Ilmiybaza.uz FERMENTLARNING XOSSALARI. FERMENTLAR KLASSIFIKATSIYASI Reja: 1. Fermentlarning tasnifi va nomenklaturasi 2. Fermentlarning asosiy xossalari 3. Fermentlarning termolyabilligi 4. Fermentlarning maxsusligi Ilmiybaza.uz Fermentlarning tasnifi va nomenklaturasi Fermentlarning zamonaviy tasnifi biokimyogarlarning 5-Xalqaro kongressi tomonidan (Moskva, 1961) tasdiqlangan. Bu tasnif ilmiy asosda komissiya tomonidan ishlab chiqilgan bo’lib, fermentlarni tasniflash va nomlash uchun uch xil tamoyildan foydalaniladi, ular jumlasiga: - fermentning nooqsil qismi (prostetik guruh)ning kimyoviy tabiati (uning nukleprotein, flavoprotein, piridoksalfosfat protein, gemprotein, metalloprotein va boshqalar); - substratning kimyoviy tabiati (uglevod, oqsil, yog’, nuklein kislotalari); - katalizlanadigan reaksiyani tipi kiradi. Bunda reaksiya tipi substrat(lar) nomi bilan birgalikda, u fermentlarni tizimlinomlash uchun xizmat qiladi. Bu tasniflashga muvofiq fermentlar, ularning katalizlaydigan reaksiyalari tavsifiga qarab oltita sinfga bo’linadi. Sinflar kenja sinflarga, ular esa kenja-kenja sinflarga yoki guruhlarga bo’linadi, ularning har biri tartib raqamlari asosida belgilanadi. Shu asosda har bir ferment o’zining to’rt raqamli shifriga ega. Masalan, Glukooksidaza fermenti birinchi sinfga, birinchi kenja sinfga, uchinchi kenja, kenja sinf(guruh)ga kirib, bu guruhning 4-o’rnida joylashadi va sistematik jihatdan K.F.1.1.3.4 tarzida ro’yxatga olinadi. Sinflarga bo’linishi quyidagi tartibda amalga oshiriladi. 1. Oksireduktazalar ‒ bu fermentlar oksidlovchi-qaytaruvchi fermentlar bo’lib, biologik oksidlanishda ishtirok etadi. Ularning sistematik nomlanishi ―donor: akseptor-oksireduktaza‖ shaklida amalga oshiriladi, masalan, laktatdegidrogenazalar (LDG) Laktat: NAD+-oksireduktaza deb nomlanadi. Ular orasida aerob (protonni molekulyar kislorodga) va anaerob (protonni oraliq substratga, lekin O2 ga emas) ko’chirilishi bilan bog’liq reaksiyalarni katalizlovchi fermentlar farqlanadi. Bu sinfga tarkibida gem tutuvchi (katalaza, peroksidaza va boshqa) fermentlar ham kiradi. 2. Transferazalar ‒ har xil atom (yoki guruh, radikal)larni tashilishi reaksiyalarini katalizlaydi. Ularning nomlanishi: ―donor: tashiluvchi Ilmiybaza.uz guruhtransferaza‖ shaklida amalga oshiriladi. Masalan, metil-, formil-, atsetil-, amino-, fosfatransferazalar. 3. Gidrolazalar ‒ organik moddalarning molekulalararo reaksiyasi bo’lib, suv ishtirokida kechadigan parchalanish, suv ajratish yo’li bilan kechadigan sintez reaksiyalarini katalizlaydi. Nomlanishi ―substrat-gidrolaza‖ tartibida amalga oshiriladi. Masalan, peptid-gidrolaza, glukozid-gidrolaza va h.k. 4. Liazalar ‒ qo’sh bog’lar, ya‘ni -C=O, -C=C-, -C=N- va boshqalarning hosil bo’lishi yoki qo’shbog’larning yo’qolishi bilan o’tadigan reaksiyalarni katalizlaydi. Bu fermentlar qo’sh bog’li o’rinlarga har xil guruhlarni birikishi bilan yoki ularga teskari bo’lgan, ya‘ni bu guruhlarni ajralishi bilan kechadigan reaksiyalarni katalizlaydi. Bu fermentlarning nomlanishi ―substrat-liaza‖ tartibida amalga oshiriladi. Masalan, fumarat-liaza, karboksi-liaza (dekarboksilaza). 5. Izomerazalar – bu fermentlar xilma-xil tipdagi izomerizvsiya reaksiyalarini katalizlaydi. Izomerizatsiya fermentlarini nomlanishi ―substrat- sistrans-izomeraza‖ shaklida amalga oshiriladi. Bunda agar izomerizatsiya molekulani ichida sodir bo’lsa, ferment mutazalar deyiladi. Bu fermentlarga ratsemaza va epimerazalar ham kiradi, ular amino- va oksikislotalarga, karbonsuvlar va ularning hosilalariga ta‘sir etadi. 6. Ligazalar (sintetazalar) – dastlabki ikki xil molekuladan ATF yoki boshqa nukleozidtrifosfatlarning energiyasini sarfi asosida organik moddani sintezlanishini katalizlovchi fermentlar hisoblanadi. Ularning nomlanishi ―X:Yligaza‖ shaklida amalga oshiriladi, bu yerda X va Y lar dastlabki reaksiyaga kirishuvchi moddalardir. Masalan, ―L-glutamat: ammiak-ligaza‖ bu ferment quyidagi reaksiyani katalizlaydi: HOOC-CH2-CH2-CH-COOH+HNH2→H2N-OC-CH2-CH2-CH- COOH+H2O NH2 NH2 Ilmiybaza.uz Glutamin kislota Ammiak Glutamin Fermentlarning asosiy xossalari Fermentlar oqsil bo’lib, qator o’ziga xos tavsifli xossalarga ega bo’ladi. Shuni alohida qayd etish lozimki, fermentlar termolabil moddalar, ularning faolligiga, substrat va fermentning o’zini konsentratsiyasi, muhitning pH, va boshqa omillar ta‘sir qiladi, shuningdek, ularda maxsuslik farqlanadi. Fermentlarning termolyabilligi Fermentlar termolyabil biokatalizatorlar hisoblanadi, ya‘ni ular haroratning o’zgarishiga juda sezgir bo’ladi. Fermentlar eng yuqori faollikni juda tor darajadagi harorat 40-50o C chegarasida namoyon qilishi aniqlangan. Kimyoviy reaksiyaning tezligi haroratni 10° C ga oshirganda reaksiya tezligi 2 marta oshadi va ferment faolligini ko’tarilishi kimyoviy kinetika nazariyasiga muvofiq harorat 40-50o C dan oshmaydigan chegerada yuz beradi. Harorat 50° C dan oshganda reaksiya tezligiga oqsil-ferment kompleksiga issiqlik denaturatsiyasi ta‘sir etadi, asta-sekin fermentativ jarayonning umuman to’xtashiga (70-80o C da) olib keladi. Fermentlarning bu xususiyati ko’p fermentlar, jumladan, odam organizmida uchraydiganlari uchun ham xos. Lekin ba‘zi fermentlar, masalan, ribonukleaza, qisqa muddatda qizdirishga chidamli bo’ladi. Shu bilan birga, ba‘zi issiq suv manbalarida yashaydigan mikroorganizmlarning fermentlari borligini ham e‘tirof etish o’rinli. Haroratni pasayish (gipotermiya) sharoitida fermentlar faolligi pasayadi, lekin to’liq yo’qolmaydi. Bu fermentlarning faolligi uchun qaytadan optimal sharoitni yuzaga keltirilganda, ular eng yuqori faollikni namoyon qiladilar. Bunga yaqqol misol sifatida hayvonlarning qishqi uyqusini keltirib o’tish mumkin. Fermentlarning bu xususiyati jarrohlik amaliyotida keng foydalanila boshlandi, ko’krak qafasida operatsiya o’tkazilganda bemor organizmi taxminan 22o C gacha sovitiladi. Fermentdar faolligining muhit pH ga bog’liqligi. Ilmiybaza.uz Fermentlar oqsillar kabi amfoter elektrolitlardir. Oqsilning yuza qismidagi musbat va manfiy guruhlarning miqdoriy ko’rsatkichlariga mos holda ferment muhitning xilma-xil pH darajasidagi izoelektrik nuqtada bo’ladi. Bir xil fermentlar izoelektrik nuqtada faol bo’lsa, boshqalari, ularning pH ko’rsatkichi oqsilni ionizatsiya darajasida bo’lganda faollikni namoyon qiladi. Fermentlar o’zlarning maksimal faolliklarini namoyon qilishlarida muhit reaksiyasi ko’rsatkichlari bo’yicha bir- birlaridan farq qiladi. Hayvon to’qimalari uchun pHning fiziologik ko’rsatkichlari 6,0-8,0 ni tashkil qiladi, lekin ularning to’qimalardagi lokalizatsiyasiga bog’liq holda ularning optimum chegarasi har xil bo’lishi mumkin Har xil fermentlarning optimum pH ko’rsatkichlari № Fermentning nomi pH 1 Pepsin 1,5-2,5 2 Katepsin 4,5-5,0 3 Maysa amilazasi 4,9-5,2 4 Ichak saxarazasi 5,8-6,2 5 So’lak amilazasi 6,8-7,0 6 Katalaza 6,8-7,0 7 Ureaza 7,0-7,2 8 Oshqozonosti bezi lipazasi 7,0-8,5 9 Tripsin 7,5-8,5 10 Arginaza 9,5-10,0 8-jadvaldan ko’rinib turibdiki, fermentlarning pH-optimumi fiziologik ko’rsatkichlar chegarasida bo’ladi, pepsin bu qoidadan mustasno bo’lib, uning pHoptimumi o’rtacha 2 ga teng ( u pH 6 da faol va stabil emas). Bu xususiyatni shunday tushuntirsh mumkinki, pepsin oshqozon shirasi tarkibida bo’lib, u ferment ta‘siri uchun optimal nordon muhitni yuzaga keltiradi. Boshqa tomondan arginazaning pH-optimumi ishqoriy muhitda (pH 10,0 atrofida) bo’ladi, aslida jigar Ilmiybaza.uz hujayralarida bunday muhit yo’q, aftidan arginazaning in vivo sharoitidagi katalizi, o’zining optimal pH zonasida emasligidan dalolat beradi. Fermentlarning maxsusligi Fermentlar ta‘sir etish nuqtayi nazardan yuqori darajadagi maxsuslikka ega. Bu xususiyat substrat va ferment molekulalari o’rtasidagi konformatsion va elektrostatik komplementarlikka bog’liq. Uni fermentning faol markazini noyob strukturaga ega ekanligi va tirik hujayralarda kechadigan minglab boshqa xil reaksiyalar orasida sodir bo’ladigan u yoki bu reaksiya sifatida izohlash mumkin. Maxsuslik uch xil: nisbiy, mutloq (absolut) va stereokimyoviy bo’lishi mumkin. Nisbiy maxsuslik – bu kimyoviy bog’lanish tipiga bog’liq bo’lgan maxsuslikdir, masalan, peptid, murakkab efir, glukozid va boshqa xil bog’lanishlarni o’z ichiga oladi. Xususan, pepsin o’simlik tabiatiga ega bo’lgan oqsillar qatori hayvon tabiatidagi oqsillarga ham ta‘sir eta oladi, holbuki, bu oqsillar kimyoviy tuzilishi va fizik-kimyoviy xossalari bo’yicha bir-biridan tubdan farq qilishi mumkin. Demak, bu ferment uchun substratdagi kimyoviy bog’lanish peptid bog’ bo’lishi lozim. Lekin pepsin hech qachon karbonsuvlar yoki lipidlarga ta‘sir etmaydi. Yog’larni glitserin va yog’ kislotalarigacha parchalanishini katalizlovchi lipaza fermenti uchun substratda murakkab efir bog’lari bo’lishi lozim. Mutloq (absolut) maxsuslik - bu fermentlar faqat birxil substratga ta‘sir ko’rsatadi, ya‘ni yagona substratda yuz beradigan o’zgarishni katalizlaydi. Substratning strukturasidagi o’zgarish (modifikatsiya), unga ferment tomonidan ko’rsatiladigan har qanday ta‘sirni to’xtashiga olib keladi. Bu fermentlar jumlasiga organizmda tabiiy sharoitda faoliyat ko’rsatuvchi argininni parchalovchi arginaza va siydikchilni parchalovchi ureazalarni misol tariqasida keltirib o’tish mumkin. Steriokimyoviy (guruh) maxsusligi. Bu xildagi maxsuslik substratning makonda joylashuviga bog’liq bo’lib, ya‘ni izomerlarning L- yoki D- xiliga ta‘sir etishi bilan tavsiflanadi. Masalan, fumaraza fermenti trans-shaklga ta‘sir etib, fumar kislotani hosil bo’lishini katalizlaydi, sis-shakldagi malein kislotani hosil bo’lish reaksiyasini katalizlay olmaydi: Ilmiybaza.uz CH—COOH CH—COOH II II CH—COOH HOOC—CH Malein kislota Fumar kislota Shunday qilib, maxsuslik tufayli fermentlar hujayralarning mikromakonida va butun organizmda kechadigan reaksiyalarni yuqori darajadagi tezlikda sodir bo’lishini ta‘minlab, u orqali moddalar almashinuvini jadalligini boshqaradi. . Fermentlarning boshqa xossalari Fermentlar muvozanat yo’nalishini o’zgartirmay, faqat unga erishishni ta‘minlaydi. Katalizatorlarga tegishli bu umumiy xossa fermentlarga ham xosdir. Demak, teskari yo’nalishdagi reaksiyani ham aynan shu fermentning o’zi tezlashtiradi, ya‘ni reaksiyani ham o’ng tomonga, ham chap tomonga yo’nalishini ta‘minlaydi. Masalan, lipaza suv ishtirokida yog’ni glitserin va yog’ kislotalarigacha gidrolizlanishi tomon yo’naltiradi. Lekin xuddi shu lipazani o’zi suvsiz muhitda reaksiyani glitserin va yog’ kislotalaridan yog’ning sintezi tomon yo’naltiradi. Fermentlar muhitda juda kichik konsentratsiyada bo’lganda o’z faolligini namoyon qiladi. Katalizatorlarning umumiy xossalari shu yo’sinda namoyon bo’ladi. Masalan, vodorod peroksidini oksidlanish reaksiyasini katalizlovchi peroksidaza fermenti 1 qism fermentni 500000000 qismda suyultirilganda ham faollikni namoyon qiladi. Muhitda juda kichik konsentratsiyada ishtirok etadigan ferment katta miqdordagi substrat bilan bo’ladigan reaksiyani amalga oshira oladi. Bu katalitik jarayonning amalga oshishi uchun juda qisqa muddatda ferment substrat bilan kontaktda bo’lishi lozim. Fermentativ reaksiyaning tezligi haqida fikr yuritilganda, aytish mumkinki, saxaraza fermentining 1 moli 1 soniyada 1000 mol saxarozani gidrolizlay oladi. Fermentlar faollovchilar (aktivatorlar)ning bo’lishini talab qiladi. Ko’p fermentlar tirik to’qima tomonidan nofaol shaklda proferment holatida ishlab Ilmiybaza.uz chiqariladi. Profermentlar maxsus faollovchi (aktivator)lar ta‘sirida faol holatga o’tadi. Faollovchilar sifatidagi rolni maxsus oqsil moddalari-kinazalar, metall ionlari (Mn2+, Mg2+, Co2+, Na+ va boshqalar) yoki reaksiya muhitini o’zgartirish bajaradi. Masalan, so’lak amilazasi- kraxmalni parchalovchi ferment osh tuzi ionlari tomonidan faollashadi. Oshqozon devorlari nofaol proferment-pepsinogen ishlab chiqaradi, oshqozon shirasining nordon muhitida faol-pepsinga aylanadi. Oshqozonosti bezi tripsinning profermenti-tripsinogen ishlab chiqarib, ichak shirasining enterokinazasi ta‘sirida faol shakl-tripsinga aylanadi. Fermentlar har xil ferment zaharlari ta‘sirida osongina faolsizlanadi. Ko’p nafas olish fermentlari sinil kislotasi tuzi eritmalari ta‘sirida faolsizlanadi. Ftorid kislota tuzlari achishni ta‘minlovchi bir xil fermentlarni, monoiodsirka kislota tuzlari esa boshqa xillarini faolsizlantiradi. Maxsus ta‘sirga ega bo’lgan ferment zaharlaridan foydalanish bir xil fermentlarning faolligini to’xtatish, boshqalarini ta‘sirini davom ettirish imkoniyatini beradi. Bu esa xilma-xil fermentlar ishtirok etadigan biokimyoviy jarayonlarni mukammal tadqiq kilish imkonini beradi. Izofermentlar Izofermentlar (izoenzimlar) deb bir-biriga o’xshashlik jihatlari, katalizlaydigan reaksiyalarining tezligi yoki boshqariluv xossalari bilan farqlanadigan fermentlarning ko’p xil molekulyar shakllariga aytiladi. Fermentlarning ko’p xil molekulyar shakl(FKMSH)lari deganda bir biologik turda yagona katalitik funksiyani bajaradigan, lekin strukturasi va qator fizik-kimyoviy xossalari bilan farqlanadigan fermentlar guruhi tushuniladi. Tirik tabiatda bir xil yoki har xil birlamchi, ikkilamchi va uchlamchi strukturalarga ega bo’lgan, ikki yoki undan ziyod subbirliklardan tashkil topgan molekulali fermentlar uchraydi. Ko’pincha subbirliklarni protomerlar, birlashgan oligomer molekulalar multimerlar deb nomlanadi. FKMSHlarni mavjudligi ma‘lum biologik ahamiyatga ega. Masalan, hujayrada FKMSHlarning mavjud bo’lish spektr sharoitlarini o’zgarishi natijasida organizm tashqi muhit sharoitlariga yaxshi moslashadi. Fermentlarning har xil Ilmiybaza.uz molekulyar shakllarini differensiatsiya, rivojlanish jarayonlarida muhim ahamiyatga ega. Shunday qilib, FKMSHlarning nisbati (ularning soni, har bir shaklining faolligi, barqarorligi)ni o’zgarishlari almashinuv jarayonlarining boshqaruv mexanizmlaridan biri hisoblanadi. Ba‘zi fermentmultimerlarning tuzilishi va ulardagi protomerlarning bog’lanish uslublarini quyidagicha ifodalash mumkin (13- rasm): 13-rasm. Ba‘zi oligomer fermentlarning tuzilish modeli. a – glutamatdegidrogenaza molekulasi, u 6 protomerdan tashkil topgan (m.o.33600 Da); b ‒ DNK-polimeraza molekulasi; d – katalaza molekulasining yarmi; e – piruvatdegidrogenazaning molekulyar kompleksi. Ma‘lumki, oligomerizatsiya jarayoni shakllangan oqsil subbirliklariga kimyoviy agentlarning ta‘siri, denaturatsiyani keltirib chiqaruvchi omillarning, xususan qizdirish, proteinazalarning ta‘sirlariga nisbatan barqarorlikni ta‘minlaydi. Bu xil fermentlarning hayratda qolarlik darajasidagi xossasi butun kompleks faolligining alohida olingan subbirliklarini bir-biri bilan birikish tartibiga bog’liqligidir. Hozirgi kunda bir necha xil molekulyar shakllarga ega bo’lgan ko’pdan-ko’p fermentlar Ilmiybaza.uz ma‘lum. FKMSH paydo bo’lishining sababi xilma-xil bo’lishi mumkin. Ular orasida genetik jihatdan determinatsiyalangan FKMSH bo’lib, izofermentlar yoki izoenzimlar (birlamchi strukturasi bilan farqlanadigan) deb yuritiladigan, shuningdek, epigenetik o’zgarishlar (posttranslyatsion darajada) tufayli paydo bo’ladigan xillari mavjud. Agar genetik jihatdan farqlanadigan subbirliklarning shakli bir xildan ziyod bo’lsa, unga mos holda ikki yoki undan ziyod tipdagi subbirliklardan hosil bo’lgan ferment ham, har xil sonli nisbatlarda o’zaro o’xshash ko’rinishda, lekin farqlanadigan shaklda bo’ladi. Bunda bir holatda subbirliklar deyarli bir xil struktura (β-galaktozidaza)dan iborat bo’ladi. Boshqa holatlarda subbirliklar bir xil (triptofansintetaza) bo’lmaydi. Xususan, laktatdegidrogenaza (LDG) ikki xil tipdagi subbirliklardan: M (inglizcha, muscle ‒ mushak) va H (inglizcha, heart ‒yurak)dan tashkil topgan. Bunda laktatdegidrogenazaning faol tetramer shakllarini quyidagi besh xil shaklda bo’lishini tasavvur qilish mumkin bo’ladi: HHHH yoki -- LDG1; HHHM yoki H3M -- LDG2; HHMM yoki H2M2-- LDG3; HMMM yoki HM3 -- LDG4; MMMM yoki M4 -- LDG5. Shunday qilib, aytish mumkinki, ko’p shaklli fermentlar orasida gelelektroforez uslubi yordamida ancha mukammal o’rganilgan fermentlardan biri laktatdegidrogenaza (LDG) bo’lib, bu ferment pirouzum kislotani sut kislotaga aylanish reaksiyasini katalizlaydi. Bu izofermentlarning faolligiga harorat, vodorod ioni konsentratsiyasi va maxsuslik ta‘sir etadi. LDG ning besh xil izofermentlari to’rtta taxminan bir xil kattalikda bo’lgan, lekin ikki xil tipdagi subbirliklardan hosil bo’ladi. H-protomerlar pH 7,0-9,0 chegarasida M-protomerlarga nisbatan manfiy zaryadga ega bo’lganligi sababli to’rtta subbirligi ham H-tipdan tashkil topgan (H4) izoferment, elektroforez jarayonida yuqori darajadagi tezlikda musbat elektrod (anod) tomonga harakatlanadi. Ilmiybaza.uz Uning M-tipidagi (M4) izofermenti esa anodga tomon juda ham sust harakatlanadi, qolgan barcha izofermentlar oraliq masofalarni egallaydi. LDG izofermentlari bir xil faollikni namoyon qilgan holda bir-biridan qator fizikkimyoviy xossalari: molekulyar og’irliklari, elektroforetik harakatchanligi, faollovchilar va ingibitorlarga munosabati va h.k.lar bo’yicha farq qiladi. Lekin har bir to’qima uchun me‘yor bo’yicha LDGning o’ziga xos tavsifli nisbiy shakl (izoferment spektr)i mavjud. Masalan, yurak mushagida H4, ya‘ni LDG1 ko’p bo’lsa, skelet mushagi va jigarda esa M4 (LDG5) ko’p bo’ladi (14rasm). 14-rasm. LDG izofermentlarining har xil organlardi taqsimlanishi va nisbiy miqdor ko’rsatkichlari Ekstraktlar “Start” deb belgilangan chiziqqa tomizish yo„li bilan kiritilgan. 14-rasm ma‘lumotlaridan ko’rinib turibdiki, tajriba uchun tanlangan sharoit (pH) da to’rtta izoferment anodga (LDG1, LDG2, LDG3, LDG4), faqat bittasi (LDG5) katodga harakatlanar ekan. LDGning bu xususiyatidan klinik amaliyotda keng foydaniladi, chunki, bu va boshqa qator fermentlarning qon zardobi tarkibida paydo bo’lishini tadqiq qilish organ va to’qimalarning organik va funksional kasalliklarga differensial diagnoz qo’yishda muhim ahamiyatga ega bo’ladi. Ilmiybaza.uz Materiallarni mustahkamlash uchun savollar: 1. Qanday moddalarga fermentlar deyiladi? 2. Fermentlarni o’rganishning ahamiyati 3. Fermentlarning tibbiyotdagi ahamiyati. 4. Enzimologiya nimani o’rganadi? 5. Fermentlarni o’rganishning qishloq xo’jaligidagi ahamiyati. 6. Fermentlarni o’rganishning oziq-ovqat sanoati va farmatsevtika uchun ahamiyati. 7. Apoferment, koferment, xoloferment nima? 8. Koferment nima? Kofaktorchi? 9. Kofermentlar qanday guruhlarga bo’linadi? 10. Nukleotid tipidagi kofermentlar. 11. Vitaminlar va ularning hosilalari tabiatli kofermentlar.