Fermenti ir lodveida proteīni, kas palīdz noritēt visiem šūnu procesiem. Tāpat kā visi katalizatori, tie nevar mainīt reakciju, bet palīdz to paātrināt.
Enzīmu lokalizācija šūnā
Šūnas iekšpusē atsevišķi fermenti parasti atrodas un darbojas stingri noteiktās organellās. Fermentu lokalizācija ir tieši saistīta ar funkciju, ko šī šūnas daļa parasti veic.
Gandrīz visi glikolīzes fermenti atrodas citoplazmā. Trikarbonskābes cikla enzīmi atrodas mitohondriju matricā. Hidrolīzes aktīvās vielas atrodas lizosomās.
Atsevišķi dzīvnieku un augu audi un orgāni atšķiras ne tikai ar enzīmu kopumu, bet arī ar to darbību. Šo audu pazīmi izmanto klīnikā noteiktu slimību diagnostikā.
Audos enzīmu aktivitātē un komplektācijā ir arī ar vecumu saistītas pazīmes. Tās ir visskaidrāk redzamas embrionālās attīstības laikā audu diferenciācijas laikā.
Enzīmu nomenklatūra
Ir vairākas nosaukšanas sistēmas, no kurām katra atšķirīgā mērā ņem vērā fermentu īpašības.
- Triviāli. Vielu nosaukumi tiek doti nejauši. Piemēram, pepsīns (pepsis - "gremošana", grieķu val.) un tripsīns (tripsis - "plāns", grieķu val.)
- Racionāli. Fermenta nosaukums sastāv no substrāta un galotnes "-ase". Piemēram, amilāze paātrina cietes hidrolīzi (amilo - "ciete", grieķu val.).
- Maskava. To 1961. gadā pieņēma Starptautiskā Enzīmu nomenklatūras komisija 5. Starptautiskajā bioķīmijas kongresā. Vielas nosaukumu veido substrāts un reakcija, ko katalizē (paātrina) ferments. Ja fermentu funkcija ir pārnest atomu grupu no vienas molekulas (substrāta) uz citu (akceptoru), katalizatora nosaukumā ir iekļauts akceptora ķīmiskais nosaukums. Piemēram, aminogrupas pārnešanas reakcijā no alanīna uz 2-hidroksiglutārskābi tiek iesaistīts enzīms alanīns: 2-oksoglutarāta aminotransferāze. Nosaukums atspoguļo:
- substrāts - alanīns;
- akceptors - 2-oksoglutārskābe;
- reakcijā tiek pārnesta aminogrupa.
Starptautiskā komisija ir sastādījusi visu zināmo fermentu sarakstu, kas tiek pastāvīgi atjaunināts. Tas ir saistīts ar jaunu vielu atklāšanu.
Enzīmu klasifikācija
Ir divi veidi, kā sadalīt fermentus grupās. Pirmajā tiek piedāvātas divas šo vielu klases:
- vienkārši - sastāv tikai no olb altumvielām;
- komplekss - satur proteīna daļu (apoenzīmu) un daļu, kas nav proteīna daļa, ko sauc par koenzīmu.
Neolb altumvielu daļākomplekss enzīms var ietvert vitamīnus. Mijiedarbība ar citām vielām notiek caur aktīvo centru. Visa fermenta molekula nepiedalās procesā.
Enzīmu īpašības, tāpat kā citu proteīnu, nosaka to struktūra. Atkarībā no tā katalizatori paātrina tikai savas reakcijas.
Otrā klasifikācijas metode dala vielas pēc enzīmu funkcijām. Rezultāts ir sešas klases:
- oksidoreduktāze;
- pārskaitījumi;
- hidrolāzes;
- izomerāze;
- lyases;
- ligases.
Tās ir vispārpieņemtas grupas, tās atšķiras ne tikai ar reakciju veidiem, kas regulē tajās esošos fermentus. Dažādu grupu vielām ir atšķirīga struktūra. Tāpēc enzīmu funkcijas šūnā nevar būt vienādas.
Oksidoreduktāzes - redokss
Pirmās grupas enzīmu galvenā funkcija ir redoksreakciju paātrināšana. Raksturīga iezīme: spēja veidot oksidatīvo enzīmu ķēdes, kurās elektroni vai ūdeņraža atomi tiek pārnesti no paša pirmā substrāta uz galīgo akceptoru. Šīs vielas tiek atdalītas pēc darba principa vai darba vietas reakcijā.
- Aerobās dehidrogenāzes (oksidāzes) paātrina elektronu vai protonu pārnesi tieši uz skābekļa atomiem. Anaerobās veic tās pašas darbības, bet reakcijās, kas notiek bez elektronu vai ūdeņraža atomu pārneses uz skābekļa atomiem.
- Primāraisdehidrogenāzes katalizē ūdeņraža atomu atdalīšanas procesu no oksidētās vielas (primārā substrāta). Sekundārais - paātrina ūdeņraža atomu noņemšanu no sekundārā substrāta, tie tika iegūti, izmantojot primāro dehidrogenāzi.
Vēl viena iezīme: būdami divkomponentu katalizatori ar ļoti ierobežotu koenzīmu (aktīvo grupu) komplektu, tie var paātrināt dažādas redoksreakcijas. Tas tiek panākts ar lielu skaitu iespēju: viens un tas pats koenzīms var pievienoties dažādiem apoenzīmiem. Katrā gadījumā tiek iegūta īpaša oksidoreduktāze ar savām īpašībām.
Šīs grupas enzīmiem ir vēl viena funkcija, kuru nevar ignorēt – tie paātrina ķīmisko procesu gaitu, kas saistīti ar enerģijas izdalīšanos. Šādas reakcijas sauc par eksotermiskām.
Pārskaitījumi - mobilo sakaru operatori
Šie fermenti veic molekulāro atlikumu un funkcionālo grupu pārneses reakciju paātrināšanas funkciju. Piemēram, fosfofruktokināze.
Pamatojoties uz pārsūtīto grupu, izšķir astoņas katalizatoru grupas. Apskatīsim tikai dažus no tiem.
- Fosfotransferāzes – palīdz pārnest fosforskābes atlikumus. Tos iedala apakšklasēs pēc galamērķa (alkohols, karboksilgrupa un citi).
- Aminotransferāzes – paātrina aminoskābju transaminācijas reakcijas.
- Glikoziltransferāzes - pārnes glikozila atlikumus no fosfora estera molekulām uz mono- un polisaharīdu molekulām. Sniedziet reakcijasoligo- vai polisaharīdu sadalīšana un sintēze augos un dzīvniekos. Piemēram, tie ir iesaistīti saharozes sadalīšanā.
- Aciltransferāzes pārnes karbonskābes atlikumus uz amīniem, spirtiem un aminoskābēm. Acilkoenzīms-A ir universāls acilgrupu avots. To var uzskatīt par aktīvu aciltransferāžu grupu. Etiķskābes acils ir visbiežāk pieļaujams.
Hidrolāzes - šķeļ ar ūdeni
Šajā grupā fermenti darbojas kā katalizatori organisko savienojumu šķelšanās (retāk sintēzes) reakcijām, kurās ir iesaistīts ūdens. Šīs grupas vielas atrodas šūnās un gremošanas sulā. Katalizatoru molekulas kuņģa-zarnu traktā sastāv no viena komponenta.
Šo fermentu atrašanās vieta ir lizosomas. Tie veic šūnā esošo enzīmu aizsargfunkcijas: sadala svešas vielas, kas izgājušas cauri membrānai. Tās iznīcina arī tās šūnai vairs nevajadzīgās vielas, kuru dēļ lizosomas tika sauktas par kārtībniekiem.
Viņu otra "iesauka" ir šūnu pašnāvības, jo tās ir galvenais šūnu autolīzes līdzeklis. Ja notiek infekcija, sākas iekaisuma procesi, lizosomu membrāna kļūst caurlaidīga un hidrolāzes nonāk citoplazmā, iznīcinot visu savā ceļā un iznīcinot šūnu.
Atdaliet vairākus katalizatoru veidus no šīs grupas:
- esterāzes - atbild par spirta esteru hidrolīzi;
- glikozidāzes - paātrina glikozīdu hidrolīzi atkarībā nokādu izomēru tie iedarbojas, izdala α- vai β-glikozidāzes;
- peptīdu hidrolāzes ir atbildīgas par peptīdu saišu hidrolīzi olb altumvielās un noteiktos apstākļos to sintēzi, taču šī proteīnu sintēzes metode dzīvā šūnā netiek izmantota;
- amidāzes - atbild par skābju amīdu hidrolīzi, piemēram, ureāze katalizē urīnvielas sadalīšanos amonjakā un ūdenī.
Izomerāzes - molekulas transformācija
Šīs vielas paātrina izmaiņas vienā molekulā. Tie var būt ģeometriski vai strukturāli. Tas var notikt dažādos veidos:
- ūdeņraža atomu pārnešana;
- fosfātu grupas pārvietošana;
- mainot atomu grupu izvietojumu telpā;
- dubultās saites pārvietošana.
Izomerizācija var būt organiskās skābes, ogļhidrāti vai aminoskābes. Izomerāzes var pārvērst aldehīdus par ketoniem un, gluži pretēji, pārkārtot cis formu uz trans formu un otrādi. Lai labāk saprastu, kādu funkciju veic šīs grupas fermenti, ir jāzina izomēru atšķirības.
Liases pārtrauc saites
Šie fermenti paātrina organisko savienojumu nehidrolītisko sadalīšanos ar saitēm:
- carbon-carbon;
- fosfors-skābeklis;
- ogleklis-sērs;
- ogleklis-slāpeklis;
- ogleklis-skābeklis.
Šajā gadījumā izdalās tādi vienkārši produkti kā oglekļa dioksīds, ūdens, amonjaks un tiek aizvērtas dubultās saites. Dažas no šīm reakcijām var notikt pretējā virzienā, attiecīgie fermenti - atbilstošajā virzienāšādos apstākļos katalizēt ne tikai sabrukšanas, bet arī sintēzes procesus.
Liases tiek klasificētas atkarībā no saiknes veida, ko tās pārtrauc. Tie ir sarežģīti fermenti.
Ligase crosslinks
Šīs grupas enzīmu galvenā funkcija ir sintēzes reakciju paātrināšana. To iezīme ir radīšanas konjugācija ar vielu sabrukšanu, kas spēj nodrošināt enerģiju biosintētiskā procesa īstenošanai. Atbilstoši izveidotā savienojuma veidam ir sešas apakšklases. Piecas no tām ir identiskas liāzes apakšgrupām, un sestā ir atbildīga par slāpekļa-metāla saites izveidi.
Dažas ligāzes ir iesaistītas īpaši svarīgos šūnu procesos. Piemēram, DNS ligāze ir iesaistīta dezoksiribonukleīnskābes replikācijā. Tas saista vienas virknes pārtraukumus, radot jaunas fosfodiestera saites. Tā ir viņa, kas savieno Okazaki fragmentus.
Tas pats ferments tiek aktīvi izmantots gēnu inženierijā. Tas ļauj zinātniekiem sašūt DNS molekulas no vajadzīgajiem gabaliem, radot unikālas dezoksiribonukleīnskābes ķēdes. Tajos var ievietot jebkuru informāciju, tādējādi radot rūpnīcu nepieciešamo olb altumvielu ražošanai. Piemēram, jūs varat iešūt baktērijas DNS gabalu, kas ir atbildīgs par insulīna sintēzi. Un, kad šūna pārtulkos savus proteīnus, tajā pašā laikā tā veidos noderīgu vielu, kas nepieciešama medicīniskiem nolūkiem. Atliek tikai to sakopt, un tas palīdzēs daudziem slimiem cilvēkiem.
Enzīmu milzīgā loma organismā
Viņi varpalielināt reakcijas ātrumu vairāk nekā desmit reizes. Tas ir vienkārši nepieciešams normālai šūnas darbībai. Un fermenti ir iesaistīti katrā reakcijā. Tāpēc enzīmu funkcijas organismā ir daudzveidīgas, tāpat kā visi notiekošie procesi. Un šo katalizatoru atteice rada nopietnas sekas.
Fermentus plaši izmanto pārtikā, vieglajā rūpniecībā, medicīnā: tos izmanto sieru, desu, konservu pagatavošanai, tie ir veļas pulveru sastāvdaļa. Tos izmanto arī fotomateriālu ražošanā.
