Ֆերմենտները գնդաձև սպիտակուցներ են, որոնք օգնում են բոլոր բջջային գործընթացներին շարունակել: Ինչպես բոլոր կատալիզատորները, նրանք չեն կարող հակադարձել ռեակցիան, այլ ծառայում են այն արագացնելուն:
Ֆերմենտների տեղայնացում բջջում
Բջջի ներսում առանձին ֆերմենտներ սովորաբար պարունակվում են և գործում են խիստ սահմանված օրգանելներում: Ֆերմենտների տեղայնացումը ուղղակիորեն կապված է բջիջի այս հատվածի գործառույթի հետ:
Գլիկոլիզի գրեթե բոլոր ֆերմենտները գտնվում են ցիտոպլազմայում: Տրիկարբոքսիլաթթվի ցիկլի ֆերմենտները գտնվում են միտոքոնդրիալ մատրիցում: Հիդրոլիզի ակտիվ նյութերը պարունակվում են լիզոսոմներում:
Կենդանիների և բույսերի առանձին հյուսվածքներն ու օրգանները տարբերվում են ոչ միայն ֆերմենտների հավաքածուով, այլև իրենց գործունեությամբ։ Հյուսվածքների այս հատկանիշը կլինիկայում օգտագործվում է որոշակի հիվանդությունների ախտորոշման ժամանակ։
Հյուսվածքներում առկա են նաև տարիքային առանձնահատկություններ ֆերմենտների ակտիվության և զանգվածի մեջ: Դրանք առավել հստակ տեսանելի են սաղմնային զարգացման ընթացքում՝ հյուսվածքների տարբերակման ժամանակ:
Ֆերմենտների անվանակարգ
Անվանման մի քանի համակարգեր կան, որոնցից յուրաքանչյուրը տարբեր չափով հաշվի է առնում ֆերմենտների հատկությունները:
- Չնչին. Նյութերի անվանումները տրվում են պատահականության սկզբունքով: Օրինակ՝ պեպսին (pepsis - «մարսողություն», հունարեն) և տրիպսին (tripsis - «բարակ», հունարեն)
- Ռացիոնալ. Ֆերմենտի անվանումը բաղկացած է սուբստրատից և «-ase» վերջավորությունից։ Օրինակ՝ ամիլազը արագացնում է օսլայի հիդրոլիզը (ամիլո՝ «օսլա», հունարեն):
- Մոսկվա. Այն ընդունվել է 1961 թվականին Ֆերմենտների անվանացանկի միջազգային հանձնաժողովի կողմից Կենսաքիմիայի 5-րդ միջազգային կոնգրեսում։ Նյութի անվանումը կազմված է սուբստրատից և ռեակցիայից, որը կատալիզացվում է (արագացվում է) ֆերմենտի կողմից։ Եթե ֆերմենտների գործառույթը ատոմների խումբը մեկ մոլեկուլից (սուբստրատից) մյուսին (ընդունիչ) տեղափոխելն է, ապա կատալիզատորի անվանումը ներառում է ընդունողի քիմիական անվանումը։ Օրինակ, ամինային խումբը ալանինից 2-հիդրօքսիգլյուտարաթթու տեղափոխելու ռեակցիայի մեջ ներգրավված է ալանինի ֆերմենտը` 2-օքսօղլուտարատ ամինոտրանսֆերազը: Անունն արտացոլում է՝
- սուբստրատ - ալանին;
- ընդունիչ - 2-օքսօղլուտարաթթու;
- ռեակցիայի մեջ փոխանցվում է ամինային խումբ:
Միջազգային հանձնաժողովը կազմել է բոլոր հայտնի ֆերմենտների ցանկը, որը մշտապես թարմացվում է։ Դա պայմանավորված է նոր նյութերի հայտնաբերմամբ։
Ֆերմենտների դասակարգում
Ֆերմենտները խմբերի բաժանելու երկու եղանակ կա. Առաջինն առաջարկում է այս նյութերի երկու դաս՝
- պարզ - բաղկացած է միայն սպիտակուցից;
- համալիր - պարունակում է սպիտակուցային մաս (ապոենզիմ) և ոչ սպիտակուցային մաս, որը կոչվում է կոֆերմենտ:
Ոչ սպիտակուցային մասի մեջբարդ ֆերմենտը կարող է ներառել վիտամիններ: Այլ նյութերի հետ փոխազդեցությունը տեղի է ունենում ակտիվ կենտրոնի միջոցով: Ամբողջ ֆերմենտի մոլեկուլը չի մասնակցում գործընթացին։
Ֆերմենտների հատկությունները, ինչպես մյուս սպիտակուցները, որոշվում են դրանց կառուցվածքով: Կախված նրանից, կատալիզատորները արագացնում են միայն իրենց ռեակցիաները։
Դասակարգման երկրորդ մեթոդը նյութերը բաժանում է ըստ ֆերմենտների ֆունկցիայի։ Արդյունքը վեց դաս է.
- օքսիդորեդուկտազ;
- տրանսֆերազներ;
- հիդրոլազներ;
- իզոմերազ;
- lyases;
- լիգազներ.
Սրանք ընդհանուր ընդունված խմբեր են, դրանք տարբերվում են ոչ միայն դրանցում առկա ֆերմենտները կարգավորող ռեակցիաների տեսակներով։ Տարբեր խմբերի նյութերն ունեն տարբեր կառուցվածք։ Եվ հետևաբար, բջջի մեջ ֆերմենտների գործառույթները չեն կարող նույնը լինել:
Օքսիդորեդուկտազներ - ռեդոքս
Առաջին խմբի ֆերմենտների հիմնական գործառույթը ռեդոքս ռեակցիաների արագացումն է։ Բնորոշ առանձնահատկություն. օքսիդատիվ ֆերմենտների շղթաներ ձևավորելու ունակություն, որոնցում էլեկտրոնները կամ ջրածնի ատոմները տեղափոխվում են հենց առաջին սուբստրատից մինչև վերջնական ընդունող: Այս նյութերն առանձնացվում են ըստ աշխատանքի սկզբունքի կամ ռեակցիայի աշխատանքի վայրի։
- Աերոբ դեհիդրոգենազները (օքսիդազները) արագացնում են էլեկտրոնների կամ պրոտոնների փոխանցումը անմիջապես թթվածնի ատոմներին: Անաէրոբները կատարում են նույն գործողությունները, սակայն ռեակցիաներում, որոնք ընթանում են առանց էլեկտրոնների կամ ջրածնի ատոմների թթվածնի ատոմներին փոխանցելու:
- Տարրականդեհիդրոգենազները կատալիզացնում են օքսիդացված նյութից (առաջնային սուբստրատ) ջրածնի ատոմների հեռացման գործընթացը։ Երկրորդական - արագացնել ջրածնի ատոմների հեռացումը երկրորդական սուբստրատից, դրանք ստացվել են առաջնային դեհիդրոգենազի միջոցով:
Մեկ այլ առանձնահատկություն. լինելով երկբաղադրիչ կատալիզատորներ, որոնք ունեն շատ սահմանափակ կոֆերմենտներ (ակտիվ խմբեր), նրանք կարող են արագացնել մի շարք ռեդոքս ռեակցիաներ: Սա ձեռք է բերվում մեծ թվով տարբերակների միջոցով՝ նույն կոենզիմը կարող է միանալ տարբեր ապոֆերմենտների: Յուրաքանչյուր դեպքում ստացվում է հատուկ օքսիդորեդուկտազ՝ իր սեփական հատկություններով։
Այս խմբի ֆերմենտների մեկ այլ գործառույթ կա, որը չի կարելի անտեսել՝ նրանք արագացնում են էներգիայի արտազատման հետ կապված քիմիական պրոցեսների ընթացքը։ Նման ռեակցիաները կոչվում են էկզոթերմիկ։
Տրանսֆերազներ - կրիչներ
Այս ֆերմենտները կատարում են մոլեկուլային մնացորդների և ֆունկցիոնալ խմբերի փոխանցման ռեակցիաները արագացնելու գործառույթ։ Օրինակ՝ ֆոսֆոֆրուկտոկինազը։
Փոխանցված խմբի հիման վրա առանձնանում են կատալիզատորների ութ խումբ: Դիտարկենք դրանցից ընդամենը մի քանիսը։
- Ֆոսֆոտրանսֆերազներ - օգնում են տեղափոխել ֆոսֆորաթթվի մնացորդները: Դրանք բաժանվում են ենթադասերի՝ ըստ նշանակման (ալկոհոլ, կարբոքսիլ և այլն):
- Ամինոտրանսֆերազներ – արագացնում են ամինաթթուների տրանսամինացման ռեակցիաները:
- Գլիկոզիլտրանսֆերազներ - գլիկոզիլային մնացորդները ֆոսֆորի էսթերի մոլեկուլներից տեղափոխում են մոնո և պոլիսախարիդային մոլեկուլներ: Տրամադրել ռեակցիաներբույսերի և կենդանիների մեջ օլիգո- կամ պոլիսախարիդների քայքայումը և սինթեզը: Օրինակ, նրանք մասնակցում են սախարոզայի քայքայմանը:
- Ացիլտրանսֆերազները կարբոքսիլաթթվի մնացորդները փոխանցում են ամիններին, սպիրտներին և ամինաթթուներին: Acyl-coenzyme-A-ն ացիլային խմբերի ունիվերսալ աղբյուր է: Այն կարելի է համարել որպես ացիլտրանսֆերազների ակտիվ խումբ։ Քացախաթթվի ացիլը ամենից հաճախ հանդուրժվում է:
Հիդրոլազներ՝ բաժանված ջրով
Այս խմբում ֆերմենտները գործում են որպես կատալիզատորներ օրգանական միացությունների պառակտման (ավելի հաճախ սինթեզի) ռեակցիաների համար, որոնցում ներգրավված է ջուրը։ Այս խմբի նյութերը պարունակվում են բջիջներում և մարսողական հյութում։ Ստամոքս-աղիքային տրակտում կատալիզատորների մոլեկուլները բաղկացած են մեկ բաղադրիչից:
Այս ֆերմենտների տեղակայումը լիզոսոմներն են: Նրանք կատարում են բջջի ֆերմենտների պաշտպանիչ գործառույթները՝ քայքայում են թաղանթով անցած օտար նյութերը։ Նրանք նաև ոչնչացնում են այն նյութերը, որոնք այլևս կարիք չունեն բջիջին, ինչի համար լիզոսոմները ստացել են կարգուկաներ մականունները։
Նրանց մյուս «մականունը» բջիջների ինքնասպանություններն են, քանի որ դրանք բջիջների ավտոլիզի հիմնական գործիքն են: Եթե վարակ է առաջանում, սկսվում են բորբոքային պրոցեսները, լիզոսոմի թաղանթը դառնում է թափանցելի, իսկ հիդրոլազները մտնում են ցիտոպլազմա՝ ոչնչացնելով ամեն ինչ իր ճանապարհին և ոչնչացնելով բջիջը։
Այս խմբից առանձնացրեք կատալիզատորների մի քանի տեսակներ.
- էսթերազներ - պատասխանատու են ալկոհոլային եթերների հիդրոլիզի համար;
- գլիկոզիդազներ - արագացնում են գլիկոզիդների հիդրոլիզը՝ կախվածինչ իզոմեր են նրանք գործում, արտազատում α- կամ β-գլիկոզիդազներ;
- պեպտիդ հիդրոլազները պատասխանատու են սպիտակուցներում պեպտիդային կապերի հիդրոլիզի համար և որոշակի պայմաններում դրանց սինթեզի համար, սակայն սպիտակուցի սինթեզի այս մեթոդը կենդանի բջջում չի օգտագործվում;
- ամիդազներ - պատասխանատու են թթվային ամիդների հիդրոլիզի համար, օրինակ, ուրեազը կատալիզացնում է միզանյութի տարրալուծումը ամոնիակի և ջրի մեջ:
Իզոմերազներ - մոլեկուլի փոխակերպում
Այս նյութերը արագացնում են փոփոխությունները մեկ մոլեկուլում: Նրանք կարող են լինել երկրաչափական կամ կառուցվածքային: Դա կարող է տեղի ունենալ բազմաթիվ ձևերով.
- ջրածնի ատոմների փոխանցում;
- տեղափոխում ֆոսֆատային խումբ;
- փոփոխում է ատոմային խմբերի դասավորությունը տիեզերքում;
- շարժում ենք կրկնակի կապը։
Իզոմերացումը կարող է լինել օրգանական թթուներ, ածխաջրեր կամ ամինաթթուներ: Իզոմերազները կարող են ալդեհիդները վերածել կետոնների և, ընդհակառակը, վերադասավորել ցիս ձևը տրանս ձևի և հակառակը։ Ավելի լավ հասկանալու համար, թե ինչ ֆունկցիա են կատարում այս խմբի ֆերմենտները, անհրաժեշտ է իմանալ իզոմերների տարբերությունները։
Liases կտրել են կապերը
Այս ֆերմենտները արագացնում են օրգանական միացությունների ոչ հիդրոլիտիկ քայքայումը կապերով.
- ածխածին-ածխածին;
- ֆոսֆոր-թթվածին;
- ածխածին-ծծումբ;
- ածխածնի-ազոտ;
- ածխածին-թթվածին.
Այս դեպքում արտազատվում են այնպիսի պարզ ապրանքներ, ինչպիսիք են ածխաթթու գազը, ջուրը, ամոնիակը, և փակվում են կրկնակի կապերը: Այս ռեակցիաներից քչերը կարող են հակառակ ուղղությամբ գնալ, համապատասխան ֆերմենտները՝ համապատասխանայս պայմաններում կատալիզացնում են ոչ միայն քայքայման, այլև սինթեզի գործընթացները։
Լիազները դասակարգվում են ըստ կապի տեսակի, որը նրանք կոտրվում են: Դրանք բարդ ֆերմենտներ են։
Ligase crosslinks
Այս խմբի ֆերմենտների հիմնական գործառույթը սինթեզի ռեակցիաների արագացումն է։ Նրանց առանձնահատկությունն այն է, որ ստեղծման միացումն է նյութերի քայքայման հետ, որոնք ունակ են էներգիա ապահովել կենսասինթետիկ գործընթացի իրականացման համար: Կախված ձևավորված կապի տեսակից, կան վեց ենթադաս: Դրանցից հինգը նույնական են լիազային ենթախմբերին, իսկ վեցերորդը պատասխանատու է ազոտ-մետաղ կապի ստեղծման համար։
Որոշ լիգաներ ներգրավված են հատկապես կարևոր բջջային գործընթացներում: Օրինակ, ԴՆԹ լիգազան ներգրավված է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի վերարտադրության մեջ: Այն խաչաձև կապում է միաշղթայի ճեղքերը՝ ստեղծելով նոր ֆոսֆոդիստերային կապեր: Հենց նա է կապում Օկազակիի բեկորները։
Նույն ֆերմենտը ակտիվորեն օգտագործվում է գենետիկական ճարտարագիտության մեջ։ Այն թույլ է տալիս գիտնականներին կարել ԴՆԹ-ի մոլեկուլները իրենց անհրաժեշտ կտորներից՝ ստեղծելով դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի յուրահատուկ շղթաներ: Դրանց մեջ կարելի է տեղադրել ցանկացած տեղեկատվություն՝ այդպիսով ստեղծելով անհրաժեշտ սպիտակուցների արտադրության գործարան։ Օրինակ՝ մանրէի ԴՆԹ-ի մեջ կարելի է կարել մի կտոր, որը պատասխանատու է ինսուլինի սինթեզի համար։ Իսկ երբ բջիջը կթարգմանի իր սեփական սպիտակուցները, միևնույն ժամանակ կստեղծի բժշկական նպատակների համար անհրաժեշտ օգտակար նյութ։ Մնում է միայն մաքրել այն, և դա կօգնի շատ հիվանդ մարդկանց։
Ֆերմենտների հսկայական դերը մարմնում
Նրանք կարող ենբարձրացնել ռեակցիայի արագությունը ավելի քան տասը անգամ: Դա պարզապես անհրաժեշտ է բջջի բնականոն գործունեության համար։ Եվ յուրաքանչյուր ռեակցիայի մեջ ներգրավված են ֆերմենտները: Հետեւաբար, ֆերմենտների գործառույթները մարմնում բազմազան են, ինչպես բոլոր ընթացիկ գործընթացները: Եվ այս կատալիզատորների ձախողումը հանգեցնում է լուրջ հետևանքների։
Ֆերմենտները լայնորեն կիրառվում են սննդի, թեթև արդյունաբերության, բժշկության մեջ. օգտագործվում են պանիրներ, երշիկեղեն, պահածոներ պատրաստելու համար, լվացքի փոշիների մաս են կազմում։ Դրանք օգտագործվում են նաև լուսանկարչական նյութերի արտադրության մեջ։
