქტიული სპეციფიკა შეიძლება გამოიკვეთოს პირუვატდეჰიდროგენაზას კომპლექსის მაგალითით. მასში შედის ცილები, რომლებიც გავლენას ახდენენ PVK-ზე. მთავარია: პირუვატდეჰიდროგენაზა, პირუვატ დეკარბოქსილაზა, აცეტილტრანსფერაზა. თავად რეაქციას ეწოდება PVC-ის ოქსიდაციური დეკარბოქსილაცია. მისი პროდუქტია აქტიური ძმარმჟავა.
კლასიფიკაცია
არსებობს ფერმენტის სპეციფიკის შემდეგი ტიპები:
- სტერეოქიმიური. იგი გამოიხატება ნივთიერების უნარში, მოახდინოს გავლენა სუბსტრატის ერთ-ერთ შესაძლო სტერეოიზომერზე. მაგალითად, ფუმარატ ჰიდროტაზას შეუძლია იმოქმედოს ფუმარატზე. თუმცა, ეს არ მოქმედებს ცის იზომერზე - მალეინის მჟავაზე.
- აბსოლუტური. ამ ტიპის ფერმენტების სპეციფიკა გამოიხატება ნივთიერების უნარში, იმოქმედოს მხოლოდ კონკრეტულ სუბსტრატზე. მაგალითად, საქარაზა რეაგირებს ექსკლუზიურად საქაროზასთან, არგინაზა არგინინთან და ასე შემდეგ.
- ნათესავი. ფერმენტების სპეციფიკა ამაშიშემთხვევა გამოიხატება ნივთიერების უნარში გავლენა მოახდინოს სუბსტრატების ჯგუფზე, რომლებსაც აქვთ იგივე ტიპის ბმა. მაგალითად, ალფა-ამილაზა რეაგირებს გლიკოგენთან და სახამებელთან. მათ აქვთ გლიკოზიდური ტიპის ბმა. ტრიფსინი, პეპსინი, ქიმოტრიფსინი გავლენას ახდენს პეპტიდური ჯგუფის ბევრ ცილაზე.
ტემპერატურა
ფერმენტებს აქვთ სპეციფიკა გარკვეულ პირობებში. მათი უმეტესობისთვის ოპტიმალურად მიიღება ტემპერატურა + 35 … + 45 გრადუსი. როდესაც ნივთიერება მოთავსებულია უფრო დაბალი მაჩვენებლების პირობებში, მისი აქტივობა მცირდება. ამ მდგომარეობას ეწოდება შექცევადი ინაქტივაცია. როდესაც ტემპერატურა მოიმატებს, მისი შესაძლებლობები აღდგება. აღსანიშნავია, რომ როდესაც განთავსდება ისეთ პირობებში, სადაც t აღემატება მითითებულ მნიშვნელობებს, ასევე მოხდება ინაქტივაცია. თუმცა, ამ შემთხვევაში, ის შეუქცევადი იქნება, რადგან ტემპერატურის დაცემისას არ აღდგება. ეს გამოწვეულია მოლეკულის დენატურაციის გამო.
pH-ის გავლენა
მოლეკულის მუხტი დამოკიდებულია მჟავიანობაზე. შესაბამისად, pH გავლენას ახდენს აქტიური ადგილის აქტივობაზე და ფერმენტის სპეციფიკაზე. ოპტიმალური მჟავიანობის ინდექსი თითოეული ნივთიერებისთვის განსხვავებულია. თუმცა, უმეტეს შემთხვევაში ეს არის 4-7. მაგალითად, ნერწყვის ალფა-ამილაზასთვის ოპტიმალური მჟავიანობა არის 6.8. იმავდროულად, არსებობს მთელი რიგი გამონაკლისები. პეპსინის ოპტიმალური მჟავიანობა, მაგალითად, არის 1,5-2,0, ქიმოტრიფსინი და ტრიფსინი 8-9.
კონცენტრაცია
რაც მეტია ფერმენტი, მით უფრო სწრაფია რეაქციის სიჩქარე. Მსგავსიდასკვნის გაკეთება შესაძლებელია სუბსტრატის კონცენტრაციასთან დაკავშირებითაც. თუმცა, სამიზნის გაჯერების შემცველობა თეორიულად განისაზღვრება თითოეული ნივთიერებისთვის. მასთან ერთად, ყველა აქტიური ცენტრი დაიკავებს ხელმისაწვდომი სუბსტრატს. ამ შემთხვევაში, ფერმენტის სპეციფიკა იქნება მაქსიმალური, მიუხედავად სამიზნეების შემდგომი დამატებისა.
მარეგულირებელი ნივთიერებები
ისინი შეიძლება დაიყოს ინჰიბიტორებად და აქტივატორებად. ორივე ეს კატეგორია იყოფა არასპეციფიკურ და სპეციფიკურად. აქტივატორების უკანასკნელ ტიპს მიეკუთვნება ნაღვლის მარილები (პანკრეასის ლიპაზასთვის), ქლორიდის იონები (ალფა-ამილაზასთვის), მარილმჟავა (პეპსინისთვის). არასპეციფიკური აქტივატორები არის მაგნიუმის იონები, რომლებიც გავლენას ახდენენ კინაზებზე და ფოსფატაზებზე, ხოლო სპეციფიური ინჰიბიტორები პროენზიმების ტერმინალური პეპტიდებია. ეს უკანასკნელი ნივთიერებების არააქტიური ფორმებია. ისინი აქტიურდებიან ტერმინალური პეპტიდების დაშლისას. მათი სპეციფიკური ტიპები შეესაბამება თითოეულ ინდივიდუალურ პროენზიმს. მაგალითად, არააქტიური ფორმით, ტრიფსინი იწარმოება ტრიფსინოგენის სახით. მისი აქტიური ცენტრი დახურულია ტერმინალური ჰექსაპეპტიდით, რომელიც არის სპეციფიკური ინჰიბიტორი. გააქტიურების პროცესში ის იყოფა. შედეგად, ტრიფსინის აქტიური ადგილი ღია ხდება. არასპეციფიკური ინჰიბიტორები არის მძიმე მეტალების მარილები. მაგალითად, სპილენძის სულფატი. ისინი პროვოცირებენ ნაერთების დენატურაციას.
ინჰიბიცია
შეიძლება იყოს კონკურენტუნარიანი. ეს ფენომენი გამოიხატება ინჰიბიტორსა და სუბსტრატს შორის სტრუქტურული მსგავსების გამოჩენაში. Ისინი არიანშევიდეს ბრძოლაში აქტიურ ცენტრთან კომუნიკაციისთვის. თუ ინჰიბიტორის შემცველობა უფრო მაღალია, ვიდრე სუბსტრატის შემცველობა, იქმნება რთული ფერმენტის ინჰიბიტორი. როდესაც სამიზნე ნივთიერება დაემატება, თანაფარდობა შეიცვლება. შედეგად, ინჰიბიტორი იძულებით გამოიყოფა. მაგალითად, სუქცინატი მოქმედებს როგორც სუქცინატდეჰიდროგენაზას სუბსტრატი. ინჰიბიტორებია ოქსალოაცეტატი ან მალონატი. კონკურენტული გავლენები განიხილება რეაქციის პროდუქტებად. ხშირად ისინი სუბსტრატების მსგავსია. მაგალითად, გლუკოზა-6-ფოსფატისთვის პროდუქტი არის გლუკოზა. სუბსტრატი იქნება გლუკოზა-6 ფოსფატი. არაკონკურენტული ინჰიბირება არ გულისხმობს ნივთიერებების სტრუქტურულ მსგავსებას. ინჰიბიტორსაც და სუბსტრატს შეუძლია ერთდროულად დაუკავშირდეს ფერმენტს. ამ შემთხვევაში, ახალი ნაერთი იქმნება. ეს არის კომპლექსურ-ფერმენტ-სუბსტრატ-ინჰიბიტორი. ურთიერთქმედების დროს აქტიური ცენტრი იბლოკება. ეს გამოწვეულია ინჰიბიტორის შებოჭვით AC-ის კატალიზურ ადგილზე. ამის მაგალითია ციტოქრომ ოქსიდაზა. ამ ფერმენტისთვის ჟანგბადი მოქმედებს როგორც სუბსტრატი. ჰიდროციანმჟავას მარილები ციტოქრომ ოქსიდაზას ინჰიბიტორები არიან.
ალოსტერიული რეგულაცია
ზოგიერთ შემთხვევაში, აქტიური ცენტრის გარდა, რომელიც განსაზღვრავს ფერმენტის სპეციფიკას, არის კიდევ ერთი ბმული. ეს არის ალოსტერიული კომპონენტი. თუ მას ამავე სახელწოდების აქტივატორი უკავშირდება, ფერმენტის ეფექტურობა იზრდება. თუ ინჰიბიტორი რეაგირებს ალოსტერიულ ცენტრთან, მაშინ ნივთიერების აქტივობა შესაბამისად მცირდება. მაგალითად, ადენილატ ციკლაზა დაგუანილატციკლაზა არის ფერმენტები ალოსტერული ტიპის რეგულირებით.
