Biologik kimyo

mahsuloti

38-rasm .  T urg'un boim agan  ferment-substrat kompleksining hosil boiishi

B irin c h i  b o sq ich d a  sub strat  fe rm en tg a  d iffuziyalanad i  va 

ferm entning  faol  m arkazi  bilan  b o g ia n a d i  va  ferm ent-substrat 

kompleksi hosil b oiadi (ES). Ikkinchi bosqichda birlamchi hosil boigan 

ferm ent-substrat  kompleksi  reaksiya  mahsulotini  faol  markazdan 

ajralishi va tashqi muhitga difFuziyalanishi kuzatiladi (ES kompleks E 

va  P  ga  ajraladi).  Birinchi  bosqich juda  tez  kechadi  va  uning  tezligi 

substrat konsentratsiyasiga va uning faol markazga diffuziyalanishiga 

bogiiq. Ikkinchi bosqich qisqa b o iib  hosil boigan moddaning muhitga 

diffuziyalanishiga bogiiqdir.

Ferm en t la rning spetsifikligi. K o‘p subs tratlardan bir yok i bir necha 

k im y o v iy   tu z ilish i  jih atid an   o 'x sh a sh   b o ‘lg a n la r n i  tan lab   o lis h  

xususiyatiga fermentlaming spetsifikligi deyiladi. Fermentlam ing yuqori 

spetsifikhkka ega b o iis h i termodinamik sodir b o iis h i m um kin b o ‘lgan 

kim yoviy reaksiyalardan faqat ba’zilarini tanlab oladi v a  shuning uchun 

metabolik jarayonlam i um um iy yo'nalishini k o 'p in ch a  aniqlaydi.

Quyidagi  spetsifiklik turlari  tafovut etiladi:

1.  Absolut spetsifiklik.

2.  Absolut-guruh  spetsifikligi.

3.  N isbiy guruh  spetsifikligi.

4.  N isbiy  spetsifiklik.

5.  Steriokim yoviy  spetsifiklik.

A bsolut  sp etsiilk lik k a   faqat  bitta substratga ta’sir eta oladigan  va 

o ‘xshash b o ig a n  molekulalar bilan ta’sir etm aydigan fermentlar egadir. 

Masalan:  ureaza,  aspartaza,  arginaza va boshqalar.

A bsolut-gu ru h   sp etsifik ligiga  bir xil  tipda  tu zilish ga  ega b o ig a n  

substratlarga  ta’sir etadigan fermentlar kiradi.  M asalan: glyukozidaza, 

karboksipeptidaza,  aminopeptidaza va  boshqalar.

N isbiy-guruh spetsifikligiga kim yoviy b o g 1 turiga nisbatan spetsifik 

bo  lgan  fermentlar  kiradi.  Masalan:  lipaza,  esterazalar  triglitserid, 

diglitserid,  m onoglitserid   m olekulasidagi  m urakkab  efir  b o g ia r in i 

uzadilar va boshqalar.

N isb iy sp etsifik lik  xususiyatiga sitoxrom  R450, pep sin, ximotripsin, 

tripsin va boshqa proteolitik  fermentlar ega.

S terioxim ik sp etsiilk lik k a faqat bir fazoviy izom erga ta’sir etuvchi 

fermentlar egadir. M asalan: am inokislotalam ing L -  ok sidaza yoki D  -  

oksidazalari  faqat  tegishli izomerlargagina ta’sir etadilar.

Fermentlaming spetsifik ta’siri 2 gipoteza yordam ida tushuntiriladi: 

Fisher  gipotezasi  -   ferment  va  substrat  bir-biriga  k alit  qulfga  to ‘g ‘ri 

kelganidek m os k elishi kerak.  Koshland gipotezasi  — majburan  to ‘g ‘ri 

kelishlik,  ba’zan  ferment  o'zining  konform atsiyasini  o ‘zgartirish  va 

substratiga  m os  kelishi  mumkin.  Buni  q o ip a y p o q   v a   kaft  m isolida 

tushuntirish mumkin.

F e r m e n tla m in g  ta sn iil  va  n o m e n k la tu r a si

Fermentlar  nom langanda  substratlarning  o x ir ig a   -   aza  suffiksi 

qo  shiladi  (D y u k lo   ta k lifi  bo  yich a,  1 8 8 3 -y ).  M asalan :  arginaza 

argininning gidrolizini katalizlaydi, saxaraza -  saxarozaning, fosfataza

-  fosfo -  efir b o g ia r i  va  boshqalar.

B o sh q a   u su l  —   katalizlanuvchi  reaksiya  nom iga  -   aza  su ffik si 

q o 's h ila d i.  M asalan:  d egid rogen aza  vod o ro d n in g   ajralib  c h iq ish  

reaksiyasin i,  gidrolaza -  gidroliz reaksiyasini,  transferaza -  kim yoviy 

g u r u h la r n i  o 't k a z is h   r e a k s iy a la r in i  k a ta liz la y d i.  Y u q o rid a  

k e ltir ilg a n la r g a   qaram asdan  b a ’zi  ferm en tlar  o 'z la rin in g   travial 

n om larini  saq lab   qolganlar:  tripsin,  pepsin,  katalaza,  ulam ing  nom i 

katalizlanuvchi reaksiya turiga, shuningdek, substratning nomiga to ‘g ‘ri 

k e lm a y d i.  1 9 6 1 - y ild a   V   x a lq a ro   b io k im y o g ‘arlar  k o n g r e ssid a  

ferm entlam ing tasnifi va nomenklaturasi qabul qilingan va uning asosiga 

quyidagi  tam oyillar q o‘yilgan:

ferm entning nom i  o ‘z ichiga olishi  kerak:

-  substrat nomini;

-  k oferm en t nomini;

-  katalizlan uvchi reaksiya turini.

M a s a la n ,  u sh b u   n o m en k la tu ra   b o ‘y ic h a   L D G   q u y id a g ic h a  

nom lanadi:  L  -  laktat -  N A D  -  oksidoreduktaza.  Bu nomda birdaniga 

3  xu su siyat o ‘z   aksini topgan:

-  substrat -  laktat (sut kislota);

-  k oferm en t -  N AD;

-   reak siya  turi  —  substrat  va  vodorod  akseptori  (N A D )  o ‘rtasida 

oksidlanish   va   qaytarilish reaksiyasi.

Har bir fermentga barcha fermentlar ro‘yxatida alohida nomer (shifr) 

berilgan.  M asalan:  laktatdegidrogenaza  1.1.1.27  shifriga ega.  Birinchi 

raqam  sin fn in g   nom erini,  ikkinchi  -  sinfchaning,  uchinchi  -   kenja 

sinfning, to'rtinchi -  ko'rsatilgan guruhda egallagan o'm ini k o ‘rsatadi.

Ferm entlam ing tasnifi katalitik ta’sirga uchrayotgan reaksiya turiga 

asoslangan.  Barcha fermentlar 6  sinfga bo'linadilar:

1.  Oksidoreduktaza.

2.  Transferaza.

3.  G idrolaza.

4.  L iaza.

5.  Izom eraza.

6.  L ig a za  (sintetaza)  (13-jadval).

F e r m e n tla m in g   har  bir  sin fi  in dividual  o ‘zgarishlarga  bog  liq 

ravishda y a n a  kichik sinf, kenja  sinflarga  b o lin a d i.

;.  O K S ID O R E D U K T A Z A lar  (degid rogen azalar).  U shbu  s in f 

fer m e n tla r  14  guruhga  b o 'lin a d i.  U lar  hujayradagi  o k sid la n ish - 

qaytarilish  reaksiyalarini  katalizlaydi  va  vodorod  atomi,  elektronlarni 

substratdan oxirgi akseptorga o ‘tkazuvchi k o ‘p bosqichli reaksiyalam i 

am alga  oshiradilar.

F erm en t sinflari

Sinf

R e a ks iya   turi

A s o s iy   kichfk sin fla r

|  lO k s id o r e d u k - 

| 

tazalar

t .........................................

c  s  Q a ytaiiU sh  e kvivalentl

| 

}  

f U l / j  

_____ ^  

; 

-j 

J - 0 U ]

A r e d  

B o x  

A

q x

 

B re d

D e g id ro g e n a z a la r

O k s id a z a la r

P e ro k s id a z a la r

R e d u k ta z a la r

M o n o o k s ig e n a za la r,

D io k s ig e n a z a la r

¿ Tra n s fe r a z a la r

i ' '  

;

....-1  

f

......

i

A - B  

C  

A

.  J 

1

B - C

C , -  tra n s fe ra za la r 

G lik o zittra n s fe ra za la r 

A m in o tra n s fe ra za ta r 

Fo sfo tra n s fe ra z a la r

3  GtdroJazalar

! 

i 

+  

•  

! 

'1  

' W

A ~ B  

H 20  

A - H  

B - O H

E s te ra z a la r

G lik o zid a za la r

P e p tid a z a la r

A m id a z a la r

4. 

Lia za la r 

-

r......i 

?

...... >

l . . i  

........, 

‘ 

i 

i

A  

B  

A - B

C - C -  lia za la r 

C -O *  lia za la r 

C - N -  lia za la r 

C - S -  lia za la r

?"V*

S. Izo m e ra za ia r

!

....! 

C l

y 

^

 

_ 

; 

|

i

l

A  

L _ J  

iz O -A

E p im e ra z a la r 

s is -tra n s -iz o m e ra z a la r 

Ichki  m o le k u ly a r 

tra n s fe ra z a la r

6 .ü g a z a la r

(s in te ta zala r)

! 

|  8 

X . A . G . U . C  

j 

XDP

; 

] 

♦ 

I L ® ©   ■*=?  \ 

*

1.....!  A  

K R T  

®

A - B

C -C - l i g a z a l a r  

C -O - l i g a z a l a r  

C -N - li g a z a l a r  

C - S -  lig a z a la r

2.  TR A N SFE R A Z A lar.  G uruh  va  m olek u lyar  q o ld iq la r n i  bir 

birikm adan  ik k in ch isiga  o ‘tk a zish   reaksiyalarini  tezlash tirad ilar. 

Fosfotransferaza,  aminotransferaza, metiltransferaza, formiltransferaza 

va  boshqalar tafovut etiladi  (2 0 0   ferment).

3.  GIDROLAZAlar.  Fermentlar suv  biriktirish y o ‘li  bilan  organik 

m oddalam ing  parchalanish  reaksiyalarini  tezlashtiradilar.  U la m in g   9 

'guruhi mavjud,  169 dan ortiq fermentlar kiradi. Ularga m isol b o‘la oladi: 

esterazalar,  glikozidazalar,  peptidazalar,  amilazalar  va  boshqalar.

4.  LIAZAIar.  C-C,  C -N ,  C -O   va  boshqa  b og‘lam i  uzish  orqali

o rg a n ik   m o d d a la m in g   n o g id r o lit ik   p a r c h a la n ish   r e a k s iy a s in i 

katalizlaydi.  Bu  sin f  o ‘z  ichiga  9  guruhni  oladi.  Ularga  quyidagilar 

kiradi:

uglerod-uglerod liazalar (C-C )

uglerod-kislorod  liazalar (C-O )

uglerod-azot liazalar  (C-N )

5.  IZ O M E R A Z A lar.  Ichki  m olek u lyar  o'zgarish   jarayonlarini 

tezlashtiradilar  (vodorod,  fo sfat  va  atsil  guruhlarini  tashish,  q o ‘sh 

b o g i a r n i  

o ‘rn in i 

o 'z g a r t ir is h  

v a  

b o sh q a la r ). 

M asalan : 

triozafosfatizom eraza,  fosfoglitserom utaza  va  boshqalar.  Bu  sin f  9 

guruhga b o iin a d i.

6.  LIG A ZA lar (sintetazalar). Biosintetikjarayonni amalga oshirish 

uchun donor, energiya sarfi bilan kechadigan organik moddalar sintezi 

re a k siy a la r in i  tezlashtiradi  (m asalan,  en ergiya  donori  b o ‘lib   ATF 

h isoblanad i).  S in f o ‘z  ichiga  7  guruh  fermentlarni  oladi.  Ligazalar  C- 

C,  C -N ,  C -O   b ogia rn in g   hosil  b o iis h in i  katalizlaydi  (masalan,  oqsil 

sin tezida  qatnashuvchi fermentlar).

Fermentlar faolligini o‘lchash birliklari

F er m e n ta tiv   rea k siy a   te z lig in in g   ferm ent  k on sen tratsiyasiga  

b o g ‘liq lig i  tabiatan  ch iziqli  b o ia d i.  Ferment  miqdorini  k o'pchilik  

hollarda absolyut miqdorlar (masalan, grammlar hisobida) bilan o ic h a sh  

m um kin b oim agan id an  reaksiya tezligining ferment miqdoriga chiziqli 

tarzda b o g iiq lig ig a  asoslangan shartli birliklardan foydalanishga to‘g ‘ri 

keladi.

Ferm ent  birligi  (E)  deb  lm k   m ol  m oddaning  bir  daqiqa  ichida 

k im y o v iy   o ‘zgarishga  uchrashini  katalizlaydigan  ferment  miqdoriga 

aytila d i.  T o ‘qim alardagi  ferm ent  birliklarining  soni  mana  bunday 

form ulaga m uvofiq aniqlanadi:

o 'zgarish ga uchragan substrat miqdori, mk mol

______________________________________________ = nE

to ‘q im a namunasi, g x  inkubatsiya vaqti,  daqiqa

M isol:  laktatdegidrogenazani aniqlash uchun  1 0 0 m g jig a r to ‘qimasi 

olin gan   ed i.  Tortib  olingan  shu namuna  substrat  eritmasiga  15  daqiqa 

d avom id a  inkubatsiyalandi va  210 mk  m ol m ahsulot hosil  b o ig a n lig i 

topildi. Dem ak, jigar to‘qimasining har bir grammiga 210/(0,1 x 15)= 140 

birlik  laktatdegidrogenaza mavjud.

K o'p in ch a fermentning solishtirma faolligi aniqlaniladi:  solishtirma 

fa o llig i  namunadagi  ferment birliklarining  shu  namunadagi  oqsil  (mg 

h isob id a  olingan  oqsil)  m assasiga  b o iin g a n   soniga  tengdir.  Masalan: 

l g   jigar  to'qim asida  140  birlik  laktatdegidrogenaza  va  200  m g  oqsil 

b o i s a ,  bu holda jigardagi laktatdegidrogenazaning solishtirma faolligi 

1 4 0 / 2 0 0 = 0 ,7   (m k  m o l/m in )m g   b o i a d i .   S o lish tirm a   fa o llik d a n

fermentlarni  tozalash  vaqtida,  ay n iq sa ,  k o ‘p  foydalaniladi:  b o sh q a  

o q silla r   ch iq arib   tash lan gan d an   k e y in   sa y in   preparatda  a jr a tib  

olinayotgan  ferment  ulushi  ortib  boradi.  Demak,  solishtirm a  fa o llik  

ham  kuchayib  boradi.  Solishtirm a  faollik ning  ortib  borishiga  qarab 

tozalash  ayrim bosqichlarining  sam aradorligiga baho  beriladi.

Tozalangan,  individual  ferm ent  b o ‘lsa,  uning  m olyar  fa o llig in i 

o'lchash   mumkin:  molyar  fa o lligi  namunadagi  ferment  birliklarining 

m ikrom ollar hisobida ifodalangan ferm ent miqdoriga b o ‘lingan so n ig a  

tengdir.  Masalan:  tarkibida  0 ,0 0 2   m k  m ol  ferment  bo'lgan  fum araza 

eritmasida  240  birlik  ferment  (m k  m ol/m in   hisobida)  topilgan  b o ‘Isa, 

fumarazaning molyar faolligi  b o ‘ladi:

240  mk  mol/daqiqa

-------------------------------   =  1 2 x 1 0   4daqiqa  ■'

0 ,002 mk mol

Katal  -   1  m ol  substratni  1  so n iy a  katalizlovchi ferment  m iqd origa 

aytiladi.

Fermentlar faolligining boshqarilishi

M etabolizmni tashkil etuvchi k im y o v iy  reaksiyalaming tezligi m uhit 

sharoiti va fiziologik holatga b o g ‘liq ravishda o ‘zgaradi (boshqariladi). 

M etabolizm ni  boshqarishning  a so siy   mexanizmlaridan  b o ‘lib  ferm ent 

faolligini boshqarish hisoblanadi.  Boshqarilishning 3 bosqichi m avjud:

1.  Hujayra ichi boshqarilishi (substratlar, metabolitlar, aktivatorlar, 

ingibitorlar,  pH,  harorat,  allosterik  fermentlar).  Bunday  boshqarilish 

avtomatik  kechadi.

2.  Gormonal boshqarilish. O qsil tabiatli gormonlar va am inok islota 

hosilalari hujayraviy  fermentlarni  adenilatsiklaza tizimi  orqali,  steroid  

gormonlar va tiroksin gen darajasida fermentlar sintezini jadallashtiradi.

3.  Nerv  tizimi orqali  boshqarilish.

Hujayra  ichi  boshqarilishi q u yid agilam i  o ‘z  ichiga oladi:

a)  faol  b o‘lmagan  o'tm ishdoshning  faollanishi  -   proferment  yo k i 

zim ogenning;

b) faol bo‘lmagan oqsil-faol ferm ent kompleksini dissotsiatsiya qilish  

y o ‘li  bilan  faollashtirish;

d)  ferment  molekulasiga  spetsifik  m odifikatsiya  qiluvchi  guruhni 

kiritish  orqali  faollantirish (fosforillanish/defosforillanish);

e)  teskari  b og‘lanish orqali  allosterik  boshqarilish.

H ar  bir  ferm entning  f a o llig i  avvalam bor  substrat  va  reaksiya 

m ahsulotining konsentratsiyasiga  bog‘liqdir:

V + l

S ------>  P

V -l

Substrat  va  reaksiya  m ahsu lotlari  bilan  bir  qatorda  fermentlar 

f a o llig in i  boshq aru vch ilarga  k oferm ent  va  kofaktorlarni  k eltirish 

m n m l f i n . 

B iologik sistem alarda ular konsentratsiyasini o'zgartirish bitta 

em as,  balki  bir guruh ferm entlar  faolligini o'zgartirishi mumkin.

F erm en tla r  f a o llig in i  v a   shu  jum lad an,  m e ta b o lik   y o i l a r n i  

boshqarishda  modifikatorlar  m uhim   rol  o ‘ynaydi:  ijobiy  (effektorlar) 

v a   sa lb iy   (ingibitorlar).  E ffek to r  v azifasin i  kofaktorlar,  m etallar, 

substratlar, metabolitlar o 'tayd i.

R eaksiya tezligini pasaytiruvchi moddalarga ferm entlar  ingibitorlari 

d eb   ataladi.  Oqsil  denaturatsiyasini  vujudga  keltiruvchi  moddalar  va 

om illar  (qizdirish,  kislota,  ishqor,  o g ‘ir  metall  tuzlari  va  boshqalar) 

fermentlarni ingibirlaydi. Qaytar va qaytmas ingibirlanish tafovut etiladi.

Qaytar  ingibirlanishda  reaksiya  tezligining  pasayishi  ingibitor  va 

ferm ent o ‘rtasidagi reaksiya tezligin i qaytar pasayishi hisobiga boradi:

E +I 

EI

Ferm entlarning  q aytm as  in gib irlan ish i  m ustahkam   ferm ent  va 

ingibitor ta’sirida birikma h o sil  b o‘lishi bilan xarakterlanadi:

E + 1   ->  E I

EI  kom pleksining  h osil  b o iis h i  kataliz jarayonida  ishtirok etuvchi 

ferm ent funksional guruhlari bilan kovalent b og‘  hosil b o iis h i hisobiga 

boradi.  Ta’sir  m exan izm iga  k o ‘ra  qaytar  ingibirlanish  quyidagicha 

b o iin a d i  (39-rasm):

1)  raqobatli;

2)  raqobatsiz;

3)  raqobat qilm aydigan;

4)  substrat;

5)  allosterik.

Raqobatli  ingibirlanishda  ingibitor  fermentning  substrat  bilan 

birikadigan  funksional  guruhlari  bilan  birikadi.  Raqobatli  ingibitorlar 

odatda substrat bilan tuzilishi jihatidan o ‘xshaydilar. Klassik m isol b o iib  

S D G ning malonat kislotasi  bilan  ingibirlanishi  hisoblanadi,  u  qahrabo 

kislota bilan struktura jihatidan o ‘xshashdir; akonitaza ftorlimon kislota 

bilan ingibirlanadi. Raqobatli  ingibitor bilan  substratning o'xshashligi 

natijasida bunday ingibirlanish izosterik ingibirlanish deb ham ataladi.

Raqobatli

ingibirlanish

'  [ c l

Raqobatsiz 

, 

¡rtgibirlanish 

:  '

l5 J

...._..

4

, 

Modifikatsiyalovchi 

reagent

c l .

3.0'tish holati  o’xshashliklari 

5 . 

“Suitsid  substrat”

39-rasm .  In g ib irlan ish  

turlari

R aqob atsiz  ingibirlanishda  in g ib ito r   ferm ent  bilan  fu n k sio n a l 

b o‘lmagan guruhlar orqali bog‘lanadi. Raqobatsiz ingibirlanishga sian id  

kislota, k im yoviy birikmalar, natriy ftorid, natriy azid va boshqalar ta ’siri 

m isol  b o i a   oladi.  Ular  ferment  k a ta litik   markaziga  k iru vch i  S H - 

guruhlarni b og‘lab oladi. Raqobatsiz ingibitor ta’sirini substrat m iqdorini 

k o ‘paytirib  bartaraf  qilish  m um kin   em as.  Ingibitorga  b o g ‘ lo v c h i 

moddalar  bilan  ta’sir  etish  mumkin.  B unday  moddalar  reaktivatorlar 

deb  yuritiladilar.  Raqobat  qilm aydigan   ingibirlanish  deb,  ferm en t- 

substrat kompleksiga ingibitoming birikishi bilan boradigan ferm entativ 

reaksiyaning  pasayishiga  aytiladi.  R aqob at  qilm aydigan  in g ib ito r  

ferment  bilan  substratsiz  muhitda  birikm aydi.  Ayni  vaqtda,  in gib itor 

substratning  ferment bilan bog‘lanishini yengillashtiradi, keyin esa  o ‘zi

ferment-substrat kom pleksi bilan birikib, ferment faolligini ingibirlaydi. 

Bu  ingibirlanishning kam  uchraydigan turidir.

E+ S  -»ES +1 -»ESI 

Substrat  ingibirlanish  deb  fermentativ  reaksiyani  substrat miqdori 

k o ‘p b o ig a n  vaqtda pasayish iga aytiladi. Bunday ingibirlanish katalitik 

o ‘zgarishga  uchray  olm aydigan   ferment-substrat kom pleksining  hosil 

b o iis h i  bilan sodir b o ‘ladi.

Allosterik boshqarilish. 

K o'pgina fermentlar,  faollikni  oshiruvchi 

y o k i  pasaytiruvchi,  m a ’lum   bir  metabolitlar  bilan  qayta  b o g ia n ish i 

mumkin.  Bunday m etabolitlar  effektorlar deb yuritiladilar.

Effektor  fermentning  katalitik  faol  markazi  bilan  b ogianm asdan, 

m axsus  boshqaruvchi  -   allosterik  markazga  b o g ia n a d i.  Allosterik 

fermentlar  odatda  2  yo k i  undan  ortiq  subbirliklardan  tashkil  topgan. 

Bir  subbirlikda  katalitik  m arkaz  (katalitik  subbirlik),  boshqasida  -  

boshqaruvchi  m arkaz  (boshqaruvchi  subbirlik)  m avjud.  A llosterik 

in gib itor  b o im a g a n   sh aroitd a  substrat  katalitik  faol  markaz  bilan 

b o g ia n a d i va reaksiya sodir b o ia d i. Agar muhitda allosterik ingibitor 

b o is a , u boshqariluvchi markaz bilan bogianadi, natijada boshqaruvchi 

subbirlikning konform atsiyasini o ‘zgartiradi; buning natijasida katalitik 

subbirlikning,  katalitik  m arkazning  ham  konform atsiyasi  o ‘zgarib, 

natijada  ferm en tn in g  f a o llig i  pasayadi.  A llo ster ik   in gib itorn in g