Bet kurio organizmo gyvybė įmanoma dėl jame vykstančių medžiagų apykaitos procesų. Šias reakcijas kontroliuoja natūralūs katalizatoriai arba fermentai. Kitas šių medžiagų pavadinimas yra fermentai. Terminas „fermentai“ kilęs iš lotyniško žodžio fermentum, kuris reiškia „rūgščių tešla“. Ši koncepcija istoriškai atsirado tiriant fermentacijos procesus.

Ryžiai. 1 – Fermentacija naudojant mieles – tipiškas fermentinės reakcijos pavyzdys

Žmonija jau seniai džiaugiasi naudingomis šių fermentų savybėmis. Pavyzdžiui, daugelį amžių sūris buvo gaminamas iš pieno naudojant šliužo fermentą.

Fermentai nuo katalizatorių skiriasi tuo, kad veikia gyvame organizme, o katalizatoriai – negyvoje gamtoje. Biochemijos šaka, tirianti šias esmines gyvybei medžiagas, vadinama enzimologija.

Bendrosios fermentų savybės

Fermentai yra baltymų molekulės, kurios sąveikauja su įvairiomis medžiagomis, paspartindamos jų cheminį virsmą tam tikru keliu. Tačiau jie nėra vartojami. Kiekvienas fermentas turi aktyvią vietą, kuri prisijungia prie substrato, ir katalizinę vietą, kuri pradeda tam tikrą cheminę reakciją. Šios medžiagos nekeldamos temperatūros pagreitina organizme vykstančias biochemines reakcijas.

Pagrindinės fermentų savybės:

• specifiškumas: fermento gebėjimas veikti tik tam tikrą substratą, pavyzdžiui, lipazės riebalus;
• katalizinis efektyvumas: fermentinių baltymų gebėjimas paspartinti biologines reakcijas šimtus ir tūkstančius kartų;
• gebėjimas reguliuoti: kiekvienoje ląstelėje fermentų gamybą ir aktyvumą lemia savita transformacijų grandinė, kuri įtakoja šių baltymų gebėjimą vėl sintetinti.

Fermentų vaidmens žmogaus organizme negalima pervertinti. Tuo metu, kai tik buvo atrasta DNR struktūra, buvo sakoma, kad už vieno baltymo sintezę atsakingas vienas genas, o tai jau nulemia kažkokį specifinį požymį. Dabar šis teiginys skamba taip: „Vienas genas – vienas fermentas – viena savybė“. Tai yra, be fermentų veiklos ląstelėje gyvybė negali egzistuoti.

klasifikacija

Atsižvelgiant į vaidmenį cheminėse reakcijose, išskiriamos šios fermentų klasės:

Gyvame organizme visi fermentai skirstomi į vidinius ir tarpląstelinius. Tarpląsteliniai apima, pavyzdžiui, kepenų fermentus, dalyvaujančius įvairių su krauju patenkančių medžiagų neutralizavimo reakcijose. Jų kraujyje randama pažeidžiant organą, o tai padeda diagnozuoti jo ligas.

Intraląsteliniai fermentai, kurie yra vidaus organų pažeidimo žymenys:

• kepenys - alanino aminotransferazė, aspartato aminotransferazė, gama-glutamilo transpeptidazė, sorbitolio dehidrogenazė;
• inkstai - šarminė fosfatazė;
• prostata – rūgštinė fosfatazė;
• širdies raumuo – laktato dehidrogenazė

Ekstraląstelinius fermentus liaukos išskiria į išorinę aplinką. Pagrindines išskiria seilių liaukų, skrandžio sienelės, kasos, žarnyno ląstelės ir aktyviai dalyvauja virškinime.

Virškinimo fermentai

Virškinimo fermentai yra baltymai, kurie pagreitina didelių molekulių, sudarančių maistą, skilimą. Jie tokias molekules padalija į mažesnius fragmentus, kuriuos ląstelėms lengviau virškinti. Pagrindiniai virškinimo fermentų tipai yra proteazės, lipazės ir amilazės.

Pagrindinė virškinimo liauka yra kasa. Jis gamina daugumą šių fermentų, taip pat nukleazes, kurios skaido DNR ir RNR, bei peptidazes, dalyvaujančias laisvųjų aminorūgščių susidaryme. Be to, susidaręs nedidelis kiekis fermentų sugeba „apdoroti“ didelį kiekį maisto.

Fermentiškai skaidant maistines medžiagas išsiskiria energija, kuri sunaudojama medžiagų apykaitos procesams ir gyvybinei veiklai. Nedalyvaujant fermentams tokie procesai vyktų per lėtai, neužtikrindami organizmo pakankamai energijos.

Be to, fermentų dalyvavimas virškinimo procese užtikrina maistinių medžiagų suskaidymą į molekules, kurios gali praeiti pro žarnyno sienelės ląsteles ir patekti į kraują.

amilazė

Amilazę gamina seilių liaukos. Jis veikia maisto krakmolą, sudarytą iš ilgos gliukozės molekulių grandinės. Dėl šio fermento veikimo susidaro sekcijos, susidedančios iš dviejų sujungtų gliukozės molekulių, tai yra fruktozės ir kitų trumpos grandinės angliavandenių. Jie toliau metabolizuojami į gliukozę žarnyne ir iš ten absorbuojami į kraują.

Seilių liaukos skaido tik dalį krakmolo. Seilių amilazė veikia trumpai, kol kramtomas maistas. Patekęs į skrandį fermentas yra inaktyvuojamas dėl jo rūgštinio turinio. Didžioji dalis krakmolo jau suskaidoma dvylikapirštėje žarnoje, veikiant kasos amilazei, kurią gamina kasa.

Ryžiai. 2 – amilazė pradeda krakmolo skaidymą

Trumpi angliavandeniai, susidarę veikiant kasos amilazei, patenka į plonąją žarną. Čia maltazės, laktazės, sacharozės, dekstrinazės pagalba jie suskaidomi iki gliukozės molekulių. Skaidulos, kurių neskaido fermentai, iš žarnyno pasišalina su išmatomis.

Proteazės

Baltymai arba baltymai yra esminė žmogaus mitybos dalis. Jas skaidontiems fermentams būtinos proteazės. Jie skiriasi sintezės vieta, substratais ir kitomis savybėmis. Kai kurie iš jų yra aktyvūs skrandyje, pavyzdžiui, pepsinas. Kitus gamina kasa ir jie yra aktyvūs žarnyno spindyje. Pačioje liaukoje išsiskiria neaktyvus fermento pirmtakas chimotripsinogenas, kuris pradeda veikti tik susimaišęs su rūgštiniu maisto turiniu, virsdamas chimotripsinu. Šis mechanizmas padeda išvengti kasos ląstelių proteazių savęs žalojimo.

Ryžiai. 3 – Fermentinis baltymų skilimas

Proteazės skaido maisto baltymus į smulkesnius fragmentus – polipeptidus. Fermentai – peptidazės skaido juos iki amino rūgščių, kurios pasisavinamos žarnyne.

Lipazės

Maistinius riebalus skaido lipazės fermentai, kuriuos gamina ir kasa. Jie skaido riebalų molekules į riebalų rūgštis ir glicerolį. Tokiai reakcijai reikia, kad dvylikapirštės žarnos spindyje būtų tulžies, kuri susidaro kepenyse.

Ryžiai. 4 - Fermentinė riebalų hidrolizė

Pakaitinės terapijos su Mikrazim vaidmuo

Daugeliui žmonių, turinčių virškinimo sutrikimų, ypač sergančių kasos ligomis, fermentų skyrimas užtikrina funkcinę organo palaikymą ir pagreitina gijimo procesą. Sustabdžius pankreatito priepuolį ar kitą ūmią situaciją, fermentų vartojimą galima nutraukti, nes organizmas savarankiškai atkuria jų sekreciją.

Ilgai vartoti fermentinius preparatus būtina tik esant sunkiam egzokrininiam kasos nepakankamumui.

Vienas iš fiziologiškiausių savo sudėtyje yra vaistas "Mikrazim". Jį sudaro amilazė, proteazės ir lipazė, esančios kasos sultyse. Todėl nėra reikalo atskirai atsirinkti, kokį fermentą naudoti sergant įvairiomis šio organo ligomis.

Šio vaisto vartojimo indikacijos:

• lėtinis pankreatitas, cistinė fibrozė ir kitos nepakankamos kasos fermentų sekrecijos priežastys;
• uždegiminės kepenų, skrandžio, žarnyno ligos, ypač po jų operacijų, greitesniam virškinimo sistemos atsigavimui;
• mitybos klaidos;
• kramtymo funkcijos pažeidimas, pavyzdžiui, sergant dantų ligomis ar paciento nejudrumui.

Virškinimo fermentų vartojimas pakaitiniais tikslais padeda išvengti pilvo pūtimo, laisvų išmatų ir pilvo skausmo. Be to, sergant sunkiomis lėtinėmis kasos ligomis, Micrasim visiškai prisiima maistinių medžiagų skaidymo funkciją. Todėl jie gali laisvai pasisavinti žarnyne. Tai ypač svarbu vaikams, sergantiems cistine fibroze.

Svarbu: prieš naudodami perskaitykite instrukcijas arba pasitarkite su gydytoju.

FERMENTAI
baltyminės prigimties organinės medžiagos, kurios sintetinamos ląstelėse ir daug kartų pagreitina jose vykstančias reakcijas, nevykdamos cheminių virsmų. Panašų poveikį turinčios medžiagos egzistuoja negyvojoje gamtoje ir vadinamos katalizatoriais. Fermentai (iš lot. fermentum – fermentacija, raugas) kartais vadinami fermentais (iš graikų en – viduje, zyme – raugas). Visose gyvose ląstelėse yra labai daug fermentų, nuo kurių katalizinio aktyvumo priklauso ląstelių funkcionavimas. Beveik kiekviena iš daugelio skirtingų ląstelėje vykstančių reakcijų reikalauja tam tikro fermento dalyvavimo. Fermentų cheminių savybių ir jų katalizuojamų reakcijų tyrimas yra ypatinga, labai svarbi biochemijos sritis – enzimologija. Daugelis fermentų ląstelėje yra laisvos būsenos, tiesiog ištirpę citoplazmoje; kiti yra susiję su sudėtingomis labai organizuotomis struktūromis. Taip pat yra fermentų, kurie paprastai yra už ląstelės ribų; taigi fermentus, katalizuojančius krakmolo ir baltymų skilimą, kasa išskiria į žarnyną. Išskiria fermentus ir daugybę mikroorganizmų. Pirmieji duomenys apie fermentus gauti tiriant rūgimo ir virškinimo procesus. L. Pasteuras labai prisidėjo tiriant fermentaciją, tačiau tikėjo, kad atitinkamas reakcijas gali atlikti tik gyvos ląstelės. XX amžiaus pradžioje E. Buchneris parodė, kad sacharozės fermentaciją, susidarant anglies dioksidui ir etilo alkoholiui, gali katalizuoti mielių ekstraktas be ląstelių. Šis svarbus atradimas paskatino ląstelių fermentų išskyrimą ir tyrimą. 1926 metais J. Samneris iš Kornelio universiteto (JAV) išskyrė ureazę; tai buvo pirmasis fermentas, gautas praktiškai gryna forma. Nuo to laiko buvo atrasta ir išskirta daugiau nei 700 fermentų, tačiau daug daugiau yra gyvuose organizmuose. Atskirų fermentų identifikavimas, išskyrimas ir savybių tyrimas užima pagrindinę vietą šiuolaikinėje enzimologijoje. Fermentų, dalyvaujančių esminiuose energijos konversijos procesuose, tokiuose kaip cukrų skaidymas, didelės energijos junginio adenozino trifosfato (ATP) susidarymas ir hidrolizė, yra visų tipų ląstelėse – gyvūnų, augalų, bakterijų. Tačiau yra fermentų, kurie gaminami tik tam tikrų organizmų audiniuose. Taigi, celiuliozės sintezėje dalyvaujančių fermentų yra augalų ląstelėse, bet ne gyvūnų ląstelėse. Taigi svarbu atskirti „universalius“ fermentus nuo fermentų, būdingų tam tikriems ląstelių tipams. Paprastai tariant, kuo labiau specializuota ląstelė, tuo didesnė tikimybė, kad ji susintetins fermentų rinkinį, reikalingą tam tikrai ląstelės funkcijai atlikti.
Fermentai yra kaip baltymai. Visi fermentai yra baltymai, paprasti arba sudėtingi (t. y. juose kartu su baltyminiu komponentu yra ir nebaltyminė dalis).
Taip pat žiūrėkite BALTYMAI. Fermentai yra didelės molekulės, jų molekulinė masė svyruoja nuo 10 000 iki 1 000 000 daltonų (Da). Palyginimui, tarkime. žinomų medžiagų masės: gliukozė - 180, anglies dioksidas - 44, aminorūgštys - nuo 75 iki 204 Da. Fermentai, katalizuojantys tas pačias chemines reakcijas, tačiau išskirti iš skirtingų tipų ląstelių, skiriasi savybėmis ir sudėtimi, tačiau dažniausiai turi tam tikrą struktūrinį panašumą. Lengvai prarandamos jų funkcionavimui reikalingos fermentų struktūrinės savybės. Taigi, kaitinant, baltymų grandinė persitvarko, kartu prarandamas katalizinis aktyvumas. Taip pat svarbios šarminės arba rūgštinės tirpalo savybės. Dauguma fermentų geriausiai veikia tirpaluose, kurių pH artimas 7, kai H+ ir OH- jonų koncentracija yra maždaug vienoda. Taip yra dėl to, kad nuo vandenilio jonų koncentracijos terpėje stipriai priklauso baltymų molekulių sandara, taigi ir fermentų aktyvumas. Ne visi gyvuose organizmuose esantys baltymai yra fermentai. Taigi skirtingą funkciją atlieka struktūriniai baltymai, daugelis specifinių kraujo baltymų, baltyminiai hormonai ir kt.
kofermentai ir substratai. Daugelis didelės molekulinės masės fermentų pasižymi kataliziniu aktyvumu tik esant specifinėms mažos molekulinės masės medžiagoms, vadinamoms kofermentais (arba kofaktoriais). Kofermentų vaidmenį atlieka dauguma vitaminų ir daug mineralinių medžiagų; Štai kodėl jie turi būti nuryti su maistu. Pavyzdžiui, vitaminai PP (nikotino rūgštis arba niacinas) ir riboflavinas yra kofermentų, reikalingų dehidrogenazių funkcionavimui, dalis. Cinkas yra karboanhidrazės, fermento, katalizuojančio anglies dioksido išsiskyrimą iš kraujo, kofermentas, kuris pašalinamas iš organizmo kartu su iškvepiamu oru. Geležis ir varis yra kvėpavimo fermento citochromo oksidazės komponentai. Medžiaga, kuri transformuojasi dalyvaujant fermentui, vadinama substratu. Substratas prisijungia prie fermento, kuris pagreitina vienų cheminių jungčių nutraukimą jo molekulėje ir kitų atsiradimą; gautas produktas atsiskiria nuo fermento. Šis procesas pateikiamas taip:

Produktas taip pat gali būti laikomas substratu, nes visos fermentinės reakcijos tam tikru mastu yra grįžtamos. Tiesa, dažniausiai pusiausvyra pasislenka link produkto susidarymo, o atvirkštinę reakciją gali būti sunku ištaisyti.
Fermentų veikimo mechanizmas. Fermentinės reakcijos greitis priklauso nuo substrato [[S]] koncentracijos ir esančio fermento kiekio. Šios reikšmės lemia, kiek fermento molekulių bus prijungta prie substrato, o šio fermento katalizuojamos reakcijos greitis priklauso nuo fermento ir substrato komplekso kiekio. Daugumoje biochemikus dominančių situacijų fermentų koncentracija yra labai maža, o substrato yra per daug. Be to, biochemikai tiria procesus, pasiekusius pastovią būseną, kai fermento-substrato komplekso susidarymas subalansuojamas jį paverčiant produktu. Esant tokioms sąlygoms, substrato fermentinio virsmo greičio (v) priklausomybė nuo jo koncentracijos [[S]] apibūdinama Michaelis-Menten lygtimi:

kur KM yra Michaelio konstanta, apibūdinanti fermento aktyvumą, V yra didžiausias reakcijos greitis esant tam tikrai bendrai fermento koncentracijai. Iš šios lygties išplaukia, kad esant žemam [[S]] reakcijos greitis didėja proporcingai substrato koncentracijai. Tačiau pastarajam pakankamai smarkiai padidėjus, šis proporcingumas išnyksta: reakcijos greitis nustoja priklausyti nuo [[S]] – prisotinimas atsiranda, kai visas fermento molekules užima substratas. Fermentų veikimo mechanizmų išaiškinimas visose detalėse – ateities reikalas, tačiau kai kurios svarbios jų savybės jau nustatytos. Kiekvienas fermentas turi vieną ar daugiau aktyvių vietų, prie kurių jungiasi substratas. Šie centrai yra labai specifiniai; „atpažinti“ tik „savo“ substratą arba glaudžiai susijusius junginius. Aktyvųjį centrą sudaro specialios cheminės grupės fermento molekulėje, tam tikru būdu orientuotos viena kitos atžvilgiu. Taip lengvai atsirandantis fermentinio aktyvumo praradimas yra susijęs būtent su šių grupių abipusės orientacijos pasikeitimu. Su fermentu susijusi substrato molekulė patiria pokyčius, dėl kurių nutrūksta vieni cheminiai ryšiai ir susidaro kiti cheminiai ryšiai. Kad šis procesas vyktų, reikia energijos; fermento vaidmuo yra sumažinti energijos barjerą, kurį substratas turi įveikti, kad jis virstų produktu. Kaip tiksliai užtikrinamas šis sumažinimas, nėra iki galo nustatyta.
Fermentinės reakcijos ir energija. Energijos išsiskyrimas vykstant maistinių medžiagų apykaitai, pavyzdžiui, oksiduojant šešių anglies cukrų gliukozei, susidarant anglies dioksidui ir vandeniui, atsiranda dėl nuoseklių koordinuotų fermentinių reakcijų. Gyvūnų ląstelėse gliukozę paverčiant piruvo rūgštimi (piruvatu) arba pieno rūgštimi (laktatu) dalyvauja 10 skirtingų fermentų. Šis procesas vadinamas glikolize. Pirmoji reakcija – gliukozės fosforilinimas – reikalauja ATP dalyvavimo. Kiekvienai gliukozės molekulei paverčiant dvi piruvo rūgšties molekules, sunaudojamos dvi ATP molekulės, tačiau tuo pačiu metu iš adenozino difosfato (ADP) tarpiniuose etapuose susidaro 4 ATP molekulės, todėl viso proceso metu gaunamos 2 ATP molekulės. Be to, piruvo rūgštis oksiduojama į anglies dioksidą ir vandenį, dalyvaujant fermentams, susijusiems su mitochondrijomis. Šios transformacijos sudaro ciklą, vadinamą trikarboksirūgšties ciklu arba citrinos rūgšties ciklu.
Taip pat žiūrėkite METABOLIZMAS. Vienos medžiagos oksidacija visada siejama su kitos redukcija: pirmoji atsisako vandenilio atomo, o antroji jį prideda. Šiuos procesus katalizuoja dehidrogenazės, kurios užtikrina vandenilio atomų perkėlimą iš substratų į kofermentus. Trikarboksirūgšties cikle kai kurios specifinės dehidrogenazės oksiduoja substratus, sudarydamos redukuotą kofermento formą (nikotinamido dinukleotidą, žymimą NAD), o kitos oksiduoja redukuotą kofermentą (NADH), atkurdamos kitus kvėpavimo fermentus, įskaitant citochromus (geležies turinčius hemoproteinus). , kuriame geležies atomas pakaitomis oksidavosi, paskui redukuojasi. Galiausiai redukuota citochromo oksidazės, vieno iš pagrindinių geležies turinčių fermentų, forma oksiduojama deguonimi, patenkančiam į mūsų organizmą su įkvepiamu oru. Kai cukrus deginamas (oksiduojamas atmosferos deguonimi), jo anglies atomai tiesiogiai sąveikauja su deguonimi, sudarydami anglies dioksidą. Skirtingai nuo degimo, kai cukrus oksiduojasi organizme, deguonis oksiduoja pačios citochromo oksidazės geležį, tačiau jos oksidacinis potencialas galiausiai panaudojamas visiškai oksiduoti cukrų kelių etapų, fermentų skatinamo proceso metu. Atskiruose oksidacijos etapuose maistinėse medžiagose esanti energija išskiriama daugiausia mažomis porcijomis ir gali būti saugoma ATP fosfatinėse jungtyse. Tai apima nuostabius fermentus, kurie susieja oksidacines (energijos gamybos) reakcijas su ATP susidarymo reakcijomis (energijos kaupimu). Šis sujungimo procesas žinomas kaip oksidacinis fosforilinimas. Jei nebūtų susietų fermentinių reakcijų, gyvybė mums žinomomis formomis būtų neįmanoma. Fermentai taip pat atlieka daug kitų funkcijų. Jie katalizuoja įvairias sintezės reakcijas, įskaitant audinių baltymų, riebalų ir angliavandenių susidarymą. Ištisos fermentų sistemos naudojamos sintezuoti daugybę cheminių junginių, randamų sudėtinguose organizmuose. Tam reikia energijos, ir visais atvejais ji gaunama iš fosforilintų junginių, tokių kaip ATP.

Fermentai ir virškinimas. Fermentai yra būtini virškinimo proceso dalyviai. Tik mažos molekulinės masės junginiai gali prasiskverbti pro žarnyno sienelę ir patekti į kraują, todėl maisto komponentai pirmiausia turi būti suskaidyti į mažas molekules. Tai vyksta fermentinės baltymų hidrolizės (skaidymo) metu į aminorūgštis, krakmolą į cukrų, riebalus į riebalų rūgštis ir glicerolį. Baltymų hidrolizę katalizuoja skrandyje esantis fermentas pepsinas. Daugelį labai veiksmingų virškinimo fermentų kasa išskiria į žarnyną. Tai tripsinas ir chimotripsinas, kurie hidrolizuoja baltymus; lipazė, skaidanti riebalus; amilazė katalizuoja krakmolo skilimą. Pepsinas, tripsinas ir chimotripsinas išskiriami neaktyvia forma, vadinamuoju pavidalu. zimogenai (profermentai), o aktyvūs tik skrandyje ir žarnyne. Tai paaiškina, kodėl šie fermentai nesunaikina kasos ir skrandžio ląstelių. Skrandžio ir žarnyno sienelės apsaugotos nuo virškinimo fermentų ir gleivių sluoksnio. Plonosios žarnos ląstelės išskiria keletą svarbių virškinimo fermentų. Didžioji dalis energijos, sukauptos augaliniame maiste, pavyzdžiui, žolėje ar šiene, yra sukaupta celiuliozėje, kurią skaido fermentas celiulazė. Žolėdžių organizme šis fermentas nesintetinamas, o atrajotojai, pavyzdžiui, galvijai ir avys, gali valgyti maistą, kuriame yra celiuliozės, tik todėl, kad celiulazę gamina mikroorganizmai, gyvenantys pirmoje skrandžio dalyje – rande. Termitai maistą virškina ir padedami mikroorganizmų. Fermentai naudojami maisto, farmacijos, chemijos ir tekstilės pramonėje. Pavyzdys yra augalinis fermentas, gaunamas iš papajos ir naudojamas mėsai minkštinti. Fermentų dedama ir į skalbimo miltelius.
Fermentai medicinoje ir žemės ūkyje. Supratimas apie pagrindinį fermentų vaidmenį visuose ląstelių procesuose paskatino juos plačiai naudoti medicinoje ir žemės ūkyje. Normalus bet kurio augalų ir gyvūnų organizmo funkcionavimas priklauso nuo efektyvaus fermentų veikimo. Daugelio toksinių medžiagų (nuodų) veikimas pagrįstas jų gebėjimu slopinti fermentus; kai kurie vaistai turi tokį patį poveikį. Dažnai vaisto ar toksinės medžiagos poveikį galima atsekti pagal jo selektyvų poveikį tam tikro fermento darbui visame kūne arba tam tikrame audinyje. Pavyzdžiui, kariniams tikslams sukurti galingi fosforo organiniai insekticidai ir nervus paralyžiuojančios medžiagos daro savo žalingą poveikį blokuodami fermentų – pirmiausia cholinesterazės, kuri atlieka svarbų vaidmenį perduodant nervinius impulsus – darbą. Norint geriau suprasti vaistų veikimo mechanizmą fermentų sistemoms, naudinga apsvarstyti, kaip veikia kai kurie fermentų inhibitoriai. Daugelis inhibitorių jungiasi prie aktyviosios fermento vietos, su kuria sąveikauja substratas. Tokiuose inhibitoriuose svarbiausios struktūrinės savybės yra artimos substrato savybėms, o jei reakcijos terpėje yra ir substratas, ir inhibitorius, jie konkuruoja dėl prisijungimo prie fermento; kuo didesnė substrato koncentracija, tuo sėkmingiau jis konkuruoja su inhibitoriumi. Kito tipo inhibitoriai sukelia konformacinius fermento molekulės pokyčius, kuriuose dalyvauja funkciškai svarbios cheminės grupės. Inhibitorių veikimo mechanizmo tyrimas padeda chemikams sukurti naujus vaistus.

Tema: „FERMENTŲ SAVYBĖS IR KLASIFIKACIJA. APLINKOS TEMPERATŪROS IR PH ĮTAKA FERMENTŲ AKTYVUMUI. FERMENTO VEIKIMO SPECIFIKACIJA. FERMENTO AKTYVUMO NUSTATYMAS »

1. Cheminė fermentų prigimtis. Fermentų svarba organizmo gyvybei.

2. Pagrindinės fermentų savybės. Fermento ir substrato koncentracijos, temperatūros ir terpės pH įtaka fermentinės reakcijos greičiui. Oligodinamiškumas ir fermento veikimo grįžtamumas.

3. Fermentų veikimo specifiškumas (absoliutus, santykinis ir stereocheminis). Pavyzdžiai.

4. Svarbiausias bruožas, kuriuo grindžiamas fermentų klasifikavimas. Fermento kodo numerio samprata. Fermentų klasės: oksidoreduktazės, transferazės, hidrolazės, liazės, izomerazės, ligazės. Katalizuotų reakcijų tipas ir bendroji lygtis, poklasių formavimo principai.

5. Fermentų nomenklatūra (fermentų sisteminių ir darbinių (rekomenduojamų) pavadinimų samprata, jų panaudojimas).

6. Fermentų aktyvumo nustatymas. Analitiniai metodai, naudojami aktyvumui nustatyti. Suminio, specifinio, molekulinio fermentų aktyvumo vienetai, jų panaudojimas. Suminio fermento aktyvumo kraujo serume apskaičiavimo formulė.

7.1 skirsnis	Cheminė fermentų prigimtis. Fermentų svarba organizmo gyvybei.
7.1.1. Medžiagų apykaitos procesų eigą organizme lemia daugybės fermentų – baltyminio pobūdžio biologinių katalizatorių – veikimas. Jie pagreitina chemines reakcijas ir patys nėra suvartojami. Terminas "fermentas" kilęs iš lotyniško žodžio fermentum - raugas. Kartu su šia sąvoka literatūroje vartojamas lygiavertis terminas "fermentas" (en zyme - mielėse) graikų kilmės. Todėl biochemijos šaka, tirianti fermentus, vadinama „enzimologija“. Enzimologija formuoja žinių pagrindą molekuliniame lygmenyje apie svarbiausias žmogaus fiziologijos ir patologijos problemas. Maistinių medžiagų virškinimas ir panaudojimas energijai gaminti, audinių struktūrinių ir funkcinių komponentų formavimasis, raumenų susitraukimas, elektrinių signalų perdavimas nervinėmis skaidulomis, akies šviesos suvokimas, kraujo krešėjimas – kiekvienas iš šių fiziologinių mechanizmų yra pagrįstas tam tikrų fermentų kataliziniu poveikiu. Įrodyta, kad daug ligų tiesiogiai sutrikdo fermentinė katalizė; fermentų aktyvumo nustatymas kraujyje ir kituose audiniuose suteikia vertingos informacijos medicininei diagnostikai; fermentai ar jų inhibitoriai gali būti naudojami kaip gydomosios medžiagos. Taigi, norint racionaliai tirti žmonių ligas, jų diagnostiką ir gydymą, žinios apie svarbiausias fermentų savybes ir jų katalizuojamas reakcijas būtinos. 7.1.2. Medžiagos, kurias katalizuoja fermentai, vadinamos substratai . Fermentas susijungia su substratu ir susidaro fermento-substrato kompleksas (7.1 pav.). 7.1 pav. Katalizuojamos reakcijos metu susidaro fermento-substrato kompleksas. Šio komplekso susidarymas padeda sumažinti energijos barjerą, kurį substrato molekulė turi įveikti, kad galėtų pradėti reakciją (7.2 pav.). Pasibaigus reakcijai, fermento-substrato kompleksas suyra į produktą (-us) ir fermentą. Pasibaigus reakcijai, fermentas grįžta į pradinę būseną ir gali sąveikauti su nauja substrato molekule. 7.2 pav. Fermento įtaka reakcijos energetiniam barjerui. Fermentai, veikdami kaip katalizatoriai, sumažina aktyvacijos energiją, reikalingą reakcijai įvykti. 7.1.3. Fermentai turi savybių būdingas visiems baltymams. Visų pirma, fermentų molekulės, kaip ir kiti baltymai, yra sudarytos iš α-amino rūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais. Todėl fermentų tirpalai suteikia teigiama biureto reakcija ir jų hidrolizatai - teigiama ninhidrino reakcija. Fermentų prigimtines savybes ir funkcijas lemia tam tikra erdvinė jų polipeptidinės grandinės struktūra (konformacija). Dėl to keičiasi ši struktūra terminis denatūravimas dėl to prarandamos katalizinės savybės. Didelės molekulinės masės fermentų buvimas juos daro nesugebėjimas atlikti dializės ir įkrautų funkcinių grupių buvimas molekulėse, mobilumas elektriniame lauke. Kaip ir kiti baltymai, fermentai sudaro koloidinius tirpalus, iš kurių galima nusodinti acetonu, alkoholiu, amonio sulfatu- medžiagos, kurios prisideda prie hidratacijos apvalkalo sunaikinimo ir elektros krūvio neutralizavimo.

7.2 skirsnis	Pagrindinės fermentų savybės. Oligodinamiškumas ir fermento veikimo grįžtamumas. Fermento ir substrato koncentracijos, temperatūros ir terpės pH įtaka fermentinės reakcijos greičiui.
7.2.1. Fermentų baltymingumas lemia daugelio savybių, kurios paprastai nebūdingos neorganiniams katalizatoriams, atsiradimą: oligodinamiškumas, specifiškumas, reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros, terpės pH, fermento ir substrato koncentracija, aktyvatoriai ir inhibitoriai. Pagal oligodinaminis fermentai supranta didelį veikimo efektyvumą labai mažais kiekiais. Toks didelis efektyvumas paaiškinamas tuo, kad katalizinio aktyvumo metu fermentų molekulės nuolat atsinaujina. Tipiška fermento molekulė gali atsinaujinti milijonus kartų per minutę. Reikia pasakyti, kad neorganiniai katalizatoriai taip pat gali pagreitinti tokio medžiagų kiekio, kuris daug kartų didesnis už jų pačių masę, virsmą. Tačiau joks neorganinis katalizatorius efektyvumo požiūriu negali būti lyginamas su fermentais. Pavyzdžiui, fermentas reninas, kurį gamina atrajotojų skrandžio gleivinė. Viena jo molekulė per 10 minučių 37°C temperatūroje gali sukelti maždaug milijono pieno kazeinogeno molekulių koaguliaciją (sutraukimą). Kitas didelio fermentų efektyvumo pavyzdys yra katalazė. Viena šio fermento molekulė 0 °C temperatūroje per sekundę suskaido apie 50 000 vandenilio peroksido molekulių: 2 N 2 O2 2 H2 O + O2 Katalazės poveikis vandenilio peroksidui yra pakeisti šios reakcijos aktyvacijos energiją nuo maždaug 75 kJ/mol be katalizatoriaus iki 21 kJ/mol dalyvaujant fermentui. Jei koloidinė platina naudojama kaip šios reakcijos katalizatorius, tada aktyvacijos energija yra tik 50 kJ/mol. 7.2.2. Tiriant bet kurio veiksnio įtaką fermentinės reakcijos greičiui, visi kiti veiksniai turėtų likti nepakitę ir, jei įmanoma, turėti optimalią vertę. Fermentinių reakcijų greičio matas yra substrato kiekis, kuris buvo transformuotas per laiko vienetą, arba susidariusio produkto kiekis. Greitis keičiamas pradiniame reakcijos etape, kai produkto dar praktiškai nėra, o atvirkštinė reakcija nevyksta. Be to, pradinėje reakcijos stadijoje substrato koncentracija atitinka pradinį jo kiekį. 7.2.3. Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė ( V ) dėl fermentų koncentracijos [E](7.3 pav.). Esant didelei substrato koncentracijai (daug kartų didesnei už fermento koncentraciją) ir esant kitų faktorių pastovumui, fermentinės reakcijos greitis yra proporcingas fermento koncentracijai. Todėl žinant fermento katalizuojamos reakcijos greitį, galima daryti išvadą apie jo kiekį tiriamoje medžiagoje. 7.3 pav. Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo fermento koncentracijos 7.2.4. Reakcijos greičio priklausomybė nuo substrato koncentracijos[S]. Priklausomybės grafikas turi hiperbolės formą (7.4 pav.). Esant pastoviai fermento koncentracijai, katalizuojamos reakcijos greitis didėja didėjant substrato koncentracijai iki didžiausios vertės Vmax, po kurios ji išlieka pastovi. Tai turėtų būti paaiškinta tuo, kad esant didelei substrato koncentracijai, visi aktyvūs fermento molekulių centrai yra susieti su substrato molekulėmis. Bet koks substrato perteklius gali prisijungti prie fermento tik tada, kai susidaro reakcijos produktas ir išsiskiria aktyvioji vieta. 7.4 pav. Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo substrato koncentracijos. Reakcijos greičio priklausomybė nuo substrato koncentracijos gali būti išreikšta Michaelis-Menten lygtimi: , čia V – reakcijos greitis esant substrato koncentracijai [S], Vmax – didžiausias greitis, o KM – Michaelio konstanta. Michaelio konstanta yra lygi substrato koncentracijai, kuriai esant reakcijos greitis yra pusė didžiausio. KM ir Vmax nustatymas turi didelę praktinę reikšmę, nes leidžia kiekybiškai apibūdinti daugumą fermentinių reakcijų, įskaitant reakcijas, kuriose dalyvauja du ar daugiau substratų. Įvairios cheminės medžiagos, keičiančios fermentų aktyvumą, skirtingai veikia Vmax ir KM reikšmes. 7.2.5. Reakcijos greičio priklausomybė nuo t – temperatūros, kurioje vyksta reakcija (7.5 pav.) yra sudėtingas. Temperatūros reikšmė, kuriai esant didžiausias reakcijos greitis, yra fermento temperatūros optimalumas. Daugumos fermentų žmogaus organizme optimali temperatūra yra maždaug 40°C. Daugumos fermentų optimali temperatūra yra lygi arba aukštesnė už temperatūrą, kurioje laikomos ląstelės. 7.5 pav. Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros. Esant žemesnei temperatūrai (0° - 40°C), reakcijos greitis didėja didėjant temperatūrai. Temperatūrai pakilus 10°C, fermentinės reakcijos greitis padvigubėja (temperatūros koeficientas Q10 lygus 2). Reakcijos greičio padidėjimas paaiškinamas molekulių kinetinės energijos padidėjimu. Toliau kylant temperatūrai, nutrūksta ryšiai, palaikantys antrinę ir tretinę fermento struktūrą, tai yra terminė denatūracija. Tai lydi laipsniškas katalizinio aktyvumo praradimas. 7.2.6. Reakcijos greičio priklausomybė nuo terpės pH (7.6 pav.). Esant pastoviai temperatūrai, fermentas efektyviausiai veikia siaurame pH diapazone. PH vertė, kuriai esant didžiausias reakcijos greitis, yra optimalus fermento pH. Daugumos fermentų žmogaus organizme optimalus pH yra nuo 6 iki 8, tačiau yra fermentų, kurie yra aktyvūs esant pH vertėms už šio diapazono ribų (pavyzdžiui, pepsinas, kuris yra aktyviausias esant 1,5–2,5 pH). . pH pokytis tiek į rūgštinę, tiek į šarminę pusę nuo optimalaus lemia rūgščių ir bazinių aminorūgščių grupių, sudarančių fermentą (pavyzdžiui, aspartato ir glutamato COOH grupės, NH2 grupės), jonizacijos laipsnį. lizino ir kt.). Dėl to pasikeičia fermento konformacija, dėl to pasikeičia aktyvaus centro erdvinė struktūra ir sumažėja jo afinitetas substratui. Be to, esant ekstremalioms pH vertėms, fermentas denatūruojamas ir inaktyvuojamas. 7.6 pav. Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo terpės pH. Reikėtų pažymėti, kad fermentui būdingas optimalus pH ne visada sutampa su jo tiesioginės viduląstelinės aplinkos pH. Tai rodo, kad aplinka, kurioje yra fermentas, tam tikru mastu reguliuoja jo veiklą. 7.2.7. Reakcijos greičio priklausomybė nuo aktyvatorių ir inhibitorių buvimo . Aktyvatoriai padidina fermentinės reakcijos greitį. Inhibitoriai sulėtina fermentinės reakcijos greitį. Neorganiniai jonai gali veikti kaip fermentų aktyvatoriai. Manoma, kad dėl šių jonų fermento arba substrato molekulės įgauna tokią konformaciją, kuri skatina fermento ir substrato komplekso susidarymą. Tai padidina fermento ir substrato sąveikos tikimybę, taigi ir fermento katalizuojamos reakcijos greitį. Pavyzdžiui, seilių amilazės aktyvumas padidėja esant chlorido jonams.

7.3 skirsnis	Fermentų veikimo specifiškumas (absoliutus, santykinis ir stereocheminis).
7.3.1. Svarbi savybė, skirianti fermentus nuo neorganinių katalizatorių, yra veiksmo specifiškumas. Kaip žinoma, fermento aktyvaus centro struktūra papildo jo substrato struktūrą. Todėl fermentas iš visų ląstelėje esančių medžiagų atrenka ir pritvirtina tik savo substratą. Fermentai pasižymi specifiškumu ne tik substrato, bet ir substrato transformacijos kelio atžvilgiu. Fermentai turi absoliutų, santykinį ir stereocheminį specifiškumą. 7.3.2. Absoliutus specifiškumas- selektyvus fermento gebėjimas katalizuoti tik vieną iš galimų vieno substrato transformacijų. Tai galima paaiškinti konformaciniu ir elektrostatiniu substrato ir fermentų molekulių komplementarumu. Pavyzdžiui, fermentas arginazė katalizuoja tik aminorūgšties arginino hidrolizę, ureazės fermentas katalizuoja tik karbamido skilimą ir neveikia kitų substratų. 7.3.3. Santykinis specifiškumas- selektyvus fermento gebėjimas katalizuoti to paties tipo substratų, panašių struktūros, transformacijas. Tokie fermentai veikia tas pačias funkcines grupes arba to paties tipo ryšius substrato molekulėse. Taigi, pavyzdžiui, skirtingi hidroliziniai fermentai veikia tam tikro tipo ryšius: amilazė – ant glikozidinių jungčių; pepsinas ir tripsinas – ant peptidinių jungčių; lipazė ir fosfolipazė – ant esterio jungčių. Šių fermentų veikimas apima daugybę substratų, o tai leidžia organizmui apsieiti su nedideliu kiekiu virškinimo fermentų – kitaip jų reikėtų kur kas daugiau. 7.3.4. Stereocheminis (optinis) specifiškumas- selektyvus fermento gebėjimas katalizuoti tik vieno iš galimų substrato erdvinių izomerų konversiją. Taigi dauguma žinduolių fermentų katalizuoja tik aminorūgščių L-izomerų, bet ne D-izomerų, konversiją. fermentai, dalyvaujantys monosacharidų mainuose, priešingai, katalizuoja tik D-, bet ne L-fosfacharidų konversiją. Glikozidazės būdingos ne tik monosacharido fragmentui, bet ir glikozidinės jungties pobūdžiui. Pavyzdžiui, α-amilazė skaldo α-1,4-glikozidinius ryšius krakmolo molekulėje, bet neveikia α-1,2-glikozidinių jungčių sacharozės molekulėje.

7.4 skirsnis	Pagrindiniai principai, kuriais grindžiama šiuolaikinė fermentų klasifikacija ir nomenklatūra.
7.4.1. Šiuo metu žinoma daugiau nei du tūkstančiai cheminių reakcijų, katalizuojamų fermentų, ir šis skaičius nuolat didėja. Naršyti tokioje daugybėje transformacijų. skubiai reikėjo sisteminės klasifikacijos ir nomenklatūros, pagal kurią būtų galima tiksliai identifikuoti bet kurį fermentą. Iki XX amžiaus vidurio naudota nomenklatūra buvo labai toli nuo tobulumo. Tyrėjai, atradę naują fermentą, suteikė jam savo pasirinktą pavadinimą, dėl kurio neišvengiamai kilo painiava ir įvairiausių prieštaravimų. Kai kurie pavadinimai pasirodė klaidingi, kiti nieko nepasakė apie katalizuojamos reakcijos pobūdį. Įvairių mokyklų mokslininkai dažnai vartojo skirtingus pavadinimus tam pačiam fermentui arba, atvirkščiai, tą patį pavadinimą keliems skirtingiems fermentams. Nuspręsta sukurti racionalią tarptautinę fermentų klasifikaciją ir nomenklatūrą, kuria galėtų naudotis visų šalių biochemikai. Šiuo tikslu Tarptautinė biochemijos ir molekulinės biologijos sąjunga (IUBMB) įsteigė Fermentų komisiją, kuri 1964 m. pasiūlė pagrindinius tokios klasifikacijos ir nomenklatūros principus. Ji nuolat tobulinama ir pildoma, šiuo metu jau galioja šeštasis šios nomenklatūros leidimas (1992 m.), kurio priedai skelbiami kasmet.

7.4.2. Klasifikavimas grindžiamas svarbiausiu požymiu, kuriuo vienas fermentas skiriasi nuo kito – tai jo katalizuojama reakcija. Cheminių reakcijų tipų skaičius yra palyginti mažas, todėl visus šiuo metu žinomus fermentus buvo galima suskirstyti į 6 svarbiausius. klases priklausomai nuo katalizuojamos reakcijos tipo. Šios klasės yra:

• oksidoreduktazės (redokso reakcijos);
• transferazės (funkcinių grupių perkėlimas);
• hidrolazės (skilimo reakcijos, susijusios su vandeniu);
• liazės (ryšių nutraukimas nedalyvaujant vandeniui);
• izomerazės (izomerų transformacijos);
• ligazės (sintezė vartojant ATP molekules).

7.4.3. Kiekvienos klasės fermentai skirstomi į poklasius vadovaujasi substratų struktūra. Poklasiai jungia fermentus, kurie veikia panašiai sukonstruotus substratus. Poklasiai skirstomi į poklasius v kurios dar griežčiau patobulina substratus vieną nuo kito skiriančių cheminių grupių struktūrą. Išvardykite poklasiuose atskiri fermentai. Visi klasifikacijos skyriai turi savo numerius. Taigi, bet kuris fermentas gauna savo unikalų kodo numerį, susidedantį iš keturių skaičių, atskirtų taškais. Pirmasis skaičius yra klasė, antrasis yra poklasis, trečiasis yra poklasis, o ketvirtas yra poklasio fermento numeris. Pavyzdžiui, fermentas α-amilazė, skaidantis krakmolą, žymimas 3.2.1.1, kur:
3 - reakcijos tipas (hidrolizė);
2 — jungties substrate tipas (glikozidinis);
1 - ryšio tipas (O-glikozidinis);
1 yra poklasio fermento numeris

Aukščiau aprašytas dešimtainės numeracijos metodas turi vieną svarbų pranašumą: jis leidžia apeiti pagrindinį nepatogumą, atsirandantį dėl fermentų surašymo nuo galo iki galo, t. y. būtinybę keisti visų vėlesnių fermentų numerius, kai įtraukiamas naujai atrastas fermentas. sąrašas. Naujas fermentas gali būti dedamas į atitinkamo poklasio pabaigą, nepažeidžiant likusios numeracijos. Lygiai taip pat, išskiriant naujas klases, poklasius ir poklasius, juos galima pridėti nepažeidžiant anksčiau nustatytų poskyrių numeravimo tvarkos. Jeigu gavus naują informaciją iškyla būtinybė keisti kai kurių fermentų numerius, naujiems fermentams seni numeriai nepriskiriami, kad būtų išvengta nesusipratimų.

Kalbant apie fermentų klasifikaciją, taip pat reikėtų pažymėti, kad fermentai klasifikuojami ne kaip atskiros medžiagos, o kaip tam tikrų cheminių virsmų katalizatoriai. Fermentai, išskirti iš skirtingų biologinių šaltinių ir katalizuojantys identiškas reakcijas, gali labai skirtis savo pirmine struktūra. Tačiau klasifikavimo sąraše jie visi pateikiami tuo pačiu kodo numeriu.

Taigi, žinant fermento kodo numerį, galite:

• išspręsti dviprasmybes, jei skirtingi tyrinėtojai naudoja tą patį pavadinimą skirtingiems fermentams;
• efektyvinti informacijos paiešką literatūros duomenų bazėse;
• gauti papildomos informacijos apie aminorūgščių seką, fermento erdvinę struktūrą ir fermentų baltymus koduojančius genus kitose duomenų bazėse.

7.5 skirsnis

Sisteminio ir darbinio fermento pavadinimo samprata, jų panaudojimas.

7.5.1. Fermentų komisijos sukurta klasifikavimo sistema taip pat apima naujai sukurtą fermentų nomenklatūrą, kuri yra pagrįsta specialiais principais. Pagal IUBMB rekomendacijas fermentai gauna dviejų tipų pavadinimus: sisteminis ir darbinis (rekomenduojamas).

7.5.2. Sisteminis pavadinimas sudarytas iš dviejų dalių. Pirmoje dalyje yra substrato ar substratų pavadinimas, dažnai kofermento pavadinimas, antroje dalyje nurodomas katalizuojamos reakcijos pobūdis ir yra klasės, kuriai priklauso fermentas, pavadinimas. Jei reikia, skliausteliuose po antrosios pavadinimo dalies pateikiama papildoma informacija apie reakciją. Sisteminis pavadinimas priskiriamas tik tiems fermentams, kurių katalizinis poveikis yra visiškai suprantamas.

Pavyzdžiui, sisteminis α-amilazės pavadinimas yra 1,4-α-D-gliukano-gliukanohidrolazė . Žinoma, toks vardas yra labai nepatogus įsiminti ir ištarti. Todėl kartu su sisteminiais IUBMB fermentų komisija rekomenduoja naudoti ir darbinius (supaprastintus) fermentų pavadinimus.

7.5.3. darbinis pavadinimas fermentas turi būti pakankamai trumpas vartoti. Kai kuriais atvejais trivialus pavadinimas gali būti naudojamas kaip darbinis pavadinimas, jei jis nėra klaidingas ar dviprasmiškas. Kitais atvejais jis grindžiamas tais pačiais bendraisiais principais kaip ir sisteminis pavadinimas, tačiau su minimaliomis detalėmis. Konkretūs sisteminių ir darbinių fermentų pavadinimų pavyzdžiai pateikiami kitoje šio kurso temos dalyje. Mokslinėse publikacijose, pirmą kartą paminėjus fermentą, įprasta nurodyti sisteminį jo pavadinimą ir kodo numerį, o vėliau – darbinį pavadinimą.

7.5.4. Pagrindinės skirtingų fermentų klasių sisteminių ir darbinių pavadinimų sudarymo taisyklės:

Oksidoreduktazė

Sisteminis pavadinimas Šios klasės fermentai yra pastatyti pagal schemą donoras: akceptorius - oksidoreduktazė. Pagal trivialią nomenklatūrą vadinamos oksidoreduktazės, kurios abstrahuoja vandenilio atomus ar elektronus ir perduoda juos bet kuriam kitam akceptoriui, išskyrus deguonį. dehidrogenazės. Oksidoreduktazės, kurios naudoja deguonį kaip vandenilio atomų ar elektronų akceptorius, vadinamos oksidazės. Kai kurie fermentai, kuriems būdingas vyraujantis redukcinis poveikis, vadinami reduktazė. Visi aukščiau išvardinti pavadinimai gali būti naudojami kuriant darbinis pavadinimas oksidoreduktazė.

Transferazės

Sisteminis pavadinimas tokias reakcijas greitinančių fermentų yra formoje donoras: akceptorius (transporto grupė) transferazė. V darbinis pavadinimas paprastai nurodomas tik vienas konkretus substratas ar produktas kartu su vežamos grupės pavadinimu.

Hidrolazės

Sisteminis pavadinimas surašyta formoje substrato hidrolazė. Hidrolazėms, kurios specialiai atskiria tam tikrą grupę, ši grupė gali būti nurodyta kaip priešdėlis. darbinis pavadinimas dažniausiai sudaromas iš hidrolizuojamo substrato pavadinimo, pridedant galūnę -aza. Tačiau reikia pažymėti, kad dėl gana sudėtingo ir dažnai nevisiškai atskleisto daugelio hidrolazių specifiškumo pobūdžio ne visada įmanoma joms suteikti sisteminį pavadinimą. Tokiais atvejais rekomenduojama naudoti empirinius pavadinimus, priskirtus jiems pirmą kartą aprašant. Taigi, tokie fermentai kaip pepsinas, papainas, trombinas.

Liase

Sisteminis pavadinimas fermentai yra sukurti pagal schemą: substratą skaidanti grupė-liazė. Norint nurodyti, kuri grupė yra atskiriama, naudojami priešdėliai "karboksi-", "amoniakas", "hidro-" ir kt. Kaip darbiniai pavadinimai fermentai išlaiko trivialius pavadinimus, tokius kaip „dekarboksilazė“, „aldolazė“, „dehidratazė“, „desulfhidrazė“. Liazės skirstomos į poklasius, priklausomai nuo nutrūkusių ryšių pobūdžio.

Izomerazės

Sisteminis pavadinimas fermentai apima substrato pavadinimą ir žodį izomerazė, prieš tai nurodoma izomerizacijos reakcijos rūšis. Darbiniai pavadinimai yra panašūs (su tam tikrais supaprastinimais) į sisteminius pavadinimus.

Ligazės

Sisteminis pavadinimas susidaro iš jungiamų substratų pavadinimų kartu su žodžiu ligazė. Skliausteliuose pateikiamas produktas, gautas hidrolizės būdu nukleozidų trifosfatui (pavyzdžiui, ADP arba AMP). darbinis pavadinimas Šios klasės fermentai paprastai susidaro iš reakcijos produkto pavadinimo kartu su žodžiu sintetazė.

Rekomendacija. Ateityje susipažindami su įvairiomis fermentinėmis reakcijomis, visada išanalizuokite substratuose vykstančių pokyčių pobūdį ir stenkitės nustatyti bent jau reakciją katalizuojančio fermento klasę. Taip pat išanalizuokite fermentų pavadinimus ir susiekite juos su reakcijose vykstančiais procesais. Taip bus lengviau įsiminti fermentų pavadinimus ir jų katalizuojamas transformacijas, daugiau laiko bus galima skirti tiriamų procesų biologiniam vaidmeniui suprasti.

7.6.1 skirsnis	OKSIDOREDUKTAZĖS.
Į klasę oksidoreduktazė apima fermentus, kurie katalizuoja redokso reakcijas. Jų bendrą schemą galima pavaizduoti taip: kur AH2 yra vandenilio donoras, o B yra vandenilio akceptorius. Gyvuose organizmuose oksidacija daugiausia atliekama iš donorinių substratų atskiriant vandenilio atomus arba elektronus. Vandenilio atomų ar elektronų akceptoriais gali būti įvairios medžiagos – kofermentai (NAD, NADP, FAD, FMN, glutationas, lipoinė rūgštis, ubichinonas), citochromai. geležies-sieros baltymai ir deguonis. Oksidoreduktazių poklasiai susidaro priklausomai nuo vandenilio (elektronų) donoro funkcinės grupės pobūdžio. Iš viso yra 19 poklasių. Pagrindiniai iš jų yra šie: Oksidoreduktazės, veikiančios CH-OH donorų grupę. Šiam poklasiui priklausantys fermentai oksiduoja alkoholio grupes į aldehido arba ketonų grupes. Pavyzdžiui, fermentas alkoholio dehidrogenazė (alkoholis: NAD-oksidoreduktazė; EC 1.1.1.1). dalyvauja etanolio metabolizme audiniuose: Be alkoholių oksidacijos, šio poklasio fermentai dalyvauja hidroksi rūgščių (pieno, obuolių, izocitrinų), monosacharidų ir kitų junginių, turinčių hidroksilo grupes, dehidrogenavime. Oksidoreduktazės, veikiančios aldehidų arba ketonų grupę donorų. Šie fermentai oksiduoja aldehidus ir ketonus į karboksirūgštis. Pavyzdžiui, šio poklasio atstovas - gliceraldehido-3-fosfato dehidrogenazė (D-gliceraldehidas-3-fosfatas: NAD-oksidoreduktazė (fosforilinanti), EC 1.2.1.12) – katalizuoja vieną iš tarpinių gliukozės skilimo reakcijų: Svarbu pažymėti, kad šios reakcijos produktas turi daug energijos turinčią fosfatinę jungtį 1-oje padėtyje. Fosforo rūgšties liekana, sudaranti šią jungtį, gali būti perkelta iš 1,3-difosfoglicerato į ADP, kad susidarytų ATP (žr. toliau). Oksidoreduktazės, veikiančios CH-CH donorų grupę. Dėl jų katalizuojamų reakcijų CH-CH grupės paverčiamos C=C grupėmis. tai yra nesočiųjų junginių susidarymas iš sočiųjų. Pavyzdžiui, trikarboksirūgšties ciklo fermentas sukcinato dehidrogenazė (sukcinatas: akceptorius - oksidoreduktazė, EC 1.3.99.1) pagreitina gintaro rūgšties oksidaciją, susidarant nesočiajai fumaro rūgščiai: Oksidoreduktazės, kurios veikia CH-NH2 – donorų grupė. Šie fermentai katalizuoja oksidacinį aminorūgščių ir biogeninių aminų deamininimą. Tokiu atveju aminai virsta aldehidais arba ketonais, aminorūgštys – keto rūgštimis ir išsiskiria amoniakas. Taigi, glutamato dehidrogenazė (L-glutamatas: NAD(P) – oksidoreduktazė (deaminuojanti), EC 1.4.1.3) dalyvauja tokiame glutamato transformavime: Oksidoreduktazės, veikiančios sieros turinčias donorų grupes, katalizuoja tiolio (sulfhidrilo) grupių oksidaciją į disulfidą, o sulfitų – į sulfatus. Fermento pavyzdys yra dihidrolipoildehidrogenazė (EC 1.8.1.4), katalizuojanti vieną iš tarpinių piruvato oksidacinio dekarboksilinimo reakcijų: Oksidoreduktazės, veikiančios vandenilio peroksidą kaip akceptorių, yra palyginti nedaug ir yra sugrupuoti į atskirą poklasį, dar žinomą trivialiu pavadinimu peroksidazės. Fermento pavyzdys yra glutationo peroksidazė (glutationas: H2 O2 – oksidoreduktazė. EC 1.11.1.9), dalyvauja inaktyvuojant vandenilio peroksidą eritrocituose, kepenyse ir kai kuriuose kituose audiniuose: Oksidoreduktazės, veikiančios donorų porą, įtraukiant molekulinį deguonį, arba monooksigenazės - fermentai, kurie katalizuoja organinių junginių oksidaciją molekuliniu deguonimi, todėl į šių junginių molekules patenka vienas iš deguonies atomų. Šiuo atveju antrasis deguonies atomas yra įtrauktas į vandens molekulę. Taigi katalizuojama fenilalanino virsmo tirozinu reakcija fenilalanin-4-monooksigenazė (CF 1.14.16.1): Kai kuriems žmonėms genetinis šio fermento defektas sukelia ligą, vadinamą fenilketonurija. Monooksigenazės taip pat apima fermentą, žinomą kaip citochromo P450 (EC 1.14.14.1) Jo daugiausia yra kepenų ląstelėse ir jis atlieka organizmui svetimų lipofilinių junginių, susidarančių kaip šalutiniai reakcijų produktai arba patenkantys į organizmą iš išorės, hidroksilinimą. Pavyzdžiui, indolas, susidaręs iš triptofano dėl žarnyno mikroorganizmų veiklos, kepenyse hidroksilinamas pagal šią schemą: Hidroksilo grupės atsiradimas padidina medžiagų hidrofiliškumą ir palengvina jų tolesnį pašalinimą iš organizmo. Be to, citochromas P450 dalyvauja tam tikrose cholesterolio ir steroidinių hormonų konversijos stadijose. Labai veiksmingos citochromo P450 sistemos buvimas gyvuose organizmuose kai kuriais atvejais sukelia nepageidaujamų praktinių pasekmių: sumažina vaistų buvimo žmogaus organizme laiką ir taip sumažina jų gydomąjį poveikį. Oksidoreduktazės, veikiančios vieną donorą, įtraukiant molekulinį deguonį, arba dioksigenazė, katalizuoja transformacijas, kurių metu abu O2 molekulės atomai patenka į oksiduoto substrato sudėtį. Pavyzdžiui, fenilalanino ir tirozino katabolizmo procese maleilacetoacetatas susidaro iš homogentizo rūgšties, kuri apima abu deguonies atomus: Fermentas, katalizuojantis šią reakciją, vadinamas 1,2-dioksogenazės homogentizatas(KF 1.13.11.5). Kai kuriais atvejais yra įgimtas šio fermento trūkumas, dėl kurio išsivysto liga, vadinama alkaptonurija.

7.6.2 skirsnis	PERVEŽIMAI.
Transferazės yra fermentų klasė, katalizuojanti funkcinių grupių perkėlimą iš vieno junginio į kitą. Apskritai šias transformacijas galima parašyti: kur X yra nešiojama funkcinė grupė. AX yra grupuojantis donoras, B yra akceptorius. Suskirstymas į poklasius priklauso nuo perkeliamų grupių pobūdžio. Transferazės, pernešančios vienos anglies fragmentus. Šis poklasis apima fermentus, kurie pagreitina metilo (-CH3), metileno (-CH2-), metenilo (-CH=), formilo ir susijusių grupių perdavimą. Taip, dalyvaujant guanidinoacetato metiltransferazės (S-adenozilmetioninguanidino acetato metiltransferazė, EC 2.1.1.2) sintetinama biologiškai aktyvi medžiaga kreatinas: Transferazės, pernešančios karboksirūgšties likučius (aciltransferazės). Jie katalizuoja įvairius cheminius procesus, susijusius su įvairių rūgščių (acto, palmitino ir kt.) likučių perkėlimu daugiausia iš kofermento A tioesterių į įvairius akceptorius. Transacetilinimo reakcijos pavyzdys gali būti tarpininko acetilcholino susidarymas dalyvaujant cholino acetiltransferazė (acetil-CoA:cholino-O-acetiltransferazė, EC 2.3.1.6): Transferazės, pernešančios glikozilo liekanas (glikoziltransferazės) katalizuoja glikozilo likučių transportavimą iš fosforo esterių molekulių į monosacharidų, polisacharidų ir kitų medžiagų molekules. Šie fermentai ypač vaidina svarbų vaidmenį glikogeno ir krakmolo sintezėje, taip pat pirmoje jų naikinimo fazėje. Kitas šio poklasio fermentas - UDP-gliukuroniltransferazė (UDP-gliukuronato-gliukuroniltransferazė (nespecifinė akceptoriui), EC 2.4.1.17) - dalyvauja endogeninių ir pašalinių toksinių medžiagų neutralizavimo procesuose kepenyse: Transferazės, pernešančios azoto grupes. Šis poklasis apima aminotransferazė, pagreitinant aminorūgščių α-amino grupės perkėlimą į keto rūgščių α-anglies atomą. Svarbiausias iš šių fermentų yra alanino aminotransferazė (L-alaninas:2-oksoglutarato aminotransferazė, EC 2.6.1.2). katalizuojanti reakcija: Transferazės, pernešančios fosfatų grupes (fosfotransferazės). Ši fermentų grupė katalizuoja biocheminius procesus, susijusius su fosforo rūgšties likučių pernešimu į įvairius substratus. Šie procesai yra svarbūs organizmo gyvybei, nes jie paverčia daugybę medžiagų į organinius fosfoesterius, kurie pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu ir lengvai patenka į vėlesnes reakcijas. Fosfotransferazės, kurios naudoja ATP kaip fosfato donorą, vadinamos kinazės . Plačiausiai naudojamas fermentas yra heksokinazės (ATP: D-heksozė-6-fosfotransferazė. EC 2.7.1.1.), pagreitinantis fosfatų grupės perkėlimą iš ATP į monosacharidus: Kai kuriais atvejais, susidarant ATP, galimas ir atvirkštinis fosfato grupės perkėlimas iš substrato į ADP. Taip, fermentas. fosfoglicerato kinazė (ATP: D-3-fosfoglicerato-1-fosfotransferazė, EC 2.7.2.3) paverčia anksčiau minėtą (žr. "Oksidoreduktazė") 1,3-difosfogliceratą: Panašios ADP fosforilinimo reakcijos su ATP susidarymu, susijusios su substrato konversija (o ne su elektronų perkėlimu kvėpavimo grandinėje), vadinamos. substrato fosforilinimo reakcijos. Šių reakcijų vaidmuo ląstelėje žymiai padidėja, kai audiniuose trūksta deguonies.

7.6.3 skirsnis	HIDROLAZĖS.
Hidrolazės yra fermentų klasė, katalizuojanti organinių junginių skilimo reakcijas dalyvaujant vandeniui (hidrolizės reakcijas). Šios reakcijos vyksta pagal šią schemą: kur A-B yra sudėtingas junginys, A-H ir B-OH yra jo hidrolizės produktai. Šio tipo reakcijos aktyviai vyksta organizme; jie eina kartu su energijos išlaisvinimu ir, kaip taisyklė, yra negrįžtami. Priklausomai nuo hidrolizuojamos jungties tipo, susidaro hidrolazių poklasiai. Svarbiausi yra šie poklasiai: Hidrolazės, veikiančios esterius (arba esterazės) hidrolizuoti karboksilo, fosforo, sieros ir kitų rūgščių esterius. Plačiausiai paplitęs šio poklasio fermentas yra triacilglicerolipazė (glicerolio esterio hidrolazė, EC 3.1.1.3). pagreitina acilglicerolių hidrolizę: Kiti esterazių atstovai skaido esterinius ryšius acetilcholine (acetilcholinesterazė), fosfolipiduose (fosfolipazėse), nukleorūgštyse (nukleazėse), organiniuose fosforo esteriuose (fosfatazėse). Hidrolazės, veikiančios glikozidines jungtis (glikozidazės) pagreitina oligo- ir polisacharidų, taip pat kitų junginių, turinčių monosacharidų likučių (pavyzdžiui, nukleozidų), hidrolizės reakcijas. Tipiškas atstovas yra sacharozės (β-D-fruktofuranozido-fruktohidrolazė, EC 3.2.1.26). katalizuoja sacharozės skilimą: Hidrolazės, veikiančios peptidines jungtis (peptidazės) katalizuoja baltymų ir peptidų peptidinių jungčių hidrolizės reakcijas. Ši grupė apima pepsinas, tripsinas, chimotripsinas, katepsinas ir kiti proteolitiniai fermentai. Peptidinių jungčių hidrolizė vyksta pagal šią schemą: Hidrolazės, veikiančios C-N ryšius, išskyrus peptidines, - fermentai, greitinantys organinių rūgščių amidų hidrolizę. Šio poklasio narys - glutaminazė (L-glutamil-amidohidrolazė, EC 3.5.1.2) – dalyvauja palaikant organizmo rūgščių-šarmų būseną, katalizuoja glutamino hidrolizę inkstuose:

7.6.4 skirsnis	LIAZĖS.
Liazės yra fermentų klasė, kuri katalizuoja nehidrolizines substrato skilimo reakcijas, susidarant dviguboms jungtims arba, atvirkščiai, pridedant dvigubos jungties plyšimo vietoje. Bendra šių reakcijų schema: kur A-B yra substratas, A ir B yra reakcijos produktai. Dėl tokių reakcijų dažnai išsiskiria paprastos medžiagos, pavyzdžiui, CO2, NH3, H2O. Anglies-anglies-liazės katalizuoja jungties tarp dviejų anglies atomų nutrūkimą. Tarp jų svarbiausi yra karboksilazės (dekarboksilazės), kuriam veikiant vyksta a-keto ir aminorūgščių dekarboksilinimas, keto rūgščių lizės , kurių sudėtyje yra citrato sintazės, aldehido liazės (aldolazės). Pastarieji apima fruktozės difosfato aldolazė (fruktozė-1,6-difosfatas-D-gliceraldehidas-3-fosfatliazė, EC 4.1.2.13), katalizuojanti reakciją: Anglies-deguonies liazės katalizuoja ryšių tarp anglies ir deguonies atomų nutrūkimą. Šis poklasis visų pirma apima hidrolizazės, dalyvauja dehidratacijos ir hidratacijos reakcijose. Pavyzdys būtų serino dehidratazė (L-serino hidroliazė (deamininimas), EC 4.2.1.3), kuri paverčia: Kartais darbinis pavadinimas gali būti pagrįstas atsakomybe naudojant šį terminą "hidratazė". Taigi trikarboksirūgšties ciklo fermento L-malato hidroliazės (EC 4.2.1.2) pavadinimas "fumarato hidratazė": Anglies azoto liazės dalyvauti šalinant azoto turinčias grupes. Šio poklasio atstovas yra histidino amoniako liazė (L-histidino amoniako liazė, EC 4.3.1.3), dalyvaujantis histidino deaminavime: Anglies-sieros-liazės katalizuoja sulfhidrilo grupių pašalinimą. Šis poklasis apima desulfhidrazės sieros turinčios aminorūgštys, pvz. cisteino desulfhidrazė (L-cisteino-vandenilio sulfido-liazė (deaminuojanti), EC 4.4.1.1).

7.6.5 skirsnis	IZOMERAZĖS.
Izomerazės yra fermentų klasė, kuri pagreitina intramolekulinių transformacijų procesus, kai susidaro izomerai. Schematiškai šio tipo reakcijos gali būti pavaizduotos taip: kur A ir A" yra izomerai. Izomerazės yra palyginti maža fermentų klasė, ji skirstoma į šiuos poklasius, priklausomai nuo katalizuojamos izomerizacijos reakcijos tipo: Racemazės ir epimerazės katalizuoja izomerų, turinčių asimetrinių anglies atomų, tarpusavio konversiją. Racemazami vadinami fermentais, kurie veikia substratus, turinčius vieną asimetrinį atomą, pavyzdžiui, paverčia L-aminorūgštis D-aminorūgštimis. Vienas iš šių fermentų yra alanino racemazė (alanino-racemazė. EC 5.1.1.1), katalizuoja reakciją: Epimerazės vadinami fermentais, kurie veikia substratus, turinčius kelis asimetrinius anglies atomus. Šie fermentai apima UDP-gliukozės epimerazė (UDP-gliukozės-4-epimerazė, EC 5.1.3.2). dalyvauja monosacharidų konversijos procesuose: cis-trans izomerazė - fermentai, sukeliantys geometrinės konfigūracijos pokyčius, palyginti su dviguba jungtimi. Tokio fermento pavyzdys yra maleilacetoacetato izomerazė (maleilacetoacetato-cis-trans-izomerazė, EC 5.2.1.2), dalyvaujanti fenilalanino ir tirozino katabolizme ir paverčianti maleilacetoacetatą (žr. 4.6.1) į fumarilacetoacetatą: Intramolekulinės oksidoreduktazės - izomerazės, kurios katalizuoja aldozės ir ketozės tarpusavio konversijas. Šiuo atveju CH-OH grupė oksiduojama kartu redukuojant gretimą C=O grupę. Taigi, triozės fosfato izomerazė (D-gliceraldehido-3-fosfato-ketolio izomerazė, EC 5.3.1.1) katalizuoja vieną iš angliavandenių apykaitos reakcijų: Izomerazės taip pat apima intramolekulinės transferazės, vienos grupės perkėlimas iš vienos substrato molekulės dalies į kitą tos pačios molekulės dalį ir intramolekulinės lizės, katalizuojančios deciklizacijos reakcijas, taip pat vienos rūšies žiedo transformaciją į kitą. Reikia pabrėžti, kad ne visi biocheminiai procesai. izomerizaciją katalizuoja izomerazės. Taigi citrinos rūgšties izomerizacija į izopimoną vyksta dalyvaujant fermentui akonitato hidratazė (citratas (isocitratas)-hidroliazė, EC 4.2.1.3), kuris katalizuoja dehidratacijos-hidratacijos reakcijas, tarp kurių susidaro cis-akonito rūgštis:

7.6.6 skirsnis	LIGASES.
Ligazės – fermentų klasė, kuri katalizuoja organinių junginių sintezę, aktyvuojamą skaidant ATP (arba GTP, UTP, CTP) pradines medžiagas. Šios klasės fermentams taip pat išlaikomas trivialus pavadinimas sintetazė. V todėl, remiantis IUBMB rekomendacijomis, terminas „sintetazės“ neturėtų būti vartojamas fermentams, kuriuose nėra nukleozidų trifosfatų. Ligazių (sintetazių) katalizuojamos reakcijos vyksta pagal schemą: , kur A ir B yra sąveikaujančios medžiagos; A-B – medžiaga, susidariusi dėl sąveikos. Kadangi veikiant šiems fermentams susidaro nauji cheminiai ryšiai, VI klasės poklasiai susidaro priklausomai nuo naujai susidarančių ryšių pobūdžio. Ligazės, kurios sudaro anglies ir deguonies ryšius. Tai apima grupę fermentų, žinomų kaip aminorūgščių-tRNR ligazės (aminoacil-tRNR sintetazės). kurios katalizuoja aminorūgščių ir atitinkamų transportavimo RNR sąveikos reakcijas. Šiose reakcijose susidaro aktyvios aminorūgščių formos, kurios gali dalyvauti baltymų sintezės procese ribosomose. Fermento pavyzdys yra tirozil-tRNR sintetazė (L-tirozinas: tRNR ligazė (AMP formuojanti), EC 6.1.1.1), dalyvauja reakcijoje: susidarančios ligazės anglies ir sieros ryšiai. Šiam poklasiui pirmiausia atstovauja fermentai, katalizuojantys riebalų rūgščių tioesterių susidarymą su kofermentu A. Dalyvaujant šiems fermentams, sintetinamas acil-CoA – aktyvios riebalų rūgščių formos, kurios gali patekti į įvairias biosintezės ir skilimo reakcijas. Panagrinėkime vieną iš riebalų rūgščių aktyvinimo reakcijų, vykstančių dalyvaujant fermentui acil-CoA sintetazės (karboksirūgštis: kofermento A ligazė (sudaranti AMP). EC 6.2.1.2): Ligazės, kurios sudaro anglies-azoto ryšius katalizuoja daugybę reakcijų, kai azoto turinčios grupės patenka į organinius junginius. Pavyzdys būtų glutamino sintetazė (L-glutaminas:amoniako-γ-ligazė (ADP formuojanti), EC 6.3.1.2). dalyvauja neutralizuojant toksišką medžiagų apykaitos produktą – amoniaką – reaguojant su glutamo rūgštimi: Ligazės, kurios sudaro anglies-anglies ryšius. Iš šių fermentų labiausiai ištirta karboksilazė, užtikrina daugelio junginių karboksilinimą, dėl kurio pailgėja anglies grandinės. Svarbiausias šios klasės narys yra piruvato karboksilazė (piruvatas: CO2 ligazė (ADP formavimas), EC 6.4.1.1), pagreitinantis oksaloacetato, pagrindinio trikarboksirūgšties ciklo ir angliavandenių biosintezės junginio, susidarymą: Prisiminkite, kad reakcijas, kuriose dalyvauja ATP, katalizuoja ne tik VI klasės fermentai, bet ir kai kurie II klasės fermentai (fosfotransferazės arba kinazės). Svarbu mokėti atskirti šių tipų reakcijas. Jų skirtumas yra tas, kad transferazės reakcijose yra ATP fosfatų grupės donoras , todėl dėl šių reakcijų H3 PO4 neišsiskiria (žr. pavyzdžius aukščiau). Priešingai, sintetazės reakcijose ATP tarnauja energijos šaltinis , išsiskiria jo hidrolizės metu, todėl vienas iš tokios reakcijos produktų bus neorganinis orto- arba pirofosfatas.

7.7.1 skirsnis	Darbo su fermentais taisyklės
Fermentai, kaip ir visi baltymai, yra gana nestabilios medžiagos. Jie lengvai denatūruojami ir inaktyvuojami. Todėl dirbant su jais turi būti laikomasi tam tikrų sąlygų. Kai tiriamas objektas ilgiau nei kelias valandas laikomas kambario temperatūroje, fermentas beveik visiškai inaktyvuojamas. Todėl fermento aktyvumo nustatymo analizė turėtų būti atlikta kuo greičiau. Jei reikia, galimas ilgalaikis saugojimas, jei fermento tirpalas džiovinamas iš užšalimo aukštame vakuume (liofilizuojamas). Šiuo atveju fermentas beveik visiškai išsaugo savo aktyvumą toliau laikant kambario temperatūroje. Kai kurie fermentai gerai išsilaiko koncentruotuose druskos tirpaluose, pavyzdžiui, sočiame amonio sulfate (išsūdymo procesas). Jei reikia, fermento nuosėdas galima centrifuguoti ir ištirpinti fiziologiniame tirpale arba atitinkamame buferyje. Jei reikia, druskos perteklių galima pašalinti dializės būdu. Būtina prisiminti fermentų jautrumą terpės pH svyravimams. Išskyrus keletą išimčių, dauguma fermentų yra inaktyvuojami tirpaluose, kurių pH yra mažesnis nei 5 arba didesnis nei 9, o optimalus fermentų veikimas pasireiškia kelių vienetų arba dešimtųjų pH vieneto plote. Dirbant su fermentais naudojamų buferinių tirpalų pH nustatymą rekomenduojama atlikti labai tiksliai naudojant pH metrą. Fermentus lengvai sunaikina stiprūs reagentai: rūgštys, šarmai, oksidatoriai, sunkiųjų metalų druskos. Būtina dirbti su chemiškai grynais reagentais ir bidistiliuotu vandeniu, nes net ir nedidelis reagentų užteršimas, ypač su metalų priemaišomis, kurios gali veikti kaip moduliatoriai, keičia fermento aktyvumą. Dirbant su fermentais labiau nei bet kur kitur privaloma griežtai laikytis tyrimų sąlygų standartizavimo: tiksliai palaikyti temperatūros ir laiko režimus, naudoti reagentus iš tos pačios partijos, o keičiant reagentus būtina kalibruoti duomenis. vėl gautas. Jei besivystanti spalva spalvinėje reakcijoje laikui bėgant yra nestabili, būtina griežtai laikytis fotometrijos laiko. Rekomenduojama dirbti esant pakankamam fermento prisotinimo substratu laipsniui, nes ši aplinkybė labai įtakoja galutinį rezultatą, substrato trūkumas išlygina skirtumus tarp variantų. Dirbant su fermentais būtina atsižvelgti į organui būdingą izofermentų spektrą. Dažnai šis specifiškumas turi įtakos fermento veikimo sąlygoms. Reakcijos eigai gali turėti įtakos skirtingas afinitetas substratui, skirtingas jautrumas pH, būdingas konkretaus organo ar audinio izofermentams. Fermento aktyvumo tyrimo metodą reikia perkelti iš vieno objekto į kitą (pavyzdžiui, iš serumo į audinį arba iš vieno organo į kitą) labai atsargiai, atsižvelgiant į visus žinomus duomenis apie fermentą ir įvairias jo formas, nes taip pat atidžiai patikrinkite rezultatus. Norint plačiai diegti įvairias biochemines (fermentines) reakcijas, įvedamas labiausiai pripažintų ir reikalingų analizių automatizavimas, laboratorinių tyrimų suvienodinimas ir standartizavimas. Tai racionalu ir būtina tiek siekiant pagerinti mėginių ėmimo tikslumą ir kokybę, tiek palyginti skirtingose ​​laboratorijose gautus duomenis. Taip pat visuotinai pripažįstama, kad kartu su tiriama patologija reikalingas lygiagretus fiziologinės kontrolės tyrimas - praktiškai sveikų žmonių grupė, siekiant nustatyti normalius, fiziologinius svyravimus. Suvokiant „normalios vertės“ sąvokos reliatyvumą, reikia pripažinti, kad norint nustatyti patologijos skirtumus ir įvertinti patologinį požymį, „norma“ paprastai imamas aritmetiniu vidurkiu M ± 1σ arba 2σ (su normaliu Gauso skirstinys), priklausomai nuo rodiklio svyravimo laipsnio .

7.7.2 skirsnis	Biologinėje medžiagoje esančių fermentų aktyvumo nustatymo principai.
5.6.2. Unikali fermentų savybė pagreitinti chemines reakcijas gali būti panaudota kiekybiškai įvertinti šių biokatalizatorių kiekį biologinėje medžiagoje (audinių ekstrakte, kraujo serume ir kt.). Tinkamai parinktomis eksperimentinėmis sąlygomis beveik visada yra proporcingumas tarp fermento kiekio ir katalizuojamos reakcijos greičio, todėl pagal fermento aktyvumą galima spręsti apie kiekybinį jo kiekį tiriamajame mėginyje. Fermentinio aktyvumo matavimas pagrįstas cheminės reakcijos greičio palyginimu dalyvaujant aktyviam biokatalizatoriui su reakcijos greičiu kontroliniame tirpale, kuriame fermento nėra arba jis yra inaktyvuotas. Tiriamoji medžiaga dedama į inkubacinę terpę, kurioje sukuriama optimali temperatūra, terpės pH, aktyvatorių ir substratų koncentracijos. Tuo pačiu metu dedamas kontrolinis mėginys, į kurį fermentas nepridedamas. Po kurio laiko reakcija sustabdoma pridedant įvairių reagentų (pakeičiant terpės pH, sukeliant baltymų denatūraciją ir pan.) ir analizuojant mėginius. Norėdami nustatyti fermentinės reakcijos greitį, turite žinoti: substrato arba reakcijos produkto koncentracijų skirtumas prieš ir po inkubacijos; inkubacinis laikas; analizei paimtos medžiagos kiekis. Fermento aktyvumas dažniausiai vertinamas pagal susidariusio reakcijos produkto kiekį. Tai daroma, pavyzdžiui, nustatant alanino aminotransferazės aktyvumą, kuris katalizuoja šią reakciją: Fermentų aktyvumą taip pat galima apskaičiuoti pagal sunaudoto substrato kiekį. Pavyzdys yra α-amilazės, fermento, skaidančio krakmolą, aktyvumo nustatymo metodas. Išmatavus krakmolo kiekį mėginyje prieš ir po inkubacijos bei apskaičiavus skirtumą, nustatomas inkubacijos metu suskilusio substrato kiekis.

7.7.3 skirsnis	Fermentų aktyvumo matavimo metodai
Yra daug fermentų aktyvumo matavimo metodų, kurie skiriasi technika, specifiškumu ir jautrumu. Dažniausiai naudojamas nustatyti fotoelektrokolorimetriniai metodai . Šie metodai yra pagrįsti spalvinėmis reakcijomis su vienu iš fermentų veikimo produktų. Šiuo atveju gautų tirpalų spalvos intensyvumas (matuojamas fotoelektriniu kolorimetru) yra proporcingas gauto produkto kiekiui. Pavyzdžiui, aminotransferazių katalizuojamų reakcijų metu kaupiasi α-keto rūgštys, kurios su 2,4-dinitrofenilhidrazinu sudaro raudonai rudus junginius: Jei tiriamas biokatalizatorius turi mažą veikimo specifiškumą, tuomet galima pasirinkti tokį substratą, kaip reakcijos, su kuria susidaro spalvotas produktas, rezultatas. Pavyzdys yra šarminės fosfatazės, plačiai paplitusio žmogaus audiniuose fermento, nustatymas, kurio aktyvumas kraujo plazmoje labai kinta sergant kepenų ir skeleto sistemos ligomis. Šis fermentas šarminėje aplinkoje hidrolizuoja didelę natūralių ir sintetinių fosfato esterių grupę. Vienas iš sintetinių substratų yra paranitrofenilfosfatas (bespalvis), kuris šarminėje aplinkoje skyla į ortofosfatą ir paranitrofenolį (geltoną). Reakcijos eigą galima stebėti matuojant palaipsniui didėjantį tirpalo spalvos intensyvumą: Didelio veikimo specifiškumo fermentams toks substratų pasirinkimas, kaip taisyklė, yra neįmanomas. Spektrofotometriniai metodai yra pagrįsti reakcijoje dalyvaujančių cheminių medžiagų ultravioletinių spindulių spektro pasikeitimu. Dauguma junginių sugeria ultravioletinius spindulius, o sugerti bangos ilgiai būdingi tam tikroms atomų grupėms, esančioms šių medžiagų molekulėse. Fermentinės reakcijos sukelia intramolekulinius persitvarkymus, dėl kurių pakinta ultravioletinis spektras. Šiuos pokyčius galima užfiksuoti spektrofotometru. Pavyzdžiui, spektrofotometriniais metodais nustatomas redokso fermentų, turinčių NAD arba NADP kaip kofermentų, aktyvumas. Šie kofermentai veikia kaip vandenilio atomų akceptoriai arba donorai, todėl metabolizmo procesuose yra redukuojami arba oksiduojami. Šių kofermentų redukuotos formos turi ultravioletinį spektrą, kurio absorbcijos maksimumas yra 340 nm, oksiduotos formos šio maksimumo neturi. Taigi, veikiant laktato dehidrogenazei pieno rūgštį, vandenilis perkeliamas į NAD, o tai padidina NADH absorbciją esant 340 nm. Šios absorbcijos vertė optiniais vienetais yra proporcinga susidariusios redukuotos kofermento formos kiekiui. Keičiant redukuotos formos kofermento kiekį, galima nustatyti fermento aktyvumą. Fluorometriniai metodai. Šie metodai yra pagrįsti fluorescencijos reiškiniu, kuris slypi tuo, kad tiriamas objektas, veikiamas švitinimo, skleidžia trumpesnio bangos ilgio šviesą. Fluorometriniai fermentų aktyvumo nustatymo metodai yra jautresni nei spektrofotometriniai metodai. Palyginti nauji ir dar jautresni yra Chemiliuminescenciniai metodai naudojant luciferino-luciferazės sistemą. Tokie metodai leidžia nustatyti reakcijų, vykstančių formuojant ATP, greitį. Kai liuciferinas (sudėtinė karboksirūgštis) sąveikauja su ATP, susidaro luciferilo adenilatas. Šis junginys oksiduojamas dalyvaujant luciferazės fermentui, kurį lydi šviesos blyksnis. Matuojant šviesos blyksnių intensyvumą, galima nustatyti kelių pikomolių (10-12 mol) ATP kiekį. Titrimetriniai metodai . Kai kurias fermentines reakcijas lydi inkubacinio mišinio pH pasikeitimas. Tokio fermento pavyzdys yra kasos lipazė. Lipazė katalizuoja reakciją: Gautas riebalų rūgštis galima titruoti, o titravimui panaudoto šarmo kiekis bus proporcingas išsiskyrusių riebalų rūgščių kiekiui ir atitinkamai lipazės aktyvumui. Šio fermento aktyvumo nustatymas turi klinikinę reikšmę. Matavimo metodai yra pagrįsti fermentinės reakcijos metu išsiskiriančių (arba absorbuotų) dujų tūrio matavimu uždarame reakcijos inde. Taikant tokius metodus buvo atrastos ir ištirtos piruvo ir α-ketoglutaro rūgščių oksidacinio dekarboksilinimo reakcijos, kurios vyksta kartu su CO2 išsiskyrimu. Šiuo metu šie metodai retai naudojami.

7.7.4 skirsnis	Fermentų aktyvumo vienetai ir jų taikymas.
Tarptautinė fermentų komisija pasiūlė veiklos vienetas bet kurio fermento priimti tokį fermento kiekį, kuris tam tikromis sąlygomis katalizuoja vieno mikromolio (10-6 mol) substrato konversiją per laiko vienetą (1 min., 1 val.) arba vieno paveiktos grupės mikroekvivalento konversiją. kai pažeidžiama daugiau nei viena grupė kiekvienoje substrato molekulėje (baltymai, polisacharidai ir kt.). Turi būti nurodyta temperatūra, kurioje vyksta reakcija. Fermentų aktyvumo matavimų rezultatai gali būti išreikšti vienetais bendras, specifinis ir molekulinis aktyvumas. Už vienetą viso fermento aktyvumo remiantis tyrimams paimtos medžiagos kiekiu. Taigi alanino aminotransferazės aktyvumas žiurkių kepenyse yra 1670 μmol piruvato per valandą 1 g audinio; cholinesterazės aktyvumas žmogaus serume yra 250 μmol acto rūgšties per valandą 1 ml serumo 37°C temperatūroje. Ypatingo tyrėjo dėmesio reikalauja didelės fermentų aktyvumo reikšmės tiek normaliomis, tiek patologinėmis sąlygomis. Rekomenduojama dirbti su mažu fermentų aktyvumu. Tam fermento šaltinis imamas mažesniu kiekiu (serumas kelis kartus skiedžiamas fiziologiniu tirpalu, o audiniams paruošiamas mažesnis procentas homogenatas). Kalbant apie fermentą, šiuo atveju sukuriamos prisotinimo substratu sąlygos, kurios prisideda prie jo tikrojo aktyvumo pasireiškimo. Bendras fermentų aktyvumas apskaičiuojamas pagal formulę: kur a- fermentų aktyvumas (bendras), ∆C- substrato koncentracijų skirtumas prieš ir po inkubacijos; V- analizei paimtos medžiagos kiekis, t- inkubacijos laikas; n- veisimas. Reikia turėti omenyje, kad diagnostikos tikslais tiriamo kraujo serumo ir šlapimo fermentų aktyvumo rodikliai išreiškiami bendrojo aktyvumo vienetais. Kadangi fermentai yra baltymai, svarbu žinoti ne tik bendrą fermento aktyvumą tiriamojoje medžiagoje, bet ir mėginyje esančio baltymo fermentinį aktyvumą. Už vienetą konkreti veikla paimkite tokį fermento kiekį, kuris katalizuoja 1 μmol substrato virsmą per laiko vienetą 1 mg mėginio baltymo. Norint apskaičiuoti specifinį fermento aktyvumą, reikia padalyti bendrą aktyvumą iš baltymų kiekio mėginyje: Kuo blogiau fermentas išvalomas, tuo daugiau pašalinių balastinių baltymų yra mėginyje, tuo mažesnis specifinis aktyvumas. Valymo metu tokių baltymų kiekis mažėja, atitinkamai didėja specifinis fermento aktyvumas. Tarkime, kad pradinėje biologinėje medžiagoje, kuri yra fermento šaltinis (susmulkintos kepenys, augalų audinių srutos), specifinis aktyvumas buvo 0,5 µmol/(mg baltymo × min). Po dalinio nusodinimo amonio sulfatu ir gelio filtravimo per Sephadex jis padidėjo iki 25 µmol/(mg baltymo × min), t.y. padidėjo 50 kartų. Fermentinių preparatų gryninimo efektyvumo vertinimas naudojamas fermentinio pobūdžio vaistų gamyboje. Specifinis aktyvumas nustatomas, kai reikia palyginti skirtingų to paties fermento preparatų aktyvumą. Jei reikia palyginti skirtingų fermentų aktyvumą, apskaičiuojamas molekulinis aktyvumas. Molekulinis aktyvumas (arba fermento apsisukimų skaičius) yra substrato molių skaičius, kurio konversija vyksta veikiant 1 moliui fermento per laiko vienetą (dažniausiai 1 minutę). Skirtingi fermentai turi skirtingą molekulinį aktyvumą. Fermentų apykaitos sumažėjimas atsiranda veikiant nekonkurenciniams inhibitoriams. Keisdamos fermento katalizinio centro konformaciją, šios medžiagos sumažina fermento afinitetą substratui, todėl sumažėja substrato molekulių, kurios per laiko vienetą reaguoja su viena fermento molekule, skaičius.

Pavyzdžiai	Mokymosi užduotys ir jų sprendimo standartai.
1. Užduotys 1. Kokie fermentai vadinami racemazėmis? 2. Iššifruokite sisteminį fermento pavadinimą (atskirai kiekvienam elementui, paryškintam skirtingomis spalvomis): S-adenozilmetioninas: guanidinoacetato-metiltransferazė? Apibrėžkite: a) reakcijos tipas; b) fermentų klasė; c) poklasis. 2. Sprendimų standartai 1. Racemazės yra fermentai, katalizuojantys optinių izomerų, turinčių vieną asimetrinį anglies atomą, tarpusavio konversiją (žr. 2.3 skyrių). 2. Sisteminis fermento pavadinimas skaitomas nuo galo. Fermentas priklauso klasei transferazės, katalizuoja perdavimo reakciją metilo grupė ant guanidino acetatas (metilo grupės akceptorius) su S-adenozilmetioninas (metilo grupės donoras) (žr. 2.2–2.3 skyrius). 3. a) Šioje reakcijoje medžiagos skilimas nedalyvaujant vandens molekulėms b) Nehidrolizinį substrato skilimą, susidarant dviem produktams, katalizuoja ketvirtai klasei priklausantys fermentai (liazės) c) ryšys tarp pirmojo ir antrojo anglies atomų nutrūksta, todėl karboksilo grupė pašalinama CO2 pavidalu. Vadinasi, fermentų poklasis – anglis-anglis-liazės(žr. 2.3 skyrių).

Bet kurio gyvo organizmo ląstelėje vyksta milijonai cheminių reakcijų. Kiekvienas iš jų turi didelę reikšmę, todėl svarbu išlaikyti aukštą biologinių procesų greitį. Beveik kiekvieną reakciją katalizuoja savas fermentas. Kas yra fermentai? Koks jų vaidmuo ląstelėje?

Fermentai. Apibrėžimas

Terminas „fermentas“ kilęs iš lotyniško fermentum – raugas. Jie taip pat gali būti vadinami fermentais, iš graikų kalbos en zyme, „mielėse“.

Fermentai yra biologiškai aktyvios medžiagos, todėl bet kokia ląstelėje vykstanti reakcija negali išsiversti be jų dalyvavimo. Šios medžiagos veikia kaip katalizatoriai. Atitinkamai, bet kuris fermentas turi dvi pagrindines savybes:

1) Fermentas pagreitina biocheminę reakciją, bet nėra suvartojamas.

2) Pusiausvyros konstantos reikšmė nekinta, o tik pagreitina šios reikšmės pasiekimą.

Fermentai biochemines reakcijas pagreitina tūkstantį, o kai kuriais atvejais ir milijoną kartų. Tai reiškia, kad nesant fermentinio aparato visi tarpląsteliniai procesai praktiškai sustos, o pati ląstelė mirs. Todėl fermentų, kaip biologiškai aktyvių medžiagų, vaidmuo yra didelis.

Įvairūs fermentai leidžia paįvairinti ląstelių metabolizmo reguliavimą. Bet kurioje reakcijų kaskadoje dalyvauja daug įvairių klasių fermentų. Biologiniai katalizatoriai yra labai selektyvūs dėl specifinės molekulės konformacijos. Kadangi fermentai daugeliu atvejų yra baltyminio pobūdžio, jie yra tretinės arba ketvirtinės struktūros. Tai vėlgi paaiškinama molekulės specifiškumu.

Fermentų funkcijos ląstelėje

Pagrindinė fermento užduotis – paspartinti atitinkamą reakciją. Bet kokiai procesų pakopai nuo vandenilio peroksido skilimo iki glikolizės reikalingas biologinis katalizatorius.

Tinkamas fermentų veikimas pasiekiamas dėl didelio specifiškumo tam tikram substratui. Tai reiškia, kad katalizatorius gali tik paspartinti tam tikrą reakciją ir jokios kitos, net labai panašios. Pagal specifiškumo laipsnį išskiriamos šios fermentų grupės:

1) absoliutaus specifiškumo fermentai, kai katalizuojama tik viena reakcija. Pavyzdžiui, kolagenazė skaido kolageną, o maltazė – maltozę.

2) Santykinio specifiškumo fermentai. Tai apima medžiagas, kurios gali katalizuoti tam tikros klasės reakcijas, pvz., hidrolizinį skilimą.

Biokatalizatoriaus darbas prasideda nuo jo aktyviosios vietos prijungimo prie substrato momento. Šiuo atveju kalbama apie viena kitą papildančią sąveiką, pavyzdžiui, užraktą ir raktą. Čia turime omenyje visišką aktyvaus centro formos sutapimą su substratu, o tai leidžia pagreitinti reakciją.

Kitas žingsnis yra pati reakcija. Jo greitis didėja dėl fermentinio komplekso veikimo. Galų gale gauname fermentą, susijusį su reakcijos produktais.

Paskutinis etapas yra reakcijos produktų atsiskyrimas nuo fermento, po kurio aktyvusis centras vėl tampa laisvas kitam darbui.

Schematiškai fermento darbas kiekviename etape gali būti parašytas taip:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, kur S yra substratas, E yra fermentas, o P yra produktas.

Fermentų klasifikacija

Žmogaus kūne galite rasti daugybę fermentų. Visos žinios apie jų funkcijas ir darbą buvo susistemintos, todėl atsirado viena klasifikacija, kurios dėka nesunku nustatyti, kam skirtas tas ar kitas katalizatorius. Čia yra 6 pagrindinės fermentų klasės, taip pat kai kurių pogrupių pavyzdžiai.

1. Oksidoreduktazės.

Šios klasės fermentai katalizuoja redokso reakcijas. Iš viso yra 17 pogrupių. Oksidoreduktazės paprastai turi nebaltyminę dalį, kurią atstovauja vitaminas arba hemas.

Tarp oksidoreduktazių dažnai randami šie pogrupiai:

a) Dehidrogenazės. Dehidrogenazės fermentų biochemija susideda iš vandenilio atomų pašalinimo ir jų perkėlimo į kitą substratą. Šis pogrupis dažniausiai aptinkamas kvėpavimo, fotosintezės reakcijose. Dehidrogenazių sudėtyje būtinai yra kofermento NAD / NADP arba flavoproteinų FAD / FMN pavidalu. Dažnai yra metalo jonų. Pavyzdžiai yra fermentai, tokie kaip citochromo reduktazė, piruvato dehidrogenazė, izocitrato dehidrogenazė ir daugelis kepenų fermentų (laktato dehidrogenazė, glutamato dehidrogenazė ir kt.).

b) Oksidazės. Nemažai fermentų katalizuoja deguonies pridėjimą prie vandenilio, dėl to reakcijos produktai gali būti vanduo arba vandenilio peroksidas (H 2 0, H 2 0 2). Fermentų pavyzdžiai: citochromo oksidazė, tirozinazė.

c) Peroksidazės ir katalazės yra fermentai, kurie katalizuoja H 2 O 2 skaidymą į deguonį ir vandenį.

d) oksigenazės. Šie biokatalizatoriai pagreitina deguonies patekimą į substratą. Dopamino hidroksilazė yra vienas iš tokių fermentų pavyzdžių.

2. Pervedimai.

Šios grupės fermentų užduotis – pernešti radikalus iš donorinės medžiagos į recipientą.

a) metiltransferazė. DNR metiltransferazės, pagrindiniai fermentai, kontroliuojantys nukleotidų replikacijos procesą, atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant nukleorūgštį.

b) Aciltransferazės. Šio pogrupio fermentai perneša acilo grupę iš vienos molekulės į kitą. Aciltransferazių pavyzdžiai: lecitincholesterolio aciltransferazė (perkelia funkcinę grupę iš riebalų rūgšties į cholesterolį), lizofosfatidilcholino aciltransferazė (acilo grupė perkeliama į lizofosfatidilcholiną).

c) Aminotransferazės – fermentai, dalyvaujantys aminorūgščių konversijoje. Fermentų pavyzdžiai: alanino aminotransferazė, kuri katalizuoja alanino sintezę iš piruvato ir glutamato perkeliant aminogrupes.

d) Fosfotransferazės. Šio pogrupio fermentai katalizuoja fosfatų grupės pridėjimą. Kitas fosfotransferazių – kinazių – pavadinimas yra daug dažnesnis. Pavyzdžiai yra fermentai, tokie kaip heksokinazės ir aspartatkinazės, kurie atitinkamai prideda fosforo likučių į heksozes (dažniausiai gliukozę) ir į asparto rūgštį.

3. Hidrolazės – fermentų klasė, katalizuojanti jungčių skilimą molekulėje, po to įdedant vandens. Šiai grupei priklausančios medžiagos yra pagrindiniai virškinimo fermentai.

a) Esterazės – nutraukia esterinius ryšius. Pavyzdžiui, lipazės, skaidančios riebalus.

b) glikozidazės. Šios serijos fermentų biochemija susideda iš polimerų (polisacharidų ir oligosacharidų) glikozidinių ryšių sunaikinimo. Pavyzdžiai: amilazė, sacharozė, maltazė.

c) Peptidazės yra fermentai, kurie katalizuoja baltymų skilimą į aminorūgštis. Peptidazės apima tokius fermentus kaip pepsinai, tripsinas, chimotripsinas, karboksipeptidazė.

d) Amidazės – skaido amido ryšius. Pavyzdžiai: arginazė, ureazė, glutaminazė ir kt. Daug amidazės fermentų randama

4. Liazės – fermentai, kurie savo funkcijomis yra panašūs į hidrolazes, tačiau skaidant ryšius molekulėse vanduo nevartojamas. Šios klasės fermentuose visada yra nebaltyminės dalies, pavyzdžiui, vitaminų B1 arba B6 pavidalu.

a) Dekarboksilazės. Šie fermentai veikia C-C ryšį. Pavyzdžiai yra glutamato dekarboksilazė arba piruvato dekarboksilazė.

b) Hidratazės ir dehidratazės – fermentai, katalizuojantys C-O ryšių skilimo reakciją.

c) Amidin-liazės – ardo C-N ryšius. Pavyzdys: arginino sukcinato liazė.

d) P-O liazė. Tokie fermentai, kaip taisyklė, atskiria fosfato grupę nuo substratinės medžiagos. Pavyzdys: adenilato ciklazė.

Fermentų biochemija pagrįsta jų struktūra

Kiekvieno fermento gebėjimus lemia jo individuali, unikali struktūra. Bet kuris fermentas visų pirma yra baltymas, o jo struktūra ir susilankstymo laipsnis turi lemiamą reikšmę nustatant jo funkciją.

Kiekvienam biokatalizatoriui būdingas aktyvus centras, kuris, savo ruožtu, yra padalintas į keletą nepriklausomų funkcinių sričių:

1) Katalizinis centras yra speciali baltymo sritis, išilgai kurios fermentas yra prijungtas prie substrato. Priklausomai nuo baltymo molekulės konformacijos, katalizinis centras gali būti įvairių formų, kurios turi priglusti prie substrato taip pat, kaip užraktas prie rakto. Tokia sudėtinga struktūra paaiškina, kas yra tretinėje ar ketvirtinėje būsenoje.

2) Adsorbcijos centras – atlieka „laikiklio“ funkciją. Čia visų pirma yra ryšys tarp fermento molekulės ir substrato molekulės. Tačiau adsorbcijos centro suformuoti ryšiai yra labai silpni, o tai reiškia, kad katalizinė reakcija šiame etape yra grįžtama.

3) Allosteriniai centrai gali būti tiek aktyviame centre, tiek visame fermento paviršiuje. Jų funkcija yra reguliuoti fermento veiklą. Reguliavimas vyksta inhibitorių molekulių ir aktyvatorių molekulių pagalba.

Baltymai aktyvatoriai, prisijungę prie fermento molekulės, pagreitina jos darbą. Inhibitoriai, priešingai, slopina katalizinį aktyvumą, ir tai gali įvykti dviem būdais: arba molekulė prisijungia prie alosterinės vietos aktyvios fermento vietos srityje (konkurencinis slopinimas), arba prisijungia prie kitos baltymo srities. (nekonkurencinis slopinimas). laikomas efektyvesniu. Juk taip uždaroma vieta substrato prisijungimui prie fermento, o šis procesas įmanomas tik esant beveik visiškam inhibitorinės molekulės ir aktyvaus centro formos sutapimui.

Fermentas dažnai susideda ne tik iš aminorūgščių, bet ir iš kitų organinių bei neorganinių medžiagų. Atitinkamai išskiriamas apofermentas – baltyminė dalis, kofermentas – organinė, o kofaktorius – neorganinė dalis. Kofermentą gali atstovauti angliavandeniai, riebalai, nukleino rūgštys, vitaminai. Savo ruožtu kofaktorius dažniausiai yra pagalbiniai metalo jonai. Fermentų aktyvumą lemia jo struktūra: papildomos medžiagos, sudarančios kompoziciją, keičia katalizines savybes. Įvairūs fermentų tipai yra visų išvardytų komplekso susidarymo veiksnių derinio rezultatas.

Fermentų reguliavimas

Fermentai kaip biologiškai aktyvios medžiagos ne visada būtini organizmui. Fermentų biochemija yra tokia, kad per didelės katalizės atveju jie gali pakenkti gyvai ląstelei. Norint išvengti žalingo fermentų poveikio organizmui, būtina kažkaip reguliuoti jų darbą.

Kadangi fermentai yra baltyminio pobūdžio, jie lengvai sunaikinami aukštoje temperatūroje. Denatūravimo procesas yra grįžtamasis, tačiau jis gali labai paveikti medžiagų darbą.

PH taip pat vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant. Didžiausias fermentų aktyvumas, kaip taisyklė, stebimas esant neutralioms pH vertėms (7,0-7,2). Taip pat yra fermentų, kurie veikia tik rūgščioje aplinkoje arba tik šarminėje. Taigi ląstelių lizosomose palaikomas žemas pH, kuriame hidrolizinių fermentų aktyvumas yra didžiausias. Netyčia patekus į citoplazmą, kur aplinka jau arčiau neutralios, jų aktyvumas sumažės. Tokia apsauga nuo „savaime valgymo“ pagrįsta hidrolazių darbo ypatumais.

Verta paminėti kofermento ir kofaktoriaus svarbą fermentų sudėtyje. Vitaminų ar metalų jonų buvimas reikšmingai veikia kai kurių specifinių fermentų veikimą.

Fermentų nomenklatūra

Visi organizmo fermentai paprastai vadinami priklausomai nuo jų priklausomybės kuriai nors klasei, taip pat nuo substrato, su kuriuo jie reaguoja. Kartais pavadinime naudojamas ne vienas, o du substratai.

Kai kurių fermentų pavadinimų pavyzdžiai:

1. Kepenų fermentai: laktato dehidrogenazė, glutamato dehidrogenazė.
2. Visas sisteminis fermento pavadinimas: laktatas-NAD+-oksidoreduktazė.

Yra ir nereikšmingų pavadinimų, kurie neatitinka nomenklatūros taisyklių. Pavyzdžiai yra virškinimo fermentai: tripsinas, chimotripsinas, pepsinas.

Fermentų sintezės procesas

Fermentų funkcijos nustatomos genetiniame lygmenyje. Kadangi molekulė iš esmės yra baltymas, jos sintezė tiksliai pakartoja transkripcijos ir vertimo procesus.

Fermentų sintezė vyksta pagal šią schemą. Pirmiausia iš DNR nuskaitoma informacija apie norimą fermentą, ko pasekoje susidaro mRNR. Messenger RNR koduoja visas aminorūgštis, kurios sudaro fermentą. Fermentų reguliavimas gali vykti ir DNR lygyje: jei pakanka katalizuojamos reakcijos produkto, genų transkripcija sustoja ir atvirkščiai, jei yra produkto poreikis, suaktyvinamas transkripcijos procesas.

iRNR patekus į ląstelės citoplazmą, prasideda kitas etapas – transliacija. Endoplazminio tinklo ribosomose susintetinama pirminė grandinė, susidedanti iš aminorūgščių, sujungtų peptidiniais ryšiais. Tačiau baltymo molekulė pirminėje struktūroje dar negali atlikti savo fermentinių funkcijų.

Fermentų aktyvumas priklauso nuo baltymo struktūros. Toje pačioje ER vyksta baltymų sukimasis, dėl kurio pirmiausia susidaro antrinės, o paskui tretinės struktūros. Kai kurių fermentų sintezė sustoja jau šiame etape, tačiau norint suaktyvinti katalizinį aktyvumą, dažnai reikia pridėti kofermento ir kofaktoriaus.

Tam tikrose endoplazminio tinklo vietose yra prisirišę organiniai fermento komponentai: monosacharidai, nukleorūgštys, riebalai, vitaminai. Kai kurie fermentai negali veikti be kofermento.

Kofaktorius vaidina lemiamą vaidmenį formuojantis Kai kurios fermentų funkcijos pasiekiamos tik tada, kai baltymas pasiekia domeno organizaciją. Todėl jiems labai svarbus ketvirtinės struktūros buvimas, kurioje jungiamoji grandis tarp kelių baltymų rutuliukų yra metalo jonas.

Įvairios fermentų formos

Būna situacijų, kai reikia turėti kelis fermentus, kurie katalizuoja tą pačią reakciją, bet skiriasi vienas nuo kito kai kuriais parametrais. Pavyzdžiui, fermentas gali dirbti 20 laipsnių temperatūroje, tačiau esant 0 laipsnių jis nebegalės atlikti savo funkcijų. Ką tokioje situacijoje esant žemai aplinkos temperatūrai turėtų daryti gyvas organizmas?

Šią problemą nesunkiai išsprendžia keli fermentai vienu metu, katalizuojantys tą pačią reakciją, bet veikiantys skirtingomis sąlygomis. Yra dviejų tipų įvairių formų fermentai:

1. Izofermentai. Tokius baltymus koduoja skirtingi genai, jie susideda iš skirtingų aminorūgščių, bet katalizuoja tą pačią reakciją.
2. Tikrosios daugiskaitos formos. Šie baltymai yra transkribuojami iš to paties geno, tačiau peptidai yra modifikuoti ribosomose. Dėl to gaunamos kelios to paties fermento formos.

Dėl to pirmasis kelių formų tipas susidaro genetiniame lygmenyje, o antrasis - potransliaciniame lygmenyje.

Fermentų svarba

Medicinoje tai susiję su naujų vaistų išleidimu, kuriuose medžiagų jau yra reikiamu kiekiu. Mokslininkai dar nerado būdo, kaip paskatinti organizme trūkstamų fermentų sintezę, tačiau šiandien plačiai naudojami vaistai, galintys laikinai kompensuoti jų trūkumą.

Įvairūs fermentai ląstelėje katalizuoja įvairiausias gyvybę palaikančių reakcijų įvairovę. Vienas iš šių enizmų yra nukleazių grupės atstovai: endonukleazės ir egzonukleazės. Jų užduotis – palaikyti pastovų nukleorūgščių kiekį ląstelėje, pašalinti pažeistą DNR ir RNR.

Nepamirškite apie tokį reiškinį kaip kraujo krešėjimas. Kadangi šis procesas yra veiksminga apsaugos priemonė, jį kontroliuoja daugybė fermentų. Pagrindinis yra trombinas, kuris neaktyvų baltymą fibrinogeną paverčia aktyviu fibrinu. Jo siūlai sukuria tam tikrą tinklą, kuris užkemša kraujagyslės pažeidimo vietą, taip užkertant kelią per dideliam kraujo netekimui.

Fermentai naudojami vyno gamyboje, alaus darykloje, gaunant daug rauginto pieno produktų. Mielės gali būti naudojamos alkoholiui gaminti iš gliukozės, tačiau sėkmingam šio proceso eigai pakanka ir jų ekstrakto.

Įdomūs faktai, kurių jūs nežinojote

Visi organizmo fermentai turi didžiulę masę – nuo ​​5000 iki 1000000 Da. Taip yra dėl baltymų buvimo molekulėje. Palyginimui: gliukozės molekulinė masė yra 180 Da, o anglies dioksido tik 44 Da.

Iki šiol buvo atrasta daugiau nei 2000 fermentų, kurie buvo rasti įvairių organizmų ląstelėse. Tačiau dauguma šių medžiagų dar nėra visiškai suprantamos.

Veiksmingiems skalbinių plovikliams gaminti naudojamas fermentų aktyvumas. Čia fermentai atlieka tą patį vaidmenį kaip ir organizme: skaido organines medžiagas, o ši savybė padeda kovoti su dėmėmis. Panašius skalbimo miltelius rekomenduojama naudoti ne aukštesnėje kaip 50 laipsnių temperatūroje, kitaip gali įvykti denatūravimo procesas.

Remiantis statistika, 20% žmonių visame pasaulyje kenčia nuo kurio nors iš fermentų trūkumo.

Fermentų savybės žinomos labai seniai, tačiau tik 1897 metais žmonės suprato, kad ne pačios mielės, o jų ląstelių ekstraktas gali būti panaudotos cukrui fermentuoti į alkoholį.

FERMENTAI – baltyminės prigimties organinės medžiagos, kurios sintetinamos ląstelėse ir daug kartų pagreitina jose vykstančias reakcijas, nevykdamos cheminių virsmų. Panašų poveikį turinčios medžiagos egzistuoja negyvojoje gamtoje ir vadinamos katalizatoriais.

Fermentai (iš lot. fermentum – fermentacija, raugas) kartais vadinami fermentais (iš graikų en – viduje, zyme – raugas). Visose gyvose ląstelėse yra labai daug fermentų, nuo kurių katalizinio aktyvumo priklauso ląstelių funkcionavimas. Beveik kiekviena iš daugelio skirtingų ląstelėje vykstančių reakcijų reikalauja tam tikro fermento dalyvavimo. Fermentų cheminių savybių ir jų katalizuojamų reakcijų tyrimas yra ypatinga, labai svarbi biochemijos sritis – enzimologija.

Daugelis fermentų ląstelėje yra laisvos būsenos, tiesiog ištirpę citoplazmoje; kiti yra susiję su sudėtingomis labai organizuotomis struktūromis. Taip pat yra fermentų, kurie paprastai yra už ląstelės ribų; taigi fermentus, katalizuojančius krakmolo ir baltymų skilimą, kasa išskiria į žarnyną. Išskiria fermentus ir daugybę mikroorganizmų.

Fermentų veikimas

Fermentų, dalyvaujančių esminiuose energijos konversijos procesuose, tokiuose kaip cukrų skaidymas, didelės energijos junginio adenozino trifosfato (ATP) susidarymas ir hidrolizė, yra visų tipų ląstelėse – gyvūnų, augalų, bakterijų. Tačiau yra fermentų, kurie gaminami tik tam tikrų organizmų audiniuose.

Taigi, celiuliozės sintezėje dalyvaujančių fermentų yra augalų ląstelėse, bet ne gyvūnų ląstelėse. Taigi svarbu atskirti „universalius“ fermentus nuo fermentų, būdingų tam tikriems ląstelių tipams. Paprastai tariant, kuo labiau specializuota ląstelė, tuo didesnė tikimybė, kad ji susintetins fermentų rinkinį, reikalingą tam tikrai ląstelės funkcijai atlikti.

Fermentų ypatybė yra ta, kad jie pasižymi dideliu specifiškumu, ty jie gali pagreitinti tik vieną reakciją arba vienos rūšies reakcijas.

1890 metais E. G. Fisheris pasiūlė, kad šį specifiškumą lemia ypatinga fermento molekulės forma, kuri tiksliai atitinka substrato molekulės formą.Ši hipotezė vadinama „raktu ir užraktu“, kur raktas lyginamas su substratu, o spyna – su fermentu. Hipotezė yra ta, kad substratas tinka fermentui kaip raktas tinka spynai. Fermento veikimo selektyvumas yra susijęs su jo aktyvaus centro struktūra.

Fermentų aktyvumas

Visų pirma, temperatūra turi įtakos fermento veiklai. Kylant temperatūrai, didėja cheminės reakcijos greitis. Molekulių greitis didėja, jos turi daugiau galimybių susidurti viena su kita. Todėl tikimybė, kad tarp jų įvyks reakcija, didėja. Optimali temperatūra, kuri užtikrina didžiausią fermento aktyvumą.

Esant už optimalios temperatūros, reakcijos greitis mažėja dėl baltymų denatūravimo. Kai temperatūra mažėja, mažėja ir cheminės reakcijos greitis. Tuo momentu, kai temperatūra pasiekia užšalimo tašką, fermentas yra inaktyvuojamas, bet nedenatūruojasi.

Fermentų klasifikacija

1961 metais buvo pasiūlyta sistemingai suskirstyti fermentus į 6 grupes. Tačiau fermentų pavadinimai pasirodė labai ilgi ir sunkiai ištariami, todėl dabar įprasta fermentus vadinti darbiniais pavadinimais. Darbinį pavadinimą sudaro substrato, kurį veikia fermentas, pavadinimas, po kurio rašoma galūnė „aza“. Pavyzdžiui, jei medžiaga yra laktozė, tai yra pieno cukrus, tada ją paverčia laktazė. Jei sacharozė (paprastas cukrus), tada ją skaidantis fermentas yra sacharozė. Atitinkamai, baltymus skaidantys fermentai vadinami proteinazėmis.