Ferment inaktivatsiyasi kinetikasida eksponensial ishonchlilik qonuni. Fermentlarning umumiy xossalari pH ning tuprik amilazasining faolligiga ta'siri
Bo'shashish usullari tizimga tez tashqi ta'sir (harorat, bosim o'zgarishi va boshqalar) bilan tizimning yangi muvozanatga (yoki statsionar holatga) erishish vaqti kimyoviy moddalar tezligiga bog'liq bo'lgan printsipga asoslanadi. reaktsiya (va ba'zan reagentlarning tarqalish tezligi bo'yicha).
Fermentning faol markazini ligand bilan kompleks hosil qilishning eng oddiy reaksiyasini ko'rib chiqamiz
Boshida sistema muvozanat holatidadir, bu muvozanat konstantasi bilan tavsiflanadi K 0 =K(T 0) va shunga mos ravishda muvozanat konsentrasiyalari 
,
,
. Aytaylik, tizimdagi harorat keskin o'zgaradi T->T 0 +T. Bu muvozanat konstantasining o'zgarishiga olib keladi K->K 0 +K, bu munosabat bilan belgilanadi
(2.50)
qayerda H- standart entalpiya o'zgarishi. Shundan so'ng, tizim yangi muvozanat holatiga o'tadi:
(2.51)
(2.52)
(2.51) tenglama chiziqli emas. Faraz qilaylik, muvozanatdan chetlanish kichik va keyin
va (2.51) tenglama chiziqli differentsial tenglamaga aylantiriladi:
Ushbu differentsial tenglamaning yechimi:
Kattalik
(2.54)
dam olish vaqti deb ataladi.
2.5. Harorat va pH ning fermentativ reaktsiyalar tezligiga ta'siri
Ushbu omillarning elementar kimyoviy reaksiya tezligiga ta'siri 1-bobda muhokama qilingan. O'ziga xosligi shundaki, fermentativ reaktsiyalar murakkab ko'p bosqichli reaktsiyalar (ko'plab elementar reaktsiyalardan iborat). Bundan tashqari, ferment molekulalarining eritmadagi holati bir-biriga teskari ravishda aylanadigan konformerlar to'plami bilan tavsiflanadi. Molekulaning konformatsion o'tishlari ko'p darajada eritmaning harorati va pH bilan belgilanadi.
2.6. Enzimatik reaktsiyalarni inhibe qilish
Fermentlarning katalitik faolligini inhibe qiluvchi moddalar deyiladi ingibitorlar . Inhibitorlarning ikkita asosiy toifasi mavjud: qaytariladigan
(2.55)
(pestitsidlar, zarin, soman, aspirin va boshqalar)
Va qaytarilmas (inaktivatorlar )
(2.55)
(uglerod oksidi, siyanid ioni, analgin va boshqalar)
2.7. Fermentning inaktivatsiyasi
Biopolimer molekulalari (fermentlar) termodinamik jihatdan beqaror va, qoida tariqasida, vaqt o'tishi bilan ularning tuzilishi va xususiyatlarini o'zgartiradi. Aksariyat hollarda inaktivatsiya jarayonini fermentning faol bo'lgan ikki holati o'rtasidagi o'tish deb ta'riflash mumkin. E a va faol emas E i :
(2.56) Jarayonning kinetikasi mos keladigan differentsial tenglama bilan tavsiflanadi
(2.57)
va vaqt konstantasi bilan tavsiflanadi
(2.58)
Fermentning inaktivatsiyasi jarayoni boshqa fizik-kimyoviy xususiyatga ega bo'lishi mumkin. Eng keng tarqalgani termal denaturatsiya bo'lib, bu makromolekulaning sezilarli darajada qayta tuzilishi, uchinchi va qisman ikkilamchi strukturaning o'zgarishi.
Inaktivatsiya maqsadlarida kavitatsiya ultratovush, radioaktiv nurlanish va boshqalarni qo'llash mumkin.
PH ning o'zgarishi ham fermentning denatüratsiyasiga olib kelishi mumkin. Har bir pH qiymatida oqsil mos keladigan zaryad taqsimoti (ionogen guruhlar) bilan tavsiflanadi. Juda past yoki juda yuqori pHda zaryad taqsimoti molekulani sezilarli darajada polarizatsiya qilishi, izomerlarning paydo bo'lishiga olib kelishi va uni faol markazning tuzilishini yo'q qilish bilan qaytarib bo'lmaydigan tarzda moslashtirishi mumkin. Masalan:
Fermentlarning denaturatsiyasiga sabab bo'ladi denaturatsiya qiluvchi moddalar, oqsilning ikkilamchi tuzilishini (masalan, karbamid) yo'q qilish, shuningdek, kislorod bilan bog'liq oksidlanish jarayonlari.
Bunday jarayonlarni o'rganishda muhim ma'lumotlar gevşeme usullari bilan olinadi. Qoidaga ko'ra, konformatsion o'zgarishlar aromatik aminokislotalar - tirozin va triptofan (290 nm da nurlanishni yutish zonasi) muhitidagi o'zgarishlar bilan birga keladi. Bu yutilish va floresans spektrlarining o'zgarishida o'zini namoyon qiladi.
Qaytariladigan konformatsion o'zgarishlar odatda 0,1-100 ms, qaytarilmas - 1-1000 daqiqada sodir bo'ladi.
1-misol. Konformer muvozanati bilan inaktivatsiyaning eng oddiy kinetik sxemasi:
(2.59)
Jarayonning kinetikasi bir xarakterli vaqt bilan tavsiflanadi
(2.60)
2-misol. Ikkala moslashtiruvchi ham inaktivatsiyaga uchraydi:
(2.61)
(2.62)
3-misol. O'z ichiga olgan tizim uchun umumiy holat n mos keluvchilar:
Fermentlar ko'pincha eritmada dimerlar hosil qiladi va dimer shaklida barqarorroqdir. Keyin u kuzatiladi dissosiativ inaktivatsiya mexanizmi :
(2.65)
Quyidagi sxema reaksiya jarayonida mumkin bo'lgan inaktivatsiya mexanizmlarini aks ettiradi (fermentning erkin shaklining monomolekulyar inaktivatsiyasi, ferment-substrat kompleksining monomolekulyar inaktivatsiyasi, fermentning substrat tomonidan bimolekulyar inaktivatsiyasi, fermentning mahsulot tomonidan bimolekulyar inaktivatsiyasi) :
(2.66)
Inaktivatsiya mexanizmlarini diskriminatsiya qilish va reaktsiyaning kinetik xususiyatlarini aniqlash odatda bir necha usullar bilan amalga oshiriladi:
mahsulot unumining ferment kontsentratsiyasiga bog'liqligini tahlil qilish;
substrat konversiyasi darajasi va fermentni inaktivatsiya darajasi o'rtasidagi munosabatni o'rnatish;
substrat konversiyasining past darajalarida va past ferment konsentratsiyasida reaktsiyani o'tkazish;
fermentning yuqori konsentratsiyasida reaktsiyani o'tkazish;
fermentni reaktsiya komponentlari bilan oldindan inkubatsiya qilish;
integral reaksiya tenglamalaridan foydalanish.
Har qanday vaqtda to'qimalarda mavjud bo'lgan ferment miqdori uning sintezi va parchalanishining nisbiy sur'atlari, shuningdek, har xil turdagi inhibitorlar va faollashtiruvchilarning kontsentratsiyasi bilan belgilanadi. Qoida tariqasida, fermentlarning parchalanishi va ularning muhitdagi miqdorining kamayishi sekin sodir bo'ladi. Fermentlarni inhibe qilish va faollashtirish juda tez amalga oshirilishi mumkin - soniyalar ichida.
Ayrim fermentlarning faolligini aniqlash va ifodalashning ko'plab usullari mavjud. Bu fermentlarning xilma-xilligi, ularning faolligini aniqlash uchun turli substratlarning mavjudligi va ishlatilishi bilan bog'liq.
Xalqaro biokimyoviy ittifoq ferment birligining quyidagi ta'rifini taklif qildi: Har qanday fermentning birligi ma'lum standart sharoitlarda daqiqada bir mikromol substratning konversiyasini katalizlovchi miqdor sifatida qabul qilinadi. ». Mikromollar soni standart birliklar soniga teng bo'ladi . Xalqaro komissiya, iloji bo'lsa, ferment faolligini 30 ° C va pH qiymatlarida va fermentativ faollik uchun optimal substrat konsentratsiyasida aniqlashni taklif qildi.
Umumiy fermentlarning xossalari oqib chiqish ularning oqsil tabiatidan kelib chiqadi . Fermentlar termolabil, ularning faolligi pH va namlikka bog'liq , ular faoliyat yuritadigan, shuningdek dan aktivatorlar va inhibitorlarning ta'siri .
Harorat ma'lum chegaralarga ko'tarilganda, ferment faolligi oshadi. Ferment uchun optimal haroratga erishilganda, uning katalitik faolligi eng yuqori darajaga etadi. Ko'pgina fermentlar uchun optimal harorat ko'pincha ichida bo'ladi 40 dan 50 ° C gacha (o'simlik fermentlari uchun optimal harorat 50 - 60 ° C, hayvonlardan kelib chiqqan fermentlar uchun - 40 - 50 ° C). Biroq, optimal harorat qat'iy doimiy emas va ko'p sabablarga, xususan, isitish muddatiga bog'liq. Fermentning ta'siri qanchalik uzoq bo'lsa, optimal harorat shunchalik past bo'lishi kerak. .
0 dan 50 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida, har 10 ° C uchun haroratning oshishi yoki kamayishi bilan ferment faolligi mos ravishda 1,4-2 barobar ortadi yoki kamayadi. Keyinchalik isitish bilan ferment faolligi pasayadi va 80-100 ° C da fermentlar odatda oqsil denaturatsiyasi tufayli o'zlarining katalitik xususiyatlarini butunlay yo'qotadilar. .
Turli fermentlar uchun inaktivatsiya harorati (faollikni yo'qotish) har xil. Shunday qilib, eritmada amilaza fermentining inaktivatsiyasi 70 ° C da, saxaroza - 59 ° C da, tripsin va pepsin - 65 ° C da sodir bo'ladi. Quruq holatda fermentlar yuqori haroratgacha qizdirishga bardosh bera oladi. Ammo juda yuqori haroratlarda ferment inaktivatsiyasi bir zumda sodir bo'ladi. Pasterizatsiya, sterilizatsiya, oqartirish va qaynatish fermentlarni yo'q qiladi .
Termik inaktivatsiyadan keyin ba'zi fermentlar katalitik faolligini tiklaydi. Bunga misol qilib peroksidazani keltirish mumkin, u hatto 60 s dan 150 °C gacha qizdirilganda ham o‘zining katalitik xususiyatlarini to‘liq yo‘qotmaydi. Shuning uchun peroksidaza eng termostabil ferment hisoblanadi.
0 °C dan past haroratlarda fermentlarning katalitik faolligi keskin pasayadi, lekin oziq-ovqat muzlatilgan holatda ham saqlanib qoladi.
Atrof muhitning reaktsiyasi fermentlarning katalitik faolligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Fermentlar muhitning pH ta'sirida eruvchanligini, osmotik bosimini, yopishqoqligini va boshqa xususiyatlarini o'zgartiradi. Bunga ishoniladi muhitning pH darajasiga qarab fermentativ faollikning o'zgarishi o'zgarishlar bilan bog'liq ionlanish fermentlar, substrat yoki ferment-substrat kompleksi .
Fermentlar faqat ularga xos bo'lgan ma'lum pH chegaralarida optimal faollikni namoyon qiladi.. Shunday qilib, oshqozonning yuqori kislotali muhitiga chiqariladigan pepsin pH 1,5 va 2,5 da optimal faollikka ega. Shu bilan birga, oshqozon osti bezi tomonidan o'n ikki barmoqli ichakka chiqariladigan proteazlar ishqoriy pH zonasida optimal faollikka ega va tripsinning optimal ta'siri pH 8-9 oralig'ida yotadi. Optimaldan yuqori yoki past pH qiymatida ferment faolligi pasayadi .
Aksariyat fermentlar neytral, ozgina ishqoriy yoki ozgina kislotali muhitda eng faoldir. PH qiymati optimaldan kislotali yoki ishqoriyga o'tishi bilan ferment faolligi pasayadi.
Aktivatorlar va inhibitorlar Fermentlarning (paralizatorlari) shunga mos ravishda ularning faoliyatini kuchaytirishi yoki zaiflashtirishi va hatto to'xtatishi mumkin. Aktivatorlar Fermentlar metall ionlari: Na + , K + , Rb + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ va tarkibida sulfgidril guruhlari bo'lgan birikmalar: SH, HCN, H 2 S . Belgilangan metallar yoki birikmalarning ma'lum konsentratsiyadagi eritmada bo'lishi ba'zi fermentlarning to'liq faolligining namoyon bo'lishiga yordam beradi.
Barcha fermentlar ferment oqsilining denaturatsiyasi yoki destruktsiyasi tufayli inhibisyonga moyil.
Ko'p hollarda inhibitorlar ta'sirining mohiyati shundaki, ular ferment molekulasining faol guruhlari yoki faol markazlari bilan birlashadilar. Farqlash umumiy va maxsus ingibitorlar . TO umumiy ingibitorlar qaysi barcha fermentlarning ta'sirini inhibe qiladi , o'z ichiga oladi og'ir metallarning tuzlari (qo'rg'oshin, kumush, simob), trikloroasetik kislota va tanin . Ko'pincha og'ir metallar ta'sirida fermentlarning ta'sirini inhibe qilish yoki to'xtatish teskari bo'ladi va agar muhitga bu metallar bilan birikmalar hosil qiluvchi moddalar qo'shilsa, fermentlarning faolligi tiklanadi.
Maxsus inhibitorlar faqat ma'lum fermentlarga ta'sir qiladi. Shunday qilib, gidrosiyan kislotasi faqat faol markazda temir yoki mis o'z ichiga olgan oksidlovchi fermentlarga ta'sir qiladi. Hidrosiyan kislotasi metallar bilan birlashadi va ferment faolligini yo'qotadi.
Tirik hujayrada fermentlar ta'sirini tartibga solish faqat o'ziga xos faollashtiruvchi va ingibitorlar yordamida emas, balki fermentlarni protoplazmaning turli kolloid tuzilmalari bilan bog'lash orqali ham amalga oshiriladi. Fermentlarning bunday bog'lanishi ularning faolligini yo'qotishiga olib keladi. Fermentning birikmadan chiqishi yana uning katalitik faolligini tiklaydi.
Fermentlar juda yuqori bosimlarda faolsizlantiriladi . Biroq, bosim chiqarilgandan so'ng, fermentlar katalitik faolligini tiklaydi.
Fermentlarning ta'siri quruq ovqatlarda juda sekinlashadi, lekin butunlay to'xtamaydi. Ferment faolligining natijalari mahsulot sifatining o'zgarishi - uning qorayishi, xushbo'yligi, ta'mi, mustahkamligi va boshqalarning yomonlashishida namoyon bo'lishi mumkin.
Ko'pgina fermentativ reaktsiyalarning tezligi, hech bo'lmaganda, eng erta bosqichlarda ferment konsentratsiyasiga mutanosibdir. Dastlabki bosqichlardan tashqari, fermentativ reaktsiyalar tezligi pasayadi.
Ferment substrat bilan kompleks hosil qiladi, u erkin fermentga va yakuniy reaktsiya mahsulotiga ajraladi:
bu erda E - ferment; S - substrat; ES - ferment-substrat kompleksi; P - yakuniy mahsulot.
Substrat miqdori ferment miqdoriga nisbatan juda katta va shuning uchun substratning konsentratsiyasi fermentativ reaktsiyalar tezligiga katta ta'sir qiladi. Agar substrat sezilarli darajada ortiqcha bo'lsa, hosil bo'lgan mahsulot miqdori vaqtga mutanosib bo'ladi. Substrat konsentratsiyasining pasayishi bilan vaqt birligida hosil bo'lgan yakuniy mahsulot (P) miqdori kamayadi.
Eritmada ferment mavjudligi uning harakati bilan baholanadi. Shunday qilib, tupurikda amilaza mavjudligini tupurikning kraxmalni shakarlash qobiliyati, oshqozon pepsinining mavjudligi - tuxum oqini yoki fibrinni etarli tezlikda eritish qobiliyati bilan baholanishi mumkin.
Tegishli reaktsiya muhitini yaratish orqali fermentlarning faolligini tartibga solish orqali siz ular katalizlaydigan reaktsiyalar tezligini, shuningdek, oziq-ovqat mahsulotlari tarkibidagi fermentlarning faolligini nazorat qilishingiz mumkin, bu sizga don, kartoshkani saqlash bo'yicha chora-tadbirlarni amalga oshirish imkonini beradi. , meva va sabzavotlar, bir qator mahsulotlar ishlab chiqarish (sharob, choy va boshqalar.).
Fermentlarning nomenklaturasi va tasnifi
Fermentlarni o'rganish rivojlanishining dastlabki davrida ularga tasodifiy xarakteristikalar, substrat nomi yoki katalizlangan reaktsiya turiga asoslanib, o'ziga xos tizimsiz nomlar berildi. Shunday qilib, pepsin fermenti o'z nomini yunoncha "pepsis" so'zidan oldi - men hazm qilaman, papain - fermentga boy papayya o'simlikining sharbatidan. Ayrim mualliflar bir fermentga turli nomlar berishgan.
Fermentlar fanining - fermentologiyaning jadal rivojlanishi munosabati bilan 1961 yilda Xalqaro biokimyoviy ittifoq qoshidagi fermentlar bo'yicha doimiy komissiya fermentlarning zamonaviy nomenklaturasi va tasnifini ishlab chiqdi. Ushbu tasnifga muvofiq, fermentning nomi substratning kimyoviy nomi va ferment tomonidan amalga oshirilgan reaksiya nomidan iborat edi. Ferment ta'sir qiladigan substrat ildizining lotincha nomiga (saxaroza - saxaroza), yoki bu ferment tomonidan katalizlanadigan jarayon nomiga (gidroliz - gidrolazlar), oxiri qo'shildi"aza". Ko'pgina fermentlarning yangi nomlari bilan bir qatorda, ilmiy adabiyotlarda mustahkam o'rin olgan eskilari (pepsin, tripsin, papain va boshqalar) saqlanib qolgan.
Zamonaviy tasnifga ko'ra, barcha fermentlar bo'linadi olti sinflar: oksidoreduktazalar; transferazlar; gidrolazlar; liyazlar; izomeraza; ligazalar (sintetazlar) . Fermentlarning tasnifi ularning ta'sir qilish xususiyatiga asoslanadi.
Har bir sinf kichik sinflarga va har bir kichik sinf guruhlarga bo'lingan.
Oksidoreduktazalar
Bular katalizlovchi fermentlardir redoks reaktsiyalari tirik organizmlarda uchraydigan. Organizmlardagi moddalarning oksidlanish reaksiyalari doimo qaytarilish reaksiyalari bilan birga kechadi. Oksidoredduktazalar quyidagilarga bo'linadi 14 kichik sinflar (fermentlarning eng keng klassi).
Oksidlanish substratdan vodorodni (elektronlarni) olib tashlash jarayoni sifatida, qaytarilish esa vodorod atomlarini (elektronlarni) qabul qiluvchiga qo'shish jarayonida sodir bo'ladi. Ushbu reaksiya sxematik tarzda quyidagicha ifodalanishi mumkin:
AN 2 + B = A + VN 2,
bu erda AN 2 o'z vodorodini beradigan va donor deb ataladigan moddadir; B vodorodni olib ketadigan modda bo'lib, uni qabul qiluvchi deyiladi.
Oksidlanishga turli moddalar - uglevodlar, yog'lar, oqsillar, aminokislotalar, vitaminlar va boshqalar kirishi mumkin.
Tirik to'qimalarda oksidoreduktazalarning roli keng guruhlar tomonidan amalga oshiriladi dehidrogenazlar Va oksidazlar , ular oksidlanadigan substratga qarab nomlanadi. Shunday qilib, molik kislotani suvsizlantiradigan ferment malatdegidrogenaza, etil spirtini dehidrogenlashtiradigan ferment spirtli dehidrogenaza va boshqalar deb ataladi.
Oksidoredduktazalar sinfida asosiylari degidrogenazalar bo'lib, ular degidrogenlanish reaksiyasini amalga oshiradilar. Barcha dehidrogenazlar ikki guruhga bo'linadi : oksidazlar deb ataladigan anaerob va aerob .
Anaerob dehidrogenazalar katalizlovchi maxsus fermentlardir vodorodni olish ba'zi kimyoviy moddalardan va uni boshqa fermentlarga - vodorod tashuvchilarga o'tkazish. Bu dehidrogenazalar ikki komponentli fermentlar bo'lib, ularda koenzim oqsil qismidan oson ajratiladi. Koenzim sifatida Anaerob dehidrogenazlar ikkita moddani o'z ichiga olishi mumkin - nikotin amid adenin nukleotidi ( YUQORIDA ) yoki nikotin amid adelin nukleotid fosfat ( NADP ). Bu moddalarning ikkalasi ham juda yuqori reaktiv-qaytarilish xossalariga ega.
Turli organik birikmalarning oksidlanishini katalizlaydigan ko'plab anaerob dehidrogenazalar ma'lum. Shunday qilib, laktat dehidrogenaza sut kislotasining piruvik kislotaga oksidlanishini, izotsitrat dehidrogenaza - izotsitrik kislotaning oksalat-suksin kislotasiga oksidlanishini katalizlaydi.
Guruhga aerob dehidrogenazalar (oksidazalar) o'z ichiga olgan fermentlarni o'z ichiga oladi koenzim sifatida kiritilgan vitamin B 2 , (riboflavin ), shuning uchun bunday fermentlar deyiladi flavin . Flavin fermentlari oksidlangan moddadan vodorodni olib tashlash va uni boshqa birikmalarga yoki havodagi kislorodga o'tkazishga qodir:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.
Oksidlangan moddadan vodorodni olib, uni havo kislorodiga o'tkazganda, oksidaza suv yoki vodorod peroksid (H 2 O yoki H 2 O 2) hosil qilishi mumkin. Bu fermentlar guruhiga polifenoloksidaza, askorbat oksidaza va glyukoza oksidaza kiradi.
Polifenol oksidaza aerob dehidrogenaza bo'lib, buning uchun Vodorod qabul qiluvchi kislorod gazidir .
O-difenollar, polifenollar, taninlar va tirozinga ta'sir qiladi. Polifenol oksidaza qo'ziqorinlarda va yuqori o'simliklarda, ayniqsa yashil choy barglarida keng tarqalgan. Polifenoloksidaza ta'siri meva va sabzavotlarning, kartoshkaning kesilgan go'shtining qorayishini, shuningdek, o'ralgan yangi choy barglarining qorayishini tushuntiradi. Polifenoloksidaza o'simliklarning nafas olishida oraliq vosita sifatida muhim rol o'ynaydi.
Ferment peroksidaza polifenoloksidaza va sitoxrom oksidaza bilan birga o'simliklarning nafas olish jarayonlarida va o'simlik patogen mikroorganizmlariga qarshi o'simliklarning himoya reaktsiyalarida faol ishtirok etadi.
Peroksidaza faol guruhini o'z ichiga oladi temir . Peroksidaza fermentidan foydalanish vodorod periks tufayli va ba'zi boshqa organik peroksidlar, organik birikmalarning oksidlanishi sodir bo'ladi. Peroksidaza murakkab organik birikma hosil qiladi, buning natijasida peroksid faollashadi va vodorod qabul qiluvchi sifatida harakat qilish qobiliyatiga ega bo'ladi:
Ko'pgina organik birikmalar atmosfera kislorodi bilan reaksiyaga kirishib, peroksidlar hosil qiladi. Peroksidlar, ayniqsa, havo kislorodi to'yinmagan bog'lanishlarga ega bo'lgan birikmalarni: karotinoidlar, to'yinmagan yog'li kislotalar va ba'zi uglevodorodlarni oksidlashda osonlik bilan hosil bo'ladi.
Ferment katalaza vodorod periksni suv va kislorodga bo'lish jarayonini katalizlaydi:
Katalaza molekulasi, peroksidaza kabi, o'z ichiga oladi temir . Tanadagi katalazaning asosiy maqsadi nafas olish jarayonida hosil bo'lgan hujayralar uchun zararli bo'lgan vodorod periksni yo'q qilishdir.
Ferment lipoksigenaza yog'larning oksidlanish buzilishi paytida peroksidlar va gidroperoksidlar hosil bo'lishini katalizlaydi.
Enzimatik reaksiya tezligi, boshqacha aytganda, fermentning faolligi muhitda faollashtiruvchi va ingibitorlarning mavjudligi bilan ham belgilanadi: birinchisi reaksiya tezligini oshiradi va ba'zan uni o'zgartiradi, ikkinchisi reaktsiyani inhibe qiladi. Fermentlarning faolligiga ta'sir qiluvchi kimyoviy birikmalar orasida turli moddalar mavjud. Shunday qilib, HC1 pepsin, safro kislotalari - pankreatik lipazning ta'sirini faollashtiradi; ba'zi to'qimalar fermentlari (oksidoredüktazalar, katepsinlar, arginaza), o'simlik proteinazasi papain va boshqalar erkin SH guruhlari (glutation, sistein) o'z ichiga olgan birikmalar va ba'zilari vitamin C tomonidan sezilarli darajada faollashadi. Ionlar, ayniqsa, ko'pincha ikki va ba'zan bir valentli metallarning faollashtiruvchisi bo'lib xizmat qiladi. . Ko'pgina fermentlar metallar bo'lmaganda umuman faol emas. Shunday qilib, sinkni olib tashlashda karbonik anhidraz amalda fermentativ faollikdan mahrum; Bundan tashqari, ushbu fermentning ta'siri ostida sinkni boshqa metall bilan almashtirib bo'lmaydi. Ta'siri bir qator metallar tomonidan faollashtirilgan fermentlar ma'lum, xususan, enolaza (qarang Uglevod almashinuvi ) Mg 2+, Mn 2+, K + bilan faollashadi. Jadvalda 18-rasmda metallarning ayrim fermentlar ta'sirida ishtirok etishiga misollar keltirilgan.
| 18-jadval. Ayrim fermentlarning faollashuvida metallar 1 (1 Odatda metallofermentlar (metall murakkab bog'langan va almashtirib bo'lmaydigan) va metallar tomonidan faollashtirilgan fermentlar (ikkinchisi faqat reaktsiyani tezlashtiradi va oson ajraladi) o'rtasidagi chegarani chizish qiyin.) | |||
| Ferment | Metall | Ferment | Metall |
| Sitokromlar | Fe | Amilaza | Ca |
| Katalaza | Fe | Lipaza | Ca |
| Peroksidaza | Fe | Karbonat angidraz | Zn |
| Triptofan oksidaza | Fe | Laktat dehidrogenaza | Zn |
| Gomogenizatsiya | Fe | Uricaza | Zn |
| Askorbat oksidaza | Si | Karboksipeptidaza | Zn |
| Tirozinaza | Si | Peptidazalar | Mg |
| Fenoloksidaza | Si | Fosfatazalar | Mg |
| Ksantin oksidaza | Mo | Fosfoglyukokinaza | Mg |
| Nitrat reduktaza | Mo | Arginaza | Mn |
| Aldegid oksidaza | Mo | Fosfoglyukomutaza | Mn |
| Peptidazalar | Co | Xolinesteraza | Mn |
Fermentlarning faollashtiruvchi ta'sirida metallarning roliga kelsak, mavjud ma'lumotlar ba'zi hollarda metall ionlari (Co 2+, Mg 2+, Zn 2+, Fe 2+) fermentlarning protez guruhlari funktsiyalarini bajarishini ko'rsatadi. Boshqa hollarda, ular substratning faol joyga biriktirilishiga va ferment-substrat kompleksining shakllanishiga yordam beradi. Masalan, Mg 2+ ionlari manfiy zaryadlangan fosfat guruhi orqali bu birikmalarning gidrolizlanishini katalizlovchi fosfatazalarning faol markaziga organik moddalarning monofosforik efirlarini qo`shilishini ta'minlaydi. Ba'zi hollarda metall substrat bilan birlashadi va ferment ta'sir qiladigan haqiqiy substratni hosil qiladi. Xususan, Mg 2+ ionlari haqiqiy substrat va ATP ning magniy tuzi hosil bo'lishi tufayli kreatinfosfokinazani faollashtiradi. Nihoyat, ferment molekulasining faol markazi va butun uchinchi darajali tuzilishini hosil qilish va barqarorlashtirishda metallarning bevosita ishtirok etishi (masalan, tuprik amilaza molekulasidagi Ca 2+ ionlari)ning eksperimental dalillari mavjud. Shuni ham ta'kidlash kerakki, metallar ko'pincha allosterik modulyator sifatida rol o'ynaydi (59-rasmga qarang). Allosterik markaz bilan o'zaro ta'sir qilish orqali bunday metall (modulyator) fermentning eng qulay fazoviy konfiguratsiyasi va faol ferment-substrat kompleksining shakllanishiga yordam beradi.
Fiziologik konsentratsiyadagi anionlar odatda samarasiz yoki fermentlarga kam faollashtiruvchi ta'sir ko'rsatadi. Istisnolar - bu pepsin, anionlar tomonidan faollashtirilgan ba'zi oksidoreduktazalar, shuningdek, kraxmal gidrolizini katalizlovchi so'lak amilaza, faolligi xlor ionlari bilan ortadi va halogen anionlari bilan faollashtirilgan adenilat siklaza.
Inhibitorlar Fermentlar tomonidan katalizlangan reaktsiyalarni qisman yoki to'liq inhibe qilishga olib keladigan moddalarni chaqirish odatiy holdir. Fermentlar oqsillar bo'lganligi sababli, oqsillarni denaturatsiyaga olib keladigan har qanday vositalar (issiqlik, kislotalar, ishqorlar, og'ir metallar tuzlari) fermentning inaktivatsiyasiga olib keladi. Biroq, bunday inaktivatsiya nisbatan o'ziga xos emas. Bu fermentlarning ta'sir mexanizmi bilan bog'liq emas. Kattaroq guruh bir ferment yoki tegishli fermentlar guruhiga ta'sir qiluvchi o'ziga xos ingibitorlardan iborat. Ushbu inhibitorlarni o'rganish bir qator sabablarga ko'ra muhimdir.
Birinchidan, ingibitorlar fermentning faol joyining tabiati, shuningdek, uning funktsional guruhlari va ferment-substrat kompleksining shakllanishini ta'minlaydigan kimyoviy bog'lanishlar haqida qimmatli ma'lumotlarni berishi mumkin. Ma'lumki, ferment molekulasidagi u yoki bu guruhni kimyoviy reaktsiya doirasidan tashqarida maxsus bog'laydigan moddalar. Xususan, yodoatsetat ICH 2 -COOH, uning amid va etil efiri, paraxloromerkuribenzoat ClHg - C 6 H 4 -COOH va boshqa reagentlar fermentlarning ayrim SH guruhlari bilan nisbatan oson kimyoviy bog'lanishadi. Agar bunday guruhlar kataliz akti uchun zarur bo'lsa, unda bunday ingibitorlarning qo'shilishi ferment faolligining to'liq yo'qolishiga olib keladi:
R-SH + ICH 2 -COOH --> HI + R-S-CH 2 -COOH
Bir qator boshqa fermentlar (xolinesteraza, tripsin va ximotripsin) faol joyda serinning asosiy gidroksil guruhini blokirovka qilish tufayli ma'lum organofosfor birikmalari, xususan diizopropil florofosfat (DFP) tomonidan kuchli inhibe qilinadi (yuqoriga qarang).
Ikkinchidan, inhibitorlar fermentlar va izofermentlarning ko'p shakllari tabiatini o'rganishda enzimologiyada keng qo'llanilishini topdilar, ular elektroforetik harakatchanlikda emas, balki bir xil inhibitorga reaktsiyalardagi farqda ham farqlanadi.
Ko'p bosqichli metabolik jarayonning alohida bosqichlarini tanlab o'chiradigan inhibitorlar yordamida kimyoviy reaktsiyalar ketma-ketligini va ishtirok etadigan fermentlarning tabiatini aniq aniqlash mumkin. Xususan, shu tarzda, yodoatsetat, ftorid va boshqa ingibitorlardan foydalangan holda mushak to'qimalarida glyukozaning sut kislotasiga oksidlanish-qaytarilish-qaytarilish yo'lining glikolitik yo'li ochildi (qarang Uglevod almashinuvi ), bu 11 ferment va 10 oraliq fermentni o'z ichiga olgan 11 bosqichga ega. metabolitlari.
Ko'pgina toksinlar va zaharlarning organizmga ta'sir qilish mexanizmi fermentlarni inhibe qilishga asoslangan. Shunday qilib, ma'lumki, gidrosiyan kislotasi bilan zaharlanish holatlarida o'lim nafas olish fermentlarini (sitoxrom oksidaza), ayniqsa miya hujayralarini to'liq inhibe qilish tufayli sodir bo'ladi. Ba'zi insektitsidlarning odam va hayvonlar organizmiga toksik ta'siri asab tizimining faoliyatida asosiy rol o'ynaydigan ferment xolinesteraza faolligini inhibe qilish bilan bog'liq.
Ratsional kimyoterapiya - dori vositalarini tibbiyotda ongli ravishda qo'llash, ularning ta'sir qilish mexanizmini, fermentlarning biosintezini yoki ularning organizmdagi ishlashini aniq bilishga asoslangan bo'lishi kerak. Ba'zida inson kasalliklarini davolash selektiv inhibitorlardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, tripsin, ximotripsin va kallikreinning inhibitori trasilol o'tkir pankreatitni davolashda keng qo'llaniladi. Ayrim tabiiy va sintetik birikmalarning (antimetabolitlar deb ataladigan) fermentlarga selektiv inhibitiv ta'siri hozirgi vaqtda kimyoterapevtik preparatlarni sintez qilishning samarali usullarini ishlab chiqish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Bu yo'l fermentlar sintezini ham, metabolizm intensivligini ham tartibga solish uchun keng imkoniyatlar ochadi.
Inhibisyon turlari. Ko'pgina ingibitorlarning ta'sir mexanizmi noaniq bo'lsa-da, odatda qaytariladigan va qaytarilmas inhibisyon o'rtasida farqlanadi. Agar inhibitor molekulasi doimiy o'zgarishlarga yoki fermentning funktsional guruhlarini o'zgartirishga olib keladigan bo'lsa, unda bu turdagi inhibisyon qaytarilmas deb ataladi. Biroq, ko'pincha, Michaelis-Menten tenglamasi asosida miqdoriy jihatdan o'rganilishi mumkin bo'lgan qaytariladigan inhibisyon sodir bo'ladi. Qaytariladigan inhibisyon, o'z navbatida, substrat konsentratsiyasini oshirish orqali fermentativ reaktsiyaning inhibisyonini engib o'tish mumkinmi yoki yo'qligiga qarab, raqobatbardosh va raqobatdosh bo'lmaganlarga bo'linadi. Ikkinchi holda, substrat konsentratsiyasini oshirish fermentning inhibisyon darajasini o'zgartirmaydi.
Raqobatbardosh inhibisyon substratga o'xshash tuzilishga ega bo'lgan, ammo haqiqiy substrat tuzilishidan biroz farq qiladigan moddalar tufayli yuzaga kelishi mumkin. Ushbu turdagi inhibisyonning klassik namunasi malon kislotasi tomonidan suksinat dehidrogenaza faolligini inhibe qilishdir. Ushbu ferment quyidagi sxema bo'yicha süksin kislotasini fumarin kislotasiga gidrogenlash orqali oksidlanishni katalizlaydi:
Agar muhitga malon kislotasi (ingibitor) qo'shilsa, u holda haqiqiy substrat süksin kislotasi bilan strukturaviy o'xshashligi (bir xil ionlangan karboksil guruhining ikkitasi mavjudligi) tufayli u faol markaz bilan reaksiyaga kirishib, ferment-ingibitor hosil qiladi. murakkab (diagrammaga qarang), ammo, bu holda, malonatdan vodorod o'tishi sodir bo'lmaydi. Substrat tuzilmalari - süksin kislotasi va inhibitor - malonat hali ham bir oz farq qilganligi sababli, ular faol joy bilan bog'lanish uchun raqobatlashadilar va inhibisyon darajasi malonat va süksinat kontsentratsiyasining nisbati bilan belgilanadi. inhibitorning mutlaq kontsentratsiyasi. Ushbu turdagi inhibisyon ba'zan metabolik antagonizm inhibisyonu deb ataladi (56-rasm).
Umuman olganda, inhibitor va ferment o'rtasidagi reaktsiyani quyidagi tenglama bilan ifodalash mumkin:
Olingan kompleks ferment-ingibitor kompleksi (EI) deb ataladi, ES dan farqli o'laroq, reaktsiya mahsulotlarini hosil qilish uchun parchalanmaydi. EI kompleksining dissotsiatsiya konstantasi yoki inhibitiv konstanta (K 1) Michaelis-Menten nazariyasiga muvofiq, teskari va to'g'ridan-to'g'ri reaktsiyalar konstantalarining nisbati sifatida aniqlanishi mumkin:
ya'ni inhibitor konstanta ferment va inhibitor konsentratsiyasining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va EI kompleksi konsentratsiyasiga teskari proportsionaldir.
Raqobatbardosh inhibisyon usuli tibbiyot amaliyotida keng qo'llanilishini topdi. Ma'lumki, masalan, sulfanilamid preparatlari bakteriyalar keltirib chiqaradigan ayrim yuqumli kasalliklarni davolash uchun ishlatiladi. Ma'lum bo'lishicha, bu dorilar tuzilish jihatdan para-aminobenzoy kislotasiga o'xshash bo'lib, bakteriya hujayrasi bakterial fermentlarning tarkibiy qismi bo'lgan foliy kislotasini sintez qilish uchun foydalanadi. Ushbu strukturaviy o'xshashlik tufayli, masalan, sulfanilamid, para-aminobenzoy kislotasini kompleksdan foliy kislotasini sintez qiluvchi ferment bilan siqib chiqarish orqali fermentning ta'sirini bloklaydi, bu esa bakteriyalar o'sishini inhibe qilishga olib keladi.
B6 vitamini va foliy kislotasining ba'zi analoglari, xususan deoksipiridoksin va aminopterin (qarang. Vitaminlar) raqobatbardosh, koenzim inhibitörleri (yoki antivitaminlar) bo'lib, organizmdagi ko'plab biokimyoviy jarayonlarni inhibe qiladi.
Raqobatsiz inhibisyon substratlarga strukturaviy o'xshashligi bo'lmagan va ko'pincha faol markazga emas, balki ferment molekulasining boshqa joylariga bog'langan moddalar tufayli yuzaga keladi. Inhibisyon darajasi ko'p hollarda inhibitorning fermentga ta'sir qilish muddati bilan belgilanadi. Ushbu turdagi inhibisyon bilan, barqaror kovalent bog'lanish hosil bo'lishi sababli, ferment ko'pincha to'liq inaktivatsiyaga uchraydi va keyin inhibisyon qaytarilmas holga keladi. Raqobatdosh bo'lmagan inhibisyon (inaktivatsiya) misollari - ferment molekulasidagi funktsional guruhlar yoki metall ionlarini bog'lash va o'chirishdan iborat bo'lgan yodoatsetat, diizopropil florofosfat, shuningdek dietil-n-nitrofenil fosfat va gidrosiyan kislotasining ta'siri.
Inhibisyon turi haqidagi savolga aniqlik kiritish uchun Michaelis-Menten tenglamasidan, Lineweaver-Burk grafigidan va boshqa ilg'or tenglamalardan foydalaning, masalan, Edie-Hofstee tenglamasi:
v = - K m (0/[S]) + V maks
va to'g'ri chiziqli koordinatalarda mos keladigan grafiklar. Quyidagi grafiklarda v va [S] koordinatalarida, shuningdek 1/v va 1/[S] koordinatalarida V - maksimal reaksiya tezligi, V 1 - inhibitor ishtirokidagi maksimal tezlik. , K 1 - inhibitiv konstanta; boshqa barcha belgilar yuqorida keltirilgan.
Ko'rinib turibdiki, raqobatbardosh turdagi inhibisyon bilan (57-rasm) inhibitor K m qiymatini (x o'qidan kesilgan segmentlar uzunligidagi farqga teng miqdorda) ta'sir qilmasdan oshiradi. maksimal tezlik. Bu shuni anglatadiki, etarli darajada yuqori substrat konsentratsiyasida [S] inhibitor EI kompleksidan substrat molekulalari bilan almashtiriladi. Raqobatsiz inhibisyon bilan (58-rasm) inhibitor maksimal tezlikni pasaytiradi. Agar K m ning qiymati kamaymasa, unda biz butunlay raqobatbardosh bo'lmagan inhibisyon haqida gapiramiz. Shunga o'xshash inhibisyon turi faol bo'lmagan, ajralishi qiyin bo'lgan EI va (yoki) EIS komplekslarini shakllantirish jarayonida sodir bo'ladi. Biroq, ko'pincha aralash turdagi inhibisyon mavjud (ba'zan qisman raqobatbardosh bo'lmagan tur deb ataladi), bunda Vmax ning pasayishi Km ning oshishi bilan birlashtiriladi. Bu shuni anglatadiki, EI kompleksi qisman faollikni, ya'ni oraliq uchlamchi kompleks EISni hosil qilish qobiliyatini saqlab qoladi, bunda substrat kechiktirilgan katalitik transformatsiyaga uchraydi. Kamdan kam hollarda ferment faolligini inhibe qilish darajasi substrat kontsentratsiyasining oshishi bilan oshishi mumkin; Ushbu turdagi inhibisyon uchun raqobatdosh bo'lmagan (inglizchadan raqobatbardosh) juda noto'g'ri atama taklif qilingan. Bunday inhibisyonning mexanizmlaridan biri inhibitorni ES kompleksi bilan faol bo'lmagan yoki sekin reaksiyaga kirishadigan uchlik ESI kompleksini hosil qilish imkoniyati bilan bog'liq.
Shunday qilib, fermentativ reaktsiya tezligini substrat kontsentratsiyasiga bog'liq holda grafik tahlil qilish orqali fermentativ reaktsiyalarning kinetikasi bo'yicha qimmatli ma'lumotlarni olish mumkin, bu fermentativ katalizning mumkin bo'lgan mexanizmini yoritadi.
Fermentlar faolligini tartibga solish
Yuqorida ta'kidlanganidek, tirik organizmlarning o'ziga xos xususiyatlaridan biri bu katabolik (biodegradativ) va anabolik (biosintetik) jarayonlarni muvozanatlash qobiliyatidir. Hujayralarda bir vaqtning o'zida yuzlab va minglab turli moddalarning sintezi, parchalanishi va o'zaro aylanishi jarayonlari sodir bo'lsa-da, organizmning ichki muhitining doimiyligini ta'minlaydigan ko'plab tartibga solish mexanizmlari mavjud. Ushbu tartibga solish mexanizmlarining ba'zilari, ular orasida ferment faolligini tartibga soluvchi mexanizmlar muhim rol o'ynaydi, quyida muhokama qilinadi.
Ommaviy harakatlar qonunining ta'siri. Ferment tomonidan katalizlangan teskari kimyoviy reaktsiyada, masalan, A + B C + D, reaktsiya komponentlarining kontsentratsiyasi va shunga mos ravishda reaktsiya yo'nalishi massa ta'siri qonunining ta'siri bilan tartibga solinadi. Xususan, u alanin aminotransferaza tomonidan katalizlanadigan teskari transaminatsiya reaktsiyasida namoyon bo'lishi mumkin:
Alanin + a-ketoglutarat piruvat + glutamat.
Ushbu turdagi tartibga solish aniq cheklangan rol o'ynaydi, chunki real sharoitda reaktsiya odatda bir yo'nalishda davom etadi, chunki hosil bo'lgan mahsulotlar boshqa fermentlarning ta'siri uchun substrat bo'lib chiqishi va reaktsiyadan olib tashlanishi mumkin; bu holatlarda haqiqiy muvozanat emas, balki barqaror (statsionar) holat o'rnatiladi.
Ferment miqdorining o'zgarishi. Bakteriyalarda uglerod va energiyaning yagona manbai u yoki bu uglevodlar, masalan, glyukoza bo'lgan muhitda o'stirilganda fermentlarning induktsiyalangan sintezi hodisasi yaxshi o'rganilgan. Muhitda glyukozani laktoza bilan almashtirish laktozani glyukoza va galaktozaga parchalaydigan galaktozidaza fermentining (laktoza geni tomonidan dasturlashtirilgan, Protein sinteziga qarang) induktsiyalangan yoki moslashtirilgan (qisqa muddat kechikish davridan keyin) sinteziga olib keladi. Hayvon to'qimalarida fermentlarning bunday tez sintezi nisbatan kamroq kuzatiladi va sintezni induktsiya qilish mexanizmi faqat oz miqdordagi fermentlar (tirozin transaminazalar, serin va treonin degidratazalar, triptofan pirrolazalar va boshqalar) uchun o'rganilgan. Shu bilan birga, organizmga ma'lum zaharlar, kanserogen moddalar, alkaloidlar, insektitsidlar va boshqalar tushganda, bir necha kundan keyin fermentlar faolligining (mos ravishda miqdori) keskin oshishi kuzatiladi - jigar hujayralarining silliq endoplazmatik to'rning gidroksilazalari; begona moddalarni tanaga toksik bo'lmagan mahsulotlarga oksidlash. Boshqa tomondan, bunday gidroksilazalar ta'sirida organizmda begona moddalar ko'proq zaharli birikmalarga aylanadigan holatlar tasvirlangan. Detoksifikatsiyaga qarama-qarshi bo'lgan bu hodisa halokatli sintez deb ataladi.
Profermentlar. Oshqozon-ichak trakti va oshqozon osti bezining proteolitik fermentlari faol bo'lmagan shaklda, profermentlar (zimogenlar) shaklida sintezlanadi. Bunday hollarda tartibga solish o'ziga xos vositalar ta'sirida profermentlarni faol fermentlarga aylantirish bilan bog'liq. Shunday qilib, tripsin oshqozon osti bezida tripsinogen shaklida sintezlanadi. Ikkinchisi I. P. Pavlov laboratoriyasida birinchi marta kashf etilgan boshqa protein fermenti - enterokinaza ta'sirida ichakda faol tripsinga aylanadi. Aniqlanishicha, enterokinazning faollashtiruvchi ta'siri geksapeptidning tripsinogendan ajralishiga qadar kamayadi, bu tripsinning uchinchi darajali tuzilishini va uning faol markazini shakllantirishga olib keladi (yuqoriga qarang); avtokataliz ham kuzatiladi. Faol bo'lmagan pepsinogenning faol pepsinga aylanishi HC1 ishtirokida cheklangan proteoliz natijasida avtokatalitik tarzda sodir bo'ladi va shuningdek, polipeptid tabiatning birinchi o'ziga xos inhibitoridan ajralib chiqishi bilan bog'liq (qarang: "Oddiy oqsillar metabolizmi"). Proteinazlarning faol bo'lmagan shakldagi va boshqa bir qator faol bo'lmagan prekursor oqsillarining sintezi ma'lum bir biologik ma'noga ega bo'lib, profermentlar hosil bo'lgan organ hujayralarining yo'q qilinishini oldini oladi.
Fermentning kimyoviy modifikatsiyasi. Yuqorida ko'rsatilgan edi (qarang Proteinlar kimyosi ) bir qator oqsillar uchinchi darajali tuzilishini shakllantirish jarayonida postsintetik modifikatsiyaga uchraydi. Ma'lum bo'lishicha, energiya almashinuvining asosiy fermentlari - fosforilaza, glikogen sintetaza va boshqalar ham o'ziga xos fermentlar - oqsil kinaza va oqsil fosfatazasi tomonidan amalga oshiriladigan fosforlanish va fosforillanish orqali boshqariladi, ularning faolligi o'z navbatida gormonlar bilan tartibga solinadi. (qarang: Karbongidrat almashinuvi). Asosiy fermentlarning faollik darajasi va shunga mos ravishda metabolik jarayonlarning intensivligi ushbu fermentlarning fosforlangan va fosforlangan shakllarining nisbati bilan belgilanadi.
Teskari aloqa printsipi bo'yicha ferment faolligini tartibga solish. Ko'pgina qat'iy biosintetik reaktsiyalarda ko'p bosqichli fermentativ jarayon tezligini tartibga solishning asosiy turi biosintetik zanjirning yakuniy mahsuloti birinchi bosqichni katalizlovchi ferment faolligini bostirganda, teskari aloqani inhibe qilishdir.
Faraz qilaylik, hujayralarda ko'p bosqichli biosintetik jarayon sodir bo'ladi, uning har bir bosqichi o'z fermenti tomonidan katalizlanadi:
Bunday umumiy reaktsiyalar ketma-ketligining tezligi asosan yakuniy mahsulot (P) kontsentratsiyasi bilan belgilanadi, uning ruxsat etilgan darajadan yuqori to'planishi jarayonning birinchi bosqichiga, mos ravishda E fermentiga kuchli inhibitiv ta'sir ko'rsatadi. 1.
Metabolitlar tomonidan ferment faolligini nazorat qilishning bunday mexanizmi mavjudligi birinchi marta E. coli da izolösin va sitidin trifosfat (CTP) sintezini o'rganishda namoyon bo'ldi. Ma'lum bo'lishicha, yakuniy mahsulot bo'lgan izolösin treonin degidratazaning faolligini tanlab bostiradi, bu treoninni beshta fermentativ reaktsiyani o'z ichiga olgan izolösinga aylantirish jarayonining birinchi bosqichini katalizlaydi. Xuddi shunday, CTP, biosintetik yo'lning yakuniy mahsuloti sifatida, birinchi fermentga (aspartat transkarbamoylaza) inhibitiv ta'sir ko'rsatadi va shu bilan o'z sintezini tartibga soladi. Ushbu turdagi inhibisyon teskari inhibisyon yoki retroinhibisyon deb ataladi. Uning mavjudligi barcha tirik organizmlarda isbotlangan va hozirda u fermentlar faolligini va umuman hujayra metabolizmini tartibga solishning etakchi turlaridan biri hisoblanadi. (1 Shuni ta'kidlash kerakki, sof biodegradativ (katabolik) jarayonlarda reaktsiya tezligi (shuningdek, ferment faolligi) hujayraning energiya holatini ko'rsatadigan oraliq mahsulotlar (purin nukleotidlari, pirofosfat, noorganik fosfat va boshqalar) tomonidan tartibga solinadi. .)
Boshqa tomondan, bir vaqtning o'zida biosintetik va biodegradativ funktsiyalarni bajaradigan amfibolik jarayonlarda ("Metabolizm va energiyaga kirish" ga qarang). hujayra. (2 Amfibolik jarayonlarga glikoliz, glikogenoliz, trikarboksilik kislota aylanishi, geksoza monofosfat yo‘li, aminokislotalarning transaminatsiyasi kabi yo‘llar kiradi (qarang: Metabolizm).). Amfibolik jarayonlar uchun faqat ularga xos bo'lgan tartibga solishning o'ziga xos turi, qo'shimcha ravishda, ko'p bosqichli yo'lda birinchi metabolit oxirgi bosqichni katalizlovchi fermentni faollashtirganda, prekursor tomonidan faollashtirishdir. Shunday qilib, glikogenning kashshofi bo'lgan glyukoza-6-fosfatning glikogen sintetaza fermentiga faollashtiruvchi ta'siri isbotlangan.
Yakuniy mahsulot tomonidan inhibisyonning o'xshash turlari va birinchi mahsulot tomonidan faollashuv allosterik (tartibga soluvchi) fermentlarga xosdir (yuqoriga qarang), agar strukturaviy jihatdan substratdan farq qiladigan effektor ferment molekulasining maxsus (allosterik) markaziga bog'langanda, faol markazdan fazoviy uzoqda. Shuning uchun ham allosterik inhibisyon, ham allosterik faollashuvni o'z ichiga olgan tartibga solishning allosterik turini ajratish odatiy holdir. Faol va faol bo'lmagan allosterik fermentlarning soddalashtirilgan shakldagi o'zaro konversiyalari, shuningdek, substrat va effektorlarning biriktirilishida kuzatiladigan konformatsion o'zgarishlar shaklda keltirilgan. 59.
Ko'rinib turibdiki, manfiy effektorning allosterik markazga biriktirilishi ferment molekulasining faol markazi konfiguratsiyasida sezilarli o'zgarishlarga olib keladi va buning natijasida fermentning uning substratiga yaqinligi yo'qoladi (faol bo'lmagan kompleks hosil bo'ladi). .
Allosterik o'zaro ta'sirlar boshlang'ich reaktsiya tezligining substrat yoki effektor konsentratsiyasiga bog'liqligi egri chiziqlari tabiatida, xususan egri chiziqlarning S shaklida (giperbolik Michaelis-Menten egri chizig'idan og'ish) namoyon bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, bitta substrat molekulasining bog'lanishi ikkinchi molekulaning allosterik markazda bog'lanishini osonlashtiradi va shu bilan reaksiya tezligini oshiradi. Bundan tashqari, tartibga soluvchi (allosterik) fermentlar reaksiya tezligining ferment kontsentratsiyasiga nochiziqli bog'liqligi bilan tavsiflanadi.
Ferment faolligini tartibga solishning boshqa turlari. Metabolik jarayonlarning tezligini va hujayra ichidagi fermentlarning faolligini boshqaradigan bir qator boshqa mexanizmlar mavjud. Bunday mexanizmlar umumiy substrat uchun fermentlar o'rtasidagi raqobatni, fermentlardan birining faolligini to'xtatishni (fermentlarning ko'p shakllarida), kofaktor kontsentratsiyasining ta'sirini va ularning shakllarini (ayniqsa, metall ionlari) va bo'linish fenomenini o'z ichiga olishi mumkin. Kompartmentalizatsiya mexanizmi muhim biologik rol o'ynaydi, fermentlarni biomembranalar (masalan, lizosomal fermentlar: proteinazlar, fosfatazlar, ribonukleazalar va boshqa gidrolitik fermentlar, ular sitoplazmada ta'sir qiladigan moddalardan) yoki o'zaro metabolik holda fazoviy ravishda ajratadi. jarayonlar bir vaqtning o'zida. Asosan sitoplazmaning eruvchan fraktsiyasida uchraydigan yog 'kislotalarini sintez qilish yo'llari va mitoxondriyada to'plangan yog' kislotalarining parchalanish yo'llari ikkinchisiga misol bo'lishi mumkin.
Ferment faolligini aniqlash
Biologik ob'ektlardagi fermentlarning miqdoriy tarkibini aniqlash ma'lum qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki kamdan-kam istisnolardan tashqari, to'qimalarda fermentlar ahamiyatsiz darajada kichik konsentratsiyalarda mavjud. Shuning uchun fermentlar miqdori ma'lum kelishilgan o'lchov sharoitida katalizlangan reaktsiya tezligiga qarab baholanadi. Optimal harorat sharoitida, atrof-muhitning pH darajasida va fermentning substrat bilan to'liq to'yinganligida, tezlik ferment konsentratsiyasiga mutanosibdir. Enzimatik reaksiya tezligi substratning yo'qolishi yoki reaktsiya mahsulotining hosil bo'lish tezligi bilan baholanadi.
Fermentning kontsentratsiyasini ifodalash uchun Xalqaro biokimyoviy ittifoqning fermentlar bo'yicha komissiyasi standart birlikni (E) tavsiya qiladi. Har qanday fermentning birligi optimal sharoitda daqiqada 1 mkmol substratning (mkmol/min) konversiyasini katalizlaydigan miqdor sifatida qabul qilinadi. 1 mol substratni 1 s (1 mol/s)da mahsulotga aylantirishga qodir bo'lgan ferment miqdoriga mos keluvchi xalqaro ferment katali (kat) birligining yangi ta'rifi taklif qilindi. Xalqaro birlikning (E) katalga munosabati quyidagicha ifodalanishi mumkin:
yoki 1 E=1 mkmol · min -1 = (1/60) mkmol · s -1 = (1/60) mkkat = 16,67 nkat. Shunday qilib, fermentning 1E 16,67 nkatga to'g'ri keladi.
Bundan tashqari, ferment birliklarini 25 ° C da, to'yinganlik kontsentratsiyasidan yuqori bo'lgan optimal pH va substrat konsentratsiyasini o'lchash tavsiya etiladi. Bunday hollarda tezlik substratga nisbatan nol tartibli reaktsiyaga to'g'ri keladi va faqat ferment konsentratsiyasiga bog'liq bo'ladi.
Fermentning faolligini ifodalash uchun o'ziga xos va molekulyar faollik ta'rifi qo'llaniladi. Fermentning o'ziga xos faolligi odatda 1 mg oqsilga fermentativ faollik birliklari soni (yoki 1 kg faol oqsil uchun katallar soni) sifatida ifodalanadi. Bir daqiqada bitta ferment molekulasi tomonidan aylanadigan substrat molekulalari soni odatda aylanish soni yoki molekulyar faollik deb ataladi. Shunday qilib, eritrotsitlar katalazasining bir molekulasi 1 daqiqada 5 · 10 6 molekula vodorod peroksid 1 ni parchalashga qodir. (1 H 2 O 2 ning parchalanishini ham katalizlovchi noorganik temirning 1 atomi uchun katalaza 1 soniyada parchalanadigan H 2 O 2 molekulalarining sonini parchalash uchun 300 yildan ortiq vaqt kerak bo'ladi. Bu misol fermentlarning asosiy xususiyatlaridan biri - ularning yuqori katalitik faolligining yorqin dalilidir.)
O'qituvchi:Ph.D.
Kuznetsova Yekaterina Igorevna Fermentlarni inaktivatsiya qilish mexanizmlari
1. Birlamchi tuzilmaning o'zgarishi:
1.1. Polipeptid zanjirining yorilishi:
Og'ir sharoitlar (HCl ning uzoq vaqt qaynashi) -
individual aminokislotalarga gidrolizlanadi.
100 °C (pH 7-8) ga qizdirilganda gidrolizlanadi
peptid aloqalari ahamiyatsiz.
Eng sezgir
yuqori haroratli gidroliz hisoblanadi
qoldiqlardan hosil bo'lgan peptid aloqalari
aspartik kislota.
Proteazlar (bakterial ifloslanish, avtoliz). Yechim:
faol bo'lmagan fermentlar. 1.2.Ferment funksional guruhlarining oksidlanishi
Sistein va indol fragmentlarining SH guruhlari
triptofan, yuqori haroratlarda, mumkin
oksidlanish (sulfoksi-sistein birikmalari).
(SOH, SO2H) va mahsulotlar hosil bo'ladi
triptofanning indol halqasining ochilishi. Yechim:
Qayta tiklovchi vositalar bilan qayta faollashtiring
moddalar, xususan, past molekulyar og'irlikdagi tiollar
(masalan, sistein yoki ditiotreitol).
Sabab: tiollar va boshqalar qaytarilgan
oltingugurt birikmalari, masalan, Na2SO3, Na2S2O3.
Disulfid bog'lanishini kamaytirish mahsuloti
(S-S) bu:
1) tiol shakli (oqsil-SH)
2) oqsilning tiol shaklining aralash disulfidi bilan
masalan, qaytaruvchi reagent
protein – S–SO3). 1.3. Disulfid bog'larining ajralishi
Sisteinning ishqoriy gidrolizi→dehidroalanin→
Nukleofil xossalari tufayli
lizin va SHsisteinning NH2 guruhlari →lisinoalanin va lantionin bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Barcha S-S aloqalarini to'liq yo'q qilish uchun juda qattiq shartlar talab qilinadi (0,1-1 M ishqor,
100 °C).
Biroq, eng reaktivlarni yo'q qilish
S-S aloqalari juda yumshoq bo'lishi mumkin
sharoitlar - masalan, 60-80 ° S haroratda va
bir oz ishqoriy pH qiymatlari.
Fermentlarni qo'llashda e'tiborga olish kerak
yuvish vositalariga qo'shimchalar sifatida. Yechim:
Muhitga tiollarning qo'shilishi olib keladi
aralash disulfidning parchalanishi va
keyinchalik to'g'ri S-S aloqasining shakllanishi 1.4. Katalitik SH guruhlarining kimyoviy modifikatsiyasi.
Og'ir metallar kationlari (Hg, Pb va Cu)
faol saytning SH guruhlari bilan bog'lanadi
ferment
↓
Tegishli merkaptidlarning shakllanishi
↓
Ferment faolsizlangan
10.
1.5. Oqsillarning in vivo fosforlanishi.Fosforilaza va fosfataza ta'sirida,
yarim tozalangan fermentativ tarkibida mavjud
aralashmalar shaklida dorilar
↓
Fosfor kislotasi OH guruhlari bilan bog'lanadi
serin va treonin.
↓
Protein tarkibidagi konformatsion o'zgarishlar
molekulasi
↓
ferment inaktivatsiyasi.
11.
Yechim:Adabiyotda misollar deyarli yo'q
bu yo'lni qayta faollashtirishda omad tilaymiz
faol bo'lmagan fermentlar.
12.
1.6. Asparagin qoldiqlarini deaminatsiyalash.Haroratda (taxminan 100 ° C) va pH (taxminan
4,0-5,0) qoldiqlarning dezaminlanishi sodir bo'ladi
asparagin.
↓
ferment inaktivatsiyasi.
13.
Yechim:Adabiyotda misollar deyarli yo'q
bu yo'lni qayta faollashtirishda omad tilaymiz
faol bo'lmagan fermentlar.
14.
1.7. Fermentlarning radiatsiya inaktivatsiyasig-nurlanish va ultrabinafsha nurlanish
Funktsional guruhlarga ta'sir qilish
fermentlar, peptid aloqalari va SH guruhlari
sistein qoldiqlari.
15.
2. BirlashtirishYuqori haroratlarda kuzatiladi, at
mavjudligida ekstremal pH qiymatlari
ba'zi kimyoviy birikmalar.
Konsentratsiya qanchalik yuqori bo'lsa, u tezroq ketadi
yig'ish.
Gidrofobik o'zaro ta'sirlar va vodorod
bog'lar, disulfid bog'larning hosil bo'lishi mumkin
individual oqsillar orasidagi ko'priklar
molekulalar
16.
Yechim:Intermolekulyarlarni yo'q qilish kerak
kovalent va kovalent bo'lmagan kontaktlar c
konsentrlangan eritmalar yordamida
karbamid va guanidin xlorid, ekstremal
pH qiymatlari.
Agar fermentlarning yig'ilishi natijasida hosil bo'lsa
muhitga molekulalararo S-S ko'priklar qo'shiladi
nisbatan past konsentratsiyalar
(mkmol/L) tiol o'z ichiga olgan reagentlar (masalan,
sistein yoki ditiotreitol).
Bunday konsentratsiyalarda intramolekulyar
Proteindagi S-S aloqalari odatda ta'sir qilmaydi.
17.
3. Fermentlarning sirt orqali inaktivatsiyasikuchlanish
Interfeysdagi sirt tarangligi
havo va toza suv o'rtasida 80
din/sm.
Ko'piklanish denatüratsiyaga olib keladi
interfeysida adsorbsiyalangan fermentlar
bosqichlari
18.
Yechim:Sirt faol moddasini qo'shish sirtni pasaytiradi
1 din / sm gacha kuchlanish.
19.
4. Reaksiya devorlariga oqsilning sorbsiyasikema
Kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sir tufayli sorbsiya
dagi ferment kontsentratsiyasining pasayishiga olib keladi
yechim.
U bilan ishlashda e'tiborga olish kerak
suyultirilgan protein eritmalari
(konsentratsiyasi 10-8-10-10 mol/l).
Denaturatsiya qiluvchi omillar ta'sirida
oqsillarning devorlarga adsorbsiya qilish qobiliyati
reaktsiya idishi kuchayishi mumkin.
20.
Yechim:Reaksiya devorlaridan fermentning desorbsiyasi
kema halokat yo'li bilan erishiladi
o'rtasidagi nospesifik o'zaro ta'sirlar
yuzasida oqsil va sorbsiya markazlari
kema.
Haddan tashqari pH qiymatlaridan foydalanish mumkin
karbamidning konsentrlangan eritmalari yoki
guanidin xlorid.
21.
5. Oligomer oqsillarning dissotsiatsiyasikichik birliklar
Sabab: karbamid, yuvish vositalari, kislotalar yoki
isitish.
Olib kelishi:
shaxsning konformatsion o'zgarishlari
kichik birliklar;
subbirliklarni yig'ish;
kofaktorlarning faol markazlardan ajralishi;
bo'lgan funktsional guruhlarning modifikatsiyalari
oligomerik oqsildan himoyalangan
hal qiluvchi bilan aloqa qilish.
22.
6. Kofaktorning faol joydan desorbsiyasiferment
Sabablari: isitish, xelatlash effektlari, dializ
Agar kofaktor dissotsiatsiyasi hamroh bo'lsa
muhim konformatsion siljishlar yoki
muhim kimyoviy modifikatsiya
funktsional guruhlar → ferment
qaytarilmas tarzda inaktivlanadi.
Agar muhim bo'lmasa
oqsil konformatsiyasidagi o'zgarishlar, keyin qo'shiladi
ortiqcha kofaktorli muhitda olib keladi
fermentlarni qayta faollashtirish.
23.
Kofaktor regeneratsiyasiQayta tiklash usullari:
Enzimatik (konjugatsiyalangan substratlar yoki fermentlardan foydalanadigan usullar)
Enzimatik bo'lmagan (kimyoviy va
elektrokimyoviy yondashuvlar)
24.
Enzimatik usulTizimga ortiqcha miqdorlar kiritiladi.
Xuddi shu fermentning konjugat substrati:
Misol: spirtli dehidrogenaza ishlaganda
NADH iste'mol qilinadi.
25.
Enzimatik usul1. Konjugatsiyalangan substratlardan foydalanish.
Kamchilik:
yuqori konsentratsiyalardan foydalaniladi
konjugatsiyalangan substrat, muvozanatdan beri
reaksiyalar katta darajada yon tomonga siljiydi
spirtli ichimliklarni shakllantirish;
asosiyni aniqlash tartibini murakkablashtiradi
reaksiya aralashmasidan olingan mahsulot.
26.
Enzimatik usul2. Juftlashgandan foydalanish
fermentativ reaktsiyalar
2-ferment tizimga qo'shimcha ravishda kiritiladi,
ishlashi ta'minlangan
koenzim regeneratsiyasi.
Tizimda ishlatiladigan fermentlar bo'lishi kerak
turli xil substrat o'ziga xosligi
27.
Enzimatik bo'lmagan usullar1. Kimyoviy usullar.
Natriy ditionit va ba'zilari
piridin tuzlari:
+ Kam narx.
- ba'zi fermentlarni inhibe qilishi mumkin.
Flavin kofermentlari
28.
Enzimatik bo'lmagan usullar2. Elektrokimyoviy usullar.
To'g'ridan-to'g'ri elektrokimyoviy kamaytirish yoki
oksidlanish.
Regeneratsiya jarayonida "-" ko'rinishi
koenzimning fermentativ faol bo'lmagan shakllari,
masalan, uning dimerizatsiyasi natijasida.
29. BIOTEXNOLOGIK TIZIMLARDA FERMENTLARNING BARQARARLISHI.
30.
Foydalanish jarayonida yuzaga kelgan muammolarBiotexnologik jarayonlardagi fermentlar:
1. Yuqori haroratlar
2. Ekstremal pH qiymatlari
3. Organik moddalarning yuqori konsentratsiyasi
erituvchilar yoki sirt faol moddalar.
4. Qayta foydalanish mumkin emasligi
ferment.
5. Fermentni dan ajratish qiyinligi
mahsulot.
31.
Stabillashtirish uchun asosiy yondashuvlarfermentlar:
1. Muhitga barqarorlashtiruvchi moddalar qo'shish,
unda ferment saqlanadi yoki amalga oshiriladi
fermentativ reaktsiya.
2. Fermentning kimyoviy modifikatsiyasi.
3. Fermentning immobilizatsiyasi.
32.
1. Substratlar yoki ularning analoglari:
Ferment-substrat kompleksi ko'pincha ko'proq
erkin fermentga qaraganda barqarorroq.
Misol: laktat dehidrogenaza borligida
laktat issiqlikka chidamliroq.
33.
Fermentlarni barqarorlashtirish:2. Organik erituvchilar:
Ko'p atomli spirtlar ba'zilarini barqarorlashtiradi
barqarorlikni oshirish orqali fermentlar
molekulyar oqsil vodorod aloqalari.
Misol: 50-90% ishtirokida ximotripsin
glitserin proteolizga nisbatan ancha chidamli
34.
Fermentlarni barqarorlashtirish:3. Soleil:
Past tuz konsentratsiyasida (<0,1M) катионы
Ca2+, Zn2+, Mn2+, Fe2+ va boshqalar maxsus mumkin
metalloproteinlar bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Ulardan ba'zilari kofaktorlardir.
Ca2+ uchinchi darajani barqarorlashtirishga qodir
shakllanishi tufayli bir qator oqsillarning tuzilishi
Ikki xil ionli aloqalar
aminokislotalar qoldiqlari.
Misol: a-amilaza (bacillus caldolyticusdan)
Ca2+ issiqlikni sezilarli darajada oshiradi
barqarorlik.
35.
36.
Fermentning kimyoviy modifikatsiyasi1. Ferment yanada barqarorlikni oladi
moslashuv.
2. Proteinga yangi funksional guruhlarning kiritilishi
qo'shimchaning shakllanishiga olib keladi
barqarorlashtiruvchi vodorod aloqalari yoki tuz
ko'priklar.
3. Polar bo'lmagan birikmalardan foydalanganda
hidrofobik o'zaro ta'sir kuchayadi.
4. Hidrofob sirt maydonlarini o'zgartirish
oqsillarni gidrofil birikmalar bilan kamaytiradi
tashqi tomondan noqulay aloqa zonasi
suv bilan qutbsiz qoldiqlar.
Misol: glutaraldegid
37.
Ferment immobilizatsiyasi quyidagilarga imkon beradi:Ferment barqarorligini oshirish (issiqlik,
avtoliz, tajovuzkor muhitga ta'sir qilish va boshqalar)
1. Fermentni qayta ishlating
2. Fermentni reaktivlar va mahsulotlardan ajratib oling
reaktsiyalar.
3. Reaksiyani kerakli vaqtda to'xtating.
38.
Immobilizatsiyalangan fermentlar dori vositalaridirmolekulalari bog'langan fermentlar
tashuvchi, to'liq ushlab turganda yoki
qisman uning katalitik xususiyatlari.
Immobilizatsiya usullari:
1. Kimyoviy
2. Jismoniy
39.
Immobilizatsiya usullari:Quyidagi ommaviy axborot vositalaridan foydalanish mumkin:
1) Organik materiallar:
1.1) tabiiy (polisaxaridlar, oqsillar, lipidlar)
1.2) sintetik polimer tashuvchilar
2) Noorganik materiallar (matritsalar
silika jeli, loy, keramika, tabiiy asosida
minerallar va boshqalar)
40.
1) fermentning erimaydigan tashuvchida adsorbsiyasi
natijasida elektrostatik, hidrofobik,
van der Waals va boshqa o'zaro ta'sirlar;
;
tuzilmalar;
4) Ikki fazali tizimga ulanish.
41.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:Suvli eritma bilan aloqa qilish orqali erishiladi
tashuvchisi bo'lgan ferment.
42.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:1) fermentning erimaydigan tashuvchida adsorbsiyasi
Adsorbsiyaga ta'sir qiluvchi omillar:
1. Tashuvchining o'ziga xos sirt maydoni va g'ovakligi
2. pH qiymati (ion bo'lmagan almashtirgichlarda maksimal adsorbsiya
oqsilning izoelektrik nuqtasida)
3. Eritmaning ion kuchi (ion kuchini oshirish -
ferment desorbsiyasi, lekin ba'zida teskari holat
"tuzlash")
4. Ferment konsentratsiyasi.
5. Harorat (bir tomondan denaturatsiya, ikkinchi tomondan
boshqa tezlashtirilgan diffuziya)
43.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:1) fermentning erimaydigan tashuvchida adsorbsiyasi
Afzalliklari:
2) OAV mavjudligi
Kamchiliklari:
1) Bog'lanish kuchi etarli emas
2) Ko'pgina ommaviy axborot vositalari biologik parchalanadi
44.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:2) fermentning yarim o'tkazuvchanga qo'shilishi
kapsula, yarim o'tkazuvchan membranada
45.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:2) fermentning yarim o'tkazuvchanga qo'shilishi
kapsula, yarim o'tkazuvchan membranada
Afzalliklari:
1) Texnikaning nisbatan soddaligi
2) Mikroorganizmlardan himoya qilish
3) Diffuziya cheklovlari yo'q (chunki
Sirt va maydon nisbati yuqori va
membrana qalinligi kichik)
Kamchiliklari:
1) Biologik parchalanadigan
2) Yuqori molekulyar og'irlik uchun qo'llanilmaydi
46.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:3) fermentning gelga mexanik kiritilishi
tuzilmalar
Ferment uch o'lchovli tarmoqqa kiritilgan
jel hosil qiluvchi polimer zanjirlari.
47.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:3) fermentning gelga mexanik kiritilishi
tuzilmalar
Ko'rib chiqilishi kerak:
1. G’ovak hajmining ferment kattaligiga mos kelishi.
2. Matritsaning tabiati (chunki u yaratadi
ferment uchun mikro muhit, ehtimol
eritmaning pH dan farqli pH hosil qiling va
substratning matritsaga yaqinligini oshirish, bu
fermentativ reaktsiya tezligini oshiradi)
48.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:3) fermentning gelga mexanik kiritilishi
tuzilmalar
Afzalliklari:
1) Texnikaning nisbatan soddaligi
2) Mexanik, kimyoviy va
matritsalarning termal qarshiligi.
3) Ferment barqarorlashadi
4) Ferment bakteriyadan himoyalangan
zarar
Kamchiliklari:
1) Yuqori molekulyar og'irlik uchun qo'llanilmaydi
49.
Jismoniy immobilizatsiya usullari:4) Ikki fazali tizimga ulanish
Ferment fazalarning faqat birida eriydi va
mahsulot - boshqasiga
Yuqori molekulyar og'irlikda ishlashga imkon beradi
substratlar.
50.
Kimyoviy immobilizatsiya usullari:O'rtasida kovalent bog'lanish hosil bo'lishi
ferment va tashuvchi.
Afzalliklari:
1) Konjugatning yuqori quvvati
2) Fermentning barqarorligini oshirish mumkin
51.
Fermentlarni immobilizatsiya qilishda bu kerakquyidagi shartlarga rioya qiling:
1. Matritsaning faol guruhlari bo'lmasligi kerak
fermentning katalitik markazini blokirovka qiladi.
2. Immobilizatsiya yo'qotishga olib kelmasligi kerak
ferment faolligi.
52.
ichida foydalanish juda istiqbolliimmobilizatsiyalangan biokatalizatorlar sifatida
hujayralar.
Chunki oldini olish mumkin:
1) qimmat izolyatsiya va tozalash bosqichlari
fermentlar
2) ularni keyinchalik barqarorlashtirish zarurati
53.
TermozimlarYuqori harorat sharoitida barqaror,
yuqori tuz konsentratsiyasi va ekstremal
pH qiymatlari.
Gipertermofil mikroorganizmlar
arxeya va bakteriyalar orasida topilgan, tirik
80-100 ° S haroratda.
54.
Issiqlik barqarorligi uchun mas'ul mexanizmlarTermozimlardagi fermentlar:
Mezofil va termofil o'rtasida
fermentlarning versiyalari - homologiyaning yuqori darajasi
ketma-ketliklar va tuzilmalar.
Shunday qilib, termostabillarning ketma-ketligi
Pyrococcus va Thermotoga dan dehidrogenazlar 35 va
55% mos ravishda bir xil
mezofil dehidrogenaza ketma-ketligi
Clostridiumdan.
55.
Pyrococcus dan dehidrogenaza ekanligi aniqlandifuriosus (Tm == 105 °C) tarkibida 35 ta izolösin mavjud,
Termotogadan dehidrogenazlar esa
maritima (Tm = 95 °C) va Clostridium symbiosum (Tm
= 55 °C) faqat 21 va 20 izolösin
mos ravishda.
Issiqlikka chidamli fermentlar kamroq o'z ichiga oladi
glitsin: Cs dehidrogenaza tarkibida 48 ta qoldiq mavjud
glisin va faqat Tm va Pf dan dehidrogenazlar
mos ravishda 39 va 34 glitsin.
Ko'proq izolösin va kamroq glitsin.
56.
Termal barqarorlikning oshishi quyidagilarga bog'liq:1) oqsil strukturasining qattiqligi oshishi bilan
qoldiqlar tarkibini kamaytirish orqali
glitsin,
2) yadrodagi hidrofobik kontaktlarni yaxshilash bilan
valinni almashtirish natijasida Pf dan dehidrogenaza
izolösin. (Saytga yo'naltirilganlik natijasida
izolösin almashinuviga olib keladigan mutagenez
valin termostabillik mutantlari
kamaydi).
57.
Stabilizatsiya mexanizmlari:mavjud hidrofobik maydonni minimallashtirish
oqsil yuzasi;
oqsil atomlarini o'rashni optimallashtirish
molekulalar (nisbatni minimallashtirish
sirt/hajm);
zaryad taqsimotini optimallashtirish (erishildi
jirkanchni yo'q qilish tufayli
o'zaro ta'sirlar, shuningdek, tashkilot natijasida
zaryadlar orasidagi o'zaro ta'sirlar o'ziga xos bo'ladi
net)
Depressiyalar sonini kamaytirish
58.
Ekstremofillardan fermentlarni qo'llashMolekulyar biologiyaning zamonaviy texnologiyalari
va genetik muhandislik quyidagilarga imkon beradi:
1) dan yetarli miqdorda fermentlarni olish
ularning keyingi uchun ekstremofillar
tahlil qilish va amaliy qo'llash.
2) bu fermentlarni klonlash va ifodalash
mezofil organizmlar.
59.
Kraxmal shakar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Birinchidan, jarayon (95-105 ° C) va qiymatlarda amalga oshiriladi
pH 6–6,5.
Keyingi bosqichda harorat 60 ° C ga tushadi va
pH=4,5.
Termostabil fermentlardan foydalanish (aamilaza, glyukoamilaza, ksiloza izomeraza),
Gipertermofillardan izolyatsiya qilish quyidagilarga imkon beradi:
1) jarayonni bir bosqichda va bir vaqtning o'zida amalga oshirish
bir xil shartlar
2) qimmat ion almashtirgichlardan voz kechish
60.
Ekstremofillardan fermentlarni qo'llash:Eng termostabil a-amilazalar edi
archaea Pyrococcus woesei da topilgan,
Pyrococcus furiosus, Desulfurococcus mucosus,
Pyrodictium abyssi va Staphylothermus
marinus. Pyrococcus sp dan amilaza genlari. edi
klonlangan va E.coli va Bacillusda ifodalangan
subtilis.
61.
Ekstremofillardan fermentlarni qo'llash:Proteolitik fermentlar
Serin ishqoriy proteinazalar keng tarqalgan
yuvish vositalariga qo'shimchalar sifatida ishlatiladi
anglatadi.
Ekstremofillarning oqsillari saqlanib qoladi
yuqori haroratlarda mahalliylik, in
yuvish vositalarining yuqori konsentratsiyasi mavjudligi va
boshqa denaturatsiya qiluvchi moddalar. pirokokklar,
Termokokklar, Staphylothermus, Desulfurococcus va
Sulfolobus. Bularning maksimal faolligi
fermentlar haroratda rivojlanadi
90 dan 110 ° C gacha va pH qiymatlari 2 dan 10 gacha
62.
Ekstremofillardan fermentlarni qo'llash:DNK polimerazalari
Termostabil DNK polimerazalardan foydalaniladi
PCRda va genetik muhandislikda muhim rol o'ynaydi.
Termostabil polimerazalar topilgan
gipertermofillar Pyrococcus furiosus va Pyrococcus
litoralis, shuningdek termofillarda Thermus aquaticus.
ub-70x70.jpg)
