Пептидазалар (пептидгидролазалар) 3 страница

Дрілік препараттар ретінде мына антиметоболиттер олданылады: инфекцияны шипасы шін олданылатын сульфаниламидті препараттар (парааминобензой ышылына сас), онкологиялы ауруды емдеуде нуклеотидтерге сас осылыстар.

2. Конкурентті емес айтымды ингибирлену

Конкурентті емес ингибираторлар субстратты рылымына сас болмайды. Конкурентті емес айтымды ингибирлену кезінде субстрат S жне ингибитор I ртрлі орталытармен байланысады (2.11-сурет), сондытан EI комплексіні тзілуімен атар, EIS штік комплексі тзілу ммкіндігі пайда болады; EIS комплексі ЕS комплексіне араанда тмен жылдамдыпен ыдырайды.

Осы конкуренттік емес ингибирлену кбінесе бірнеше субстраттарды згерістерін катализдейтін ферменттерде байалады. Бл кезде ингибиторды байланысуы субстратты активті орталыпен байланысуына кедергі жасамайды, еркін ферментпен алай байланысса, ES- комплексіменде солай байланысады. (Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин, 1990). Конкурентті емес ингибитор Кm –ді згертпейді жне V max-ті тмендетеді.

2.11-сурет. Фермент белсенділігіні конкурентті емес ингибирленуіні сызбансасы.

Тірі жасушада тзілетін метаболизмні аралы німдері едуір маызды бсекелес емес ингибиторлар болып табылады. Олар ферментті белгілі бліктерімен айтымды байланыса отырып (аллостерикалы орталытар), ферментті белсенділігін згертеді. Бл метаболизмні реттелу жолыны бірі болып есептеледі. Мысалы,треониндегидратазаны изолейцинмен ингибирленуі (А. Ленинджер, 1985).

Ингибирлеуді осы тріне реакция німдерімен ингибирлену жатады. Кбіне реакция німдері субстраттара сас келеді. Мысалы, глюкоза-6-фосфатазаны субстраты глюкоза-6-фосфат, ал німі глюкоза.

Кинетикалы тестілер бсекелес ингибирленуді бсекелес еместен ажыратуа ммкіндік береді.

2.13-сурет. I/V –ні I/S-ке туелділігі. 1-ингибиторсіз, 2 –ингибитор атысуымен (а – конкурентті; б–конкурентті емес ингибирлену)

Б. айтымсыз ингибирлену

айтымсыз ингибирлену фермент пен ингибитор молекуласы арасындаы берік ковалентті байланыс тзілгенде байалады. Кбінесе ферментті активті орталыы трзгеріске шырайды, нтижесінде фермент каталитикалы ызметін атара алмайды. айтымсыз ингибиторлара ауыр металл иондарын жатызуа болады, мысалы сынап ( Hg²⁺), кміс (Ag⁺) жне мышьяк (As³⁺), олар аз концентрацияда белсенді орталытарды сульфгидрильді топтарын жауып тастайды. Сульфгидрильді топтар ферментті активті орталыында, немесе одан тыс орналасуы ммкін. Субстрат бл кезде химиялы згеріске шырамайды. (2.14-сурет). Ферментті атаратын ызметі реактиваторлар боланда алпына келеді. Жоары концентрацияларда ауыр металлдарды иондары ферментті белок молекуласын денатурацияа шыратады, басаша айтанда, ферментті толы инактивациясын тудырады.

2.14-сурет. Сынап иондарыны айтымсыз ингибитор ретінде сер ету механизмі.

Аз концентрациялы сынап иондары активті орталыты сульфгидрильді топтарын тежейді, бл ферментативті реакцияларды жылдамдыыны тмендеуіне келіп соады.

айтымсыз ингибиторлар бірдей дрежеде Km мен Vmax-ті тмендетеді.

А. айтымсыз ингибиторларды олданылуы ферменттерді сер ету механизмін анытауда лесі зор. Активті орталыты белгілі топтарын тежейтін осылыстар бір активті орталы рылысы туралы маызды апаратты береді. Мндай ингибиторларды арнайылыы бар деп атайды. Диизопропилфторфосфат (ДФФ) арнайылыы бар ингибиторлар атарына жатызылады. ДФФ ферментті активті орталыындаы серинні -ОН тобымен ковалентті байланыс тзеді. ДФФ «сериндік» ферменттерді арнайылыы бар айтымсыз ингибиторларына жатызылады, йткені олар катализге тікелей атысады (2.15-сурет). ДФФ-ті энзимологияда ферменттерді активті орталытарыны рылымын зерттеу масатында олданады. Диизопропилфторфосфат – нейрондарды жйке импульстарды ткізу асиетінен айырылуына келетіндіктен, жйке-паралитикалы серлі улы заттарды бірі болып табылады.

2.15. сурет. ДФФ-ті кмегімен химотрипсинні белсенділігіні арнайылыты ингибирленуі.

Б.Арнайылыы бар ингибиторлара араанда арнайылыы жо ингибиторлар ферментті тек ана активті орталыта орналасан топтарымен ана емес, фермент молекуласыны кез-келген блігінде орналасан ферментті белгілі бір топтарымен ковалентті байланыса алады. Мысалы, йод ацетаты (2.16- сурет) белокты кез-келген SH- топтарымен рекеттеседі. Арнайылыы жо ингибирлену цистеинні SH-топтарыны йод ацетаты молекуласымен ковалентті байланыс тзуі арылы жреді. Мндай рекеттесу фермент молекуласыны рылысын згертеді, соан сйкес активті орталыты да рылысын згертеді жне каталитикалы белсенділігін тежейді.

2.16. сурет. Фермент активтілігіні йод ацетатымен арнайылыы жо ингибирленуі

В.Дрілік препарат ретінде сері айтымсыз ингибирленумен бйланысты ке олданыстаы аспиринді алуа болады. абынуа арсы осы стероидсыз препаратты сері циклооксигеназа ферментін ингибирлеу негізінде жатыр. Циклооксигеназа арахидон ышылынан простагландиндерді тзілуін катализдейді. Аспиринні ацетильді алдыы циклооксигеназа суббірлігіні біріндегі серинні бос соы ОН тобына жаласады (2.17. сурет).Осыдан абыну медиаторлары болатын простагландиндерді синтезі жрмейді. Сондытан аспиринді абынуа арсы дрілер атарына жатызады. Ингибирленген фермент молекулалары ыдырайды, ферментті жаа молекулаларыны синтезінен кейін ана простагландиндерді синтезі алпына келеді.

Салицил ышылы

Ацетилденген фермент

2.17- сурет. айтымсыз ингибитор- аспиринні кмегімен жретін циклооксигеназаны активсіздену механизмі.

Регуляция скорости ферментативных реакций осуществляется на трех независимых уровнях: изменением количества молекул фермента, доступностью молекул субстрата и кофермента, изменением каталитической активности молекулы фермента (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Способы регуляции скорости ферментативных реакций

2.10. ФЕРМЕНТТЕР АКТИВТІЛІГІНІ РЕТТЕЛУІ

Ферментативті реакцияны жылдамдыыны реттелуі ш туелсіз сатыда жреді: фермент молекулалары саныны згеруімен, субстрат пен кофермент молекулаларыны олжетімділігімен, фермент молекуласыны каталитикалы белсенділігіні згеруімен (2.2. кесте).

2.2. кесте. Ферментативті реакциялар жылдамдытарыны реттелу жолдары

Реттелу жолы:	Сипаттама
Фермент молекуласы саныны згеруі	Жасушадаы фермент молекуласыны саны екі процессті атысымен аныталады: синтез жне ыдырау. Фермент синтезіні реттелу механизмі белгілі бір метаболит-термен, биологиялы активті молекулалар жне гормондармен реттелетін транскрипция ( мРНК синтезі) дегейінде тереірек зерттелген.
Субстрат пен кофермент моле-кулаларыны олжетімділігі	Ферментативті реакцияны туін адаалайтын негізгі параметр – субстрат пен коферментті бар болуы. Бастапы субстрат концентрациясы кбірек болса, реакция жылдамдыы да жоары болады.
Фермент молекуласыны каталитикалы белсенділігіні згеруі	Ферменттер белсенділігіні реттелуіні негізгі жолдары: Аллостерикалы реттелу; Белок-белокты серлесу кмегімен реттелу; Фермент молекуласын фосфорлау-дефосфорлау кмегімен реттелу; Протеолизбен бліктеп (шектеулі) реттелу.

1. Аллостерикалы реттелу.Аллостерикалы ферменттер деп белсенділігі эффекторлар кмегімен реттелетін ферменттерді атаймыз.

Аллостерикалы реттелуге атысатын эффекторлар жасушалы метаболиттер.

Фермент белсенділігіні тмендеуін (ингибирленуін) туызатын эффектор ингибитор деп аталады. Фермент белсенділігіні жоарылауын туызатын эффекторды активатор деп атайды.

Аллостерикалы ферменттерді белгілі бір рылым ерекшеліктері болады:

- детте бірнеше протомерлерден ралатын олигомерлі белоктар болып табылады;

- каталитикалы белсенді орталытан кеістікте алысыра орналасан аллостерикалы орталыы бар;

- эффекторлар аллостерикалы (реттеуші) орталытаы ферментпен ковалентсіз байланысады.

Каталитикалы сияты аллостерикалы орталы та лигандалара атысты трлі арнайылы крсетеді: ол абсолютті жне топты бола алады. Кейбір ферменттер бірнеше аллостерикалы орталытара ие, біреулері активатора, екіншілері ингибиторлара арнайылыты болады.

Химиялы реакция жретін активті орталыы бар каталитикалы реттеуші протомерден басаша аллостерикалы орталыта орналасан протомер- реттеуші протомер деп аталады.

Аллостерикалы ферменттер кооперативтілік асиетке ие: егер аллостерикалы орталыа аллостерикалы эффектор сер етсе, онда ол барлы суббірліктерді кооперативті згеруіне келеді. Бл з кезегінде активті орталыты трзгерісіне жне ферментті субстрата сйкестігіні згеруіне жне ферментативті реакция жылдамдыын тмендетеді немесе жоарылатады. Аллостерикалы орталыа ингибитор осылу нтижесінде активті орталыты рылысыны згерісі байалады. Бл ферментті субстрата деген сйкестігін тмендетеді. Осыан сйкес ферментативті реакция жылдамдыыны тмендеуі байалады. Жне керісінше, егер аллостерикалы орталыа активатор осылса, реакция жылдамдыыны артуын туызатын субстратты ферментке деген сйкестігі жоарылайды.

Аллостерикалы эффекторлар серлеріні орындалу сатысы 2.18. суретте берілген.

Активаторды аллостерикалы орталыа байланысуы Активті фермент

Субстратты активті орталыа сйкестігі жоарылайды каталитикалы активтілік артады

Активті орталы каталитикалы

аллостерикалы орталы

Активті фермент

Активсіз фермент

Субстратты активті орталыа сйкестігі тмендейді Каталитикалы актив тілік тежеледі

Активсіз фермент

Активті фермент

Ингибиторды аллостерикалы орталыа байланысуы(1)

Активті орталы каталитикалы

Аллостерикалы орталы

2.18-сурет. Аллостерикалы ферменттерді рылысы мен ызметіні сызбансасы:

А – теріс эффектор (ингибитор) сері. Аллостерикалы орталыа ингибиторды (I) осылуы фермент молекуласында, сонымен атар ферментті активті орталыында кооперативті рылысыны згеруіне келеді. Ферментті субстрата деген сйкестігі тмендейді, нтижесінде ферментативті реакция жылдамдыы да тмендейді;

Б – о эффекторды (активаторды) сері. Активаторды (А) аллостерикалы орталыа осылуы кооперативті конформациялы згерістерге келеді. Ферментті субстрата деген сйкестігі жоарылайды жне ферментативті реакцияны жылдамдыы да артады.

Аллостерикалы ферменттерді реттелуі айтымды: эффекторды реттеуші суббірліктен блінуі ферментті бастапы каталитикалы активтілігін алпына келтіреді. Аллостерикалы ферменттер берілген метаболикалы жолды негізгі реакцияларын катализдейді.

Жасушаны ішкі рылымы згерісіне жедел сер ететіндіктен, аллостерикалы ферменттер трлі метаболикалы жолдарда маызды рл атарады. Метаболиттік процесстерді жылдамдыы берілген реакцияны бастапы жне соы заттарыны концентрациясына туелді. Бастапы заттар метаболиттік жолды аллостерикалы ферменттері- активаторлары бола алады. Сонымен атар, метаболиттік жолды андай да бір соы заттарыны кп тзілуі кезінде ол аллостерикалы фермент- ингибитор ретінде сер ете алады. Азада таралан реттелуді мндай жолы «теріс айтымды байланыс» деген ата ие:

Мны АТФ молекуласыны тзілуімен аяталатын глюкозаны аллостери-калы реттелу катаболизм процесіні мысалында арастыруа болады (2.19 - сурет). АТФ молекуласы жасушада жмсалмаса ол аталан метаболиттік жолды аллостерикалы ферменттеріні ингибиторы болып есептелінеді: фосфофруктокиназа мен пируваткиназа шін. Сонымен атар, глюкозаны катаболизміні аралы метаболиті - фруктозо-1,6-бисфосфат пируваткиназа ферментіні аллостерикалы активаторы болып саналады. Метаболиттік жол жылдамдыыны реттелуі соы німні ингибирленуімен жне бастапы метаболитті активтенуімен тыыз байланысты. Аллостерикалы ферменттер метаболиттік жолды алашы реакцияларын, айтымсыз реакцияларын, жылдамдыты лимиттеуші реакцияларын (е баяу) немесе метаболиттік жолды тарматалан жеріндегі реакцияларды катализдейді.

2.19-сурет. Глюкоза катаболизмі процесіні аллостерикалы реттелуі.

2. Белок-белокпен рекеттесу кмегімен реттелуі

Кейбір ферменттер з белсенділігін белок-белокпен рекеттесу нтижесінде згертеді. Осы діспен фермент белсенділігін згертуді екі механизмі бар: Белок- активаторыны осылу нтижесінде ферментті активтенуі( фермент аденилатциклазаны G-белокты -суббірлігіні кмегімен активтенуі жне протомерлерді диссоциация мен ассоциация нтижесінде каталитикалы белсенділікті згеруі). Мысал ретінде протеинкиназа А ферментіні реттелуін протомерлерді диссоциация мен ассоциация нтижесінде каталитикалы белсенділіктеріні згеруімен байланыстылыын арастыруа болады.

Протеинкиназа А(цАМФке - туелді) екі трлі трт суббірліктен трады: екі реттеуші (R) жне екі каталитикалы (С). Осындай тетрамер каталитикалы активсіз. Реттеуші суббірліктері циклді 3',5'-АМФ (цАМФ) –мен байланысу бліктері бар (р суббірлікке екеуден). Трт молекула цАМФ екі реттеуші суббірлікке осылуы протомерлерді рылысыны згеруіне келеді, тетрамерлі комплекс диссоцацияланады; Осы кезде екі белсенді каталитикалы суббірліктер блініп шыады (2.20-сурет). Белсенді протеинкиназа А АТФ-тен фосфор ышылыны алдыын белоктаы аминышылдарыны арнайылыты ОН топтарына тасымалдануын катализдейді (яни белокты фосфорлануын туызады).

активсіз

активті

Акктивті

2.20 сурет. Протеинкиназа А (ПКА) белсенділігін белок-белокты рекеттесу кмегімен реттеу.

ПКА-ны активациясы трт молекула цАМФ кмегімен іске асады, молекулалар екі реттеуші суббірліктермен байланысады, бл з ретінде реттеуші протомерлерді конформациясыны згеруіне жне тетрамерлік комплексті диссоциациясына келеді. Белоктарды фосфорлануына келетін екі белсенді каталитикалы суббірліктер блініп шыады. Реттеуші суббірліктерден цАМФ молеклаларыны блініп шыуы реттеуші жне каталитикалы суббірліктерді ассоциациясына келіп белсенді емес комплекс тзіледі.

3. Фосфорлану-дефосфорлану жолымен ферментті каталитикалы белсенділігін реттеу.

Биологиялы жйелерде ферменттерді белсенділігін ковалентті модификация кмегімен реттеу жиі кездеседі. Ферменттерді химиялы модификациялауда ке таралан жне тез фосфорлану-дефосфорлану дісі. Ферментті ОН топтары протеинкиназа (фосфорлану) жне фосфопротеинфосфатаза (дефосфорлану) ферменттері арылы фосфорла-нуа шырайды. Фосфор ышылыны алдыыны осылуы активті орта-лыты рылысыны жне каталитикалы белсенділігіні згеруіне келеді. Нтиже екі жаты болуы ммкін: кейбір ферменттер фосфорлануда активтенеді, ал басалары керісінше активсізденеді (2.21-сурет). Гормондар протеинкиназа мен фосфопротеинфосфотазаларды белсенділігін реттейді, бл сырты орта жадайына байланысты метаболиттік жолдарды маызды ферменттеріні белсенділігін згертіп отыруа ммкіндік береді.

Дефосфорланан фосфорланан фермент фермент активсіз активті

Активті орталыты рылысы згерген

Активті орталы

2.21-сурет. Фосфорлану-дефосфорлану жолымен фермент белсенділігіні реттелу сызбансасы.

Ферменттерді фосфорлануы протеинкиназа ферментіні кмегімен жреді. АТФ молекуласы фосфор ышылыны доноры. Ферментті фосфорлау оны жне активті орталыты конформациясыны згеруіне келеді, бл ферментті субстрата сйкестігін згертеді. Кейбір ферменттер фосфорлануда активтенеді, ал кейбір ферменттер ингибирленеді. Кері процесс- дефосфорлану – фосфопротеинфосфотаза ферменттеріні серінен жреді. Фосфопротеинфосфатазалар фофсфор ышылы алдыын ферменттен бліп алып ферментті бастапы кйіне алып келеді.

4. Ферменттерді каталитикалы белсенділігін шектеулі протеолизбен реттеу.

Жасушадан тыс кейбір ферменттер (асазан-ішек жолдарында немесе ан плазмасында) активсіз алы заттар ретінде синтезделеді, олар бір немесе бірнеше белгілі пептидтік байланыстарды гидролизі нтижесінде активтенеді,ол молекуланы бір блігіні зілуін тудырады. Белок молекуласыны алан блігінде рылысы згеріп, одан ферментті активті орталыы тзіледі (2.22 -сурет). Шектеулі протеолиз фермент белсенділігі згерісіні реттелуіні мысалы болып табылады.

активті

активсіз

2.22-сурет. Шектеулі протеолиз кмегімен пепсинні активтенуі.

Пепсиногенні бір немесе бірнеше пептидтік байланыстарыны гидролизі нтижесінде (активсіз молекула) молекуланы бір блігі ажырап, пепсин фнрментіні активті орталыы айтымсыз тзіледі. Осындай ферменттер белок молекуласыны міршедігімен аныталатын аз уаыт ішінде ызметін атарады. Шектеулі протеолиз асорытудаы протеолитикалы ферменттерді (пепсин, трипсин, химотрипсин, эластаза), пептидтік гормондарды (инсулин), ан йыту жйесіндегі белоктарыны жне баса біратар белоктарды активтенуіні негізін салады.

2.11. ФЕРМЕНТТЕРДІ МЕДИЦИНАДА ОЛДАНЫЛУЫ

Энзимодиагностика мен энзимотерапия

Медициналы тжірибеде ферменттер диагностикалы (энзимодиаг-ностика)жне терапевтік (энзимотерапия) дістер ретінде ке олданылады. Сонымен атар, ферменттер белгілі біратар метаболиттерді анытауда арнайы реактивтер ретінде олданылады. Мысалы, глюкооксидаза ферментін анда жне зрде глюкозаны санды млшерін анытауа олданады; уреаза ферментін биологиялы сйытытарда мочевинаны млшерін анытауа; ртрлі дегидрогеназалар кмегімен сйкес субстраттарды барлыын, мысалы, пируватты, лактатты, этил спиртін жне т.б. анытауа олданылады.

ЭНЗИМОДИАГНОСТИКА

Энзимодиагностика-адам азасындаы биологиялы сйытытарды ферменттерді белсенділігін анытау негізде ауруды (белгісін) диагнозын ою.

• Энзимодиагностиканы принциптері келесі задылытара негізделген:

-ан сарысуында алыпты жадайда арнайы ызмет атаратын ферменттер бар, мысалы, ан жйесіні юына атысатын. Жасушалы ферменттер заымданбаан жасушалардан ана тпейді. Жасушалы кейбір ферменттер анда аз млшерде аныталуы ммкін:

-жасуша мембранасы заымдананда (абыну, некроз) анда немесе баса биологиялы сйытытарда (мысалы, зрде) заымданан жасушаларды ферменттеріні млшері артады, оларды белсенділігін арнайы биохимиялы тестілермен анытауа болады;

- энзимодиагностикада белгілі бір мшелерде жинаталан ферменттерді пайдаланады (мшеліарнайылы);

- блінген ферментті млшері тінні заымдану дрежесіне сйкес жне белсенділігін анытауа жеткілікті болуы керек;

- биологиялы сйытытардаы жасуша заымдананда аныталатын фермент белсенділігі алыпты млшерден згеше болуы керек жне за уаыт ішінде тратылыын сатауы керек (тулік);

-ан плазмасында тек ана цитозольде орналасан ферментті пайда болуы абыну процесінін крсетеді; митохондриялы немесе ядролы фермент-терді пайда болуы жасушаны тереірек заымдануын крсетеді, мысалы некрозды.

• Бірдей химиялы реакцияны катализдейтін, біра белокты біріншілік рылымы ртрлі ферменттерді – изоферменттер деп атайды. Олар бір-бірінен кинетикалы параметрлерімен, активтену жадайларымен, апофермент пен кофермент байланыстарымен ерекшеленеді. Изоферменттер ді тзілу табиаты ртрлі болады. Біра кбінесе тзілу табиаты осы изоферменттерді немесе оларды суббірліктерін шифрлайтын гем рылысындаы айырмашылытармен тсіндіріледі. Изоферменттерді анытау дістері оларды физико-химиялы ерекшелігіне негізделген. Изоферменттер кбінесе мшеліарнайылыты болады, йткені бір тіндерде изоферментті бір трі ана болады.Сондытан мше заымдананда анда изоферментті оан сйкес трі пайда болады. Ферменттерді белгілі изоферменттік формаларын анытау арылы ауруды диагнозын оюа болады.

Мысалы, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) лактатты(ст ышылыны) пирувата дейін (пирожзім ышылы) айтымды тотыу реакциясын катализдейді (2.23-сурет). Лактатдегидрогеназа – олигомерлі белок, мол. массасы - 134 000, екі трлі трт суббірліктен трады - М (аылш. muscle – блшы ет) жне Н (аылш. heart - жрек). Бл суббірліктерді исыдастырылуы арылы лактатдегидрогеназаны бес изоформасын растыруа болады (2.24-сурет, А). ЛДГ₁ жне ЛДГ₂ жрек блшы етінде жне бйректе активті, , ЛДГ₄ жне ЛДГ₅–аа блшы еттерінде жне бауырда. ЛДГ изоформалары бір-бірінен электрофоретикалы озалыш-тытарымен ерекшелінеді, ол ЛДГ изоформаларыны тіндік орналасуын крсетеді (2.24-сурет, Б). Жрек, бауыр жне блшы ет ауруларыны диагнозын ою шін ан плазмасында электрофорез дісімен ЛДГ-ні изоформаларын анытау ажет. 2.24-сурет, В-сында электрофореграммалар крсетілген.