Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Ферменты

Ферменты (от лат. Ферментум — закваска) — это группа белков, которые выполняют функцию биологических катализаторов. Ферменты способны ускорять химические реакции более чем в 1011 раз. Обычно фермент состоит из двух частей: белковой и небелковой. В небелковую часть фермента могут входить различные витамины (от лат. Вита — жизнь), ионы металлов и другие соединения.

В клетках даже простейшего по строению одноклеточного организма содержится по крайней мере несколько сотен видов ферментов, каждый из которых катализирует определенную реакцию, воздействуя на конкретное вещество — субстрат.

В соответствии с тем, на какой именно субстрат влияет фермент, он получил свое название. Например, фермент, расщепляющий полисахарид амилозы к молекулам глюкозы, называют амилазой.

Ферменты — это биологические катализаторы, без участия которых не обходится ни один жизненный процесс. Ферменты только ускоряют ход реакций и во время реакции не расходуются. Биологический катализ отличается чрезвычайно высокой эффективностью и способностью ферментов четко выделять вещество, с которой он взаимодействует.

Биологический катализ

Для того чтобы понять сущность биологического катализа (от греч. Катализис — разрушение), ознакомьтесь с арабской притчей, которую рассказал королю Дании биохимик Кай Ульрик Линдерстрем-Ланг (1896-1959) во время вручения ему награды в 1941 году:

Умирал старый араб. Всем его богатством были 17 прекрасных белых верблюдов. Перед смертью мужчина собрал своих трех сыновей и объявил им завещание: «Мой старший сын, опора семьи, должен получить после моей смерти половину всех верблюдов. Среднему сыну я оставляю третью часть верблюдов, а младшему девятую часть стада».

Сказал так и умер. А братья, похоронив отца, начали делить стадо. Но 17 не делится ни на 2 ни на 3, ни на 9. Помог братьям старый мудрец, который ехал рядом. «Осуществить волю отца очень просто. — сказал он. Я дарю вам своего старого черного верблюда, а вы попробуйте поделить стадо».

У братьев стало 18 верблюдов. Старший сын получил половину стада — 9 средний получил треть 6. а младший получил девятую часть — двух верблюдов. Итого 9 + 6 + 2=17. Старый черный верблюд оказался лишним, и мудрец поехал на нем дальше.

Этот черный верблюд действовал как катализатор: он ускорил процесс, который без него был бы слишком сложным и длился бы очень долго, а сам остался без изменений.

Итак, катализ — это процесс ускорения химических реакций в тысячи и миллионы раз под влиянием определенных веществ, которые сами в процессе реакции не изменяются, эффективно действуя в мизерном количестве.

Основой жизнедеятельности каждого организма есть огромное количество взаимосвязанных химических реакций, течение которых происходит мгновенно. Эту удивительную скорость преобразований одних веществ в другие обеспечивают ферменты. Химические реакции, происходящие в клетках за считанные секунды, в обычных условиях продолжаются годами. Так, раствор сахарозы при комнатной температуре может в течение нескольких лет сохраняться без изменений, а после добавления фермента сахаразы этот олигосахарид разложится на молекулы глюкозы и фруктозы за несколько минут. Чтобы достичь подобного эффекта другим путем, нужно сильно нагреть раствор и добавить к нему хлорную или серную кислоту. В живой клетке это осуществить невозможно.

Принцип действия ферментов

В чем же заключаются механизмы каталитического действия ферментов? Каким образом они ускоряют химические реакции без повышения температуры и получения энергии извне? В молекуле фермента содержатся особо активные аминокислоты, которые располагаются рядом и образуют активный центр. Этот центр способен быстро взаимодействовать только с определенным субстратом. При этом субстрат подходит к активному центру фермента «как ключ к замку», а потому протекание реакции субстрата с активным центром мгновенное.

В результате реакции возникает фермент-субстратный комплекс, который потом легко распадается, образуя новые продукты. Образовавшиеся вещества отделяются от фермента, который восстанавливает свою структуру и становится способным вновь осуществлять ту же реакцию. Итак, за секунду фермент реагирует с миллионами молекул субстрата и при этом сам не разрушается. Дальнейшее преобразование вещества, образовавшегося в результате ферментативной реакции, осуществляет второй фермент, далее — третий и так далее. В клетках содержатся тысячи различных ферментов. Они контролируют ход тысяч химических реакций, которые являются основой всех жизненных процессов: роста, дыхания, мышечного сокращения, нервного импульса, пищеварения.

Ферменты ускоряют реакции даже при очень низкой концентрации вещества в клетке, что чрезвычайно важно, особенно в тех случаях, когда с помощью ферментов организм избавляется от вредных веществ. Например, фермент каталаза, расщепляющий молекулы опасного для организма вещества пероксида водорода (H2O2) на воду (Н2O) и кислород (О2), за одну секунду разрушает столько молекул, сколько в обычных условиях разрушаются в течение 300 лет.

Условия работы ферментов

Действие фермента является наиболее эффективной при температуре около 40°С и определенных значениях рН среды. Повышение температуры относительно оптимальной даже до 50°С уже приводит к разрушению активного центра фермента, при этом он навсегда теряет возможность выполнять свои функции. Это обусловлено тем, что нарушение третичной структуры белка необратимое, а потому после охлаждения молекула фермента не восстанавливает свою структуру. Даже непродолжительное воздействие высокой температуры убивает живые организмы.

Однако существуют организмы, ферменты которых приспособились к высоким температурам. Например, в Африке в горячих источниках с температурой воды около 60°С живет рачек Термосбена Удивительная, а некоторые виды бактерий выживают даже при  температуре более 70 ° С.

Разрушение структуры фермента могут вызвать ядовитые вещества, попадающих в организм даже в незначительной концентрации. Эти вещества реагируют с активным центром фермента и разрушают его структуру. Одним из самых сильных ядов является синильная кислота, которая блокирует работу дыхательного фермент цитохромоксидазы. Поэтому даже незначительное количество цианида, как еще называют этот яд, попав в организм, вызывает смерть от удушья.

В свою очередь, ферменты также могут быть ядами. В частности, яд змей — это не что иное, как смесь ферментов, которые в результате укуса змеи попадают в кровеносную систему и начинают разрушать вещества, из которых состоят клетки и ткани организма.

Будьте первым, кто оставит комментарий!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *