Ферменты

Ферменты (латин. fermentum – «бродило», «закваска»)- энзимы (Е) (греч. en – в, внутри, zyme – дрожжи, т.е. «в дрожжах») – специфические белки, присутствующие во всех живых клетках и обеспечивающие биокатализ (изменение скорости химических реакций)

История

Ещѐ в начале XIX века было известно- мясо переваривается желудочным соком, а слюна превращает крахмал в сахар. Однако механизм этих явлений был неизвестен. История биохимии –в значительной степени история ферментов.

XVIIIв- Р. Реомюр (француз) - механизм переваривания пищи в желудке хищных птиц.

1814 г. - К.С. Киргофф - проросший ячмень способен превращать полисахарид крахмал в дисахарид мальтозу, а экстракт дрожжей расщепляет свекловичный сахар на моносахариды – глюкозу и фруктозу.

1836-Т. Шванн (немец) открыл в желудочном соке фермент пепсин (греч. pepto – «варю»)

1897-Э. Бухнеру - ферменты, полученные в виде экстракта из живых клеток, катализируют спиртовое брожение (основные метаболические процессы, связанные с производством энергии, могут функционировать вне клетки)

Дж. Самнер- первый фермент в чистом кристаллическом виде- уреаза (разрушающий мочевину)

1936- Д. Нортроп получил кристаллы пепсина, трипсина и химотрипсина

Свойства

Как белков

• Высокая молекулярная масса

• Образуют коллоидные растворы

• Имеют сложную структурную организацию (первичную, вторичную, третичную и, нек, четвертичную)

• Состоят из остатков аминокислот, соединѐнных пептидными связями

• Не способны к диализу через полупроницаемые мембраны

• Чувствительны к действию температуры

• Термолабильны

• Обладают высокой вязкостью, оптическими свойствами

• Могут обратимо и необратимо осаждаться

Как катализаторов

• Катализируют только термодинамически возможные реакции

• Не потребляются в ходе реакции и не входят в состав конечных продуктов

• В случае обратимости реакции ускоряют и прямую и обратную реакции

• Ведут реакцию «в обход энергетического барьера»

• Чувствительны к изменению параметров проведения реакции (температуре, рН, С катализатора и реагир. в-в)

• Чувствительны к действию эффекторов – активаторов и ингибиторов

Собственные свойства

• Высокая биологическая активность

• Ферментная специфичность -действия

-субстратная

• Наличие механизмов регуляции активности

-обладают высокой каталитической активностью по сравнению с минеральными катализаторами

Пример: реакцию разложения пероксида водорода платиновая чернь ускоряет в 2×104 раза, снижая энергию активации с 18 до 12 ккал/моль, а в присутствии каталазы - возрастает в 2×1011 раза с энергией активации 2 ккал/моль. Высокая биологическая активность определяется белковой природой и строением активного центра

Классификация

1. по химическому строению:

• алифатические (липоевая кислота);

• ароматические (коэнзим Q – убихинон);

• гетероциклические (тиаминпирофосфат, биотин-кофермент, пи-ридоксальфосфат);

• нуклеотидные (ФМН и ФАД, НАД и НАДФ, КоА, АТФ, ЦТФ, УТФ, УДФГК, ФАФС).

2. по функциям:

• переносчики электронов и протонов (липоевая кислота, ФМН, ФАД, НАД, НАДФ, коэнзим Q);

• переносчики групп (ТПФ, ПФ, ТГФК, КоА, биотин-кофермент);

• коферменты синтеза и изомеризации (АТФ, биотин-кофермент, коферментные формы В12, КоА).

3. по механизму действия:

• с высоким потенциалом переноса энергии (переносчики энергии – АТФ);

• коферменты, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях (липоевая кислота, коэнзим Q, ФМН, ФАД, НАД, НАДФ);

• коферменты, формирующие активный центр фермента (все ви-таминсодержащие коферменты).

4. по скорости синтеза

• Конститутивные (синтезиртся клетками с постоянной скоростью и постоянно присутствующие в клетках

• Индуцируемые (адаптивные) (скорость биосинтеза и количество которых изменяется в зависимости от функционального состояния организма, характера питания, условий внешней среды)

Онтогенез: отмечается разнообразие возрастных изменений индукции ферментов. Разные периоды индукции определяют необходимость синтеза определенных ферментов. Фактор, меняющий метаболизм детского организма- изменение условий питания (характер пищи). Например, на рационе, содержащем много белка в пище, наблюдается увеличение активности ферментов, синтезирующих мочевину и превращение аминокислот.