Fermentai yra rutuliniai b altymai, padedantys vykti visiems ląstelių procesams. Kaip ir visi katalizatoriai, jie negali pakeisti reakcijos, bet padeda ją pagreitinti.
Fermentų lokalizacija ląstelėje
Ląstelės viduje atskiri fermentai paprastai yra ir veikia griežtai apibrėžtose organelėse. Fermentų lokalizacija yra tiesiogiai susijusi su funkcija, kurią paprastai atlieka ši ląstelės dalis.
Beveik visi glikolizės fermentai yra citoplazmoje. Trikarboksirūgšties ciklo fermentai yra mitochondrijų matricoje. Veikliosios hidrolizės medžiagos yra lizosomose.
Atskiri gyvūnų ir augalų audiniai bei organai skiriasi ne tik fermentų visuma, bet ir veikla. Ši audinių savybė naudojama klinikoje diagnozuojant tam tikras ligas.
Audiniuose taip pat yra su amžiumi susijusių ypatybių, susijusių su fermentų veikla ir rinkiniu. Jie aiškiausiai matomi embriono vystymosi metu audinių diferenciacijos metu.
Fermentų nomenklatūra
Yra kelios pavadinimų sistemos, kurių kiekviena skirtingai atsižvelgia į fermentų savybes.
- Trivialu. Medžiagų pavadinimai pateikiami atsitiktinai. Pavyzdžiui, pepsinas (pepsis – „virškinimas“, graikų k.) ir tripsinas (tripsis – „plonas“, graikų k.)
- Racionalus. Fermento pavadinimą sudaro substratas ir galūnė „-ase“. Pavyzdžiui, amilazė pagreitina krakmolo hidrolizę (amilo – „krakmolas“, graikiškai).
- Maskva. Jį 1961 m. priėmė Tarptautinė fermentų nomenklatūros komisija 5-ajame tarptautiniame biochemijos kongrese. Medžiagos pavadinimą sudaro substratas ir reakcija, kurią katalizuoja (pagreitina) fermentas. Jei fermentų funkcija yra perkelti atomų grupę iš vienos molekulės (substrato) į kitą (akceptorių), katalizatoriaus pavadinimas apima cheminį akceptoriaus pavadinimą. Pavyzdžiui, aminogrupės perkėlimo iš alanino į 2-hidroksiglutaro rūgštį reakcijoje dalyvauja fermentas alaninas: 2-oksoglutarato aminotransferazė. Pavadinimas atspindi:
- substratas – alaninas;
- akceptorius – 2-oksoglutaro rūgštis;
- reakcijoje perkeliama amino grupė.
Tarptautinė komisija sudarė visų žinomų fermentų sąrašą, kuris nuolat atnaujinamas. Taip yra dėl naujų medžiagų atradimo.
Fermentų klasifikacija
Yra du būdai, kaip suskirstyti fermentus į grupes. Pirmajame siūlomos dvi šių medžiagų klasės:
- paprasta – susideda tik iš b altymų;
- kompleksas – turi b altyminę dalį (apofermentą) ir neb altyminę dalį, vadinamą kofermentu.
Į neb altyminę dalįsudėtingas fermentas gali apimti vitaminus. Sąveika su kitomis medžiagomis vyksta per aktyvųjį centrą. Visa fermento molekulė procese nedalyvauja.
Fermentų, kaip ir kitų b altymų, savybes lemia jų struktūra. Priklausomai nuo to, katalizatoriai pagreitina tik savo reakcijas.
Antrasis klasifikavimo būdas skirstomos medžiagos pagal fermentų funkciją. Rezultatas yra šešios klasės:
- oksidoreduktazė;
- pervedimai;
- hidrolazės;
- izomerazė;
- lyases;
- ligases.
Tai visuotinai priimtos grupės, jos skiriasi ne tik reakcijų tipais, reguliuojančiais jose esančius fermentus. Įvairių grupių medžiagos turi skirtingą struktūrą. Todėl fermentų funkcijos ląstelėje negali būti vienodos.
Oksidoreduktazės – redoksas
Pagrindinė pirmosios grupės fermentų funkcija yra redokso reakcijų pagreitinimas. Būdingas bruožas: gebėjimas formuoti oksidacinių fermentų grandines, kuriose elektronai arba vandenilio atomai perkeliami iš paties pirmojo substrato į galutinį akceptorių. Šios medžiagos atskiriamos pagal darbo principą arba darbo vietą reakcijoje.
- Aerobinės dehidrogenazės (oksidazės) pagreitina elektronų arba protonų perdavimą tiesiai į deguonies atomus. Anaerobinės atlieka tuos pačius veiksmus, bet reakcijose, kurios vyksta neperduodant elektronų ar vandenilio atomų deguonies atomams.
- Pagrindinisdehidrogenazės katalizuoja vandenilio atomų pašalinimo iš oksiduotos medžiagos (pirminio substrato) procesą. Antriniai – paspartinti vandenilio atomų pašalinimą iš antrinio substrato, jie gauti naudojant pirminę dehidrogenazę.
Kita savybė: būdami dviejų komponentų katalizatoriai su labai ribotu kofermentų (aktyvių grupių) rinkiniu, jie gali pagreitinti įvairias redokso reakcijas. Tai pasiekiama naudojant daugybę variantų: tas pats kofermentas gali prisijungti prie skirtingų apofermentų. Kiekvienu atveju gaunama speciali oksidoreduktazė su savo savybėmis.
Yra dar viena šios grupės fermentų funkcija, kurios negalima ignoruoti – jie pagreitina cheminių procesų, susijusių su energijos išsiskyrimu, eigą. Tokios reakcijos vadinamos egzoterminėmis.
Pervedimai – vežėjai
Šie fermentai atlieka molekulinių likučių ir funkcinių grupių perdavimo reakcijų pagreitinimo funkciją. Pavyzdžiui, fosfofruktokinazė.
Pagal perkeltą grupę išskiriamos aštuonios katalizatorių grupės. Pažvelkime tik į keletą iš jų.
- Fosfotransferazės – padeda pernešti fosforo rūgšties likučius. Jie skirstomi į poklasius pagal paskirties vietą (alkoholis, karboksilas ir kt.).
- Aminotransferazės – pagreitina aminorūgščių transaminacijos reakcijas.
- Glikoziltransferazės – perneša glikozilo likučius iš fosforo esterio molekulių į mono- ir polisacharidų molekules. Pateikite reakcijasoligo- arba polisacharidų skaidymas ir sintezė augaluose ir gyvūnuose. Pavyzdžiui, jie dalyvauja skaidant sacharozę.
- Aciltransferazės perkelia karboksirūgšties likučius į aminus, alkoholius ir aminorūgštis. Acilkofermentas-A yra universalus acilo grupių š altinis. Jis gali būti laikomas aktyvia aciltransferazių grupe. Dažniausiai toleruojamas acto rūgšties acilas.
Hidrolazės – suskaidomos su vandeniu
Šioje grupėje fermentai veikia kaip organinių junginių skilimo (rečiau sintezės) reakcijų, kuriose dalyvauja vanduo, katalizatoriai. Šios grupės medžiagų yra ląstelėse ir virškinimo sultyse. Katalizatorių molekulės virškinimo trakte susideda iš vieno komponento.
Šių fermentų vieta yra lizosomose. Jie atlieka apsaugines fermentų funkcijas ląstelėje: skaido per membraną patekusias svetimas medžiagas. Jie taip pat naikina ląstelei nebereikalingas medžiagas, dėl kurių lizosomos buvo pramintos tvarkdariais.
Kitas jų „slapyvardis“yra ląstelių savižudybės, nes jos yra pagrindinė ląstelių autolizės priemonė. Jei atsiranda infekcija, prasideda uždegiminiai procesai, lizosomų membrana tampa pralaidi ir hidrolazės patenka į citoplazmą, sunaikindamos viską savo kelyje ir sunaikindamos ląstelę.
Atskirkite kelis katalizatorių tipus iš šios grupės:
- esterazės – atsakingos už alkoholio esterių hidrolizę;
- glikozidazės – pagreitina glikozidų hidrolizę, priklausomai nuokokius izomerus jie veikia, išskiria α- arba β-glikozidazes;
- peptidų hidrolazės yra atsakingos už peptidinių jungčių hidrolizę b altymuose ir tam tikromis sąlygomis jų sintezę, tačiau šis b altymų sintezės būdas gyvoje ląstelėje nenaudojamas;
- amidazės – atsakingos už rūgščių amidų hidrolizę, pavyzdžiui, ureazė katalizuoja karbamido skilimą į amoniaką ir vandenį.
Izomerazės – molekulės transformacija
Šios medžiagos pagreitina vienos molekulės pokyčius. Jie gali būti geometriniai arba struktūriniai. Tai gali atsitikti įvairiais būdais:
- vandenilio atomų perkėlimas;
- perkelia fosfatų grupę;
- atomų grupių išsidėstymo erdvėje keitimas;
- judinti dvigubą ryšį.
Izomerizacija gali būti organinės rūgštys, angliavandeniai arba aminorūgštys. Izomerazės gali paversti aldehidus į ketonus ir, atvirkščiai, pertvarkyti cis formą į trans formą ir atvirkščiai. Norint geriau suprasti, kokią funkciją atlieka šios grupės fermentai, būtina žinoti izomerų skirtumus.
Liases nutraukė ryšius
Šie fermentai ryšiais pagreitina nehidrolizinį organinių junginių skaidymą:
- anglis-anglis;
- fosforas-deguonis;
- anglies-siera;
- anglis-azotas;
- anglies-deguonies.
Tokiu atveju išsiskiria tokie paprasti produktai, kaip anglies dioksidas, vanduo, amoniakas, o dvigubos jungtys užsidaro. Nedaug iš šių reakcijų gali vykti priešinga kryptimi, o atitinkami fermentai – atitinkamatokiomis sąlygomis katalizuoja ne tik skilimo, bet ir sintezės procesus.
Ryšiai klasifikuojami pagal tai, kokį ryšį jie nutraukia. Tai sudėtingi fermentai.
Ligase crosslinks
Pagrindinė šios grupės fermentų funkcija yra sintezės reakcijų pagreitinimas. Jų bruožas yra kūrinio konjugacija su medžiagų, galinčių suteikti energijos biosintezės procesui, skilimui. Pagal susidariusio ryšio tipą yra šeši poklasiai. Penki iš jų yra identiški liazės pogrupiams, o šeštas yra atsakingas už azoto ir metalo jungties sukūrimą.
Kai kurios ligazės dalyvauja ypač svarbiuose ląstelių procesuose. Pavyzdžiui, DNR ligazė dalyvauja dezoksiribonukleino rūgšties replikacijoje. Jis sujungia vienos grandinės pertraukas, sukurdamas naujas fosfodiesterio jungtis. Būtent ji sujungia Okazaki fragmentus.
Tas pats fermentas aktyviai naudojamas genų inžinerijoje. Tai leidžia mokslininkams susieti DNR molekules iš jiems reikalingų gabalėlių ir sukurti unikalias dezoksiribonukleino rūgšties grandines. Į juos galima įdėti bet kokią informaciją, taip sukuriant gamyklą reikalingų b altymų gamybai. Pavyzdžiui, į bakterijos DNR galite įsiūti gabalėlį, atsakingą už insulino sintezę. Ir kai ląstelė išvers savo b altymus, tuo pat metu ji pagamins naudingą medžiagą, reikalingą medicininiams tikslams. Belieka jį išvalyti ir tai padės daugeliui sergančių žmonių.
Didžiulis fermentų vaidmuo organizme
Jie galipadidinti reakcijos greitį daugiau nei dešimt kartų. Tai tiesiog būtina normaliam ląstelės funkcionavimui. O fermentai dalyvauja kiekvienoje reakcijoje. Todėl fermentų funkcijos organizme yra įvairios, kaip ir visi vykstantys procesai. O šių katalizatorių gedimas sukelia rimtų pasekmių.
Fermentai plačiai naudojami maisto pramonėje, lengvojoje pramonėje, medicinoje: iš jų gaminami sūriai, dešrelės, konservai, yra skalbimo miltelių dalis. Jie taip pat naudojami fotografinėms medžiagoms gaminti.
