Ферментийн идэвхийг тодорхойлох хүчин зүйлүүд. Бактерийн ферментийн үйл ажиллагаа

Ферментийн үйл ажиллагаа.Доод ферментийн үйл ажиллагаа нэгж цаг тутамд тодорхой хэмжээний субстратын хувиргалтыг хурдасгадаг түүний хэмжээг ойлгох. Ферментийн бэлдмэлийн үйл ажиллагааг илэрхийлэхийн тулд олон улсын (IU) ба катал (кат) гэсэн хоёр өөр нэгжийг ашигладаг. Ард нь үйл ажиллагааны олон улсын нэгж Авсан ферментийн хэмжээ нь стандарт нөхцөлд (ихэвчлэн оновчтой) 1 мкмоль субстратыг 1 минутын дотор бүтээгдэхүүн болгон хувиргах хурдасгадаг. Нэг нь тэшүүрээр гулгасан 1 секундэд 1 моль субстратын хувиргалтыг хурдасгах ферментийн хэмжээг илэрхийлнэ (1 муур = 6 ∙ 10 7 IU). Бимолекуляр A + B = C + D урвалд ферментийн үйл ажиллагааны нэгжийг 1 минутын дотор 1 мкмоль А эсвэл В, эсвэл 2 мкмоль А (хэрэв В = А) хувиргах хурдасгах хэмжээ гэж үздэг. .

Ихэнхдээ ферментийн бэлдмэлүүд нь ферментийн цэвэршилтийн түвшинг харуулдаг өвөрмөц үйл ажиллагаагаар тодорхойлогддог. Тодорхой үйл ажиллагаа нь 1 мг уураг тутамд ферментийн үйл ажиллагааны нэгжийн тоо юм.

Молекулын үйл ажиллагаа (ферментийн эргэлтийн тоо) - ферментийг субстратаар бүрэн ханасан үед 1 минутын дотор нэг ферментийн молекулаар хувирдаг субстратын молекулуудын тоо. Энэ нь ферментийн үйл ажиллагааны нэгжийн тоог микромолоор илэрхийлсэн ферментийн хэмжээгээр хуваасантай тэнцүү юм. Молекулын үйл ажиллагааны тухай ойлголт нь зөвхөн цэвэр ферментүүдэд хамаарна.

Ферментийн молекул дахь идэвхтэй төвүүдийн тоог мэддэг бол энэ ойлголтыг нэвтрүүлдэг катализаторын төвийн үйл ажиллагаа . Энэ нь идэвхтэй төв бүрт 1 минутын дотор хувирдаг субстратын молекулуудын тоогоор тодорхойлогддог.

Ферментийн үйл ажиллагаа нь гадаад нөхцлөөс ихээхэн хамаардаг бөгөөд үүнд хүрээлэн буй орчны температур, рН хамгийн чухал байдаг. Температурын 0−50 ° C-ийн температурын өсөлт нь ихэвчлэн ферментийн идэвхжил жигд нэмэгдэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь фермент-субстратын цогцолбор үүсэх хурдатгал болон дараагийн бүх каталитик үйл явдлуудтай холбоотой байдаг. Температурыг 10 ° C-аар нэмэгдүүлэх тусам урвалын хурд ойролцоогоор хоёр дахин нэмэгддэг (вант Хоффын дүрэм). Гэсэн хэдий ч температурын цаашдын өсөлт (>50 ° C) нь түүний уургийн хэсгийн денатурацийн улмаас идэвхгүйжүүлсэн ферментийн хэмжээ ихсэх бөгөөд энэ нь үйл ажиллагааны бууралтаар илэрхийлэгддэг. Фермент бүр нь онцлог шинж чанартай байдаг оновчтой температур- түүний хамгийн их идэвхжил бүртгэгдсэн температурын утга.

Орчуулагчийн рН-ийн утгаас ферментийн үйл ажиллагааны хамаарал нь нарийн төвөгтэй байдаг. Фермент бүр нь онцлог шинж чанартай байдаг оновчтой рН орчин, энэ үед энэ нь хамгийн их үйл ажиллагааг харуулдаг. Энэ утгаас нэг чиглэлд эсвэл өөр чиглэлд шилжих тусам ферментийн идэвхжил буурдаг. Үүнийг ферментийн идэвхтэй төвийн төлөвийн өөрчлөлт (функциональ бүлгүүдийн иончлол буурах эсвэл ихсэх), түүнчлэн катион ба анионикийн харьцаанаас хамаардаг уургийн бүх молекулын гуравдагч бүтэцтэй холбон тайлбарлаж байна. үүнд төвлөрдөг. Ихэнх ферментүүд нь төвийг сахисан хязгаарт хамгийн оновчтой рН-тэй байдаг. Гэсэн хэдий ч рН 1.5 (пепсин) эсвэл 9.5 (аргиназа) үед хамгийн их үйл ажиллагаа явуулдаг ферментүүд байдаг. Ферменттэй ажиллахдаа тохирох буфер уусмалыг ашиглан рН-ийг хадгалах шаардлагатай.

Ферментийн үйл ажиллагаа нь өртөлтөөс хамааран мэдэгдэхүйц хэлбэлзэлтэй байдаг дарангуйлагч(үйл ажиллагааг хэсэгчлэн эсвэл бүрмөсөн бууруулдаг бодисууд) ба идэвхжүүлэгчид(үйл ажиллагааг нэмэгдүүлэх бодис). Тэдний үүргийг металлын катионууд, зарим анионууд, фосфатын бүлгүүдийн тээвэрлэгч, бууруулагч эквивалент, өвөрмөц уураг, бодисын солилцооны завсрын болон эцсийн бүтээгдэхүүн гэх мэт гүйцэтгэдэг.

Ферментийн кинетикийн зарчим.Кинетик судалгааны мөн чанар нь ферментийн урвалын хамгийн их хурдыг тодорхойлох явдал юм. В max) ба Михаэлис тогтмолууд K M. Ферментийн кинетик нь ферментийн нөлөөн дор зарим бодисыг бусад бодис болгон хувиргах хурдыг судалдаг. Ферментийн урвалын хурдыг нэгж хугацаанд субстрат алдагдах эсвэл үүссэн бүтээгдэхүүний өсөлт, эсвэл коэнзимийн зэргэлдээ хэлбэрүүдийн аль нэгний концентрацийн өөрчлөлтөөр хэмждэг.

Нөлөөлөл ферментийн концентрациурвалын хурдыг дараах байдлаар илэрхийлнэ: хэрэв субстратын концентраци тогтмол байвал (субстратын илүүдэл байгаа тохиолдолд) урвалын хурд нь ферментийн концентрацтай пропорциональ байна. Кинетикийн судалгаанд 10-8 М идэвхтэй талбайн ферментийн концентрацийг ашигладаг. Ферментийн концентрацийн оновчтой утгыг ферментийн үйл ажиллагааны түүний концентрациас хамаарах хамаарлын графикаас тодорхойлно. Хамгийн оновчтой утга нь түүний концентрациас бага зэрэг хамааралтай ферментийн идэвхжилийн утгын хүрээнд үүссэн графикийн өндөрлөг дээр байрладаг гэж үздэг (Зураг 4.3).

Цагаан будаа. 4.3. Ферментийн урвалын хурдны хамаарал

ферментийн концентраци дээр

нөлөөллийг судлах субстратын концентрациферментийн урвалын хурдыг тодорхойлохын тулд эхлээд субстрат (S 1) эсвэл бүтээгдэхүүний (P 1) цаг хугацааны явцад (Зураг 4.4) концентрацийн өөрчлөлтийг тусгасан кинетик муруйг байгуулж, анхны хурдыг хэмжинэ (Зураг 4.4). В 1) тэг цэг дэх муруй руу шүргэгчийн налуу өнцгийн тангенс болох урвалууд.

Цагаан будаа. 4.4. Ферментийн урвалын кинетик муруй

Өгөгдсөн субстрат (S 2, S 3, S 4 гэх мэт) эсвэл бүтээгдэхүүний (P 2, P 3, P 4 гэх мэт) бусад концентрацийн кинетик муруйг байгуулж, анхны хурдыг тодорхойлох замаар ( В 2, В 3 , В 4 гэх мэт) урвалууд, гиперболын хэлбэртэй байдаг (ферментийн тогтмол концентрацид) субстратын концентрацаас ферментийн урвалын анхны хурдаас хамаарах графикийг байгуулна (Зураг 4.5).

Цагаан будаа. 4.5. Ферментийн урвалын анхны хурдны хамаарал

субстратын концентраци дээр

Олон ферментийн урвалын кинетикийг Михаэлис-Ментенийн тэгшитгэлээр тодорхойлдог. Ферментийн тогтмол концентрацитай үед ба субстратын бага концентраци[S] анхны урвалын хурд нь [S]-тай шууд пропорциональ байна (Зураг 4.5). Энэ тохиолдолд ферментийн молекулын тэн хагас нь фермент-субстратын цогцолбор хэлбэрээр байх үед субстраттай ферментийн хагас ханалт ба урвалын хурдыг бид ярьдаг. В = 1/2Вхамгийн их. Субстратын хувьд урвал нь 1-р дараалал (урвалын хурд нь нэг урвалжийн концентрацтай шууд пропорциональ) эсвэл 2-р дараалал (урвалын хурд нь хоёр урвалжийн концентрацийн бүтээгдэхүүнтэй пропорциональ).

At өндөр үнэ цэнэ субстратын концентраци[S] урвалын хурд нь [S]-ээс бараг хамааралгүй байдаг: [S]-ийн цаашдын өсөлттэй холбоотойгоор урвалын хурд улам бүр аажмаар нэмэгдэж, эцэст нь тогтмол (хамгийн их) болдог (Зураг 4.5). Энэ тохиолдолд ферментийн бүх молекулууд нь фермент-субстратын цогцолбор хэлбэртэй байх үед ферментийг субстратаар бүрэн хангана. В = Вхамгийн их. Субстратын хувьд урвал нь 0-р дараалалтай (урвалын хурд нь урвалжуудын концентрацаас хамаардаггүй).

1913 онд Л.Михаэлис, М.Ментен нар ийм кинетикийг тайлбарлах энгийн загварыг санал болгосон. Энэ загварын дагуу фермент-субстратын тусгай цогцолбор үүсэх нь катализын зайлшгүй завсрын үе шат юм.

к 1 к 3

E + S ⇄ ES → E + P

Е фермент нь S субстраттай нэгдэж, ES цогцолбор үүсгэдэг. Энэ процессын хурдны тогтмол хэмжээ нь к 1 . ES цогцолборын хувь тавилан нь хоёр талтай: энэ нь E фермент болон субстрат S-д хурдны тогтмол хэмжээгээр задарч болно. к 2, эсвэл цаашдын хувиралтанд орж, хурдны тогтмолтой P бүтээгдэхүүн ба чөлөөт фермент Е-г үүсгэдэг к 3. Урвалын бүтээгдэхүүн нь анхны субстрат болж хувирдаггүй гэж үздэг. Энэ нөхцөл нь урвалын эхний үе шатанд хангагдсан байдаг бол бүтээгдэхүүний концентраци бага байдаг.

Катализаторын хурдыг дараахь байдлаар тодорхойлно хэвтэн эмчлүүлэх нөхцөл, завсрын бүтээгдэхүүний концентраци тогтмол хэвээр байх үед эхлэл бодис болон эцсийн бүтээгдэхүүний концентраци харилцан адилгүй байдаг. Энэ нь ES цогцолбор үүсэх хурд нь түүний задралын хурдтай тэнцүү байх үед тохиолддог.

Та шинэ тогтмол K M-г оруулж болно - Майклис тогтмол(моль/л), тэнцүү байна

Михаэлис-Ментенийн тэгшитгэл, ферментийн урвалын хурд ба субстратын концентрацийн хоорондын тоон хамаарлыг илэрхийлэх хэлбэр нь байна.

(4.2)

Энэ тэгшитгэл нь урвалын хурд ба субстратын концентрацийн графиктай тохирч байна. At субстратын бага концентраци, [S] нь K M-ээс хамаагүй бага байх үед, В = В max [S] / K M, өөрөөр хэлбэл урвалын хурд нь субстратын концентрацтай шууд пропорциональ байна. At субстратын өндөр концентраци, [S] нь K M-ээс хамаагүй өндөр байх үед, В = В max, өөрөөр хэлбэл урвалын хурд нь хамгийн их бөгөөд субстратын концентрацаас хамаардаггүй.

Хэрэв [S] = K M бол В = Вхамгийн их/2.

Тиймээс К М урвалын хурд нь дээд тал нь байх субстратын концентрацитай тэнцүү байна.

Михаэлисын тогтмол (K M) ба хамгийн их урвалын хурд ( В max) нь субстратын өөр өөр концентраци дахь хурдны чухал үзүүлэлтүүд юм. В max - фермент бүрийн тогтмол утга нь түүний үйл ажиллагааны үр нөлөөг үнэлэх боломжийг олгодог.

Михаэлисын тогтмол нь субстратын ферментийн хамаарлыг харуулдаг (хэрэв энэ тохиолдолд). к 2 >> к 3): KM бага байх тусам ойр дотно байдал, урвалын хурд өндөр байх тусам эсрэгээрээ. Субстрат бүр нь тухайн ферментийн өөрийн KM утгаар тодорхойлогддог бөгөөд тэдгээрийн утгыг ферментийн субстратын өвөрмөц байдлыг үнэлэхэд ашиглаж болно. Михаэлисын тогтмол нь субстратын шинж чанар, температур, рН, уусмалын ионы хүч, дарангуйлагч байгаа эсэхээс хамаарна.

Тодорхойлолттой холбоотой В max ба K M нь Michaelis-Menten графикийн хамаарлаас шууд (Зураг 4.5) хоёрдмол утгатай тул энэ тэгшитгэлийн шугаманчлалыг ашигладаг. Үүнийг хийхийн тулд үүнийг графикаар шулуун шугамаар илэрхийлэх боломжтой хэлбэрт шилжүүлдэг. Шугаманчлалын хэд хэдэн аргууд байдаг бөгөөд тэдгээрийн дотроос Lineweaver-Burk, Edy-Hofstee аргуудыг ихэвчлэн ашигладаг.

Хөрвүүлэлт Lineweaver – Берк шиг харагдаж байна

(4.3)

Хамааралтай байдлын график байгуулах 1/ В = е(1/[S]) ба y тэнхлэгтэй огтлолцох нь 1/ утгыг өгөх шулуун шугамыг авна. Вхамгийн их; абсцисса тэнхлэг дээрх шулуун шугамаар таслагдсан сегмент нь −1/K M утгыг өгөх ба абсцисса тэнхлэгт шулуун шугамын налуу өнцгийн тангенс K M / -тэй тэнцүү байна. Вхамгийн их (Зураг 4.6). Энэ график нь илүү нарийвчлалтай тодорхойлох боломжийг танд олгоно Вхамгийн их. Доор харж байгаачлан ферментийн үйл ажиллагааг дарангуйлахтай холбоотой үнэ цэнэтэй мэдээллийг энэ графикаас авч болно.

Цагаан будаа. 4.6. Михаэлис-Ментен тэгшитгэлийн шугаманчлалын арга

(Lineweaver - Беркийн хэлснээр)

Арга Эди-Хофсти Михаэлис-Ментен тэгшитгэлийг хоёр талыг үржүүлэх замаар хувиргахад үндэслэсэн Вхамгийн их:

(4.4)

Координат дахь график ВТэгээд В/[S] нь шулуун шугам бөгөөд y тэнхлэгтэй огтлолцсон нь утгыг өгдөг В max ба абсцисса тэнхлэг дээрх шулуун шугамаар таслагдсан сегмент нь утга юм В max /K M (Зураг 4.7). Энэ нь K M ба тодорхойлоход маш хялбар болгодог В max , мөн өмнөх графикт илрээгүй шугаман байдлаас гарч болзошгүй хазайлтыг тодорхойлно.

Цагаан будаа. 4.7. Михаэлис-Ментен тэгшитгэлийн шугаманчлалын арга

(Эди-Хофстигийн хэлснээр)

Ферментийн үйл ажиллагааг дарангуйлах.Ферментийн үйл ажиллагааг зарим химийн бодисууд бүрэн эсвэл хэсэгчлэн дарангуйлж болно. дарангуйлагч . Тэдний үйл ажиллагааны шинж чанараас хамааран дарангуйлагчдыг буцаах ба эргэлт буцалтгүй гэж хуваадаг. Энэ хуваагдал нь дарангуйлагчийг ферменттэй холбох хүч дээр суурилдаг.

Урвуу ингибиторууд - эдгээр нь ферменттэй ковалент бус харилцан үйлчлэлцдэг нэгдлүүд бөгөөд тэдгээрийг арилгахад ферментийн идэвхжил сэргээгддэг. Урвалт дарангуйлал нь өрсөлдөх чадвартай, өрсөлдөх чадваргүй эсвэл өрсөлдөх чадваргүй байж болно.

Жишээ өрсөлдөөнийг дарангуйлахЭнэ нь субстратын бүтцийн аналогуудын нөлөө бөгөөд энэ нь ферментийн идэвхтэй төвтэй субстраттай ижил төстэй байдлаар холбогдож, бүтээгдэхүүн болж хувирахгүйгээр ферментийн жинхэнэ субстраттай харилцан үйлчлэлцэхээс сэргийлдэг, өөрөөр хэлбэл өрсөлдөөн бий болдог. ферментийн идэвхтэй төвтэй холбогдох субстрат ба дарангуйлагчийн хооронд . Ферментийн дарангуйлагч (EI) цогцолбор үүссэний үр дүнд ES цогцолборын концентраци буурч, үр дүнд нь урвалын хурд буурдаг. Өөрөөр хэлбэл, өрсөлдөх чадвартай дарангуйлагч нь субстратыг холбодог ферментийн молекулуудын эзлэх хувийг бууруулж катализийн хурдыг бууруулдаг.

Янз бүрийн субстратын концентраци дахь урвалын хурдыг хэмжих нь өрсөлдөх чадвартай, өрсөлдөөнгүй дарангуйллыг ялгах боломжийг олгодог. Хараат байдлын график дээр өрсөлдөөнт дарангуйлалтай 1/ В=е(1/[S]) шулуун шугамууд ординатын тэнхлэгийг нэг цэгээр огтолж байна 1/ Вдарангуйлагч байгаа эсэхээс үл хамааран макс, харин дарангуйлагч байгаа тохиолдолд абсцисса тэнхлэгт шулуун шугамын налуу өнцгийн тангенс нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл. В max өөрчлөгдөхгүй, харин KM нэмэгдэж байгаа нь дарангуйлагчийн оролцоотойгоор ферментийн субстратын хамаарал буурч байгааг харуулж байна (Зураг 4.8). Үүний үр дүнд ферментийн идэвхтэй талбайн төлөөх өрсөлдөөний нөхцөлд субстратын хангалттай өндөр концентрацитай үед субстрат нь дарангуйлагчийг идэвхтэй газраас нүүлгэн шилжүүлэхэд дарангуйллыг арилгаж, катализаторын урвалын хурд сэргээгддэг. Энэ тохиолдолд Михаэлис-Ментен тэгшитгэл нь хэлбэртэй байна

(4.5)

[I] нь дарангуйлагчийн концентраци; К би - дарангуйлах тогтмол.

Дарангуйлах тогтмол нь ферментийн дарангуйлагчийн хамаарлыг тодорхойлдог бөгөөд EI цогцолборын диссоциацийн тогтмол юм.

(4.6)

Өрсөлдөөнт дарангуйлагч байгаа тохиолдолд шулуун шугамын х тэнхлэгт налуу өнцгийн тангенс (1 + [I]/ хэмжээгээр нэмэгдэнэ. К би).

Цагаан будаа. 4.8. Өрсөлдөөнийг дарангуйлах:

a - диаграмм; b – Lineweaver - Burke-ийн дагуу график илэрхийлэл

At өрсөлдөх чадваргүй дарангуйлалДарангуйлагч нь субстратаас бүтцээрээ ялгаатай бөгөөд идэвхтэй биш харин ферментийн аллостерийн төвтэй холбогддог. Энэ нь ферментийн идэвхтэй төвийн конформацийн өөрчлөлтөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь ферментийн катализаторын идэвхжил буурахад хүргэдэг. Үүнээс гадна дарангуйлагч нь зөвхөн чөлөөт фермент (E + I → EI) төдийгүй фермент-субстратын цогцолбор (ES + I → ESI) -тай холбогдож чаддаг. EI болон ESI хэлбэр хоёулаа идэвхгүй байна. Субстрат ба дарангуйлагч нь ферментийн молекулд нэгэн зэрэг холбогдож болох боловч тэдгээрийн холбох газрууд давхцдаггүй. Өрсөлдөх чадваргүй дарангуйлагчийн нөлөө нь ферментийн эргэлтийн тоог багасгахаас гадна субстратыг холбодог ферментийн молекулуудын эзлэх хувийг бууруулдаггүй. Дарангуйлагч нь ES цогцолбор үүсэхээс сэргийлдэггүй, харин субстратыг бүтээгдэхүүн болгон хувиргахад саад болдог. Үүний үр дүнд В max буурна, өөрөөр хэлбэл дарангуйлагч байгаа тохиолдолд шулуун шугамын ордны тэнхлэгтэй огтлолцох нь илүү өндөр цэгт үүснэ (Зураг 4.9). Шулуун шугамын абсцисса тэнхлэгт налуу өнцгийн тангенс ижил хэмжээгээр нэмэгдэж, K M / -тэй тэнцүү байна. Вхамгийн ихI. K M-ээс ялгаатай В max өөрчлөгддөггүй тул субстратын концентрацийг нэмэгдүүлэх замаар өрсөлдөх чадваргүй дарангуйллыг арилгах боломжгүй юм.

Цагаан будаа. 4.9. Өрсөлдөөнгүй дарангуйлал:

a - диаграмм; b – Lineweaver – Burke-ийн дагуу график илэрхийлэл

Хамгийн их урвалын хурд ВӨрсөлдөх чадваргүй дарангуйлагч байгаа тохиолдолд max I-ийг тэгшитгэлээр тодорхойлно

(4.7)

Онцгой тохиолдолд өрсөлдөх чадваргүй дарангуйлал, дарангуйлагч нь зөвхөн ES цогцолбортой холбогдож, чөлөөт ферменттэй холбогддоггүй тохиолдолд хамаарлын график 1/ В = е(1/[S]) шулуун шугамууд нь хоорондоо параллель байх ба ординат ба абсцисса тэнхлэгүүдийг өөр өөр цэгээр огтолж байна (Зураг 4.10).

Цагаан будаа. 4.10. Өрсөлдөөнгүй дарангуйлал:

a - диаграмм; b – Lineweaver – Burke-ийн дагуу график илэрхийлэл

Эргэшгүй дарангуйлагчид Эдгээр нь идэвхтэй төвийн функциональ чухал бүлгүүдтэй харилцан үйлчилж, хүчтэй ковалент холбоо үүсгэдэг янз бүрийн химийн шинж чанартай өндөр идэвхтэй нэгдлүүд юм. Энэ нь ферментийн үйл ажиллагааг эргэлт буцалтгүй алдахад хүргэдэг. Үүнтэй холбогдуулан ферментэд дарангуйлагч нэмэх нь буцаах боломжтой гэсэн таамаглал дээр үндэслэсэн Михаэлис-Ментенийн онол энэ тохиолдолд хэрэгжихгүй.

Эргэшгүй дарангуйллын жишээ бол ферментийн цистеины үлдэгдэлийн сульфгидрил бүлгүүдэд наалдаж, бараг салдаггүй нэгдлүүд эсвэл алкилизацийн нөлөөн дор ферментийн ковалент өөрчлөлтийг үүсгэдэг хүнд металлын ионуудтай харилцан үйлчлэлцэх явдал юм. агентууд.

Ферментийн үйл ажиллагааны тухай ойлголт

Өдөр тутмын биохимийн практикт ферментийн хэмжээг бараг үнэлдэггүй, зөвхөн түүний үйл ажиллагааг үнэлдэг. Үйл ажиллагаа нь тоо хэмжээ гэхээсээ илүү өргөн хүрээтэй ойлголт юм. Энэ нь юуны түрүүнд урвалын үр дүн, тухайлбал субстрат алдагдах эсвэл бүтээгдэхүүн хуримтлагдах гэсэн үг юм. Мэдээжийн хэрэг, ферментийн ажилласан хугацаа, ферментийн молекулуудын тоог үл тоомсорлож болохгүй. Гэхдээ ихэвчлэн ферментийн молекулуудын тоог тооцоолох боломжгүй байдаг тул фермент агуулсан биологийн материалын хэмжээг (эзэлхүүн эсвэл масс) ашигладаг.

Тиймээс ферментийн идэвхийг тодорхойлохдоо гурван хувьсагчийг нэгэн зэрэг харгалзан үзэх шаардлагатай.

• үүссэн бүтээгдэхүүн эсвэл алга болсон субстратын масс;
• хариу үйлдэл хийхэд зарцуулсан цаг хугацаа;
• ферментийн хэмжээ, гэхдээ үнэндээ фермент агуулсан биологийн материалын масс эсвэл эзэлхүүн.

Эдгээр хүчин зүйлсийн хоорондын хамаарлыг ойлгохын тулд хоёр барилга барих нь тодорхой бөгөөд энгийн жишээ байж болно. Барилга байгууламжийг урвалын бүтээгдэхүүнтэй адилтгаж, ажилчид нь фермент бөгөөд баг нь биологийн материалын эзэлхүүнтэй тохирч үзье. Тиймээс, 3-р ангийн асуудлууд:

1. Нэг барилгыг барихад 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг, өөр нэг ижил төстэй барилгад 5 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг ажилласан. Барилга угсралтын ажил нэгэн зэрэг, бүрэн хэмжээгээр хийгдсэн. Ажилчдын идэвх хаана өндөр байдаг вэ?
2. Нэг барилгын 3 давхарын барилгын ажилд 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг, 12 давхар барилгад 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг ажиллажээ. Барилга угсралтын ажил нэгэн зэрэг, бүрэн хэмжээгээр хийгдсэн. Ажилчдын идэвх хаана өндөр байдаг вэ?
3. 5 давхар нэг барилгыг барихад 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг, өөр нэг барилгад 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг ажиллажээ. Эхний барилгыг барихад 20 хоног зарцуулсан бол хоёр дахь барилгыг 10 хоногт барьжээ. Ажилчдын идэвх хаана өндөр байдаг вэ?

Ферментийн үйл ажиллагааны хэмжилтийн үндэс

1. Ферментийн идэвхжил нь бүтээгдэхүүний хуримтлалын хурд эсвэл субстратын алдагдлын хурдыг фермент агуулсан материалын хэмжээгээр илэрхийлнэ.

Практикт тэд ихэвчлэн ашигладаг:

• бодисын тоо хэмжээний нэгж - моль (мөн түүний дериватив ммоль, мкмоль), грамм (кг, мг),
• Цагийн нэгж - минут, цаг, секунд,
• масс буюу эзэлхүүний нэгж - грамм (кг, мг), литр (мл).

Бусад деривативуудыг мөн идэвхтэй ашигладаг - катал (моль/с), үйл ажиллагааны олон улсын нэгж (IU, Нэгж) нь μмоль/минуттай тохирч байна.

Тиймээс ферментийн идэвхийг жишээлбэл ммоль/с×л, г/ц×л, IU/л, муур/мл гэх мэтээр илэрхийлж болно.

Жишээлбэл, энэ нь мэдэгдэж байна

2. Янз бүрийн лабораторид олж авсан үр дүнг харьцуулах стандарт нөхцлийг бүрдүүлэх - оновчтой рН ба тогтмол температур, жишээлбэл, 25 ° C эсвэл 37 ° C, субстратын ферменттэй инкубацийн хугацааг ажиглах.

Ферментүүд нь тодорхой химийн урвалын катализтай холбоотой тодорхой үйлдлээр тодорхойлогддог уургийн шинж чанартай химийн урвалын катализатор юм. Эдгээр нь хөрсний бүх амьд организмын биосинтезийн бүтээгдэхүүн юм: модлог ба өвслөг ургамал, хөвд, хаг, замаг, бичил биетэн, эгэл биетэн, шавж, сээр нуруугүйтэн, сээр нуруутан амьтад, байгалийн орчинд тодорхой агрегатууд - биоценозоор төлөөлдөг.

Амьд организм дахь ферментийн биосинтез нь бодисын солилцооны төрөл, түүний дасан зохицох хувьсах чадварыг удамшлын дамжуулалтыг хариуцдаг удамшлын хүчин зүйлээс шалтгаалан явагддаг. Ферментүүд нь генийн үйл ажиллагааг гүйцэтгэдэг ажлын аппарат юм. Тэд организм дахь олон мянган химийн урвалыг хурдасгаж, эцэст нь эсийн бодисын солилцоог бүрдүүлдэг. Тэдний ачаар бие махбод дахь химийн урвалууд өндөр хурдтай явагддаг.

Одоогийн байдлаар 900 гаруй ферментийг мэддэг. Тэдгээрийг үндсэн зургаан бүлэгт хуваадаг.

1. Редокс урвалыг хурдасгадаг оксиредуктаза.

2. Төрөл бүрийн химийн бүлгүүд ба үлдэгдлүүдийн молекул хоорондын шилжилтийн урвалыг хурдасгадаг трансфераза.

3. Молекулын холбоосын гидролизийн задралын урвалыг хурдасгадаг гидролазууд.

4. Давхар холбоонд бүлгүүдийг нэмэх урвалыг катализатор болгодог лиазууд ба ийм бүлгүүдийг хийсвэрлэх урвуу урвалууд.

5. Изомержих урвалыг хурдасгадаг изомераза.

6. ATP (аденозин трифосфорын хүчил) -ийн нөлөөгөөр бонд үүсэх химийн урвалыг катализатор болгодог лигазууд.

Амьд организм үхэж, ялзрахад тэдгээрийн зарим ферментүүд устаж, зарим нь хөрсөнд орж, үйл ажиллагаагаа хадгалж, хөрсний олон тооны химийн урвалыг хурдасгаж, хөрс үүсэх, хөрсний чанарын шинж чанар - үржил шимийг бий болгоход оролцдог. . Тодорхой биоценозын дор өөр өөр төрлийн хөрсөнд биокаталитик урвалын үйл ажиллагааны хувьд өөр өөр ферментийн цогцолборууд үүсдэг.

В.Ф.Купревич, Т.А.Щербакова (1966) хөрсний ферментийн цогцолборын чухал шинж чанар нь одоо байгаа ферментийн бүлгүүдийн үйл ажиллагааны эмх цэгцтэй байдал бөгөөд энэ нь өөр өөр бүлгүүдийг төлөөлдөг хэд хэдэн ферментийн нэгэн зэрэг үйл ажиллагаа хангагдсанаар илэрдэг болохыг тэмдэглэжээ. ; хөрсөн дэх илүүдэл нэгдлүүдийн үүсэх, хуримтлал үүсгэхгүй; илүүдэл хуримтлагдсан хөдөлгөөнт энгийн нэгдлүүд (жишээ нь, NH 3) нь ямар нэг байдлаар түр зуур холбогдож, илүү их эсвэл бага хэмжээний нарийн төвөгтэй нэгдлүүд үүсэх замаар төгсдөг мөчлөгт илгээгддэг. Ферментийн цогцолборууд нь тэнцвэртэй өөрийгөө зохицуулах систем юм. Үүнд хөрсний ферментийг байнга нөхдөг бичил биетэн, ургамал гол үүрэг гүйцэтгэдэг, учир нь тэдгээрийн ихэнх нь богино насалдаг. Ферментийн тоог шууд бусаар цаг хугацааны туршид үйл ажиллагаагаар нь үнэлдэг бөгөөд энэ нь урвалд орж буй бодисын химийн шинж чанар (субстрат, фермент) болон харилцан үйлчлэлийн нөхцлөөс (бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци, рН, температур, орчны найрлага, нөлөөлөл) хамаарна. идэвхжүүлэгч, дарангуйлагч гэх мэт).

Энэ бүлэгт гидролазын ангиллын ферментүүд - инвертаза, уреаза, фосфатаза, протеазын идэвх, оксиредуктазын ангиас - каталаза, пероксидаза, полифенолоксидазын идэвхжил зэрэг нь хөрсний зарим химийн процесст оролцох талаар авч үзэх болно. азот, фосфор агуулсан органик бодис, нүүрс усны бодис, ялзмаг үүсэх процесст хувирах. Эдгээр ферментийн идэвхжил нь хөрсний үржил шимийн чухал үзүүлэлт юм. Нэмж дурдахад, янз бүрийн түвшний тариалалттай ойн болон тариалангийн хөрсөнд эдгээр ферментийн идэвхийг сод-подзолик, саарал ой, сод-карбонат хөрсний жишээн дээр тодорхойлох болно.

ХӨРСНИЙ ФЕРМЕНТИЙН ОНЦЛОГ

Инвертаза - сахарозын гидролизийн задралын урвалыг глюкоз ба фруктозын тэнцүү хэмжээний глюкоз болгон задлах урвалыг хурдасгаж, бичил биетний амьдралын эрчим хүчний бүтээгдэхүүн болох фруктозын молекул үүсэх замаар бусад нүүрс ус руу нөлөөлж, фруктоз трансферазын урвалыг катализатор болгодог. Олон зохиолчдын хийсэн судалгаагаар инвертазын идэвхжил нь хөрсний үржил шим, биологийн идэвхийг бусад ферментүүдээс илүү сайн тусгадаг болохыг харуулж байна.

Уреаза нь мочевиныг аммиак ба нүүрстөрөгчийн давхар исэл болгон гидролизийн задралд оруулдаг. Агрономийн практикт мочевиныг ашиглахтай холбогдуулан уреазын идэвхжил илүү үржил шимтэй хөрсөнд өндөр байдаг гэдгийг санах нь зүйтэй. Энэ нь бүх хөрсөнд биологийн хамгийн их идэвхжсэн үе буюу 7-8-р сард нэмэгддэг.

Фосфатаза (шүлтлэг ба хүчиллэг) - ортофосфат үүсэх замаар олон тооны органик фосфорын нэгдлүүдийн гидролизийг катализатор болгодог. Фосфатазын идэвхжил нь ургамлын хөдөлгөөнт фосфорын нийлүүлэлттэй урвуу хамааралтай байдаг тул хөрсөнд фосфорын бордоо хэрэглэх хэрэгцээг тогтооход нэмэлт үзүүлэлт болгон ашиглаж болно. Хамгийн их фосфатазын идэвхжил нь ургамлын үндэслэг мандалд байдаг.

Протеазууд нь ферментийн бүлэг бөгөөд тэдгээрийн оролцоотойгоор уураг нь полипептид, амин хүчлүүд болж задарч, аммиак, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус руу гидролизд ордог. Үүнтэй холбогдуулан протеазууд нь органик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн найрлага дахь өөрчлөлт, ургамалд шингэсэн азотын хэлбэрийн динамиктай холбоотой байдаг тул хөрсний амьдралд хамгийн чухал ач холбогдолтой юм.

Каталаза - идэвхжүүлэх үйл ажиллагааны үр дүнд амьд организмд хортой устөрөгчийн хэт исэл нь ус, чөлөөт хүчилтөрөгч болж хуваагддаг. Ургамал нь ашигт малтмалын хөрсний каталазын идэвхжилд ихээхэн нөлөөлдөг. Дүрмээр бол хүчирхэг, гүн гүнзгий нэвтэрдэг үндэс систем бүхий ургамлын доорх хөрс нь каталазын өндөр идэвхжилээр тодорхойлогддог. Каталазын үйл ажиллагааны онцлог нь энэ нь бага зэрэг өөрчлөгддөг бөгөөд хөрсний чийгшилтэй урвуу хамааралтай, температуртай шууд хамааралтай байдаг.

Полифенол оксидаза ба пероксидаза - тэдгээр нь хөрсөн дэх ялзмаг үүсэх процесст чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Полифенол оксидаза нь агаар мандлын чөлөөт хүчилтөрөгчийн оролцоотойгоор полифенолыг хинон болгон исэлдэх процессыг хурдасгадаг. Пероксидаза нь устөрөгчийн хэт исэл эсвэл органик хэт исэлд полифенолын исэлдэлтийг хурдасгадаг. Энэ тохиолдолд түүний үүрэг нь хэт ислийг идэвхжүүлэх явдал юм, учир нь тэдгээр нь фенолд сул исэлдүүлэх нөлөөтэй байдаг. Дараа нь амин хүчлүүд ба пептидүүдтэй хинонуудын конденсаци үүсч, гумин хүчлийн анхдагч молекул үүсэх боломжтой бөгөөд дараа нь дахин конденсацын улмаас илүү төвөгтэй болж хувирдаг (Кононова, 1963).

(Чундерова, 1970) полифенол оксидазын (S) болон пероксидазын (D) идэвхжилийг хувиар ()-ээр илэрхийлсэн харьцаа нь хөрсөн дэх ялзмагийн хуримтлалтай холбоотой байдаг тул энэ утгыг тэмдэглэв. ялзмагийн хуримтлалын нөхцөлт коэффициент (K) гэж нэрлэдэг. 5-р сараас 9-р сар хүртэлх хугацаанд Удмурт улсын тариалангийн, муу тариалсан хөрсөнд: ширэгт-подзолик хөрсөнд - 24%, саарал ойн подзолжуулсан хөрсөнд - 26%, сод-карбонат хөрсөнд - 29% байв.

ХӨРСНИЙ ФЕРМЕНТИЙН ПРОЦЕСС

Хөрсний биокаталитик идэвхжил нь тэдгээрийн бичил биетээр баяжуулах зэрэгтэй (Хүснэгт 11) ихээхэн хамааралтай бөгөөд хөрсний төрлөөс хамаардаг бөгөөд генетикийн давхрагын дагуу харилцан адилгүй байдаг нь ялзмагийн агууламж, урвалын өөрчлөлт, улаан, Профайлын дагуу үхрийн потенциал болон бусад үзүүлэлтүүд.

Онгон ойн хөрсөнд ферментийн урвалын эрчмийг голчлон ойн хог хаягдлын давхрага, тариалангийн хөрсөнд тариалангийн давхаргаар тодорхойлдог. Зарим болон бусад хөрсний аль алинд нь биологийн идэвхи багатай генетикийн давхрага нь А эсвэл А p horizont-ийн доор байрлах бүх ферментийн идэвхжил багатай байдаг бөгөөд энэ нь хөрс боловсруулах явцад эерэг чиглэлд бага зэрэг өөрчлөгддөг. Тариалангийн талбайд ойн хөрсийг хөгжүүлсний дараа үүссэн тариалангийн давхрагын ферментийн идэвхжил ойн хог хаягдалтай харьцуулахад эрс багасч, тариалах тусам нэмэгдэж, өндөр таримал зүйлүүдэд энэ үзүүлэлт ойртож эсвэл давж байна. ойн хог.

11. Дундад Уралын хөрсний биогенийн агууламж ба ферментийн идэвхийн харьцуулалт (Пухидская, Ковриго, 1974)

Хөрсөн дэх биокаталитик урвалын идэвхжил өөрчлөгддөг. Энэ нь хавар, намрын улиралд хамгийн бага, ихэвчлэн 7-8-р сард хамгийн их байдаг нь хөрсөн дэх биологийн үйл явцын ерөнхий явцын динамиктай тохирч байна. Гэсэн хэдий ч хөрсний төрөл, газарзүйн байршлаас хамааран ферментийн үйл явцын динамик нь маш өөр байдаг.

Тестийн асуулт, даалгавар

1. Ямар нэгдлүүдийг фермент гэж нэрлэдэг вэ? Тэдний үйлдвэрлэл, амьд организмд ямар ач холбогдолтой вэ? 2. Хөрсний ферментийн эх үүсвэрийг нэрлэнэ үү. Бие даасан ферментүүд хөрсний химийн процесст ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ? 3. Хөрсний ферментийн цогцолбор, түүний үйл ажиллагааны тухай ойлголтыг өг. 4. Онгон болон тариалангийн хөрсөнд ферментийн үйл явцын явцын ерөнхий тодорхойлолтыг өгнө үү.

Ферментийн шинж чанар, ферментийн аливаа хүчин зүйлээс хамаарлын талаар ярихаасаа өмнө ойлголтыг тодорхойлох шаардлагатай. ферментийн үйл ажиллагаа.

Өдөр тутмын биохимийн практикт бараг л тоо хэмжээг тооцоогүй байнафермент, гэхдээ зөвхөн түүний үйл ажиллагаа. Үйл ажиллагаа нь тоо хэмжээ гэхээсээ илүү өргөн хүрээтэй ойлголт юм. Энэ нь юуны түрүүнд гэсэн үг юм урвалын үр дүн, тухайлбал субстратын алдагдалэсвэл хуримтлалбүтээгдэхүүн.Мэдээжийн хэрэг, үүнийг үл тоомсорлож болохгүй цаг, аль фермент ажиллаж байсан ба молекулын тоофермент. Гэхдээ ихэвчлэн ферментийн молекулуудын тоог тооцоолох боломжгүй байдаг тул тэдгээрийг ашигладаг тоо хэмжээфермент агуулсан биологийн материал (эзэлхүүн эсвэл масс).

Тиймээс ферментийн идэвхийг тодорхойлохдоо гурван хүчин зүйлийг нэгэн зэрэг харгалзан үзэх шаардлагатай. хувьсагч:

• жинүүссэн бүтээгдэхүүн эсвэл алга болсон субстрат,
• цаг, урвалд зарцуулсан,
• ферментийн хэмжээ, гэхдээ үнэндээ фермент агуулсан биологийн материалын масс буюу эзэлхүүн.

Эдгээр хүчин зүйлсийн хоорондын хамаарлыг ойлгомжтой бөгөөд энгийн байдлаар ойлгох жишээхоёр барилга барихад үйлчлэх боломжтой. Барилгаурвалын бүтээгдэхүүнтэй тэнцэх, ажилчид- Эдгээр нь ферментүүд юм бригадэнэ нь биологийн материалын эзэлхүүнтэй тохирч байх ёстой. Тиймээс, 3-р ангийн асуудлууд:

1. Нэг барилгын ажилд 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг, өөр нэг ижил төстэй барилга дээр 5 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг ажилласан. Барилга угсралтын ажил нэгэн зэрэг, бүрэн хэмжээгээр хийгдсэн. Ажилчдын идэвх хаана өндөр байдаг вэ?

2. 3 давхар нэг барилгын ажилд 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг, өөр 12 давхар барилгын ажилд 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг тус тус ажилласан. Барилга угсралтын ажил нэгэн зэрэг, бүрэн хэмжээгээр хийгдсэн. Ажилчдын идэвх хаана өндөр байдаг вэ?

3. 5 давхар нэг барилгын ажилд 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг, мөн адил барилгад 10 хүний ​​бүрэлдэхүүнтэй баг тус тус ажилласан. Эхний барилгыг барихад 20 хоног зарцуулсан бол хоёр дахь барилгыг 10 хоногт барьжээ. Ажилчдын идэвх хаана өндөр байдаг вэ?

Ферментийн үйл ажиллагааны хэмжилтийн үндэс

1. Ферментийн үйл ажиллагаа-д илэрхийлсэн хурдхувьд бүтээгдэхүүний хуримтлал буюу субстратын алдагдлын хувь материалын тоо хэмжээфермент агуулсан.

Практикт тэд ихэвчлэн ашигладаг:

• Бодисын тоо хэмжээний нэгж - моль (мөн түүний дериватив ммоль, мкмоль), грамм (кг, мг),
• Цагийн нэгж - минут, цаг, секунд,
• масс буюу эзэлхүүний нэгж - грамм (кг, мг), литр (мл).

Бусад деривативуудыг мөн идэвхтэй ашигладаг - катал (моль/с), үйл ажиллагааны олон улсын нэгж (IU, Нэгж) нь μмоль/минуттай тохирч байна.

Тиймээс ферментийн идэвхийг жишээлбэл ммоль/с×л, г/ц×л, IU/л, муур/мл гэх мэтээр илэрхийлж болно.

Жишээлбэл, энэ нь мэдэгдэж байна

• 1 гр гэж юу вэ пепсинНэг цагийн дотор 50 кг өндөгний цагаан задалдаг тул түүний идэвхжил нь 1 г фермент тутамд 50 кг/цаг болно.
• хэрэв 1.6 мл шүлс цагт 175 кг цардуулыг задалдаг бол - үйл ажиллагаа шүлсний амилаза 1 мл шүлсэнд цагт 109.4 кг цардуул буюу 1.82 кг/мин×г буюу 30.3 г цардуул/с×мл болно.

2. Бүтээл стандарт нөхцөлИнгэснээр та өөр өөр лабораторид олж авсан үр дүнг харьцуулж болно - оновчтой рН ба тогтмол температур, жишээлбэл, 25 ° C эсвэл 37 ° C, субстратын ферменттэй инкубацийн хугацааг ажиглах.

Ферментийн тухай ойлголт

Ферментүүд (ферментүүд)Эдгээр нь катализаторын идэвхжилтэй уусдаг эсвэл мембранаар холбогдсон уураг юм. (Уургаас гадна зарим РНХ (рибозим) ба эсрэгбие (абзим) нь бие махбодид катализаторын идэвхийг үзүүлж чаддаг ч ферментээс хэдэн мянга дахин бага үр дүнтэй байдаг.) ​​Эдгээр нэрс нь Латин "ферментио" - исгэх, грек хэлнээс гаралтай. en zym” - исгэх дотор . Эдгээр нь ферментийн анхны эх үүсвэрийг санагдуулдаг. Ферментийг судалдаг биохимийг гэж нэрлэдэг энзимологи. Диаграмм болон урвалын тэгшитгэлд ферментийн молекулуудыг тэмдэглэв. Э. Ферментийн нөлөөгөөр хувиргах бодисыг нэрлэнэ субстрат (S). Бүтээгдэхүүнферментийн урвал гэсэн үг - Р. Ферментүүд нь уураг байдаг тул тэдгээрийг бусад уурагтай ижил аргаар нэгэн төрлийн хэлбэрээр олж авдаг. Ферментүүд нь уурагт агуулагдах физик-химийн шинж чанараараа тодорхойлогддог.

Фермент ба органик бус катализаторын ялгаа:

а) урвалыг илүү үр дүнтэй хурдасгах;

б) үйл ажиллагааны өндөр өвөрмөц шинж чанартай;

в) физиологийн нөхцөлд зохицуулалттай байх;

г) зөөлөн нөхцөлд ажиллах.

Ферментийн бүтэц

Ферментүүд нь липид, нүүрс ус, металлын ион, азотын суурь, витамин дериватив зэрэг энгийн ба нарийн төвөгтэй (коньюгат) уураг байж болно. Бие махбодид ферментүүд нь уусдаг, уусдаггүй цогцолбор хэлбэрээр ажилладаг эсвэл биологийн мембрануудын нэг хэсэг байж болно.

Ферментийн өвөрмөц шинж чанар нь оршихуй юм идэвхтэй төв. Идэвхтэй төв -Энэ нь сансарт ойрхон орших амин хүчлийн үлдэгдлүүдийн өвөрмөц хослол бөгөөд дараахь зүйлийг хангадаг.

а) субстратын молекулыг таних,

б) субстратыг ферменттэй холбох;

в) катализаторын хувиргалтыг хэрэгжүүлэх (нарийн төвөгтэй ферментийн хувьд идэвхтэй төвийн нэг хэсэг болох коэнзим нь катализын үйл ажиллагаанд оролцдог).

Идэвхтэй хэсэг нь уураг нугалж, уугуул (идэвхтэй) конформацийг авах үед үүсдэг. Идэвхтэй төвийн бүтэц нь субстраттай харилцан үйлчлэхэд өөрчлөгдөж болно. Д.Кошландын дүрслэлийн илэрхийллийн дагуу субстрат нь бээлий рүү гар шиг идэвхтэй төв рүү ойртдог.

Нэг ферментийн молекул, ялангуяа хэд хэдэн дэд нэгжээс бүрддэг бол нэгээс илүү идэвхтэй газар агуулж болно.

Идэвхтэй төвд хоёр бүс байдаг. Эхний бүс нь субстратыг таних, холбох үүрэгтэй. Үүнийг субстрат холбох газар эсвэл бэхэлгээний газар гэж нэрлэдэг. Хоёрдахь хэсгийг каталитик хэсэг гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь катализын үйл ажиллагаанд оролцдог амин хүчлийн үлдэгдэл агуулдаг.

Ферментүүд нь молекулын жин, бүтцийн нарийн төвөгтэй байдлаас ихээхэн ялгаатай уураг юм. Жижиг молекулын ферментийн жишээ бол 13700 Да молекул жинтэй нэг дэд нэгжээс бүрдэх рибонуклеаза юм. (Рибонуклеазын амин хүчлийн дарааллыг тодорхойлсон. 1969 онд Нью-Йорк дахь Б.Меррифиллийн лабораторид рибонуклеазыг нийлэгжүүлсэн.) Олон ферментүүд хэд хэдэн дэд нэгжээс бүрддэг, тухайлбал, лактатдегидрогеназа нь хоёр төрлийн дөрвөн дэд нэгжээс тогтдог. Өнөөдрийг хүртэл олон арван өөр дэд нэгж, хэд хэдэн төрлийн коферментүүдээс бүрдсэн хэд хэдэн олон ферментийн цогцолборууд мэдэгдэж байна. Жишээлбэл, пируватдегидрогеназын цогцолбор нь гурван төрлийн 60 дэд нэгж, таван төрлийн кофактороос бүрдэнэ. Ийм цогцолборын молекул жин нь ферментийн эх үүсвэрээс хамаарч 2.3 * 10 6 - 10 * 10 6 Да байна. Ферментийн молекул нь субстратын молекулаас бага байж болно. Жишээлбэл: амилаза ба рибонуклеаза ферментийн молекулууд нь тэдгээрийн субстратын молекулууд болох цардуул ба РНХ-ээс бага байдаг.

Нарийн төвөгтэй ферментийн уургийн хэсэг нь катализаторын идэвхгүй бөгөөд үүнийг нэрлэдэг апоэнзим. Апоферментийг уургийн бус бүрэлдэхүүн хэсэгтэй холбох нь катализаторын идэвхтэй фермент (холоэнзим) үүсэхэд хүргэдэг.

Олон тооны ферментүүд нь янз бүрийн функцийг гүйцэтгэх металлын ион агуулдаг.

а) субстратыг холбох, түүний каталитик хувиргах үйл явцад оролцох;

б) ферментийн молекулд коэнзимийг холбоход дэмжлэг үзүүлэх;

в) ферментийн гуравдагч бүтцийг тогтворжуулах (жишээлбэл, амилаза дахь Ca 2+);

г) субстраттай холбогдож, фермент үйлчилдэг жинхэнэ субстрат үүсгэдэг.

Олон тооны коэнзим нь витамины дериватив байдаг тул витамины дутагдлаас үүдэлтэй бодисын солилцооны эмгэгүүд нь зарим ферментийн идэвхжил буурснаас үүсдэг.

Зарим ферментүүд идэвхтэй төвтэй хамт аллостерик (зохицуулах) төв -ферментийн үйл ажиллагааг зохицуулах бодисууд холбогдож болох идэвхтэй төвийн гаднах уургийн бөмбөрцгийн хэсэг. Эдгээр бодисыг аллостерик гэж нэрлэдэг эффекторууд (аллостерийн идэвхжүүлэгч эсвэл дарангуйлагч). Эффекторыг аллостерийн төвтэй холбосоны үр дүнд уургийн бүтцэд өөрчлөлт орж, идэвхтэй төв дэх амин хүчлийн үлдэгдлийн орон зайн байршил өөрчлөгдөж, эцэст нь ферментийн идэвхжил өөрчлөгдөхөд хүргэдэг. .

Нэг организмд байдаг, ижил химийн урвалыг хурдасгадаг, гэхдээ өөр өөр анхдагч уургийн бүтэцтэй ферментүүдийг изоэнзим гэж нэрлэдэг. Изоферментүүд нь бие биенээсээ молекулын жин, дулааны тогтвортой байдал, субстратын өвөрмөц чанар, электрофорезийн хөдөлгөөн зэрэг физик-химийн шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Изоферментүүдийн гадаад төрх байдал нь олон янз байдаг боловч ихэнхдээ эдгээр изоферментүүд эсвэл тэдгээрийн дэд хэсгүүдийг кодлодог генийн бүтцийн ялгаатай байдлаас шалтгаална. Жишээлбэл, лактат дегидрогеназа (LDH) фермент нь лактат исэлдэлтийн пируват руу урвуу урвалыг хурдасгадаг бөгөөд M ба H гэсэн хоёр төрлийн дөрвөн дэд нэгжтэй бөгөөд эдгээр дэд хэсгүүдийн нэгдэл нь LDH-ийн таван изоэнзим үүсэх үндэс болдог (Зураг 1). Зүрх, элэгний өвчнийг оношлохын тулд цусны ийлдэс дэх LDH-ийн изоферментийн спектрийг судлах шаардлагатай, учир нь LDH 1 ба LDH 2 нь зүрхний булчин, бөөрөнд, LDH 4 ба LDH 5 нь араг ясны булчинд идэвхтэй байдаг. ба элэг.

Зураг 1 Төрөл бүрийн LDH изоферментүүдийн бүтэц.

Ферментийн үйл ажиллагааны хэмжилт

Ферментийн идэвхийг катализаторын урвалын хурдыг хэмжих замаар тодорхойлно. Ферментийн урвалын хурдыг нэгж хугацаанд субстратын концентрацийн бууралт эсвэл бүтээгдэхүүний концентрацийн өсөлтөөр хэмждэг.

v = -ΔС S /Δτ , v = ΔC P /Δτ ,

Хаана ΔС С- субстратын молийн концентрацийн өөрчлөлт (моль/л),

ΔC P- урвалын бүтээгдэхүүний молийн концентрацийн өөрчлөлт (моль/л),

Δτ - цагийн өөрчлөлт (мин, сек).

Субстратын ханасан концентрацид кинетик судалгаа хийхийг зөвлөж байна, эс тэгвээс фермент нь хамгийн их үйл ажиллагааг харуулах боломжгүй болно.

Ферментийн үйл ажиллагааны нэгжүүд:

Олон улсын ферментийн нэгж (U)- энэ нь 25 хэмийн температур ба орчны оновчтой рН-д 1 мкмоль субстратын 1 минутын дотор хувиргалтыг хурдасгадаг ферментийн хэмжээ юм.

Ферментийн SI нэгж нь өнхрүүлсэн (кат)– энэ нь 1 секундын дотор нэг моль субстратын хувиргалтыг хурдасгадаг ферментийн хэмжээ юм. Үүнийг тооцоолоход хялбар байдаг:

1 U = (1 * 10 -6 М)/60 с = 1.67 * 10 -8 М s-1 = 1.67 * 10 -8 муур = 16.7 ncat.

Ихэнхдээ тодорхойлогддог тодорхой үйл ажиллагаафермент бэлдмэлийн дээжийн идэвхийг (U)-ээр илэрхийлсэн дээжийн жинд хуваах замаар ферментийн бэлдмэл:

Цохилт = U / эмийн жин (мг)

Ферментүүдийг цэвэршүүлэх үед өвөрмөц идэвхжил нэмэгддэг. Тодорхой үйл ажиллагааг нэмэгдүүлснээр цэвэршүүлэх үе шатуудын үр нөлөө, ферментийн бэлдмэлийн цэвэр байдлыг дүгнэж болно.

Өндөр цэвэршүүлсэн, нэгэн төрлийн ферментийн бэлдмэлийн идэвхийг үнэлэхийн тулд дээж дэх ферментийн олон улсын нэгжийн тоог (U) энэ дээжинд агуулагдах ферментийн бодисын хэмжээнд (мкмоль) хуваана. молийн үйл ажиллагаа(хурд). Физик утгаараа молийн идэвхжил нь 1 минут эсвэл 1 секундын дотор нэг ферментийн молекул дээр хувирч буй субстратын молекулуудын тоо юм. Жишээлбэл: мочевины гидролизийг хурдасгадаг уреазагийн хувьд молийн идэвхжил 30,000, трипсин - 102, глюкозын оксидаза - секундэд 17,000 цикл байна.

Ферментийн шинж чанарууд

4.1. Үйлдлийн механизм.Ферментүүд нь катализаторын урвалын тэнцвэрийг бүтээгдэхүүн үүсэх рүү шилжүүлдэггүй тул урвалын тэнцвэрийн тогтмол нь тогтмол хэвээр байна. Бүх катализаторын нэгэн адил ферментүүд энэ тэнцвэрт байдалд хүрэх хугацааг л багасгадаг. Ихэнх тохиолдолд ферментүүд урвалыг 10 7 - 10 14 удаа хурдасгадаг. Ферментийн катализын үр нөлөө нь субстратыг шилжилтийн төлөвөөр бүтээгдэхүүн болгон хувиргаснаар урвалын идэвхжүүлэх энергийг хүчтэй бууруулахад суурилдаг.

4.2. Үйл ажиллагааны онцлог. Субстраттай холбогдох өвөрмөц байдал, ферментийн урвалын замыг апоэнзимээр тодорхойлно. Ферментийн үйл ажиллагааны онцлог нь бие махбод дахь бодисын солилцооны чиглэлийг тодорхойлдог.

Ферментүүд байдаг гэж ярьдаг нарийн субстратын өвөрмөц байдал, хэрэв тэдгээр нь маш бага хэмжээний субстрат дээр ажилладаг бол. Заримдаа бид ярилцаж болно субстратын үнэмлэхүй өвөрмөц байдал,жишээлбэл, каталаз нь зөвхөн нэг урвалыг катализатор болгодог - устөрөгчийн хэт ислийн задрал:

Ихэнх ферментүүд нь тодорхойлогддог харьцангуй (өргөн, бүлэг) субстратын өвөрмөц байдалижил төстэй урвалын бүлгийг катализлах үед. Жишээлбэл, спиртийн дегидрогеназа нь спиртийг альдегид болгон хувиргах процессыг хурдасгадаг бөгөөд метанол, этанол, пропанол болон бусад спиртүүд субстрат болж чаддаг. Сонирхолтой баримт бол спиртийн дегидрогеназа нь шугаман бус спирт, түүнчлэн нарийн төвөгтэй молекулуудын нэг хэсэг болох спиртийн бүлгийг исэлдүүлдэг; ялангуяа энэ фермент нь ретинолыг торлог бүрхэвч болгон хувиргах процессыг идэвхжүүлдэг. Мэдээжийн хэрэг, өргөн субстратын өвөрмөц шинж чанартай ферментүүд нь янз бүрийн үр ашигтай субстратын хувиргалтыг хурдасгадаг.

Ферментүүд нь бас хангагдсан байдаг стереохимийн өвөрмөц байдал: тэдгээрийн идэвхтэй төв нь субстратын молекулуудыг орон зайн тохиргоогоор таньдаг. Жишээлбэл, L-амин хүчлийн оксидазууд нь зөвхөн L-амин хүчлүүдийн эсрэг идэвхтэй бөгөөд тэдгээрийн D-аналогуудад огт нөлөө үзүүлэхгүй. D-амин хүчлүүдийн исэлдэлтийн деаминжуулалтын хувьд амьд организмд L-амин хүчлүүд дээр ажилладаггүй D-амин хүчлийн оксидазууд байдаг. Энэ нь идэвхтэй төвийн субстратын тодорхой стереоизомеруудтай холбогдох чадвар бөгөөд энэ нь ракемаза зэрэг ферментийн үйл ажиллагааны үндэс бөгөөд зарим стереоизомерыг бусад болгон хувиргадаг.

Өөрчлөлтийн замуудын онцлогЭнэ нь янз бүрийн ферментийн нөлөөн дор нэг субстратыг бүтэц, бодисын солилцоонд гүйцэтгэх үүрэг нь ялгаатай бүтээгдэхүүн болгон хувиргах явдал юм.

Энд нэг жишээ байна: L-амин хүчлийн оксидаз L-амин хүчлүүд дээр ажиллаж, аммиак ба устөрөгчийн хэт исэл үүсэх замаар альфа-кето хүчил болгон хувиргадаг.

L-амин хүчлийн декарбоксилазаижил субстратуудтай холбогддог боловч өөр урвалыг хурдасгадаг: биоген аминууд үүсэх, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг ялгаруулах декарбоксилжилт.

Өөр нэг жишээ бол янз бүрийн ферментийн нөлөөн дор глюкоз-6 фосфатыг бодисын солилцооны боломжит замуудын аль нэгээр нь хувиргах боломж юм.

4.3. Дулаан тогтворгүй байдал .

Олон уургийн нэгэн адил температур нэмэгдэхэд ферментүүд дулааны денатурацид ордог бөгөөд энэ нь ферментийн унаган хэлбэрийг зөрчиж, идэвхтэй төвийн бүтцийг өөрчлөхөд хүргэдэг. Хөхтөн амьтдын ферментүүд 40 хэмээс дээш температурт мэдэгдэхүйц денатурат болж эхэлдэг.

Дээрхтэй холбогдуулан ферментийн бэлдмэлийг бага температурт хадгалах нь зүйтэй. Ферментүүдийг хадгалах хамгийн сайн аргуудын нэг бол тэдгээрийг лиофилизаци (вакуум дотор -70 хэмээс доош температурт хатааж), аммонийн давс ашиглан хэсэгчлэн денатурат байдалд шилжүүлж, хөргөгчинд байрлуулах явдал юм.

4.4. Температураас урвалын хурдны хамаарал.Аливаа химийн урвалын нэгэн адил ферментийн урвалын хурд нь температураас хамаардаг. Температур 10oС-ээр нэмэгдэхэд урвалын хурд Вант Хоффын дүрмийн дагуу 2-4 дахин нэмэгддэг. Гэсэн хэдий ч 40 хэмээс дээш температурт ферментийн денатураци мэдэгдэхүйц болж, нийт идэвхжил буурахад хүргэдэг (Зураг 2).

Цагаан будаа. 2. Ферментийн урвалын хурдны температураас хамаарах хамаарал.

4.5. Урвалын хурдны рН-ээс хамаарал.Ферментийн урвалын хурдны рН-ээс хамаарал нь хонх хэлбэртэй байдаг (Зураг 3). Ферментийн урвалын хамгийн их хурд ажиглагддаг рН-ийн утгыг оновчтой (рН-хамгийн тохиромжтой) гэж нэрлэдэг. Муруйнуудын шинж чанар ба рН-ийн оновчтой утга нь субстратын цэнэгтэй бүлгүүд болон ферментийн цэнэглэгдсэн бүлгүүдийн шинж чанараас (ялангуяа идэвхтэй төвд орсон) хамаарна. Ихэнх ферментүүдийн хамгийн оновчтой рН нь 6.0-аас 8.0 хооронд хэлбэлздэг (Зураг 3).

Цагаан будаа. 3. Ферментийн урвалын хурдны рН-ээс хамаарах хамаарал.

Гэсэн хэдий ч үл хамаарах зүйлүүд байдаг, жишээлбэл, пепсин нь рН 1.5 - 2.0, шүлтлэг фосфатаз нь рН 10.0 - 10.5 үед хамгийн идэвхтэй байдаг (Зураг 4).

Цагаан будаа. 4. Ферментийн урвалын хурд (v) орчны рН-ээс хамаарал.

Хэт их (маш бага эсвэл маш өндөр) рН утгын үед ферментийн молекулын гуравдагч бүтэц эвдэрч, ферментийн үйл ажиллагаа алдагдахад хүргэдэг.

Холбогдох мэдээлэл.