Пептидазалар (пептидгидролазалар) 1 страница

Алматы, 2014

УДК 577.1 (075.8)

ББК 28.072 я 73

Б43

Пікір жазандар:

А.Н.НрмхамбетовС.Д.Асфендияров атындаы азМУды

пат. физиология кафедрасыны

профессоры,м..д.

С.А. Искаковаб..д., Орталы клиникалы ауруханадаы

инновация жне білім беру МО ПЖБ

орталыыны маманы

Б-43 К.О.Шарипов, А.Е.Есімжан, М.С. Байбулова. Энзимология негіздері:Оу ралы. -Алматы. – 2014., ИП «Отан»- бет.

«Энзимология негіздері»оу ралы азастан Республикасыны медициналы жоары оу орындарыныстуденттерінебиологиялы химияа арналан Типтік бадарламаны негізінде жасалан. Оу ралыбаса да биохимияны оитын жоары жне орта буын медициналы мамандытарын мегеретін тменгі курс студенттерімен бірге ауылшаруашылы, малдрігерлік, биологиялы, таам дайындау технологиясы университеттеріні студенттеріне де пайдалануа сынылады.Оу ралында ферменттер туралы толы теориялы мліметтер берілген жне квантталан текстер мен солара сай тестер де берілген.

 

ББК 28.072 я 73

Медициналы жоары оу орындарына арналан оу ралы С.Ж.Асфендияров атындаы аза лтты университетіні дістемелік кеесінде баспадан шыаруа сынылды.

№ хаттама « »азан 2014жыл

© К.О, Шарипов.2014 год

©А.Е.Есімжан.2014 год

©М.С.Байбулова.2014

©Ж «Отан», 2014

 

КІРІСПЕ

 

«Энзимология негіздері» оу ралы биохимияны е негізгі блімі- ферменттер туралы ылыма арналан. Ерте заманда,мдени дамуды бас-тапы кезіндеа адамдарздеріні тіршілік рекеттерінде ртрлі фермен-тативтік процестерді кездестіріп, оларды здеріні керекті масаттарына жмсады. Ферменттерді негізін білу- жалпы биологиялы білім алуды ажетті элементтеріне жатады, оларды оып білу кзіргі дрігерлерді ы-лыми ойлану жйесін руа, тжірибеде алыптасан білімді олдана білуге жне дадылануа кмектеседі.

Бл оу ралы медициналы университеттерді студенттеріне арналан. Ол азастан республикасыны денсаулы сатау министрлігі бекіткен жоары медициналы оу орындары шін биохимия пніні бадарламасына сйкес ралан.

Оу ралында ферменттер туралы кзіргі замана сйкес толы мліметтер берілген: ферменттерді жалпы асиеттері, жіктелуі жне номен-клатурасы, сер ету механизмімдері, оларды активтенуі жне тежелуі туралы теориялы негіздер берілген. Соныен атар ферменттерді бзылуынан туан аурулар мен ферменттерді олданылуы туралы мліметтер де амтылып жазылан.

«Энзимология негіздері» оу ралыны жетекші идеясы – энзимоло-гия негіздерітарауында жаа технологиялы тапсырмалар мен оулы ма-териалдарын квантталан текстер мен тесттер трінде жасап жне олдануа ыайлы тсілде беру. Оулы текстеріні квантталуы, яни оларды ыс-артылып, кішкене бліктерге блінуі, сол рбір кванттаымліметтерді студентті мегеруіне жеілдік туызады. Олар тсіну, мегеру жне оны жадаятты жадайлара олдана білу сатыларынан трады. Мндай тап-сырмаларды жйелі трде орындау, келешек дрігер-студентке зіні жеке білім жйесін алыптастыруа жетелейді, ешкімні кштеуінсіз, жеке ар-ынмен, жеіл тапсырмалардан крделілеріне ауысуа ммкіндік береді, ойан масатына жетуде зіндік шешім абылдап, соан жетуге, тапырлы, іскерлік крсетуге бейімдейді. Кейінгі кезде оулы текстерін кванттау-“head lines”- оу рдісін дамытуды маызды тріне айналып келеді. Ол квантталан текстерді тсіну, тест трінде берілген сратарды дрыс ме-геру, алынан білімді клиникалы жадаяттара немесе клиникалы- тео-риялы жадаяттара олдана білу(cases) шін маызды орын алып отыр.

Оу ралы алы сзден, кіріспеден, ХV тараудан жне олданылан дебиеттерден трады. Оулы материалында 25 текстер жазылып,ол абзацтара блінген, р абзаца тестік тапсырмалар берілген. Тестік тапсырмаларды жауаптары оу ралыны соында берілген.

 

 

2 ТАРАУ ЭНЗИМОЛОГИЯ НЕГІЗДЕРІ

Ферменттер (ЭНЗИМДЕР): РЫЛЫСЫ, асиеттері, жіктелуі, номенклатурасы. МЕТАБОЛИЗМ ПРОЦЕССТЕРІН РЕТТЕУІ.

2.1. Ферменттер (ЭНЗИМДЕР) - табиаты белокты заттар болып келетін биологиялы катализаторлар, олар тірі азалардаы биохимиялы реакцияларды жылдамдатады. Белоктара тн барлы асиеттерге ие, сонымен атар каталитикалы асиеттерді білдіретін рылымды ерекшеліктерге ие.

«Фермент» термині латынды « fermentum»-ашыты деген сзден шыан, cпирттік ашуа сер ететін осылыс. Аылшын тілді дебиетте «энзим» термині олданылады, ол грек тілінде «enzyme» деген, кмірсулар ашуына атысатын осылыстар.

Ферменттер (Е) катализді жалпы задарына баынады жне биологиялы емес катализаторлара тн асиеттерге ие.

Энзимология –ферменттердін рылысын, каталитикалы асиеттерін, сер ету механизмін жне in vivoбелсенділігін реттеу ерекшелігін зерттейтін ( ылым) биохимия ны бір тарауы.

2.2. Ферменттерді сер ету жаынан бейорганикалы катализаторлармен састытары:

* олар энергетикалы ммкіндігі бар реакцияларды ана тездетеді; яни олардын атысуынсыз да жретін реакцияларды катализдейді;

*олар айтымды реакцияларды тепе- тедігін згертпейді, тек оны тепе- тедікке жетуін тездетеді;

*олар реакцияларды баытын згертпейді

* фермент пен бейорганикалы катализаторлар реакция кезінде жмсалмайды жне німні рамына кірмейді.

*фермент пен бейорганикалы катализаторлар реакцияларды жру жолындаы активтену энергиясыны дегейін тмендетеді

 

2.3. Ферменттер мен бейорганикалы катализатор-ларды айырмашылытары:

Ферменттерге тн:

*арнайылы. Ферментті (Е) биологиялы функциясы, рамындаы активті орталыты болуымен байланысты, ол .активті орталыпен белгілі бір осылыс рекеттеседі, ол осылыс субстрат (S) деп аталады.

*каталитикалы белсенділік.Ферменттермен катализделетін кптеген реакциялар жоары уатты, олар катализденбейтін реакциялара араанда 108 -1014 есе тез жреді. Ферменттін рбір молекуласы бір секунд ішінде 100-ден 1000-а дейін субстрат молекуласын німге айналдыруа ммкіндігі болады. Мысалы, каталаза ферментіні бір молекуласы бір секунд ішінде, ату температурасына жуы шамада, 50000 сутек пероксидіні молекуласын ыдырата алады : 2Н2О22О+ О2

*конформациялы лабильдігі. Ферменттін биологиялы белсенділігі, кез-келген белок молекуласы сияты, рылысына туелді, соны ішінде активті орталыты рылысына. Жасуша ішінде ферментті рылысын біршама згертетін осылыстар болады, олар бір байланыстарды зу арылы жаа лсіз байланыстарды тзеді; бл ферменттерді белсенділігіні артуын да, тмендеуін де туызуы ммкін.

*фермент белсенділігі реттелуі ммкін. Жасуша ішінде ферментті сері те атал реттелген; бір ферментативтік реакцияны німі баса реакцияны субстраты болып табылады, осылай метаболиттік жолдар тзіледі. рбір метаболиттік жолда кптеген ферменттер ішінде негізгі немесе реттеуші ферменттер болады, оларды белсенділігі метаболиттік жолды соы німге деген жасушаны ажеттілігіне байланысты згеріп отырады.

*ферментативті реакцияны туіні оптималды жадайлары:кптеген тідерге тн температура 37-380С, алыпты атмосфералы ысым, рН- 6,9-7,7. Ал бдан химиялы катализді айырмашылыы, олар арынды жру шін кптеген жадайларда жоары температура мен ысым жне рН-ты экстремалды мндері ажет болады.

 

 

2.4. Ферментті активті орталыы : СЕР ЕТУ АРНАЙЛЫЫ

2.4.1.Ферментті активті орталыы (АО) - ол фермент молекуласындаы амин ышылдары алдытары жиынтыыны ерекше шіншілік жне тртіншілік рылымдар арылы кеістікте орналасуы (2.1 сурет). Кбінесе активті орталыта келесі амнн ышылдары кездеседі: серин, тирозин, аргинин, гистидин, лизин, цистеин,глутамин жне аспарагин ышылдары. АО-да субстратты жне катализдік айматар болады. Субстратты айма- бл ферментті « олдары». Ол ферментті субстратты арнайлыын амтамасыз етеді, яни амин ышылдары алдытарыны субстратпен комплементарлы байланысуын амтамасыз етеді (байланысу блігі). Субстрат ферментті серіне шырайтын зат. АО-ны екінші аймаы- каталитикалы айма. Ол ферментті сер ету ерекшелігіне себепші, яни катализдейтін реакцияны трін жеделдететуге жауапты айма,

 

 

Сурет 2.1. Ферментті активті орталыыны рылысы.

ызыл тспен ферментті активті орталыын райтын аминышылдары белгіленген: 1 – байланысу аймаы; 2 – каталитикалы айма

 

2.4.2.Арнайылы- ферментті биологиялы маыздылыын крсететін е ажетті асиеттеріні біреуі.

2.4.3.Субстратты арнайлы- ферментті белгілі бір немесе бірнеше субстратпен рекеттесу ммкіндігі.

Субстратты арнайылыты трлері:

-абсолютті сустратты арнайлы, егер ферментті активті орталыы бір субстрата ана комплементарлы болса . Мысалы, аргиназа аргининге, сахараза сахарозаа, уреаза мочевинаа ана сер етеді.

Уреаза, мочевинаны кміртек диоксиді мен аммиака дейін гидролиздейді.

 

 

-салыстырмалы арнайылы (топты субстратты арнайылы)-егер фермент байланыс трі бірдей бір топ субстраттара сер етсе . Мысалы,мысалы альфа- амилаза гликозидтік байланысы бірдей крахмалмен гликогенге сер етеді, протеаза (пепсин,трипсин,химотрипсин ) кптеген пептидтік байланысы бар белоктара сер етеді.

 

- стереохимиялы арнайылы - фермент субстратты тек бір ана стереоизомерлеріне абсолюттік арнайлы крсетеді, мысалы, фумаратгидротаза (фумараза) фумарата ана сер етеді, ал малеин ышылына (цис- изомер) сер етпейді.

 

Субстратты арнайлы АО-даы субстратты айматармен, ал екікомпонентты ферменттерде апоферменттерімен амтамасыз етілген.

2.4. 4. Каталитикалы арнайылы ( сер ету арнайлыы)- ферментті белгілі бір реакция трін катализдеуі. Ферменттер бір ана субстрата сер етуі ммкін , біра райсысы оымен тек белгілі бір реакцияны тездетеді. Бл ферменттерді активті орталытарыны каталитикалы айматарыны рылысымен сйкестігіне байланысты. Мысалы, адамны бауыр жасушаларындаы глюкоза-6- фосфат молекуласы ртрлі трт ферментті субстраты болып келеді: фосфоглюкомутазаны, глюкозо-6-фосфатфосфа-тазаны, фосфоглюнизомеразаны жне глюкозо-6- фосфатдегидрогена-заны. Біра аталан ферменттерді каталитикалы айматарыны рылыс ерекшеліктеріне арай глюкозо-6-фосфаттан ртрлі трт нім тзіледі ( сурет 2.2).

 

Сурет 2.2. Глюкозо-6-фосфатты згеруіні каталитикалы жолдары.

2.4.5. Мультиферменттік комплексмысалында сер ету арнайлыты таы да круге болады.

1.Мультиферменттік комплекс -бл ртрлі ферменттерді комплексі- бір субстрата сер етіп, оны жйелі трде жне бір уаытта бірнеше реакциялар трінде згерістерге шырататын ферменттер жйесі. Мысалы, пируватдегидрогеназды мультиферменттік комплекс- митохондрияда пирожзім ышылыны тотыудан декарбоксилденуін, келесі тедеумен рнектенетін кпсатылы крделі процесті катализдейді:

 

немесе

Пируват + НS-КоА + НАД+ Ацетил- КоА+ СО2 + НАД•Н + Н+

Пируватдегидрогеназды жйе молекулалы массасы 1·106 - 9·106рылымды бірлік, ш ферменттен трады: пируватдекарбоксилазадан (КФ 1.2.4.1); липоат-ацетилтрансферазадан (КФ 2.3.1.12); липоилдегидрогеназадан (КФ 1.6.4.3) ; жне бес кофакторлардан: тиаминдифосфаттан (ТДФ), флавинадениндинуклеотидтен (ФАД), кофермент А-дан ( НS-КоА), никотинамидадениндинуклеотидтен (НАД+) жне липой ышылынан (СН2 –СН2 -СН - (СН2 )4 - СООН)

. | |

S - S

Реакция пирожзім ышылыны (ПЖ) тотыудан декарбоксилденуі деп аталады.Пируватдегидрогеназды жйені р ферменті кпсатылы процесті ртрлі сатысын катализдейді: 1) пируватдекарбоксилаза (ПЖ-ны декарбоксилденуін арттырады, простетикалы топ - ТДФ); 2) липоатацетилтрансфераза (сірке ышылыны алдыын НS-КоА кофермент молекуласына тасымалдайды, простетикалы топ- липой ышылыны амиді); 3) липоилпируватдегидрогеназа (ПЖ-ны дегидрленуін арттырады немесе оны тотыуын. Осы этапты коферменті - ФАД , тмен тотыу-тотысыздану потенциалымен,протондар мен электрондарды дигидролипоаттан НАД+-а тасымалдайды –( аталан комплекстегі соы кофермент).

Осы реакцияны німі активті сірке ышылы (АС) - Ацетил- КоА .

Осылай мультиферменттік комплекс a-кетоглутаратты тотыудан декарбоксилденуін де іске асырады.

 

2.4.6.Сонымен бірге ферменттік ансамбльдердіажыратуа болады, жалпы олар да мультиферменттік комплекстерге жатады, біра растырылу прин-ципі біршама згеше. Осы комплекске кіретін ферменттер митохондрия мембранасында бекітіліп, белгілі ретпен орналасан, бір биохимиялы процесті ата кезектілігіні шарттарын сатайды, яни олар бір- бірінен со кезекпен сер етеді, йткені бір ферментті субстраты алдыы ферментті сер еткендегі німі болып келеді. Олара молекуластілік жйелер жатады, олар мірге маызды функцияларды амтамасыз ететін, мысалы тідік тыныс алу (тыныс алу ферменттеріні жйесі арылы электрондарды субстраттардан оттекке тасымалдау).
2.4.7.Азалыарнайылыты ферменттер (Изоферменттер)

Изоферменттер – бір субстрата сер етеді, бір типті реакцияларды жылдамдытарын арттырады, біра ртрлі азалар мен тідерде орналасады, азалы арнайылытары болады, молекулалы массасы, заряд млшері жне баса да физика-химиялы асиеттері бойынша ерекшелінеді, сондытан оларды электрофорез кезінде бір-бірінен бліп алуа болады. Ферменттерді азалыарнайылыы ауруа диагноз оюда маызды рл атарады, йткені ртрлі мшелерді патологиясында ана белгілі бір изофермент шыады ( 2.11.1.блімді араыз).

 

2.5.ФЕРМЕНТТЕРДІ СЕР ЕТУ МЕХАНИЗМІ

2.5.1. Субстрат катализ кезінде ферментті активті орталыымен байланыса отырып фермент-субстратты (ES) комплексін тзеді, комплекс химиялы згеріске шырап нім тзеді, ол з кезегінде блініп шыады. Катализ процесін схема трінде былай крсетуге болады:

Ферментативті катализді сатылара шартты трде былай блуге болады (сурет 2.3).

1-сатыда ферментті активті орталы аймаында субстратты жаындауымен бейімделуі байалады. II-сатыда индуцирленген сйкестік нтижесінде[Кошланд теориясы бойынша субстрат (S) пен ферментті активті орталыы конформациясыны згеруі] фермент-субстратты комплекс (ES) тзіледі. III-сатыда субстраттаы байланыстар босасып, трасыз комплекс фермент-нім (ЕР) тзіледі. IV-сатыда комплекс (ЕР) ыдырап, активті орталытан реакция німі жне фермент блініп шыады.

Сурет.2.3.Ферментативті катализ сатылары:

2.5.2.Ферменттерді кинетикалы теориясы 2 маызды шарттара негізделген:

1). Химиялы реакция молекулалар сотыысанда теді, яни молекулалар байланыс тзуге ммкіндік туыза алатын ара ашытата болуы керек.

2). Сотыысу нтижелі болу шін (реакция жруіне келетін), рекеттесетін молекулаларда энергетикалы кедергіні жеетіндей жеткілік-ті энергия болуы ажет. Энергетикалы кедергі – бл барлы молекулалар белсенді болу шін жмсалатын энергияны е тменгі млшері. Активтендіру энергиясы (Еа, кДж/моль) - бл бастапы заттарды орташа энергиясына молекулалар арасындаы сотыысу белсенді болу шін о-сымша берілетін энергия млшері (сурет. 2.4).

Фермент активтендіру энергиясын Еа тмендетеді ,яни энергетикалы кедергіні биіктігін тмендетеді; нтижесінде белсенді молекулаларды лесі артады, реакция жылдамдыы да тездейді.

уаыт
Соы нім
Бастапы субстраттар
Бос энергия
 
 

Сурет. 2.4. Еа - ферментсіз жне Еа1- ферментпен катализденетін химиялы реакция барысында бос энергияны згеруі.

2.6. КОФАКТОРЛАР ЖНЕ КОФЕРМЕНТТЕР

Кптеген ферменттер белсенділік крсету шін табиаты нруызды (белокты) емес кейбір осылыстарды - кофакторларды ажет етеді. Кофакторларды екі тобы бар: металл иондары жне коферменттер.

 

2.6.1.Металл иондары фермент ызметіне ртрлі тсілдер арылы атысады.

• Субстрат молекуласыны рылысын згертеді,бл оны активті орталыпен сйкестене рекеттесуіне кмектеседі. Мысалы, субстрат рлін комплекс Mg2+ -АТФ атарады.

• Ферментті активті орталыыны нативті конформациясын амтамасыз етеді.

Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Mo2+ иондары ферменттерді активті орталытарын тратадыруа атысады жне оан коферментті байланысуына кмектеседі.

• Ферментті нруыз молекуласыны конформациясын тратадырады.Мысалы, этанолды тотыу реакциясын катализдейтін алкогольдегидрогеназа ферментіні тртіншілік рылымын тратадыру шін мырыш иондары ажет.

• Ферментативті катализге тікелей атысады.Zn2+, Fe2+, Мп2+, Cu2+ иондары электрофильды катализге атысады. Ауыспалы валентті металл иондары электрондарды тасымалдауа атысуы ммкін. Мысалы, цитохромдарда (гемі бар нруыздар) темір ионы бір электронды осып жне беруі ммкін. Осы асиеттеріні арасында цитохромдар тотыу-тотысыздану реакцияларына атысады:

 

 

Сызбанса трінде фермент пен субстратты рекеттесуіндегі кофакторды рлін комплекс E-S-Me ретінде крсетуге болады, мндаы Е - фермент, S - субстрат, Ме - металл ионы.

2.6.2. Коферменттер- органикалы осылыстар, кбінесе витаминдерді туындылары, олар ферментті активті орталыында орналасан , сондытан ферментативті катализге тікелей атысады. рамында коферменті бар, ферментативті белсенділікке ие ферментхолоферментдеп аталады.Холофермент – бл крделі фермент.Ферментті белокты блігі апофер-ментдеп аталады,бл блік коферментсіз каталитикалы белсенділікке ие бола алмайды.

 

Кофермент + Апофермент Холофермент

(белок)

активсіз активті

Кофермент ферментті белокты блігімен тек реакция кезінде байланысады немесе апоферментпен кшті ковалентті байланыстармен байланысады. Соы жадайда простетикалы топдеп аталады.Кп таралан коферменттер мысалында- витаминдерді туындылары, сонымен атар оларды ферментативті процестерге атысуы –2.5 кестеде келтірілген.

Кесте 2.5. Негізгі коферменттерді рылысы мен атаратын ызметтері

 

 

Кофер-мент Вита- мин- алы зат Берілген кофер-ментті пайдала- натын фермент-ті кла сы, тобы Кофермент атысатын реакция механизмі Коферментті рылымы немесе жмысшы тобы, катализдейтін реакция
Никотин-амидті ко-фермент- НАД+, НАДФ Нико-тин ыш-ылы,никотина-мид (РР-вита мині-В3) Оксидо-редукта-залар, тобы –дегидро-геназалар Субстраттан 2е- мен 2Н+ блініп субстрат тотыады, (Про-тон доноры-Д) 2е-мен Н+ ко- ферментке осы-лады, 1Н+ерітін-діге ауысады  
Флавин-дік кофер-менттер ФМН ФАД Рибофлавин( вита минВ2) Оксидо-редукта-залар, тобы –дегидро-гена-залар Субстраттан 2е- мен 2Н+ блініп субстрат тотыады, (Протон доноры-Д), олар коферментке осылады  
Пиридоксальфосфат Пиридок-син (В3) Трансферазалар, тобы амино-трансферазалар Лиаза-лар,тобы декарбоксилаза-лар Амин тобын -кетоыш-ылдара, СО2 тобыны -аминыш-ылдардан блінуі  
Биотин Витамин-Н Лигазалар,тобы карбок силаза лар Субстратты карбоксилдеу  
Тиамин дифосфат Тиа Мин (витаминВ2) Лигаза, тобы ацилсинтетаза, Трасфе-раза, тобы ацил-трансфераза,ацетилтрансфераза Май ышыл-дарыны ак-тивті форма-ларыны тзілуі, ацетил жне ацил топтарын тасымалдай-ды  
Кофер-мент А Пантотен ышылы(вит.В3) Лигаза, тобы ацилсинтетаза, Трансфераза, то-бы аце-тил- жне ацилтрансфераза Сірке ышы-лыны ал-дыын актив-тендіреді, ацетил- жне ацил топта-рын тасымал-дайды  
Липоа-мид Ли-пой ышы-лы Трансфераза, то-бы аце-тилтрансфераза Сірке ышы-лыны ал-дыын тасы-малдайды  
Тетраги дрофолат (Н5-фолат) Фоль ышы-лы Трансфераза,то бы метил-трансфераза Бір кміртекті фрагменттерді тасымалдайды  
Аскор-бин ышы-лы(дегидроаскор-бин ышы-лы Ас-кор-бин ышы-лы Гидрок-силдеу, антиок-сидант-ты ызмет атара-ды Тотыу-тотысыздану реакциялары  

2.7. ФЕРМЕНТТЕРДІ ЖІКТЕЛУІ МЕН НОМЕНКЛАТУРАСЫ