ფერმენტები: რა არის ეს? & Როგორ მუშაობს?

ნებისმიერ დროს, ყოველგვარი გააზრებული ფიქრის გარეშე, თქვენს სხეულში ტრილიონობით უჯრედი განიცდის უზარმაზარ ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც ცოცხალსა და წონასწორობას ინარჩუნებს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს რეაქციები შეიძლება მოხდეს საკმარის დროში, ეს მაჩვენებელი არ იქნება საკმარისად სწრაფი ადამიანის სხეულის მოთხოვნებისთვის.

შედეგად, თითქმის ყველა ბიოქიმიურ რეაქციას ეხმარება სპეციალიზებული ცილები, რომლებსაც ე.წ. ფერმენტები, რომლებიც ბიოლოგიურია კატალიზატორები რომელსაც შეუძლია მილიონჯერ უფრო სწრაფი რეაქცია.

ფერმენტების მკერავი ძალიან მაღალია; ასობით ცნობილი ფერმენტის უმეტესობას შეუძლია მხოლოდ ერთი რეაქციის კატალიზაცია და რეაქციების უმეტესობა შეიძლება მხოლოდ ერთი სპეციფიკური ფერმენტის კატალიზაციით.

თუმცა ნუკლეინის მჟავა მოლეკულა RNA (რიბონუკლეინის მჟავა) ზოგჯერ შეიძლება მოქმედებდეს როგორც არა ფერმენტ კატალიზატორი, ნამდვილი ფერმენტები ცილები, რაც ნიშნავს რომ ისინი გრძელი ჯაჭვებისგან შედგება ამინომჟავების რომლებიც კონკრეტულ ფორმაში იკეცება. ბუნებაში 20 ამინომჟავაა, რომელთაგან ყველა თქვენი სხეულის გარკვეულ რაოდენობას მოითხოვს.

თქვენს სხეულს შეუძლია ამის ნახევარი მიიღოს, დანარჩენები კი დიეტაში უნდა მიიღოთ. ვინც უნდა ჭამოთ ეწოდება აუცილებელი ამინომჟავები.

ამინომჟავებს აქვთ ცენტრალური ნახშირბადის ატომი, რომელიც შეუერთდა კარბოქსილის მჟავას (-COOH) ჯგუფს, ამინოს (-NH)₂) ჯგუფი და გვერდითი ჯაჭვი, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება "-R" ქიმიურ დიაგრამებში.

გვერდითი ჯაჭვი განსაზღვრავს ამინომჟავის უნიკალურ ქცევას. ცილაში ამინომჟავების რიგს ეწოდება მისი პირველადი სტრუქტურა. ამინომჟავების სტრიქონს ეწოდება a პოლიპეპტიდი; ჩვეულებრივ, როდესაც მოლეკულა მოიხსენიება როგორც ასეთი, ეს არ არის სრული, ფუნქციონალური ცილა, არამედ ერთი ცალი.

ამინომჟავების სტრიქონებს შეუძლიათ მოაწყონ ან სპირალის მსგავსი ან ფურცლის მსგავსი წარმონაქმნები; ეს მოიხსენიება როგორც ცილა საშუალო სტრუქტურა. როგორ მოლეკულა თავსდება სამ განზომილებაში, ძირითადად ამინომჟავებს შორის მოლეკულის სხვადასხვა ნაწილში ელექტრული ურთიერთქმედების შედეგად, ეწოდება მესამეული სტრუქტურა.

როგორც ბუნებრივი სამყაროს ამდენი რამ, ფორმაც ფუნქციონირებს; ანუ, ფერმენტის ფორმა განსაზღვრავს მის ზუსტ ქცევას, მათ შორის რამდენად ძლიერად „ეძებს იგი“ კონკრეტულს სუბსტრატი (ეს არის მოლეკულა, რომელზეც მოქმედებს ფერმენტი).

როგორ ახორციელებენ ფერმენტები კატალიზურ აქტივობას? ეს კითხვა შეიძლება დაიყოს ორ შესაბამის მოთხოვნას.

ერთი: როგორ, ატომების ძირითადი მოძრაობის მხრივ, ფერმენტები აჩქარებენ რეაქციებს? და ორი: რა განსაკუთრებული თვისებები იძლევა ფერმენტების სტრუქტურას?

ფერმენტის რეაქციის სიჩქარის დაჩქარების გზა არის რეაქციის დაწყებისა და დასრულების გზის გათანაბრება. ამ სახის რეაქციებში, პროდუქტები (რეაქციის დასრულების შემდეგ დარჩენილი მოლეკულები) საერთო ჯამში უფრო დაბალი ენერგია აქვთ, ვიდრე რეაქტივები (მოლეკულები, რომლებიც რეაქციის დროს პროდუქტებად იცვლება).

რეაქციის მოძრაობის მისაღებად, პროდუქტებმა უნდა გადალახონ ენერგეტიკული "კეხი", სახელწოდებით ე.წ. აქტივაციის ენერგია (ე_ა).

წარმოიდგინეთ, რომ ველოსიპედზე ხართ სახლიდან ნახევარი მილის დაშორებით, წერტილი, რომელიც 100 ვერტიკალური ფეხით არის ზემოთ თქვენი სავალი ნაწილიდან. თუ გზა პირველ რიგში 50 მეტრზე ადის, სანამ 150 მეტრს სწრაფად დააგდებს, სავალ ნაწილზე გადასასვლელად, ცხადია, ცოტა ხნით უნდა იაროთ პედლებიანი სანაპირო ზოლის დაწყებამდე. მაგრამ თუ გზის მონაკვეთი უბრალოდ შედგება ნახევარი მილის სიგრძის ერთნაირი ნაზი დაქვეითებისაგან, თქვენ შეგიძლიათ მთელ სანაპიროზე გასვლა.

ფერმენტი, ფაქტობრივად, გარდაქმნის პირველ სცენარს მეორეში; სიმაღლის სხვაობა კვლავ 100 ფუტია, მაგრამ საერთო განლაგება არ არის იგივე.

მოლეკულური თანამშრომლობის დონეზე, ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი ხშირად აღწერილია ა ”საკეტი და გასაღებთან” ურთიერთობა: ფერმენტის მოლეკულის ნაწილი, რომელიც უკავშირდება სუბსტრატს, ე.წ. აქტიური საიტი, ისეთი ფორმისაა, რომ თითქმის სრულყოფილად ჯდება სუბსტრატის მოლეკულაში.

ისევე, როგორც გასაღების საკეტში გადაწევა და მისი მოქცევა იწვევს საკეტში ცვლილებების შეტანას (მაგალითად, მოძრაობისას deadbolt), კატალიზატორი აღწევს ფერმენტულ აქტივობას სუბსტრატის მოლეკულის შეცვლით ფორმა

ამ ცვლილებებმა შეიძლება გამოიწვიოს სუბსტრატში ქიმიური ბმების შესუსტება მექანიკური დამახინჯების გზით, მოლეკულას აძლევს მხოლოდ "ბიძგს" ან "ბრუნვას", რომ გადავიდეს საბოლოო პროდუქტის ფორმისკენ.

ხშირად, სავარაუდო პროდუქტი არსებობს ა გარდამავალი მდგომარეობა ამასობაში, რომელიც გარკვეულწილად ჰგავს რეაქტიულს და გარკვეულწილად პროდუქტს.

დაკავშირებული მოდელი არის გამოწვეული ვარგისი შინაარსი. ამ სცენარში, ფერმენტი და სუბსტრატი თავდაპირველად სრულყოფილად არ ჯდება საკეტებით, მაგრამ მათი ფაქტიურად კონტაქტში მოხვედრა იწვევს სუბსტრატის ფორმის ცვლილებებს, რაც ოპტიმიზირებს ფიზიკურ ფერმენტ-სუბსტრატს ურთიერთქმედება

სუბსტრატის შეცვლა მას უფრო ჰგავს გარდამავალი მდგომარეობის მოლეკულას, რომელიც შემდეგ რეაქციის წინსვლის შედეგად იცვლება საბოლოო პროდუქტად.

მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ძლიერია, ფერმენტები, ისევე როგორც ყველა ბიოლოგიური მოლეკულა, არ არის დაუმარცხებელი. მრავალი იგივე მდგომარეობა, რომლებიც აზიანებს ან ანადგურებს სხვა მოლეკულებს, ისევე როგორც მთელ უჯრედებს და ქსოვილებს, შეიძლება შეანელონ ფერმენტების აქტივობა ან შეაჩერონ ისინი საერთოდ მუშაობაში.

როგორც ალბათ იცით, თქვენი სხეულის ტემპერატურა უნდა დარჩეს ვიწრო დიაპაზონში (ჩვეულებრივ დაახლოებით 97.5-დან 98.8 გრადუსამდე ფარენგეიტით), რომ ჯანმრთელი დარჩეთ. ამის ერთ-ერთი მიზეზია ის, რომ ფერმენტები სწორად მუშაობას წყვეტენ, თუ სხეულის ტემპერატურა ამ დონეზე მაღლა იწევს - რასაც თქვენ სიცხედ აღიქვამთ.

ასევე, ძლიერ მჟავე პირობებს შეუძლია დაანგრიოს ფერმენტის ქიმიური ბმები. ტემპერატურასა და pH– სთან დაკავშირებულ ასეთ დაზიანებას ეწოდება დენატურაცია ფერმენტის.

გარდა ამისა, როგორც თქვენ მოელით, ფერმენტის რაოდენობის ზრდა კიდევ უფრო აჩქარებს რეაქციას, ხოლო ფერმენტის კონცენტრაციის შემცირება ანელებს მას.

ანალოგიურად, მეტი სუბსტრატის დამატება ფერმენტის ოდენობის იმავე შენარჩუნებისას აჩქარებს რეაქციას მანამ, სანამ ფერმენტი არ "გაიზარდა" და ვერ დაესწრება ყველა არსებულ სუბსტრატს.

თქვით, რომ მოგზაურობთ ტრანსსასაზღვრო ფონდების მოსაზიდად ველოსიპედით მოგზაურობაში და ამ გზაზე მეგობრები მხარს გიჭერენ ვანდან სასმელებს და ახალ ტანსაცმელს.

თქვენს მეგობრებს მოგზაურობის დროს საკუთარი დახმარება სჭირდებათ, მაგალითად ბენზინი მანქანისთვის და ეკიპაჟის საკვები.

თუ თქვენი მოგზაურობა შეიძლება განიხილებოდეს როგორც "რეაქცია", ხოლო ვანების ეკიპაჟი არის "ფერმენტი", რომელიც "კატალიზაციას უწევს" თქვენს მოგზაურობას, მაშინ მარშრუტზე განთავსებული საკვები მაღაზიები შეიძლება მოიაზრონ კოფერმენტები - შიგნით ბიოქიმია, ნივთიერებები, რომლებიც არ არიან ფერმენტები, მაგრამ საჭიროა ფერმენტებისათვის, რათა საუკეთესოდ შეასრულონ თავიანთი მუშაობა.

სუბსტრატების მსგავსად, კოფერმენტები უკავშირდება ფერმენტების აქტიურ ადგილს, სადაც სუბსტრატი უკავშირდება, მაგრამ ისინი თვითონ არ განიხილებიან სუბსტრატებად.

კოფერმენტები ხშირად ფუნქციონირებენ როგორც ელექტრონული მატარებლები, ან ატომების ან ფუნქციური ჯგუფების დროებითი დამაგრების ადგილები, რომლებიც საერთო რეაქციაში გადადიან მოლეკულებს შორის. კოფაქტორები არის არაორგანული მოლეკულები, როგორიცაა თუთია, რომლებიც ფერმენტებს ეხმარება ცოცხალ ორგანიზმებში, მაგრამ კოფერმენტებისგან განსხვავებით, ისინი არ უკავშირდებიან ფერმენტის აქტიურ ადგილს.

მაგალითები საერთო კოფერმენტები მოიცავს:

• კოფერმენტი A, ან CoA, რომელიც უკავშირდება აცეტას და ქმნის აცეტილ CoA- ს, რომელიც მნიშვნელოვანია უჯრედული სუნთქვის დროს, რომელიც უჯრედებს ენერგიას უქმნის შაქრის გლუკოზასგან;
• ნიკოტინამიდი ადენინი დინცელოტიდი (NAD) და flavin adenine dinucelotide (FAD), რომლებიც არის მაღალი ენერგიის ელექტრონული მატარებლები, რომლებიც ასევე ხელს უწყობენ უჯრედულ სუნთქვას;
• პირიდოქსალური ფოსფატი, ან ვიტამინი B6, რომელიც ამინო ჯგუფებს მოძრაობს მოლეკულებს შორის.