Fermentai: medicinos ir odontologijos biochemijos kursas

Paprastieji fermentai

Tai baltyminiai fermentai, sudaryti iš aminorūgščių. Aktyvajame centre vyksta fermentinė reakcija.

Paprastiesiems fermentams priskiriami ir alosteriniai fermentai, kurie be aktyviojo centro, sudaryto iš aminorūgščių, turi reguliacinį centrą – tai fermento dalis, kuriose jungiasi alosteriniai efektoriai – fermento aktyvumą reguliuojantys junginiai.

Sudėtiniai fermentai

Fermentai, sudaryti iš baltyminės ir nebaltyminės dalių.

Baltyminė dalis – apofermentas, sudarytas iš aminorūgščių.

Prie apofermento prisijungia nebaltyminė dalis, bendru atveju vadinama kofaktoriumi. Susidaręs baltyminės ir nebaltyminės dalies junginys vadinamas holofermentu.

Kofaktorius – tai nebaltyminė sudėtinio fermento dalis, tačiau jos prigimtis nulems tai, kaip ji bus vadinama:

1. Kofaktorius – neorganinė molekulė.


2. Kofermentas – organinė molekulė.

• Prostetinė grupė – organinė molekulė, kovalentiniu ryšiu sujungta su apofermentu.

Fermentų aktyvumo vienetai

Fermentai katalizuoja reakcijas labai mažais kiekiais, todėl įvertinti, kiek fermento reikia fermentinei reakcijai įvykti, yra labai sudėtinga. Fermentų aktyvumas gali būti išreikštas tarptautiniais vienetais (TV), katalais ir molekuliniu aktyvumu.

TV – tai fermento kiekis, kuris optimaliomis sąlygomis vieną mikromolį substrato paverčia produktu per vieną minutę (μmol/min)

Katalas – tai fermento kiekis, kuris optimaliomis sąlygomis vieną molį substrato paverčia produktu per vieną sekundę (mol/s).

Molekulinis aktyvumas parodo, kiek molių substrato per 1 minutę paverčia produktu 1 molis fermento.

Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo aplinkos veiksnių

Tai ne fermento aktyvumo reguliavimas, o fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo aplinkos veiksnių. Fermentinės reakcijos greitis priklauso nuo įvairių faktorių:

• - Substrato koncentracijos.


• - Temperatūros.


• - Vandenilio jonų koncentracijos.


• - Įvairių aktyvatorių ar slopiklių.

1. Substrato koncentracija

Vaizduoja hiperbolės pavidalo kreivė, kuri rodo, kad:

Reakcijos greitis didėja, didėjant substrato koncentracijai – tol, kol pasiekiama tokia substrato koncentracija, kai visos fermento molekulės prisotinamos substratu – kai susidaro pilnai ES kompleksas.

Tada reakcija vyksta greičiausiai – pasiekiamas beveik nuo substrato nepriklausantis maksimalus greitis (Vmax), toliau didinant substrato koncentraciją, greitis nebedidės.

Kai pusė fermento molekulių įsotinama substratu, reakcijos greitis būna lygus pusei maksimalaus.

Ta substrato koncentracija, kuriai esant reakcijos greitis siekia pusę maksimalaus greičio vadinama Michaelio koncentracija arba Michaelio konstanta (KM). Ji yra lygi substrato koncentracijai, kai greitis lygus pusei maksimalaus greičio.

Michaelio konstanta nurodo fermento giminingumą substratui (fermento sugebėjimą prijungti substratą). Kuo KM yra mažesnė, tuo fermentas yra giminingesnis substratui – nes tuo greičiau yra pasiekiama pusė maksimalaus greičio.

2. Temperatūra

Žemoje temperatūroje fermentinės reakcijos vyksta lėtai:

Substratas lėtai difunduoja link aktyviojo centro – fermente esančių katalizinių grupių aktyvumas yra mažas.

Pakėlus temperatūrą kiekvienu dešimčia laipsnių, reakcija pagreitėja 2-3 kartus – ši taisyklė galioja:

- gyvuliniams fermentams temperatūrose iki 40-50 laipsnių;

- augaliniams fermentams iki 60 laipsnių.

Žmogaus organizme optimali temperatūra yra 37oC.

Optimali temperatūra – temperatūra, kuriai esant reakcijos greitis yra maksimalus.

Fermentinės reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros rodo elipsės pavidalo kreivė. Žemesnėse temperatūrose, substratai lėtai difunduoja link fermento aktyvaus centro ir yra mažas katalizinių grupių aktyvumas (fermento).

Aukštesnėse temperatūrose matomas aiškus reakcijos greičio kritimas – fermentai denatūruoja ir praranda savo aktyvumą.

3. Terpės pH

Pakitus aplinkos pH, keičiasi fermento, substrato ir net fermento-substrato komplekso jonizacija. Tai, kokie dideli yra pH pokyčiai, lemia fermentinės reakcijos greičio kitimus dėl denatūracijos:

• - Nedideli pokyčiai sukelia nedidelę denatūraciją.


• - Dideli pokyčiai gali būti ir negrįžtami.

Priklausomybę nuo pH rodo elipsės, simetriškos į abi puses nuo optimalios pH, pavidalo kreivės.

Optimali pH vertė – tas pH, prie kurio reakcijos greitis yra maksimalus.

Dauguma ląstelinių fermentų aktyviausi pH 6,5 – 7,5. Kuo labiau terpės pH skiriasi nuo optimalaus (nesvarbu, į kurią pusę), tuo labiau fermentas denatūruoja.

Neląstelinių fermentų pH yra labai skirtingas – pepsinui – optimalus pH=1,5; šarminei fosfatazei optimalus pH=10.

4. Efektoriai: aktyvikliai ir slopikliai

Slopikliais (inhibitoriais) vadinamos medžiagos, kurios lėtina fermentinės reakcijos greitį. Inhibitoriai (slopikliai) su fermentu sudaro kompleksą fermentas-inhibitorius (EI). Remiantis EI patvarumu, fermento slopinimas gali būti grįžtamas (EI nepatvarus) ir negrįžtamas (EI patvarus).

Grįžtamas slopinimas pagal jį sukeliančio inhibitoriaus prisijungimo vietą skiriamas į:

1. Konkurencinį – inhibitorius jungiasi prie aktyvacijos centro toje vietoje, kur jungiasi substratas. Konkuruoja su substratu dėl aktyviojo centro.

2. Nekonkurencinį – inhibitorius jungiasi ne prie aktyviojo centro, o prie reguliacinio centro. Yra tikimybė, kad susidarys produktas, nes inhibitorius jungiasi reguliaciniame centre.

3. Mišrų – prisijungus inhibitoriui kinta aktyviojo centro erdvinė struktūra.

4. Bekonkurencinį – inhibitorius reaguoja tik su fermento-substrato kompleksu ES, o nereaguoja su laisvu fermentu E.

Alosterinė reguliacija

Būdinga fermentams, kurie turi du centrus:

1) Aktyvųjį centrą – skirtas prisijungti substratui ir vykdyti katalizinėms reakcijoms.

2) Reguliacinį centrą – skirtas fermento aktyvumo reguliavimui, kuriame jungiasi medžiagos, vadinamos efektoriais arba moduliatoriais, kurios gali keisti fermentų aktyvumą.

Šie centrai būna nutolę vienas nuo kito.

Priklausomai nuo junginio, kuris jungiasi prie reguliacinio centro, efektoriai skiriami į:

Teigiami moduliatoriai – junginiai, kurie didina fermento aktyvumą. Dažniausiai tai substratas – jei substrato daug, tai fermentas, katalizuojantis substrato katalizę, bus reguliuojamas substrato kiekiu.

Neigiami moduliatoriai – junginiai, kurie slopina fermento aktyvumą. Tai dažniausiai produktas – jei yra pakankamai produkto, tai sintezės/skilimo procesai bus slopinami.