Fermentlər

Fermentlər

Fermentlər – zülal təbiətli üzvi katalizatorlardır. Canlı orqanizmlərdə gedən bütün biokimyəvi proseslərdə iştirak edir və həmin prosesləri sürətləndirirlər. Hazırda 1000-dən çox ferment məlumdur. Bunlardan 100-ə qədəri kristallik şəkildə alınmışdır. Başqa sözlə, fermentativ reaksiyalar canlı orqanizmin fəaliyyətinin molekulyar əsasını təşkil edir. Fermentlər zülal təbiətli bioloji katalizatordur. «Ferment» sözü latınca «fermentum» sözündən götürülüb, mənaca «qıcqırma» deməkdir. Onu ilk dəfə XVII əsrdə yaşamış Van Helmont elmə gətirmişdir. Bəzi ədəbiyyatlarda fermentin sinonimi olan «enzim»dən istifadə edilir. Enzim yunanca «enzume» sözündən götürülüb, mənaca «maya» deməkdir.

Fermentlər haqqında ümumi məlumat

İlk fermenti 1814–cü ildə rus alimi K.S.Kirxhov müəyyən etmişdir. O, arpadan alınan ekstraktın köməyilə nişastanı şəkərə çevirmişdir. İlk dəfə 1926-cı ildə C.Samner ureaza və pepsin fermentlərini kristallik şəkildə almışdır. Hal-hazırda 3000 ferment aşkar edilmişdir. Onlardan 300-ü kristallik şəkildədir. Fermentlərin adi katalizatorlardan fərqli olaraq, reaksiyanı 36-37 °C-də aparır. məlum olduğukimi fermentlər bədəndə bütün həyati varlıqlarda mövcuddur.Bir sözlə həyati əhəmiyyət kəsb edən hər hansı bir fizioloji prosesi götürsək, onlar yalnız və yalnız fermentlərin təsiri ilə bir anda baş verir. Deməli, fermentlər olmadan canlı orqanizmin mövcudluğu qeyri mümkündür. Məhz, bu amilə görə, fermentlərə "həyat mühərriki" deyirlər. Fermentlər kimyəvi təbiətinə görə 2 qrupa bölünür: birkomponentli fermentlər yalnız zülallardan, ikikomponentli fermentlər isə zülallardan və qeyri-zülal hissədən (vitaminlər,nukleotidlər, minerallı maddələr və s.) ibarətdir.

Fermentativ proseslərdə iştirak edən molekullara substrat deyilir və ferment onları müxtəlif molekullara və məhsullara çevirir. Demək olar ki, canlı hüceyrələrdəki bütün reaksiyalar fermentlərin kifayət qədər sürətli olmasını tələb edir. Fermentlər öz substratları üçün yüksək srçici olduqlarına və bir çox mümkün reaksiyalardan yalnız bir neçəsini sürətləndirdiklərinə görə, hüceyrədəki fermentlər dəsti həmin hüceyrədə hansı metobolik yolların olduğunu da özü müəyyən edir. Hər bir katalizator kimi, fermentlərdə reaksiyanın aktivləşmə enerjisini azaldaraq, bununla da reaksiya sürətini kəskin şəkildə artırır. Əksər fermentativ reaksiyalar kataliz iştirakı olmadan gedən müvafiq reaksiyalardan milyonlarla dəfə sürətlidir. Digər katalizatorlar kimi fermentlər də kataliz etdikləri reaksiya nəticəsində sərf edilmir və bu reaksiyaların tarazılığını dəyişdirmirlər. Lakin, əksər kataliztorlardan fərqli olaraq, fermentlər daha spesifikdir.

Xassələri

Fermentlərin quruluşu

Fermentlər zülal təbiətli üzvi maddələrdir. Onların tərkibində həm sadə, həm də mürəkkəb zülallara rast gəlinir. Tərkibində sadə zulal olan fermentləri hidroliz etdikdə, aminturşular alınır. Məsələn, pepsin, tripsin, ureaza, ribonukleaza və s. sadə zülallardan təşkil olunmuş fermentlərdir. Digər fermentlərin molekulunda zülal qrupundan başqa fermentativ (katalitik) fəaliyyəti həyata keçirən vacib qeyri-zülali hissələr də olur. Bu hissəyə kofaktor deyilir. Kofaktor adlanan bu hissə öz vəzifəsinə görə bir-birindən fərqlənir. Kofaktorlar yüksək temperatura çox davamlı olub, zülali hissə ilə kompleks əmələ gətirir. Zülali hissəyə apoferment deyilir. Apofermentlə kofaktorun birgə kompleksinə xoloferment deyilir. Apofermentlə kofaktor arasında yaranan birləşmə iki rabitə növündə birləşir. Birinci növ birləşmədə kofaktorlar zülali hissə ilə ayrılmırlar, yəni onlar kovalent rabitə ilə birləşirlər. Belə növ kofaktorlara prostatik qrup deyilir. İkinci növ kofaktorlar isə nisbətən sadə birləşmələr olub, koferment adlanır. Kofermentlər prostatik qruplardan fərqli olaraq zülali hissədən asanlıqla ayrıla bilir. Lakin fermentdən koferment hissəni ayırdıqda o, öz aktivliyini itirir. Yenidən apoferment məhluluna kofermenti daxil etdikdə ferment öz fəaliyyətini bərpa edir. Müəyyən edilmişdir ki, apoferment və koferment arasında kovalent rabitə fərqli olaraq hidrogen və elektrostatik cazibə qüvvələri mövcuddur. Onu qeyd etmək lazımdır ki, prostatik qrup ilə koferment arasında heç də o qədər fərq yoxdur. Çünki bir fermentdə prostatik qrup digər fermentdə koferment rolunu oynayır və ya əksinə. Məsələn, aminturşuların oksidazalarının kofermenti olan flavinadeninnukleotid (FAD) onun tərkibində asanlıqla dializ yolu ilə ayrılır. Toxuma tənəffüsü fermentlərinin tərkibində isə FAD apofermentlə kovalent əlaqəsi ilə birləşərək prostatik qrup rolunu oynayır. Aparılan tədqiqatlardan məlum olmuşdur ki, bir sıra suda həllolan vitaminlər koferment rolunu oynayır. Məsələn, B1 üzvi turşu mübadiləsində iştirak edən fermentin tərkibinə daxil olur. Turşulardan karbon qazı parçalayan karboksilaza fer- 87 mentinin tərkibinə tiaminin törəməsi tiamindifosfat daxildir. PP vitamini və ya nikotinamidin iki kofermenti məlumdur: nikotinamidadenindinukleotid (NAD) və nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADF). Riboflavin və ya B2 vitamininə daxil olan kofermentin də iki növü vardır: flavinmononukleotid (FMN) və flavindinukleotid (FDN) Hər iki qrup fermentlər oksidləşmə-reduksiya fermentləri olub, orqanizmdə enerjinin istifadə və kənar edilməsində iştirak edir. Bundan əlavə B6 (piridoksin), B12, C vitaminlərində fermentlərin tərkibinə daxil olan koferment rolunu oynayır. Vitamin qrupuna aid olmayan bəzi bioloji maddələr var ki, onlar da koferment kimi fermentlərin tərkibinə daxil olur. Məsələn, adenizintrifosfat turşusu (ATF), fosfosulfat, lipoy turşusu, uridinfosfat, sitidinfosfatid, fosfoadenizin kimi nukleozidlər, porfirin törəmələri, qlütatin və s. daxildir. Kofermentləri funksional əlamətlərinə görə aşağıdakı siniflərə bölmək olar: 1) Oksid-reduktoazaların kofermentləri NAD, NADF, FMN, FAD, lipoy turşusu, qlütation, ubixinon; 2) Transferazaların kofermenti: piridoksalfosfat (PALF), nükleozid fosfatlar, monosaxaridlərin fosfat efirləri, fol turşusu, kobaltamid; 3) Liazaların, izomerzaların və lipazaların kofermentləri: tiaminpirofosfat, biotin, qlütation, piridoksalfosfat, kobalamid; 4) Pantoten turşusunun kofermentləri. Bir sıra fermentlərin kofaktorunun tərkibinə metal kationu və turşu qalığı anionu da daxildir. Metal atomları bəzi halda prostatik qrup, bəzi halda koferment rolunu oynayır. Məsələn, askorbin turşusu (vitamin C) oksidləşdirən fermentin hər molekulunda səkkiz mis atomu olur. Sitoxromoksidaza və tirozinazanın tərkibinə mis kationu daxildir. Karboanhidraza sink kationu, sitoxromların, katalazanın və peroksidazanın, ferrodeksinin tərkibində Fe2+ və Fe3+ prostatik qruplar və kofermentlər kimyəvi reaksiyalarda aktiv iştirak edərək, elektronları ionların və müxtəlif radikalların (aminasetil, karboksil) bir substratdan başqa substrata keçirilməsində iştirak edir. Fermentlərin çoх olmasına baхmayaraq onların oхşar хassələri vardır. Onlar suda həll olurlar, temperaturun, mühitin aktiv turşuluğunun və nəmliyin təsirinə həssasdırlar. 30-500S temperaturda daha fəal olurlar. Nəmlik çoхaldıqca onların fəallığı artır.

Fermentlərin spesifik хassələri də vardır. Bir ferment yalnız bir maddəyə təsir edir, müəyyən aktiv turşuluqda daha yaхşı fəaliyyət göstərir. Məsələn, pepsin 1,5-2,5 pH mühitində daha yaxşı fəaliyyət göstərir. Fermentlər 2 əlamətə görə – təsir etdiyi substrata və ya katalitik təsir etdiyi reaksiyaya görə təsnifləşdirilir. Fermentin adı əksər hallarda onun təsir etdiyi maddənin adına "aza" şəkilçisi əlavə etməklə yazır. Məsələn, maltozanı parçalayan ferment maltaza, laktozanı parçalayan ferment laktaza və s. adlanır. Enzimologiya

Təsnifatı

Fermentlər altı sinifə, bunlar da öz növbəsində yarımsiniflərə, qruplara və müхtəlifliklərə bölünür:

• 1.Oksid-reduktazalar. Bu qrup canlı orqanizmlərdə gedən oksidləşdirici-bərpaedici reaksiyaları katalizə edir. 14 yarımsinifə bölünür ki, burada da 270-dən çoх ferment cəmlənmişdir.

Məsələn, peroksidaza, katalaza, dehidrogenaza və s.

• 2.Transferazalar üzvi maddələrin bir kimyəvi qrupunun bir molekulundan digər molekula keçməsini katalizə edir. Nəticədə yeni maddələr əmələ gəlir. Məsələn, metiltransferazalar,

amintransferazalar, fosfotransferazalar, qlükoziltransferazalar və s. Bu qrupa aid olan 240-dan çoх ferment məlumdur.

• 3.Hidrolazalar – mürəkkəb maddələrin su ilə birləşib parçalanması prosesini sürətləndirir. Məsələn, proteinaza, peptidaza, karbohidraza, fruktofuranozidaza (saхaraza), amilaza, sellülaza və s. cəmi 9 yarımsinifə aid 217-dən çoх ferment.
• 4.Liazalara üzvi maddələri susuz parçalayıb su, karbon qazı, ammiak və s. ayrılması reaksiyalarını sürətləndirən fermentlər aiddir. Məsələn, piruvatkarboksilaza, fumaratqidrataza,

fosfopiruvathidrataza və s. Bu qrupa aid olan 118-dən çoх ferment məlumdur.

• 5.Izomerazalar üzvi birləşmələri onların izomerlərinə çevrilməsini katalizə edən fermentlərdir. Məsələn, triozofosfatizomeraza, qlükozofosfatizomeraza və s., cəmi 47 ferment. Bu

fermentlərin maddələr mübadiləsində böyük əhəmiyyəti vardır.

• 6.Liqazalar və ya sintetazalar nisbətən sadə birləşmələrdən mürəkkəb birləşmələrin sintezini sürətləndirən fermentlərdir. Zülalların, yağların və karbohidratların sintezində 30-a qədər bu

qrupun fermentləri iştirak edir.

Çörəyin, turşudulmuş süd məhsullarının, pivə, şərab, çay, tütün, turşudulmuş meyvə-tərəvəzlərin istehsalı fermentativ proseslərlə başa çatdırılır.

Fermentlərin etimologiyası və fermentologiyanın inkişaf tarixi

fermentlərdən bəhs olunan elmə fermentologiya (enzimologiya) deyilir. XVIII əsrin əvvəllərində ətin mədə ifrazı ilə həzm olunduğu, tüpürcək və bəzi bitki ekstraktlarının nişastanı şəkərə çevirdiyi məlum idi. Lakin bunun hansı mexanizmlə baş verdiyi bilinmirdi. XIX əsrdə isə Lui Paster maya göbələyi tərəfindən şəkərin spirtə çivrilməsini (fermentasiyasını) araşdırarkən belə nəticəyə gəlmişdir ki, fermentasiya maya göbələyi hüceyrələrində olan sanki hər hansı bir canlı qüvvə tərəfindən baş verir. Onun sonradan "ferment" adlandırıldığı bu amillərin yalnız canlılarda mövcud olduğu düşünülürdü. L.Pasterə görə, fermentasiya hüceyrələrin ölümü və ya çürüməsi ilə deyil, maya hüceyrələrinin həyatı və təşkili ilə əlqəli bir prosesdir. 1878-ci ildə alman fizioloqu Vilhelm Kühne ilk dəfə "ferment" terminindən istifadə etmişdir. 1897-ci ildə Alman kimyçısı Eduard Büxner göstərmişdir ki, tərkibində canlı hüceyrələr olmayan maya ekstraktı şəkəri mayalandırmaq qabiliyyətinə malikdir. O, saxaroza şəkərinin fermentasiyasına səbəb olan fermenti "zimnaza" adlandırmışdır. E.Buzner 1907-ci ildə biokimya sahəsindəki tədqiqatlarına və heceyrəsiz fermentasiyanın kəşfinə görə kimya üzrə Nobel mükafatına layiq görülmüşdür. Onun nümunəsindən sonra fermentlər katalizə etdikləri reaksiyalara görə adlanırlar. Məsələn, laktaza laktozu parçalayan fermentdir, dezoksiribonuklein turşusu (DNT), polimeraza DNT polimerini yaradan fermentdir.