Что такое ферменты — какова их роль и классификация ферментов

8 сентября 2019

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

Верблюд

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

Ферменты — 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.

Fermentum

Первым это сделал в средине 20-х годов прошлого столетия американский ученый Д.Самнер, выделив кристаллы энзима, разлагающего мочевину – уреазу.

Лишь спустя десятилетия, пройдя длительный путь эволюции (что это?), 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 (что это такое?) 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.

Автор статьи: детский врач-хирург Ситченко Виктория Михайловна

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Десерт
* Нажимая на кнопку "Подписаться" Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Подборки по теме

Использую для заработка

Рубрика: Отвечаю на частые вопросы

Комментарии и отзывы


Текст Вашего сообщения:

* Нажимая на кнопку "Добавить комментарий" или "Подписаться" Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Подписаться на новые комментарии к этой статье