Пептидазалар (пептидгидролазалар) 2 страница
2.7.1. Кптеген ферменттерді аталуында «аза» жалауы бар, ол реакция субстратыны аталуына осылады (мысалы: уреаза, сахараза, липаза, нуклеаза) немесе белгілі бір субстратты химиялы згерісіні аталуына осылады (мысалы: лактатдегидрогеназа, аденилатциклаза, фосфоглюкому-таза, пируваткарбоксилаза).Дегенмен кейбір ферменттерді тарихи аталуы да саталан, олар субстрат туралы да, оларды химиялы згеруі туралы да ешбір млімет бермейді (мысалы трипсин, пепсин, ренин, тромбин ж.т.б.).
2.7.2. 1961 ж. биохимия жне молекулалы биологияны Халыаралы одаы табиатта кездесетін ферменттерді бір жйеге келтіру шін олара жалпы номенклатураны дайындап шыарды. Бл номенклатура бойынша ферменттер катализдейтін химиялы реакцияларды тріне арай алты негізгі класа блінді. Осы жіктелуге сйкес барлы ферменттер блінеді: класстара– катализдейтін реакция типіне арай, рбір класс топа блінеді – шабуылданатын химиялы топты табиатына сйкес, топтар топшалара блінеді – шабуылданатын байланысты немесе акцептордын табиатына арай.
I класс – оксидоредуктазалар; II класс – Трансферазалар; III класс – Гидролазалар; IV класс – Лиазалар; V класс – Изомеразалар; VI класс – Лигазалар.
Бл жіктелу ферментті наты анытау шін ажет: рбір фермент шін кодты сан бар (шифр). Мысалы, фермент маладегидрогеназаны жйелі аталуы L-малат: NAD-оксидоредуктаза жне шифры - 1.1.1.38. Бірінші сан ферментті класыны нмірін крсетеді (бл жадайда 1 саны фермент оксидоредуктазалар класына жататынын крсетеді); екінші саны катализденетін реакция трін крсетеді (бл мысалда гидроксилды топ тотыады); шінші сан коферментті атысын крсетеді (бл жерде - кофермент NAD+), соы сан – ферментті осы топтаы реттік нмірін крсетеді.
1. Оксидоредуктазаларртрлі тотыу-тотысыздану реакцияларын катализдейді. Класс келесі топтара блінеді:
а) дегидрогеназалардегидрлеу ракцияларын катализдейді (дегидрленетін субстраттан баса акцептора электрондарды тасымалдау арылы сутекті бліп алу). Электрондарды акцепторы ретінде NAD+, NADP+, FAD, FMN коферменттері пайдаланылады. Осы топа малатдегидрогеназа, изоцитрат-дегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, -кетобутиратдегидрогеназа жне т.б. ферменттер жатады;
Малатты дегидрлену реакциясы:
б) оксидазалар– молекулалы оттекті атысуымен тотыу реакцияларын катализдейді.
Цитохромоксидаза ферментімен катализденетін реакция 
в) оксигеназалар(гидроксилазалар) субстрат молекуласыны гидроксил тобына оттегі атомын енгізу арылы тотыу реакцияларын катализдейді:
1) монооксигеназалар – тотыатын зата оттегіні бір атомын енгізеді.
Реакция молекулалы оттегіні атысуымен теді, оны бір атомы субстратпен байланысады, ал екіншісі су молекуласыны тзілуіне атысады.
Фенилаланинны гидроксилдену реакциясы:
Реакция коферменттері: тетрагидробиоптерин (Н4БП) жне дигидробиоптерин (Н2БП)
2) Диоксигеназалар–тотыатын осылыса 2 оттек атомын енгізеді. Бл жиі циклді рылымны ыдырауна келеді. Байланысты зілген жеріне оттегі атомдары осылады:
Мысалы, триптофанны бзылысы формилкенуренинні тзілуінен басталады. Осы реакцияны катализдейтін фермент гемопротеин,оны аталуы триптофан- 2,3-диоксигеназа.
11. Трансферазалар- функционалды топтарды тасымалдайтын реакция-ларды катализдейді. Тасымалдайтын топтара байланысты 8 топа блінеді: аминотрансферазалар, ацилтрансферазалар, метилтрансферазалар, гликозил-трансферазалар, киназалар (фосфотрансфераалары) ж.т.б.
АлТ ферментімен катализденетін реакция (Аланин-а-кетоглутарат-аминотрансфераза), трансферазалар класына, аминотрансферазалар топшасына жатады : кофермент пиридоксальфосфат- ПФ
Протеинкиназа ферментімен катализденетін реакция, трансфераза класына,фосфотрансфераза тобына жатады: АТФ фосфор ышылы алдыыны доноры
111. Гидролазалар --гидролиз реакцияларын катализдейді ( су молекуласы-ны ковалентті байланысты зілген жеріне осылуы). Субстрата байла-нысты топтара блінеді. Аталуы субстрат молекуласына немесе наты гидролизге шырайтын химиялы байланыса туелді: протеазалар, амилазалар, гликозидазалар, нуклеазалар, эстеразалар, фосфатазалар жне т.б.деп аталады.
Нруыз (белок) молекуласыны гидролиздену реакциясы
1Y. Лиазалар- лиазалара гидролитикалы емес жолмен белгілі бір топтарды , СО2, Н2О, -NH2 , SH2 жне т.б. сиятыларды субстраттан бліп алатын немесе ос байланыса осатын (мысалы, су молекуласын) ферменттер жатады.
Декарбоксилдену реакциясы(CO2 молекуласыны блінуі)
Коферменті пиридоксальфосфат -ПФ
Фумарата су молекуласыны осылу реакциясы 
Y. Изомеразаларр трлі молекулаішілік згерістерді катализдейді
Фосфоглюкоизомераза ферментімен катализденетін реакция:
Y1. Лигазалар(синтетазалар) ковалентті байланысты тзе отырып, екі молекуланы бір-біріне осылып молекуланы крделендіре жретін реакцияларын катализдейді. АТФ энергиясы немесе баса да макроэргиялы осылыстарды энергиясы пайдаланылады.
Глутаминсинтетаза ферментімен катализденетін реакция:
2.8. ФЕРМЕНТАТИВТІ КАТАЛИЗДІ КИНЕТИКАСЫНЫ НЕГІЗДЕРІ
| 2.8.1. Ферментативті реакцияларды кинетикасы– бл ферменттермен катализденетін, химиялы реакцияларды жылдамдытарыны рекеттесуші заттарды химиялы табиатына жне оршаан орта факторларына туелділігін зерттейтін энзимологияны блімі. |
Ферменттерді каталитикалы белсенділігін анытау шін реакция жылдамдыы немесе ферментті белсенділігі сияты крсеткіштерді олданады.
Ферментативті реакция жылдамдыы уаыт бірлігінде субстрат молекуласыны млшері азаюымен немесе нім молекуласы млшеріні артуымен аныталады. Ферментативті реакция жылдамдыы ферментті каталитикалы белсенділігіні лшемі болып саналады жне фермент белсенділігі деп белгіленеді.
Тжірибеде фермент белсенділігін сипаттайтын шартты лшемдер олданылады: 1 халыаралы белсенділік бірлігі (ХБ) оптимальды жадайда (температура 37°С, ерітінді рН-ны оптимальді мні) 1 мкмоль субстратты згерісін 1 минут ішінде катализдейтін фермент млшеріне сйкес. Осы белсенділік бірліктері медициналы жне фармацевтикалы тжірибеде фермент белсенділігін анытауа олданылады:
1мкмоль субстратты згерісі
1МЕ = ---------------------------------------------
1мин
Халыаралы бірлік жйесінде (СИ) (1973 ж.) фермент белсенділігіні бірлігі – катал (кат) болып есептелінеді. Катал — 1 секунд ішінде субстратты 1 молекуласын каталитикалы згеріске шырататын фермент-ті млшері, 1kat = 1 моль/с.
Меншікті белсенділік (зертханалы бірлік): белокты моль/сек мг-ы. Ферментті тазалы дрежесі меншікті белсенділік бойынша арастырылады: бтен белоктар нерлым аз болса, меншікті белсенділік сорлым жоары болады.
2.8.2.Ферментативті реакциялар кинетикасын энзимдік реакцияларды оптималды жадайда туіне арай зерттейді. рбір ферментті зіне тн оптимальды жадайы, е алдымен, реакция жретін температура мен ерітіндіні рН мнімен аныталады.
ФЕРМЕНТ БЕЛСЕНДІЛІГІНЕ СЕР ЕТЕТІН ФАКТОРЛАР
2.9.1. Температураны сері
Температураны 10° а жоарылауы химиялы реакция жылдамдыын 2-4 есе арттырады, мндай атынас белгілі температураа (37°—45°С) дейін саталады, ары арай температураны жоарылауы реакция жылдамдыын тежейді (2.6 сурет). Ферментті е жоары белсенділігін крсететін температура оптимальды деп аталады. Кптеген ферменттер шін оптимальды температура +35С — +45С арылыы болып саналады. Егер ферментті оптимальды температурадан тмен жадайа орналастырса, ферментті белсенділігіні тмендеуі байалады. Бл кй айтымды инактивация деп аталады, йткені температураны айтадан оптимальдыа дейін ктерсе, фермент белсенділігі алпына келеді. Егер ферментті оптимальды температурадан жоары жадайа орналастырса, онда ферментті белсенділігі тмендейді. Біра, бл жадай айтымсыз инактивация деп аталады. Егер температураны тмендетсе, фермент белсенділігі алпына келмейді. Бл фермент молекласыны денатурацияа шырауымен тсіндіріледі.
|
2.6 сурет – Ферментативті реакция жылдамдыыны (V)температураа туелділігі
Дегенмен, табиатта термотраты ферменттер де бар. Мысалы, ысты айнар кздерде тіршілік ететін микроорганизмдерден блініп алынан Taq-полимераза, 95 °С температураа дейін жоарылатанда инактивацияа шы-рамайды. Бл ферментті ылыми-тжірибелік медицинада полимеразды тіз-бекті реакция (ПТР) дісі арылы ауруларды молекулалы диагностикасын оюда олданады.
2.9.2. Орта рН-ны сері
Кптеген ферменттер шін ортаны оптималды рН= 4-7 аралыында жатады. Бл аралыта ферментті субстрата ынтытыы жоары болады жне субстратты нім мен ферментке диссоцияциялануы да максималды болады. Ферменттер ИЭН-де максималды белсенділік крсетеді.
| Сілтілік фосфатаза |
2.7.Сурет. Ферментативті реакцияны жылдамдыыны ортаны рН на туелділігі.
2-1 кесте. Кейбір ферменттерге рН-ты оптимальды крсеткіші
| Фермент | Оптимальді крсеткіші рН |
| Пепсин | 1,5-2 |
| Пируват-карбоксилаза | 4,8 |
| Каталаза | 6,8-7 |
| Фумараза | 6,5 |
| Уреаза | 6,8-7,2 |
| Кабоксипептидаза | 7,5 |
| Трипсин | 6,5-7,5 |
| Аргиназа | 9,5-9,9 |
Фермент-субстрат комплексіні оптимальды тзілуін амтамасыз ететін СОО- мен NH3+ (Н+, ОН-)иондарыны иондану дрежесіні згеруі рН-ты ыысуына келетіндіктен, рН-ты фермент белсенділігіне сері берілген белок пен субстратты аминышылды алдытарыны функционалды топтарыны иондануыны згеруіне туелді. рбір фермент шін зіні оптималды рН болады (2.7 сурет). ышылды ортада жмыс істейтін ферменттер (асазандаы пепсин немесе лизосомальды ферменттер) рН-ты ышылды мндерінде жмыс істей алуын амтамасыз ететін рылысына ие болады. Фермент рН изоэлектрлік нктеге (ИЭН) жаын шамасында едуір белсенді болады. Фермент изоэлектрлік нктеде е тмен диссосаоциялану дрежесіне ие боландытан, молекула заряды нлге жуы, апофермент пен коферментті байланысы нерлым берік болады. рН-ты оптималды мнінен жептуір ауытуында, белок молекуласы денатурацияа шырап, ферментті белсенділігі толы жоалуы ммкін. Дегенмен, адам азасы ферменттеріні кпшілік блігі рН-ты физиологиялы мніне сйкес келетін, бейтарапа жуы оптимальды рН-а ие болады(2.1 кесте).
| |
| |
2-1-кесте. Кейбір ферменттерді оптимальды рН мні
| Фермент | ОптимальдырН мні |
| Пепсин | 1,5-2 |
| Пируват-карбоксилаза | 4,8 |
| Каталаза | 6,8-7 |
| Фумараза | 6,5 |
| Уреаза | 6,8-7,2 |
| Карбоксипептидаза | 7,5 |
| Трипсин | 6,5-7,5 |
| Аргиназа | 9,5-9,9 |
2.9.3. Субстрат пен ферментті концентрацияларыны сері.
Реакция жылдамдыыны фермент концентрациясына туелділігі тура пропорционал артады. Себебі ферментті концентрациясы артан сайын оны активті орталытары да кбейеді. Ол концентрацияа да атысты. Реакция жылдамдыыны концентрацияа туелділігін сипаттау шін Л.Михаэлис - М.Ментен тедеуі енгізілген:
V = 
мнда,
V- берілген субстрат концентрациясы бойынша реакция жылдамдыы [S];
Vмах – максимальды реакция жылдамдыы;
Км - Михаэлиса-Ментен константасы, моль/л;
[S] – субстрат концентрациясы.
Субстратты концентрациясы аз боланда реакция жылдамдыы алашыда субстрат концентрациясына тура пропорционал артады: V = К 
мндаы 
- субстратты молярлы концентрациясы, К- жылдамды константасы. Бл бірінші ретті реакцияа сйкес келеді. Біра рбір ферментке тн аныан концентрациясы болады, себебі ферментті активті орталытары субстратпен толтырылады да субстрат концентрациясы жоарылаанда ферментті активті орталыы толы аныандытан, реакция жылдамдыы белгілі бір дегейде болып тратанады ( жоары дегейде).Бл жадай жылдамдыты максималды шамасына те болады-Vmax, ол ферментті белсенділігіні е жоары мнін жне жоары концентрацияда е максималды німні тзілуін крсетеді. Vmax-
Берілген ферментті концентрациясында траты шама. Субстратты концентрациясына туелсіз реакцияны реті нлдік дрежелі болады. Михаэлис константасы - Km фермент серіні белсенділігіні негізгі кинетикалы сипаттамасы. Михаэлис константасы Km 
максималды жылдамды мніні жартысына жеткендегі субстратты концентрациясына те болады. Km берілген ферментті берілген субстрата ынтытыын сипаттайды жне траты шама болып табылады. Kmны шамасы аз болан сайын ферментті субстрата ынтытыы артады, реакцияны бастапы жылдамдыы да артады, керіснше, Km артан сайын ферментті субстрата ынтытыы тмендейді жне реакцияны бастапы жылдамдыы да тмендейді.
Михаэлис- Ментен тедеуні кері крінісі болып табылатын Лайнуивер- Бэрк тедеуі негізінде Km ді анытауа болады:
1/ V= Кm/ Vmax 
+ 1/ Vmax
мндаы, Кm, Vmax - анытауды берілген жадайындаы траты шамалар; V , 
- ауыспалы шамалар.
2.6 –сурет. Реакция жылдамдыыны субстрат (S) концентрациясына туелділігі.
2.9.4. Реттеуші заттарды сері.
Реттеушілерді активатор мен ингибиторлара бледі. Екеуі де арнайылыы бар жне арнайылыы жо деп блінеді. Арнайылыы бар активаторлара т ышылдарыны тздары жатады (йы безіні липазасы шін); тз ышылы (пепсин шін); хлор иондары (альфа-амилаза шін). Арнайылыы жо активаторлара фосфатазалар мен киназаларды активтендіретін магний иондары жатады. Арнайылыа бар ингибиторлара проферменттегі шеткі пептидтер жатады. Проферменттер бл ферменттерді активсіз трлері, олар активатор серінен шеткі пептидтерді бліп шыару нтижесінде активтенеді. рбір профермент шін зіні шеткі пептиді болады. Мысалы, трипсин активсіз– трипсиноген трінде блінеді. Трип-синні арнайылыы бар ингибиторы рлін гексапептид атарады, ол трипсиногенні активті орталытарын жауып трады. Активтену кезінде гексапептид блініп шыады, трипсинні активті орталыы ашылып, фермент белсенділікке ие болады. Арнайылыы жо ингибиторлара ауыр металдар тздары жатады, мысалы, мыс сульфаты. Олар ферментті денатурацияа шыратады.
2.9.5.Фермент белсенділігіні ингибиторлары
" Фермент активтілігіні ингибирленуі" термині - белгілі бір заттарды- ин-гибиторларды атысымен ферменттерді каталитикалы белсенділікте-ріні тежелуі.
Ингибиторлар аза метоболизмі жолындаы ферментативтік катализді ме-ханизмін тсіну шін ызыты жне ферменттерді рлін анытауа кмек-теседі. Кптеген дрілік заттарды жне уларды негізінде ферменттерді белсенділіктеріні тежелуі жатады, сондытан осы процестерді механизм-дерін білу молекулалы фармакология мен токсикология шін те маызды.
Ингибиторлар ферменттермен мытылыына арай ртрлі дрежеде байланысады. Соан байланысты олар айтымды жне айтымсызингибирлену деп ажыратылады. сер ету механизміне байланысты айтымды ингибиторларды конкурентті жне конкурентті емес деп боледі.
А.айтымды ингибирленуі
айтымды ингибиторлар ферменттермен лсіз ковалентті емес байланысады жне белгілі жадайда ферменттерден оай ажыратылады. айтымды ингибиторлар конкурентті жне конкурентті емес болады.
1. Конкурентті айтымды ингибирлену –бл крініс, сас субстраттарды жне ингибиторларды арасындаы сйкестік кезінде байалады, олар ферментті АО мен байланысуа бсекелеседі. Егер ингибиторлар субстраттардан кп болса, онда комплекс фермент-ингибиторлар пайда болады (ЕІ). Субстрат осылатын болса, ол ингибиторды ыыстырып орнына фермент-субстрат комплексі(ES) пайда болады. Ингибиторлар ферменттермен лсіз коваленті емес байланыспен байланысады жне белгілі жадайларда ферменттерден оай ажыратылады (2.7-сурет): Конкурентті ингибирлену тріне келесі тедеулер тн:
E + S ES E + P ; E + I EI.
2.7 сурет. Фермент белсенділігін бсекелес ингибирлеу сызбансасы.
Мысалы, сукцинатдегидрогеназа шін сукцинат – бл субстрат, ал малонат немесе оксалоацетат – бсекелес ингибиторлар (2.8 сурет):
| Реакция жрмейді |
2.8 -сурет.А–сукцинат ионды байланыстарымен сукцинатдегидрогеназа ферментіні активті орталыымен байланысады; Б – ферментативті реакция барысында сукцинаттан екі сутегі атомы блініп, кофермент FAD-пен байланысады. Нтижесінде сукцинатдегидрогеназаны активті орталыынан фумарат блініп шыады; В – малонат сукцинатпен рылымы сас, ол сукцинатдегидрогеназаны активті орталыымен байланысады, біра онда химиялы реакция жрмейді, себебі, екі сутек атомын FAD-ты простетикалы тобына малон ышылынан тасымалдау ммкін емес, осыан орай реакция жылдамдыы тмендейді. Конкурентті ингибитор Кm ді лкейтеді жне V max-ті згертпейді.
Кптеген дрілік препараттар зіні терапиялы серін конкурентті ингибирлену механизмі арылы крсетеді. Мысалы, ацетилхолинні холин мен сірке ышылына гидролиз реакциясы ацетилхолинэстераза (АХЭ) ферментімен катализденеді (2.9 -сурет). Осы реакция ферментті бсекелес ингибиторлар атысунда тежелуі ммкін, (мысалы, прозерин, эндрофонийжне т.б.)(2.10-сурет). АХЭ белсенділігі осындай ингибиторлар осанда тмендейді, ацетилхолинні концентрациясы артады. Бл з кезегінде жйке импулсіні туін кшейтіп, жйке импульстері дайы жріп, блшы ет за уаыт бойы босасымайды. Аяында сал ауруына шалдыады, ккірек уысы блшыеттеріне сер етіп, нтижесінде тыныс алу тотап, лімге келуі мм-кін. азіргі тада олданылатын кейбір инсектицидтер (мыс., паратион) жн-діктерге тура осылай сер етеді. Олар адамны жйке жне блшы ет жйе-сін де заымдайды. Ацетилхолинэстеразаларды конкурентті ингибиторлары блшыет дистофиясын емдеуде, сонымен атар жараат, сал ауруы, полио-миелиттен кейінгі озалысты бзылуын емдеу масатында олданылады.
2.9-сурет. АХЭ серінен ацетилхолинні гидролиздену реакциясы
Рис. 2.9. АХЭ-ні активті орталыында бсекелес ингибиторларды байланысуы
А- субстратты (ацетилхолин) ферментті активті орталыымен байланысуы. Ацетилхолинні гидролиздену орны бадаршамен крсетілген.
Б- конкурентті ингибитор прозеринні ферментті активті орталыымен байланысуы. Реакция жрмейді.
В- конкурентті ингибитор эндрофонияны ферментті активті орталыымен байланысуы. АХЭ-ні активті орталыына ингибиторды осылуына кедергі жасайды.
Кейбір жадайларда конкурентті ингибиторлар ферментті активті орталыымен рекеттесе отырып, оларды псевдосубстраттар(антиметоболиттер) ретінде пайдалана алады. Бл брыс рылымды нім синтезіне келеді. Алынан заттарды «керекті» рылымдары жо, сондытан, функционалды белсенділіктен айрылан. Осындай дрілік заттара сульфаниламидті препараттар жатады.
Антиметаболиттер – дрілік препараттар
Медициналы тжірибеде ферменттерді ингибиторлары ретінде антиметаболиттер деп аталатын осылыстар пайдаланылады.Бір жаынан бл осылыстар табии субстраттармен рылымды састытары бола отырып ферменттерді бсекелес ингибирленуін тудырады, екіншіден, осы ферменттер оларды псевдосубстрат ретінде пайдаланып аномальді німдерді синтездейді. Аномальді німдер функционалды белсенділікке ие бола алмайды; сол себепті белгілі бір метаболиттік жолдарды реакция жылдамдытарыны тежелуі байалады.