Введение в энзимологию. Классификация и номенклатура ферментов.

Предмет и задачи энзимологии.

История изучения ферментов.

Общие свойства ферментов.

Единицы активности ферментов Современная международная номенклатура ЕС – enzyme code.

Значение и недостатки единой системы номенклатуры.

Классификация ферментов, подклассы и подподклассы.

Энзимология, или ферментология, является наукой об энзимах (иначе ферментах) – биологических катализаторах белковой природы, образуемых любой живой клеткой и обладающих способностью активировать различные химические соединения. Слово «энзим» происходит от древрегреческого «эн зюме», что значит в дрожжах. Термины «фермент» (fermentum), «ферментация» (fermentation) происходят от лат. fervere - вскипать или ferveo - пениться и отражают наблюдаемый процесс пенообразования при спиртовом брожении. Термины уходят своими корнями в алхимию.

Ещё на заре цивилизации человек сталкивался с различными ферментативными процессами и использовал их в своей практической деятельности (спиртовое и молочнокислое брожение, применение сычуга при приготовлении сыров, применение заквасок при изготовлении хлеба). В настоящее время многие отрасли промышленности – хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство спирта, сыроделие, производство органических кислот, чая, витаминов, антибиотиков – основаны на использовании различных ферментативных процессов. Ферментные препараты широко применяются в медицине и сельском хозяйстве.

Ферменты, безусловно, самые распространенные, доступные и самые активные катализаторы. Весь окружающий нас биологический мир насыщен ферментами. Развитие биотехнологии и генетической инженерии сделало возможным получение и производство ферментов с новыми свойствами в неограниченных количествах. Усилия ученых по изучению структуры белков, их активных центров, исследование кинетики реакций с участием ферментов привели к тому, что молекулярная картина действия многих ферментов стала понятной. Изучение механизма действия катализатора подразумевает исследование лабильных промежуточных соединений субстрата с компонентами активного центра, их кинетическую и структурную идентификацию. Процессы, происходящие в активном центре фермента при eгo взаимодействии с субстратом, представляют собой молекулярно-программированные, организованные многостадийные последовательные процессы. При этом ферменты используют образование слабых, но быстро возникающих связей (электростатических, водородных, гидрофобных) для реализации структур, позволяющих в наибольшей степени снизить свободную энергию активации на лимитирующей стадии процесса и в результате ускорить химическую реакцию в 10¹⁰ - 10²⁰ раз.

Эти общие и простые соображения - продукт длительной эволюции области, которую называют энзимологией. Задачами энзимологии являются:

1. изучение структуры и механизмов действия биологических катализаторов,

2. разработка методов получения ферментов с новыми свойствами,

3. развитие многочисленных областей применения ферментов.

Энзимология проникает во все области современной химической науки, активно используя методы и подходы различных областей химии. Физическая химия и, в частности, химическая кинетика являются основой изучения механизмов ферментативных реакций. Белок как макромолекула - предмет исследования химии полимеров. Использование ферментов для тонкого органического и энантиоселективного синтеза - вклад энзимологии в органическую химию. На основе ферментов созданы современные, широко применяемые аналитические методы, такие как иммуноферментный анализ и биосенсоры. Очевидно, что мицеллярная энзимология представляет интерес как для коллоидной химии, так и для белкового катализа. Явление биоэлектрокатализа объединяет энзимологию и электрохимию.

Во многих областях современной химии ферменты находят место либо как объект исследования, либо как инструмент для осуществления тех или иных процессов.