Что такое ферменты?
Всем нам знакомо, как поспевает тесто – оно расширяется, лопаются пузырьки газа, тесто убегает из посудины. Мы наблюдаем процесс брожения – действие ферментов!
А вот ещё, когда мы режем яблоко, а потом оно темнеет – это действие фермента полифенолоксидазы.
Он является катализатором или просто ускоряет окисление сложных органических веществ – полифенолов, находящихся в клетках яблока.
(полифенолы – это сложные химические соединения, представляющие собой вещества с бензольными кольцами, соединённые с гидроксильной группой OH).
Или ещё пример, когда рану на коже смочить перекисью водорода (Н2О2), то можно заметить, что она вскипает – происходит очень интенсивное выделение атомарного кислорода:
2Н2О2→ 2Н2О+O2
Распад перекиси водорода происходит потому, что в нашей крови содержится фермент каталаза, расщепляющий её на воду и кислород. Фермент каталаза необходим нашему организму, так как способствует расщеплению перекиси водорода, образующегося при дыхании клеток.
Действительно, ферменты – очень важные и нужные вещества. Самые различные их виды содержаться в желудочном соке: одни ферменты расщепляют большие молекулы жиров, другие – распределяют остатки этих молекул, третьи – формируют клетки нашего организма, и т.д.
В нашем организме существуют ферменты фосфотазы, основной функцией которых является гидролиз и расщепление молекул эфиров фосфорной кислоты. Такие ферменты позволяют усваивать нашему организму энергетически необходимые продукты питания – углеводы!
Все живые организмы на Земле живут благодаря катализу ферментов. На сегодняшний день существует более 2000 различных ферментов. В своих названиях ферменты используют окончание «аза», а первая часть слова в названии – это вещество, которое подвержено действию этого фермента. По названию можно судить о времени его открытия, так очень давно открытые ферменты – не имеют таких правил построения своего названия.
Свойства ферментов
Хотя ферменты можно называть катализаторами, но всё же, они сильно отличаются.
1. Большинство молекул ферментов сохраняют свои каталитические свойства при температуре около 40 °С, а при 70 °С их полностью теряют, тогда как катализаторы работают при температурах от 200 до 500 °С.
2. Кислотность среды, в которой существует большинство ферментов – это pH около 7.4, то есть нейтральная среда. Именно такая среда сохраняется в нашей крови. Её изменение на 0,4 в «+» или в «-» плачевно сказывается на нашем организме и является следствием нарушения работы ферментов. Некоторые из ферментов, например, пепсин, действует при pH около 2…3 , что обеспечивается желудочным соком (соляной кислотой).
3. Ферменты могут в миллиарды раз ускорять химические реакции (в 1015 раз), при этом некоторые реакции без них вообще не проходят. Примером может послужить то, что фермент алкогольдегидрогеназа (1 молекула) способна за 1 с переработать 720 молекул этилового спирта и превратить его в уксусный альдегид при комнатной температуре. Если же взять 1 молекулу медного катализатора, то он может справиться за такое же время только с 1 молем спирта и при 200 °С.
4. Важно ещё и то, что в отличии о многих катализаторов действия ферментов не зависит от каких-либо других ферментов! Ферменты могут влиять на молекулы одних сложных веществ, но совершенно никак не влиять на их изомеры (те же молекулы, но с другим пространственным расположением связей). Именно это позволяет различить разные молекулы, имеющие одну химическую формулу (один состав).
Действие ферментов
Ещё в 19 веке были представлены обществу различные препараты, содержащие ферменты. Ещё тогда учёных заинтересовало, как работает фермент и почему он проявляет такие избирательные уникальные свойства при химических реакциях.
В конце 19 века немецкий учёный химик Эмиль Герман Фишер начал изучать, как работают ферменты. Он пришёл к выводу, что для каждого вещества существует свой "ключ", который позволяет в химических реакциях получать из этого вещества только те продукты реакции, которые требуются и снизить к минимуму, появление побочных продуктов.
Но такая модель работы ферментов не объясняла причину, почему сам фермент в процессе реакции превращается в другое вещество, то есть сам вступает в реакцию. На эту теорию есть несколько уточнений. Первое уточнение заключается в том, что фермент способен подстраиваться под реакционную среду и вещество, вступающее в реакцию. При этом происходит ослабление собственных внутримолекулярных связей фермента, что ведёт к появлению высокой реакционной способности фермента. Другое уточнение заключается в том, что частица вещества на ферменте изменяет его поверхностные свойства, а следовательно и форму гибкой белковой молекулы фермента. Деформация молекулы ведёт к сближению реагирующих друг с другом, а находящиеся в ферменте вещества катализируют реакцию. На самом же деле изменяется форма и реагентов и ферментов, но их сближение и взаимная деформация относительно друг-друга позволяет катализировать реакцию.
Перейти на английский