Յուրաքանչյուր կենդանի բջիջում կան բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաներ: Ֆերմենտները (ֆերմենտները) սպիտակուցներ են, որոնք ունեն հատուկ և չափազանց կարևոր գործառույթներ։ Նրանք կոչվում են կենսակատալիզատորներ: Մարմնի սպիտակուցային ֆերմենտների հիմնական գործառույթը կենսաքիմիական ռեակցիաների արագացումն է: Սկզբնական ռեակտիվները, որոնց փոխազդեցությունը կատալիզացվում է այս մոլեկուլների կողմից, կոչվում են սուբստրատներ, իսկ վերջնական միացությունները՝ արտադրանք։
Բնության մեջ ֆերմենտային սպիտակուցներն աշխատում են միայն կենդանի համակարգերում: Բայց ժամանակակից կենսատեխնոլոգիայի, կլինիկական ախտորոշման, դեղագործության և բժշկության մեջ օգտագործվում են մաքրված ֆերմենտներ կամ դրանց բարդույթներ, ինչպես նաև լրացուցիչ բաղադրիչներ, որոնք անհրաժեշտ են համակարգի աշխատանքի և հետազոտողի համար տվյալների արտացոլման համար:
Ֆերմենտների կենսաբանական նշանակությունը և հատկությունները
Առանց այս մոլեկուլների կենդանի օրգանիզմը չի կարողանա գործել: Կյանքի բոլոր գործընթացները ներդաշնակորեն աշխատում են ֆերմենտների շնորհիվ։ Օրգանիզմում ֆերմենտային սպիտակուցների հիմնական գործառույթը նյութափոխանակության կարգավորումն է։ Առանց դրանց նորմալ նյութափոխանակությունն անհնար է։ Մոլեկուլային ակտիվությունը կարգավորվում էակտիվացնողներ (ինդուկտորներ) կամ արգելակիչներ: Վերահսկիչը գործում է սպիտակուցի սինթեզի տարբեր մակարդակներում: Այն նաև «աշխատում է» պատրաստի մոլեկուլի հետ կապված։
Սպիտակուց-ֆերմենտների հիմնական հատկությունը որոշակի սուբստրատի նկատմամբ սպեցիֆիկությունն է: Եվ, համապատասխանաբար, միայն մեկ կամ պակաս հաճախ մի շարք ռեակցիաներ կատալիզացնելու ունակություն: Սովորաբար նման գործընթացները շրջելի են։ Մեկ ֆերմենտը պատասխանատու է երկու գործառույթների համար: Բայց սա դեռ ամենը չէ։
Ֆերմենտային սպիտակուցների դերը էական է: Առանց դրանց կենսաքիմիական ռեակցիաները չեն ընթանում: Ֆերմենտների գործողության շնորհիվ ռեակտիվների համար հնարավոր է դառնում հաղթահարել ակտիվացման արգելքը՝ առանց էներգիայի զգալի ծախսերի։ Մարմնի մեջ չկա 100 ° C-ից բարձր ջերմաստիճան տաքացնելու կամ քիմիական լաբորատորիայի նման ագրեսիվ բաղադրիչներ օգտագործելու միջոց: Ֆերմենտային սպիտակուցը կապվում է սուբստրատի հետ: Կապված վիճակում ձևափոխումը տեղի է ունենում վերջինիս հետագա թողարկումով: Այսպես են աշխատում քիմիական սինթեզում օգտագործվող բոլոր կատալիզատորները։
Որո՞նք են ֆերմենտային սպիտակուցի մոլեկուլի կազմակերպման մակարդակները:
Սովորաբար այս մոլեկուլներն ունեն երրորդական (գլոբուլ) կամ չորրորդական (մի քանի միացված գնդիկներ) սպիտակուցային կառուցվածք։ Նախ, դրանք սինթեզվում են գծային տեսքով: Եվ հետո դրանք ծալվում են պահանջվող կառուցվածքի մեջ: Ակտիվություն ապահովելու համար կենսակատալիզատորին անհրաժեշտ է որոշակի կառուցվածք։
Ֆերմենտները, ինչպես մյուս սպիտակուցները, ոչնչացվում են ջերմության, pH-ի ծայրահեղ արժեքների, ագրեսիվ քիմիական միացությունների պատճառով:
Լրացուցիչ հատկություններֆերմենտներ
Դրանց թվում առանձնանում են բաղադրիչների հետևյալ հատկանիշները՝
- Stereospecific - միայն մեկ արտադրանքի ձևավորում:
- Տարածաշրջանային ընտրողականություն - քիմիական կապի խախտում կամ խմբի փոփոխում միայն մեկ դիրքում:
- Քիմոսելեկտիվություն - միայն մեկ ռեակցիայի կատալիզացում:
Աշխատանքի առանձնահատկությունները
Ֆերմենտի առանձնահատկությունը տատանվում է: Բայց ցանկացած ֆերմենտ միշտ ակտիվ է կոնկրետ սուբստրատի կամ կառուցվածքով նման միացությունների խմբի հետ կապված: Ոչ սպիտակուցային կատալիզատորները չունեն այս հատկությունը: Հատուկությունը չափվում է կապող հաստատունով (մոլ/լ), որը կարող է հասնել մինչև 10−10 մոլ/լ։ Ակտիվ ֆերմենտի աշխատանքը արագ է։ Մեկ մոլեկուլը վայրկյանում կատալիզացնում է հազարավորից միլիոնավոր գործողություններ: Կենսաքիմիական ռեակցիաների արագացման աստիճանը զգալիորեն (1000-100000 անգամ) ավելի բարձր է, քան սովորական կատալիզատորներինը։
Ֆերմենտների գործողությունը հիմնված է մի քանի մեխանիզմների վրա: Ամենապարզ փոխազդեցությունը տեղի է ունենում մեկ սուբստրատի մոլեկուլի հետ, որին հաջորդում է արտադրանքի ձևավորումը: Ֆերմենտների մեծ մասը ունակ է կապել 2-3 տարբեր մոլեկուլներ, որոնք արձագանքում են: Օրինակ՝ խմբի կամ ատոմի տեղափոխումը մի միացությունից մյուսը կամ կրկնակի փոխարինումը «պինգ-պոնգ» սկզբունքով։ Այս ռեակցիաներում սովորաբար մի ենթաշերտը կապված է, իսկ երկրորդը ֆունկցիոնալ խմբի միջոցով կապված է ֆերմենտի հետ:
Ֆերմենտի գործողության մեխանիզմի ուսումնասիրությունը տեղի է ունենում մեթոդների միջոցով.
- Միջանկյալ և վերջնական արտադրանքի սահմանումներ.
- Կառուցվածքի և ֆունկցիոնալ խմբերի հետ կապված երկրաչափության ուսումնասիրություններսուբստրատ և ապահովում է ռեակցիայի բարձր արագություն:
- Ֆերմենտային գեների մուտացիա և դրա սինթեզի և գործունեության փոփոխությունների որոշում։
Ակտիվ և կապող կենտրոն
Սուբստրատի մոլեկուլը շատ ավելի փոքր է, քան ֆերմենտային սպիտակուցը: Հետևաբար, կապը տեղի է ունենում կենսակատալիստի փոքր թվով ֆունկցիոնալ խմբերի պատճառով: Նրանք ձևավորում են ակտիվ կենտրոն, որը բաղկացած է ամինաթթուների որոշակի հավաքածուից: Բարդ սպիտակուցներում կառուցվածքում առկա է ոչ սպիտակուցային բնույթի պրոթեզային խումբ, որը նույնպես կարող է լինել ակտիվ կենտրոնի մաս։
Անհրաժեշտ է առանձնացնել ֆերմենտների առանձին խումբ. Նրանց մոլեկուլը պարունակում է կոֆերմենտ, որն անընդհատ կապվում է մոլեկուլի հետ և ազատվում դրանից։ Լիովին ձևավորված ֆերմենտային սպիտակուցը կոչվում է հոլոֆերմենտ, իսկ երբ կոֆակտորը հեռացվում է, այն կոչվում է ապոֆերմենտ: Վիտամինները, մետաղները, ազոտային հիմքերի ածանցյալները հաճախ հանդես են գալիս որպես կոֆերմենտներ (NAD - նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ, FAD - ֆլավին ադենին դինուկլեոտիդ, FMN - ֆլավին մոնոնուկլեոտիդ):
Կապող տեղամասը ապահովում է ենթաշերտի առանձնահատկությունը: Դրա շնորհիվ առաջանում է կայուն սուբստրատ-ֆերմենտային համալիր։ Գնդիկի կառուցվածքը կառուցված է այնպես, որ որոշակի չափի մակերեսի վրա ունենա խորշ (ճեղք կամ իջվածք), որն ապահովում է ենթաշերտի կապը։ Այս գոտին սովորաբար գտնվում է ակտիվ կենտրոնից ոչ հեռու։ Որոշ ֆերմենտներ ունեն կոֆակտորների կամ մետաղական իոնների հետ կապվելու վայրեր։
Եզրակացություն
Սպիտակուց-Ֆերմենտը կարևոր դեր է խաղում մարմնում։ Նման նյութերը կատալիզացնում են քիմիական ռեակցիաները, պատասխանատու են նյութափոխանակության գործընթացի՝ նյութափոխանակության համար։ Ցանկացած կենդանի բջջում հարյուրավոր կենսաքիմիական պրոցեսներ անընդհատ տեղի են ունենում, այդ թվում՝ վերականգնողական ռեակցիաներ, պառակտում և միացությունների սինթեզ։ Նյութերի օքսիդացումն անընդհատ տեղի է ունենում էներգիայի մեծ արտազատմամբ։ Այն իր հերթին ծախսվում է ածխաջրերի, սպիտակուցների, ճարպերի և դրանց բարդույթների ձևավորման վրա։ Ճեղքման արտադրանքը անհրաժեշտ օրգանական միացությունների սինթեզի շինարարական նյութն է:
