Химия | Аминолиттік ферменттер

Аминолиттік ферменттер

Организмде байқалатын барлық тіршілік белгілерін оның ішкі ортасында жүріп жатқан сан қилы реакциялардың тікелей нәтижесі деп қарауға болады. Бұл реакциялардың тіршілік қимылына сәйкес жылдамдықпен жүріп отыруы фермент арқылы жүзеге асады, яғни фермент дегеніміз – организмде барлық химиялық реакциялардың жылдамдығын, бағытын және оның сипатын реттеп отыратын биологиялық катализатор. Алғашында фермент ашытқыдан табылғандықтан, латын тіліндегі – «fermentum» - ашытқы деген сөзден шыққан.
Ферменттік реакцияларда бейорганикалық катализатордың ерекшеліктері бар, олар бірнеше ортақ қасиеттерге ие:
1) энергетикалық мүмкіншілігі бар реакцияларды ғана катализдейді.
2) Реакцияның тепе-теңдігін немесе тепе-теңдік константасын өзгертпейді, тек осы тепе-теңдікке жету уақытын ғана қысқартады.
3) Реакцияның бағытын өзгерпейді
4) Реакцияның соңғы өніміне айналмайды, яғни реакцияның бас-аяғанда өзінің санын және сапасын өзгертпейді.
Фермент субстратпен әрекеттескенде тұтас молекуласымен емес, үшіншілік құрылымдағы белгілі бір аймақ арқылы әрекетескенде ферменттің активті орталығы пайда болады. Осы активті орталық арқылы фермент өз субстратын таниды және катализдейді. Активті орталық бір-біріне сәйкес отырып, қызмет атқаратын 2 аймақтан тұрады. Оның бірі-субстраттық аймақ, ал екіншісі катализдік аймақ.
Субстраттық аймақ - өз субстратын тану, онымен байланысу қызметін атқарса, ал катализдік аймақ химиялық реакцияның сипатын анықтайды.
Ферменттің активті орталығы пашпептид тізбектеріндегі амин қышқылының функционалды топтарынан құралады. Оған бос – СООН және –NH2 тобы, аргиннің гуанидин тобы, триптофанның индол сақинасы, гистидиннің имидазои сақинасы, серин мен теориннің – он тобы, меотиннің тиоэфир тобы, фенилаланиннің ароматты сақинасы, цисттеиннің тио топтары қатысуы мүмкін.
Кейбір ферменттерде активті орталықтан тыс аллостерикалық орталық болады. Осы орталыққа кейбір эффекторлар байланысып, ферменттің конформациясын өзгерту арқылы активті орталықтың субстартқа сәйкестігін арттырады немесе төмендетеді, сөйтіп фермент әсерін реттейді.
Көптеген жағдайларда аллостерикалық ферменттер истабилизм процестеріндегі лимиттеуші рөл атқарады. Қазіргі анықталуынша рибонуклиозид-дифосфатредуктоза мен пируват –УДФ-N –ацетилкалглюкозаминтрансферазадан басқа барлық аллостерикалық ферменттер бірнеше мономерлерден тұрады.
Олардың әрбір сіббірлігін протомер деп атайды. Проталердің біреуіне белгілі бір эффектор келіп байланысса, екінші бір протомердің өз эффекторларымен байланысуына әсер етеді. Бұндай әрекетті гомотроптық әсерлесу деп атайды.
Барлық ферменттерді құрылымдық ерекшелігіне қарай екі үлкен топқа бөлуге болады: бір компоненті ферменттер және екі компонентті ферменттер.
Бір компоненті ферменттер тек белоктан ғана тұрады, протетикалық, тобы болмайды, сондықтан да оларды протеиндер деп атауға болады. Ас қорыту жүйесінің ферменттерінің көбісі бір компоненті ферменттер. Екі компоненті ферменттер жәй белоктан және простетикалық топтан тұрады. Жәй белок бөлігін апофермент, ал простетикалық тобын кофермент деп атайды. Цитохром жүйесінің ферменттері, трансферазалардың басым көпшілігі, амин қышқылының декарбоксилазалары және басқа да көптеген ферменттер екі компонентті ферменттер болып табылады.
Екі компонентті ферменттерде апофермент пен кофермент арасындағы байланыс кейбіреулерінде берік, кейбіреулерінде әлсіз болады. Сол себептен реакцияға қатыспаған жағдайда, әлсіз байланысқан коферменттер апоферменттерден жеке жүреді. Алайда реакцияға қатысқанда апофермент пен кофермент міндетті түрде қосылуы керек.
Екі компонентті ферменттерде апофермент бөлігі субстраттық арнайылықта қамтамасыз етіп, ферменттің қандай субстартқа әсер ететінін анықтайды. Ал кофермент бөлігі катализдік аймаққа кіре отырып, раекцияның сипатын және бағытын белгілейді. Коферменттердің құрамына витаминдер және метал иондары кіреді. Метал иондары біріншіден, тікелей катализдік реакцияға қатысады, екіншіден кофактор ретінде апофермент пен коферменттің байланысуын қамтамасыз етеді. Барлық екі компонентті ферменттер тек клетка ішінде ғана әсер етеді.
Бір организмнің ішінде құрылымдық жақтан бір-біріне ұқсамайтын бірнеше ферменттер болып, белгілі бір субстратқа ғана әсер етіп, ұқсас реакция өнімін түзуді катализдесе, онда бұндай ферменттерді изоферменттер деп атайды. Олар бір-бірінен бірінші реттік құрылымы, электрофорездегі жылжу жылдамдығы, сондай-ақ агронотроптық қасиеттерімен ерекшеленеді.
Әр түрлі органдардың өзіне тән изоферменттері бар, олар әр түрлі жағдайда әр түрлі органдарда ұқсас бір субстратқа әсер етіп, ұқсас реакция өнімін түзеді, сондықтан да диагностикалық маңызы өте зор. Изоферменттерге лактатдегидрогеназа, креатинкиназа және сілтіні фосфатазалар жатады.
а) Креатинфосфокиназа (КФК).
Екі сіббірліктен тұрады, оның бірін М типі (бұлшық ет типі), екіншісін В типі (ми типі) деп белгілейді. Мида сіббірліктің екеуі де В, қаңқа бұлшық етінде екеуі де М; ал жүрек бұлшық етінде бір М суббірлік, бір В суббірлік болады. КФК изоферменттері электрофорезде анодтан катодқа қарай жылжу реті бойынша, ең тез бастап шифрланатындықтан КФК1 (ВВ), КФК2 (МВ), КФК3 (ММ) болып жазылады.
Амин қышқылдарындағы амин тобын басқа бір кето қышқылдарына тасымалдап, жаңадан сәйкес амин қышқылы мен кето қышқылын түзеді. Сондықтан аминотрансферазалар катализдейтін реакция түрін қайта аминдену немесе трансаминдену деп атайды. Реакцияның тепе-теңдік константы бірге жақын болғандықтан, барлық реакциялар қайтамды. Демек, аминотрансферазалар, амин қышқалдарының катаболизмі мен кері реакция арқылы синтезделуіне маңызды роль атқарады. Аминотрансферазалардың барлығы екі компонентті ферменттер, коферменті пиридоксанфосфат (витамин В6+ Н3РО4) Аминотрансферазалардың 20-дан астамы бар. Олар жануарлар организмінде келесі 2 үлкен реакцияны катализдейді.

Н-С=О
1) глутамат аминотрансфераза:
НО СН2-О-РО3Н2 глумат+кеmо қышқылы
-кетоглутарат+ -амин
қышқылы
2) аланин аминотрансфераза:
аланин+кеmо қышқылы
Н3 С пируват + -амин қышқылы
Пиридоксальфосфат

Аланинде глутамат аминотрансферазаның субстратты болатындықтан, амин қышқылдарынан бөлініп шыққан аминтоптарының барлығы глутамин қышқылына жиналады. Сондықтан да ол амин топтарының басталу нүктесі де және аяқталу нүктесі де болады.
Трансаминдену немесе қайта аминдену реакциясында лизин, треонин пролин және гироксилролиндерден басқа барлық амин қышқылдарының амидтері де амин тобының доноры болады, бұл кезде тек -амин тобы ғана тасымалданады. Аминтрансферазалар катализдейтін реакцияларды төмендегідей бейнелеуге болады.

R - CH – COOH пиридоксалфосфат R - C - COOH

NH2 O
R - C - COO приридоксаминфосфат R - C - COOH

O NH2
Жануарлар организмінде біршама кең таралған, әрі активтілігі ең жоғары аминотрансферазалардың келесі 2 түрі бар:
1) Аспартатаминотрансферада (АсАТ)
Аспарагин қышқылы мен -кетоглутамат арасындағы трансаминдену реакциясын катализдеп, сәйкес қымыздық сірке қышқылы мен глутамин қышқылын түзеді.
СООН СООН СН3 СООН

СН - NH2 + C - O C - O + С – NH2

CH2 (CH2)2 CH2 (CH2)2

COOH COOH COOH COOH
Аспартат -кетоглутарат қымыздық сірке глутамат
қышқылы

2) Аланинаминотрансфераза (АиАТ):
Аланин мен - кетоглутар қышқылының арасындағы трансаминденуді катализдеп, пируват пен глутамат түзеді.

СН3 COOH CH3 COOH

СН – NH2 + C – O C - O + HC - NH2

СООН (CH2)2 COOH (CH2)2
COOH COOH
Манин -кетоглутарат пируват глутамат ....