Что такое ферменты — определение, виды, свойства и значимость ферментов

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Ферменты (или энзимы) относятся к особому глобулярному классу белков, выполняющих функции биологических катализаторов.

Все биологические и химические процессы в клетках, благодаря ферментам, происходят при огромной скорости реакций. При этом сам фермент в этих процессах остается неизменным.

Определение термина ферменты — что это

Прежде чем приступить к лекции по теме ферментов, преподаватель одного из ВУЗов предложил студентам, для большего восприятия, послушать небольшую старинную притчу.

Перед смертью арабский старец разделил стадо из 17 верблюдов с чудесной белой шерстью на части, и в качестве наследства распределил между сыновьями. Старшему из сыновей завещал половину стада, средний — получал треть стада, младший сын получил – девятую часть.

После смерти отца перед сыновьями возникла проблема, как же разделить это количество верблюдов согласно завещанию, ведь число 17 нельзя поделить на 2 части, 3, либо 9 частей.

В это время по пустыне шел нищий, но мудрый монах (дервиш), ведя на поводке старого, черного, тощего верблюда. Заметив грустных братьев, поинтересовался чем те озабочены. И когда братья рассказали о полученном наследстве, которое не могут поделить, дервиш решил подарить им своего старого верблюда.

Когда верблюдов стало 18, их легко разделили. Старшему досталось – 9, средний получил – 6, а младший – 2. Черный верблюд дервиша остался лишним, и братья вернули его хозяину.

В этом случае роль ферментативного катализатора сыграл черный верблюд, но остался в прежнем статусе – собственностью дервиша.

Ферменты, либо энзимы, это молекулы белка, синтезируемые клетками организма. В составе каждой клетки имеется более сотни разновидностей энзимов.
При их помощи, в различных показателях температуры (5-40 градусов), характерных для определенного живого организма, реакции биохимических процессов протекают с очень большой скоростью.

Чтобы эти же процессы протекали не в живом организме, понадобились бы иные условия и критически высокая температура. Наши клетки бы в таких условиях погибли, так как для обеспечения их жизнедеятельности недопустимы какие-либо изменения в условиях их физиологического существования.

Благодаря своим свойствам ферменты получили статус биокатализаторов, веществ, ускоряющих процессы биохимических реакций в клетках, без которых они протекали бы в сотни, а то и в миллионы раз медленней.

Особенности и свойства ферментов

Сам термин «fermentum» означает – закваска. Его предложил голландский ученый В.Гельмонд еще в 17 веке.

Почти все белки в клетках, за исключением небольших фракций, являются энзимами, но это выявилось не сразу. Чтобы белковая «родословная» ферментов была признана на основе доказательной базы, необходимо было выделить их кристаллическую форму.

Лишь спустя десятилетия, пройдя длительный путь эволюции , удалось получить несколько разновидностей кристаллических ферментов и доказать их белковую природу.

Какими же свойствами обладают ферменты?

Несмотря на их огромное разнообразие, все ферменты на основании строения молекулярной кристаллической решетки разделяют на группы простых и сложных белков.

В основе сложной формы энзимов, кроме белковой фракции, присутствует так называемый кофактор, в виде добавочной небелковой группы происхождения, к примеру – различные варианты витамин.

В молекулярном составе простых белков (однокомпонентных) выделяется особая молекулярная часть энзимов, называемая активным центром. Он обеспечивает специфичность и каталитическую функцию фермента, благодаря уникальному сочетанию аминокислотных остатков.

Вступая в контакт с субстратом, реакция образует своеобразный комплекс с последующим его распадом на энзимы и вещества, образуемые после процессов реакции. По пространственной конфигурации субстрата и активного ферментативного центра они имеют точное соответствие, подобно тому как ключ подходит к отверстию в замке.

Наиболее эффективная активность ферментов, как, впрочем, и всех белков, отмечается лишь в нормальных естественных условиях и зависит от конкретных обстоятельств.

1. Температуры — многие из ферментов проявляют активность лишь при определенных температурных показателях. К примеру, каталитическая активность (при среднем значении повышенной температуры до 50 С) увеличивается вдвое при каждом повышении температуры на 10 С. Но если температура превысит среднестатистическое значение, молекулярная структура белка нарушается и активность ферментативных реакций снижается.
2. Определенного значения водородного показателя (рН), который индивидуален для каждого энзима и обеспечивает развитие его максимальной активности.
3. Концентрации. Зависимости ферментативной реакции от количественной концентрации фермента и субстрата.
4. Специфичности. Все энзимы специфичны к своему конкретному субстрату и катализируют, как правило, лишь одну определенную реакцию.

Именно ферментативная специфичность и тип катализирующей реакции лежат в основе классификации ферментов.

Классификация ферментов

Изначально многие ферменты носили упрощенные названия, не связанные часто с типом катализируемых реакций. Лишь в середине прошлого столетия была разработана и предложена систематическая номенклатура и классификация ферментов на шесть главных классов.

Почти 3000 ферментов были распределены с учетом реакционной и субстратной составляющей и принципа катализирующего действия.

1. Ферменты, входящие в класс оксидоредуктазы, катализируют различные окислительно-восстановительные реакции.
2. Энзимы класса трансферазы ускоряют процессы переноса большинства функциональных кислотных группировок.
3. Принадлежность к классу гидролазы характеризуется способностью расщепления веществ, состоящих из атомов различных химических соединений посредством обязательного наличия воды.
4. Катализаторы группы лиазы расщепляют вещества без наличия жидкости, участвуют в процессах разрыва или присоединения веществ с кратными связями.
5. Ферменты, относящиеся к группе изомеразы, обладают способностью превращения одних веществ в другие.
6. Белковые фракции лигазы способны ускорять синтез различных сложных веществ (неорганических и органических групп) из простых веществ.

Для удобства пользования длинные названия ферментов заменили на более короткое рабочее обозначение, с опознавательным окончанием – аза, включающее название субстрата и тип ускоряемой реакции. Всем ферментам был присвоен классификационный шифр – КФ, включающий 4 цифры.

Первая – обозначает принадлежность к классу. Две последующих определяют тип подкласса и подподкласса. Последняя – порядковый номер элемента в определенном подклассе (к примеру, дегидрогеназа – КФ 1.3 99.3).

Практическая значимость энзимов

Практическую значимость ферментов трудно переоценить. Они применяются практически везде.

Используются для изготовления колбас, консервов, сыров и копченостей. Применяются для обработки зерновых культур и приготовления кормов. В кожевенной промышленности смягчают кожу. Являются составляющим компонентом чистящих средств, участвуют в огромном количестве химических процессов в различных производственных областях.

В медицине служат своеобразным диагностическим маркером развития патологических процессов – дисбаланс и признаки активности энзимов способствуют распознаванию природы различных заболеваний в организме.

Существование всего живого на земле обеспечивают процессы биохимических реакций с участием ферментативного катализа. Ферменты по праву считают основным источником здоровья и жизни любых живых организмов.