Все о ферментах

 

  Что такое ферменты – какова их роль и классификация ферментов.

 

  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 °C), характерных для определенного живого организма, реакции биохимических процессов протекают с очень большой скоростью. При этом сам фермент в этих процессах остается неизменным.

 

  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.

 

  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.

 

  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, 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 витаминов.

 

  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 °C) увеличивается вдвое при каждом повышении температуры на 10 °C. 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, часто не связанные с типом катализируемых реакций. Лишь в середине прошлого столетия была разработана и предложена систематическая  номенклатура и классификация ферментов на 6 главных классов.

 

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

 

  Ферменты, входящие в класс оксидоредуктазы, катализируют различные окислительно-восстановительные реакции.

 

  Энзимы класса трансферазы ускоряют процессы переноса большинства функциональных кислотных группировок.

 

  Принадлежность к классу гидролазы характеризуется способностью расщепления веществ, состоящих из атомов различных химических соединений посредством обязательного наличия воды.

 

  Катализаторы группы лиазы расщепляют вещества без наличия жидкости, участвуют в процессах разрыва или присоединения веществ с кратными связями.

 

  Ферменты, относящиеся к группе изомеразы, обладают способностью превращения одних веществ в другие.

 

  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.