Никотинамиднуклеотидті немесе пириндік коферменттер

НАД+ және НАДФ+ ( НАД+ никотинамидадениндинуклеотид, НАДФ+ никотинамидаденин динуклеотидфосфат). Бұл коферменттердің активті бөлігі никотин амид (РР витамин) болып табылады, оның молекуласында пиридин сақинасы бар және ол пиридиндік коферменттер деп аталады.

НАД+ және НАДФ+ қандай да бір арнайы белоктармен (апоферменттермен) қосылып, тиісті ферменттер түзеді.

НАД+ коферментіне қарағанда, НАДФ+ коферментінде бір фосфат тобы артық болады, ол топ, аденинмен байланысқан рибозаның гидроксил тобымен этерленген, НАД+ пен НАДФ+ өздерінің құрылымы жөнінде жақын қосылыс, бірінен-бірі алмастыра алмайды.

ФАД және ФМН флавиндік коферменттер

(ФАД–флавинадениндинуклеотид, ФМН –флавинмононуклеотид). ФАД және ФМН коферменттері әртүрлі апоферменттермен байланысады да, флавопротеидті ферменттер –флавиндік дегидрогенеза түзеді. Қазіргі кезде флавопротеидтердің 80 шамасына жетеді және олардың көпшілігінде ФАД бар. ФАД және ФМН екеуі апоферменттермен мықты байланысқан және НАД+ және НАДФ+ екеуінен айырмасы, катализдік реакция кезінде ферменттің белоктық бөлігіне байланысқан күйінде қалады.

ТПФ немесе ГДФ коферменті

(ТПФ –тиаминпирофосфат, ТПФ –диаминдифосфат) ТПФ коферменті В1 витаминінң туындысы, оның тиазол сақинасында күкірт бар. Ол апоферментпен мықты байланысқан болады және простетикалық топ деп саналады.

Кобамидтік кофемент

Бұл коферменттің активті бөлігі химиялық құрамы ең күрделі витамин –В12 витамині. В12 витамині молекуласында коррин циклы бар, ол төрт пиррол сақинасынан тұрады, сақиналар бір-бірімен өзара байланысады. Циклдың дәл ортасында коальт атомымен айланысқан ци тоб орналасады. Ондын бұл витамин цианкобаламин еп аталады. Кобаминдік коферменттерде циан тобы болмайды, оның орнын метил 5-дезоксиаденозин басады. Соған сәйкес мынандай екі кофермент түзіледі: метилкобаламин және 5- дезоксиаденозилкобаламин.

Пиродоксиндік коферменттер

Бұл коферменттің негізі В6 витамині, коферменттің құрамына бір-біріне ұқсас үш қосылыс: пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин кіреді. Ол үшеуі бір-біріне оңай айналады.

В6 витаминнің негізі активті туындысы пиридоксаль -5 фосфат болып саналады, оның өзі бірқатар пиридоксальдық ферменттердің коферменті. Пиридоксаминфосфатта коферменттік қызмет атқарады.

Фолаттық коферменттер

Фолий қышқылының ( Вс витамин туындысы. Фолий қышқылының өзінің коферменттік активтігі жоқ, оның тетрагидро түрі –тетрагидрофилий қышқылы кофермент болып саналады.

А коферменті –ацетильдеу коферменті

Бұл кофермент сірке қышқылының және басқа да қышқылдардың қалдықтарын ауыстырып жеткізеді, сондықтан ол ацитильдеу коферменті деп аталады.

А коферменттің құрылысы күрделі. Аденозиндифосфат оның құрылымының негізі, ол пантотен қышқылының (В3 витамин) қалдығымен байланысқан. Пантотен қышқылына меркаптоэтиламин қалдығы қосылысқан.в-меркаптоэтиламидтегі сульфгидрильдік топ (-SН) реакцияласуға қабілетті болады, күрделі эфир түрінде кофермент ауыстырып алмастыратын ацил қалдықтары ол топпн байланысады.

Липой қышқылы ферменті

Құрамында дисульфидтік топ бар тотығып екі сульфгидрильдік топ (-SН) құрайдыда, дигидролипой қышқылына айналады. Осының нәтижесінде липой қышқылы оңай тотығыды,тотықсызданады.

Q коферменті –убихинон

Q коферментінің атауы quinone –деген сөздің бірінші әрібінен шыққан. Убихинон деген сөз барлық жерде (уби-барлық жерде) деген мағына береді. Ол барлық клеткадан табылған.

Дәріс 6. Ферменттің активті ( катализдік) орталығы. Классификациясы.

Фермент молекуласының субстратпен тікелей тиісіп жанасатын бөлігін ферменттің активті орталығы деп атайды. Ферменттің активті орталығы субстратпен байланысуға және ыдыратып өзгертуге міндетті. Активті орталық бүйір радикалында функционалды тобы бар амин қышқылдарының қалдықтарынан түзіледі. Күрделі ферменттерде активті орталыққа амин қышқылдарынан басқа металл иондары мен коферменттер кіреді. Олар катализ кезінде маңызды қызмет атқарады.

Ферменттердің активті орталығында реакцияласуға мынадай амин қышқылдыары кіреді:

1. Цистеин оның құрамында сульфгидрильдік топ –SН бар;

2. Серин, оның құрамында гидроксиль топ- ОН бар;

3. Гистидин, оның құрамында имидазол сақинасы бар;

4. Аспарагин қышқылы мен глутамин қышқылы,ол екеуінің құрамында екінші корбоксильдік топ –СООН бар;

5. Триптофан, құрамында индол сақинасы бар;

6. Гидрофобты амин қышқылдары, құрамында субстраттың полярсыз учаскесіне жақын гидрофобты бүйір топтар болады.

Активті орталық фермент молекуласының бетіндегі шағын ғана бөлік. Ферменттегі амин қышқылдары қалдықтарының үлкен бөлігі орталық активтілігіне әсер етпейді.

Ферменттер атаулары және классификациясы

Фермент атаулары екі түрлі: жүйелік атау және тривиалдық атау.

Ферменттердің жүйелік атаулары күрделі,ол реакцияға кірісетін субстрвт жөнінде, фермент катализдейтін химиялық реакция жөнінде толық мәлімет береді. Жүйелік атау бойынша әр ферменттің номері болады, олтөрт саннан тұрады,сандардың арасы нүктемен бөлінген. Бірінші сан ферменттің класын білдіреді, екінші сан клас тармағын, үшінші сан-клас тармағы бөлігін, төртінші сан өз қатарындағы номерін көрсетеді.

Ферменттердің тривиалдық атаулары қысқа да қолдануға ыңғайлы. Мысалы, 2.7.1.2. АТФ: глюкоза-6-фосфотрансфераза. Ал осы ферменттің тривиалдық атауы глюказина. Тривиалдық атаулар негізі екі жолмен пайда болады: 1. фермент әсер ететін субстрат атауына –аза жұрнағын. Мысалы, мальтозаны ыдыратып, глюкозаның екі молекуласына айналдыратын фермент мальтаза деп аталады.2) фермент катализдейтін реакция атауына –аза жұрнағы қосылады.

Катализдейтін реакциялар түріне қарай 6 класқа бөлінеді:

1. Оксидоредуктазалар

2. Трансферазалар

3. Гидролазалар

4. Лиазалар

5. Изомерезалар

6. Лигазалар

Оксидоредуктазалар

Тотықтырушы-тотықсыздандырушы ферменттер, бұлар сутегі атомдарын немесе бөліп шығару арқылы субстраттың тотығу және тотықсыздану процестерін катализдейді.

Оксидоредуктазалар құрамында кофакторлар бар, оларға көбінесе мыналар жатады: НАД+,НАДФ+,ФАД,ФМН және металл иондары. Оған 200 шамасында ферменттер жатады. Мысалға малатдегидрогеназаның алма қышқылын тотықтыру реакциясын қарастырайық:

-ООС-СНОН-СН2-СОО- — -ООС-СО-СН2-СОО-+2Н++2е.

Трансферазалар

Биохимиялық реакцияларда атомдар тобын және молекула қалдықтарын алмастырып ауыстыратын ферменттер. Олар мынандай топтарды бір субстраттан екінші субстратқа ауыстырып жеткізеді: метил,карбоксил,амино, сульфо, формил(С1), фосфат және басқалар.Трансферазалар өздері тасымалдайтын топтарға байланысты метилтрансфераза,ацилтрансфераза, фосфотрансфераза деп аталады.

Фосфотрансфераза ферменттері ішінде киназа деп аталатын ферменттің ерекше маңызы зор. Киназа фосфат топтарын тасымалдап, АТФ-тан басқа субстратқа, углеводтарға, белоктарға т.с.с апарады.

Гидролазалар

Бұл ферменттер химиялық байланыстарды үзеді де, суды қосады. Мынандай топтарға бөлінеді:

А) Эстеразалар күрделі эфир байланыстарын гидролиздейді де ,қышқыл және спирт түзеді:

СН3СОО –СН2 –СН3+Н2О –СН3 -СООН +СН3СН2ОН

Б) Липазалар триглицеридтерді ыдыратып, глицерин және май қышқылдарын түзеді;

В) Гликозидалар углеродтағы гликозидтік байланыстарды гидролиздейді. Оларға амитлаза, лактаза, мальтаза, целлобилаза жатады.

Г) Протеиназалар белоктардағы, полипептидтердегі пептидтік байланыстарды гидролиздейді.

Лиазалар

Бұл ферменттер субстратты гидролиздік емес жолмен ыдырауын катализдейді және бұл кезде субстрат молекуласында қос байланыс түзіледі. Мұндай катализ кезінде СО2 , Н2О,NН3 сияқты заттар бөлініп шығады және байланыстар С –С , С-N,С –S бойынша үзіледі. Субстрат молекуласындағы қос байланыс бойынша химиялық топтардың қосылуын да катализдей алады.

Изомеразалар

Бұл ферменттер изомерлер түзілу арқылы заттардың молекула ішіндік өзгерістерін катализдейді. Олар сутегі атомдарының, фосфаттарының және ацитильдік топтардың молекула ішінде алмасуын катализдейді, цис-изомерация,транс-изомерация құбылыстарын тудырады.

Лигазалар (синтетазалар)

Бұл ферменттер С –С ,С –О , С-N, С-S байланыстар орнату арқылы түзілетін органикалық қосылыстар синтезін катализдейді. Мұндай байланыстар үшін АТФ және басқа да микроэнергия қосылыстардың (ГТФ, ЦТФ, УТФ, т.б) ыдырауынан шығатын энергия пайдаланылады.

Сірке қышқылы мен А коферментінен А ацетилкоферментінің түзілуін ацетилкоферментсинтетаза катализдейді:

О

||

СН3 –СООН +НS –КоА +АТФ –СН3 –С ~S –КоА +АМФ+пирофосфат

Ферметтердің практикалық маңызы

Организмде тіршілік процесінің бірқалыпты жүрісі ферменттер әсеріне байланысты. Ферменттік реакциялардағы қандай болмасын жайыз өзгеріс әртүрліпатологияға, дертт өзгеріске әкеліп соғады. Клеткалардағы немесе биологиялық сұйықтықтағы ( мысалы, қан плазмасындағы) белгілі бір ферменттің активтілігін анықтау арқылы әртүрлі мүшелерде жәнетканьдерде болып жатқан өзгеріс жөнінде тұжырым жасауға болады. Мұндай фермент активтілігіне қатысты зерттеулер адамның және жануарлардың ауруы жағдайын, оның диагностикасын бақылау үшін қажет. Жүрек ауруға шалдыққан кезде, әдетте, қан плазмасында креатинкинза, лактатдегидрогенза және аспартатаминотрансфереза сияқты ферменттердің активтілігі артады. Аминотрансферазалар (әсіресе аланиндік түрі ) бауырдың зақымдалуына ( мысалы, сары ауру кезінде) әсіресе сезімтал келеді. Қан құрамында ұйқы безі амизасының көбеюі ұйқы безінің ауруға ұшырағанын білдіреді. Панкреатиттің ауыр түрі басталғаннан кейін бірнеше сағат ішінде амилаза активтілігі қанда тез артады, ал бір тәуліктен кейін, қалыпты көрсеткішімен салыстырғанда, 5-10 есе арта түседі.

Сүйектің барлық ауруы кезінде қан сарысуында сілтілік фосфатазаның активтілігі артады. Емханаларда кейбір ауруларды емдеу үшін пепсин, трипсин,, химотрипсин, сияқты протеолиттік ферменттерді қолданады.

Қажет болғанда етті протеолиттік ферменттермен(папаинмен) өңдейді, оның нәтижесінде ет жұмсарады дәмді бола түседі. Былғары өндірісінде ферменттер шикізатты жұмсарту үшін қолданады. Химозин ірімшік өндіру үшін қолданылады.

Крахмалды гидролиздейтін амилаза ұннан жоғары сортты нан-тоқаш пісіру кезінде ашытуға қолданады. Зең ферменттер көмегімен мұнайдан жануарларға арналған белок алады

Кейбір ферменттер активтілігі деңгейін анықтаудың жануарлар мен өсімдіктер селексиясына маңызы бар. Мысалы, етті-жүнді дегерес тұқымды малдың элита класына жататын салмағы үлкен және жүнді көп беретін еркек қойларда аспартатаминотрансфераза, аланинаминотрансфераза сияқты ферменттердің активтілігі де басым екені анықталды.

Дәріс 7. Ферменттің активтігін өлшеу

Бөліп алынған таза фермент өзінің ферменттік активтігімен бағаланады. Ферменттік активтілік дегеніміз белгілі фермент бөлшегінің көмегімен нақты уақыт ішінде алынған субстрат шамасы.

Ферменттік реакциялардың кинетикасы

Ферменттік реакциялар кинетикасы деп реакция жүру жылдамдығын айтады. Ферменттің белгілі бір ортада бар-жоғын анықтай алатын әдіс қазірше жоқ. Ферменттің мөлшерін реакция тездігі бойынша айта алады. Реакция жылдамдығын белгілі бір уақыт өлшемінде фермент әсерәмен түзілген өнім бойынша немесе субстраттың жойылу мөлшері бойынша есептейді. Ферменттің реакция жылдамдығын мольмен ( л.мин) ¹ көрсетеді.

Реакция жылдамдығы константаларының ара қатынасын Михаэлис –Ментен константасы деп айтады және оны Км түрінде белгілейді.

Км= К2+К3/К1

Константа ферменттің катализдік әсерінің бір субстратқа қатысты сипаттамасын береді. Ферменттік реакциялардың кинетикасын зерттей келіп, Михаэлис-Ментен реакция жылдамдығын анықтау үшін мынадай теңдеу ұсынды.

Әрбір ферменттік реакцияға Михаэлис-Ментен константасы сипаттама береді. Фермент активті болған сайын К шамасы аз. Көпшілік ферменттің К 10-10 М аралығында болады.

Ферменттің К шамасы субстрат табиғатына тәуелді, сол сияқты температураға және ортаның иондық күшіне байланысты. К шамасы дегеніміз –субстрат концентрациясы, мұндай кезде ферменттің активті орталығының жартысы ғана жұмыс істейді.

Ферменттің қасиеттері

1. ферменттік реакциялар жылдамдығына температура әсері;

2. ортаның рН көрсеткішінің әсері;

3. фермент әсерінің ерекшелігі;

4. Фермент активаторлары мен ингибиторлары;

5. Проферменттер және оларды активтендіру;

6. Изоферменттер

7. Мультиферменттік жүйе.

1. Фермент активтілігіне температура әсері. 30-40º С жағдайда тірі организмде ферменттер әсіресе активті келеді. Бұл температура деңгейінен төмен немесе жоғары кезде фермент активтілігі бәсеңдейді.

Орта температурасының көтерілуі молекулалар қозғалысын тездететіні белгілі және бұл жағдай химиялық реакцияның жылдамдығын арттырады. Вант-Гофф ережесіне сәйкес температураны 10 С шамасына көтеру реакция жылдамдығын 2-3 есе арттырады. Ферменттердің өзі белок болғандықтан, олар өте жоғары температурада бұзылып, өздерінің катализдік қасиеттерінен айырылып қалуы мүмкін.

Температура 50º С шамасынан артқан кезде ферменттер активтілігінің төмендеуі байқалады, бірақ бұл жағдай жылу әсерінің ұзақтығына және фермент табиғатына байланысты болады. Орта температурасы төмендегенде кейбір жануарлардың қыстық ұйқыға кететіні белгілі. Мұндай ұзақ ұйқы кезінде жануарларда ферменттік реакциялардың жылдамдығы төмендейді де, қоректік заттар аз шығын болады және клеткалардың активтілігі төмендейді.

Төменгі температурада, мысалы, 0º С және одан төменгі температурада ферменттік реакциялардың жылдамдығы өте төмен болады. Бұл жағдай практика жүзінде азық-түліктік өнімдерді сақтау үшін пайдаланылады. Мұндай ( ет,май,балық,көкөністер, т.с.с) төменгі температурада олар бұзылмай сапалы түрде сақталады.

Қысты күні температура 0º С шамасынан да төмен кезде ферменттердің әсері түгелдей тоқталмайды, бірақ олардың әрекеті жедел төмендеп кетеді. Көктемде, күн жылына бастауымен ферменттік реакциялардың жылдамдығы арта бастайды, өсімдіктер біртіндеп жасыл желекке айналады.

2. Фермент әрекетіне орта рН шамасының әсері. Орта реакциясының өзгеруіне ферменттердің сезімталдығы маңызды қасиеті болып табылады. рН шамасына байланысты ферменттердің активтігі бірден-ақ өзгереді. Әр түрлі ферменттердің әрекеті үшін рН көрсеткішінің шамасы әртурлі болады. Кейбір ферменттер қышқыл ортада әсіресе активті келеді, екіншілері бейтарап ортада активті қасиет көрсетеді, үшіншілері әлсіз сілті немесе сілтілі ортада ерекше акивті болады. Фермент әрекеті үшін қажет рН оптимумының болуы мынаған байланысты: ферменттер де белок сияқты, электр заряды бар зат болып табылады, сондықтан олардың кеңістіктік құрылымы рН шамасына тәуелді.

3. Ферменттердің өздеріне тән ерекшелігі. Ферменттің реакцияны тездетуі қасиеті мынада: фермент тек өзінің ғана субстратын байланыстырады және сол субстратты катализдейді.

Әр фермент тек белгілі субстратқа ғана әсер етеді, кейде ұқсас құрылымы бар субстраттар тобына ғана әсер етеді және молекуладағы белгілі бір химиялық байланыстарды ажыратып бөледі. Мысалы, амилаза ферменті тек қана крахмалды гидролиздейді, оны мальтозаға айналдырады, ал басқа қанттарға ол әсер етпейді.

Әр фермент төменде аталған реакциялардың біреуін ғана катализдейді: гидролиз, сутексіздендіру, химиялық топтарды ауыстырып алмастыру, жаңа химиялық байланыстар түзу т.с.с.