Ферменты

Модель ферментов

Ферменты - это белковые молекулы, являющиеся биологическими катализаторами. Они присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ (субстратов) в другие (продукты). Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, происходящих в живых организмах. Ферменты называют также энзимами (слово «ферменты» - латинского происхождения, «энзимы» - греческого). Термины «ферменты» и «энзимы» ученые употребляют как синонимы, наука о ферментах называется энзимологией. Каждый фермент обеспечивает одну или несколько реакций одного типа. Например, жиры в пищеварительном тракте, а также в клетке расщепляются специальным ферментом - липазой, который не действует на полисахариды и белки, фермент амилаза, расщепляющий крахмал или гликоген, не действует на жиры.

 

 

Каждая молекула фермента может осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций в минуту. Во время этих операций фермент не расходуется и не изменяется.

По химическому составу различают простые ферменты, состоящие только из аминокислот, и сложные ферменты, имеющие небелковая часть (например, витамины, ионы цинка, магния, железа).

Основной функцией фермента является ускорение скорости протекания реакций в сотни раз. Без ферментов процессы жизнедеятельности невозможны.

В процессе реакции, катализируемой, в контакт с субстратом вступает не вся молекула фермента, а определенная ее участок, называется активным центром.

Структура ферментов

Свойства ферментов

Основным свойством ферментов является их способность образовывать с помощью активного центра фермент-субстратный комплекс и ускорять ход реакции.

Но существуют и другие важные свойства ферментов:

- Ускоряя скорость реакции, они сами в этой реакции не расходуются;

- Ферменты являются високосиецифичнимы: один фермент может катализировать лишь одну реакцию или несколько реакций одного типа;

- Присутствие ферментов не влияет ни на свойства, ни на природу субстрата и конечного продукта (или продуктов) реакции;

- Очень малое количество фермента приводит преобразования больших количеств субстрата;

- Активность ферментов зависит от рН среды, температуры, давления, концентраций субстрата т.д.

Механизм действия ферментов

Существует две гипотезы, объясняющие, как действуют ферменты. Одна из них называется гипотезой «ключа и замка», а вторая - гипотезой «руки и перчатки».

Согласно первой, субстрат является «ключом», который точно подходит к «замка»-фермента. Важнейшей частью «замка» является активный центр. Именно с ним и соединяется субстрат, поскольку форма субстрата соответствует форме активного центра. Образуется фермент-субстратный комплекс. Это активирован состояние, которое ведет к образованию продуктов реакции. Продукты, образовавшиеся по форме уже не соответствуют активному центру. Они отделяются от него, после чего активный центр, освободившийся может принимать новые молекулы субстрата.

Согласно второй гипотезе, активный центр не четко подходит к субстрату. Субстрат вызывает определенные изменения в активном центре, и «перчатка» несколько меняется, будучи одетой на «руку». Использование ферментов в промышленности

Человек активно применяет ферменты в промышленности. Первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях было получено в 1981 году. Ферменты используются в пищевой и кондитерской промышленности, а также в текстильной промышленности для отбеливания и обработки пряжи и хлопчатобумажных нитей.

Энзимы

Ферменты можно использовать, не изымая их из живых организмов, непосредственно в бактериальных клетках. Этот способ является основой любого микробиологического производства.

Биохимики думали о том, как применять чистые препараты ферментов, чтобы избежать побочных реакций, сопутствующих жизнедеятельности микроорганизмов. Создание производств, в которых используются ферменты в чистом виде как реактивы, очень выгодны. Но есть принципиальное осложнения: многие ферменты после их изъятия из клетки очень быстро деактивируются, разрушаются.

Ученые нашли решение проблемы. Для того чтобы сделать ферменты устойчивыми, пригодными для многократного длительного промышленного использования, их с помощью прочных химических связей присоединяют к нерастворимых или растворимых носителей. В результате ферменты становятся устойчивыми.

Создание таких ферментов - заслуга инженерной энзимологии, одного из новых направлений биотехнологии. Сегодня с помощью методов инженерного энзимологии в промышленности получают, например, глюкозо-фруктозного сиропы, полусинтетические пенициллины, диетическое безлактозные молоко и т.д.