Глава 6. Ферменты – основа жизни
Ферменты представляют собой соединения белковой природы, которые в живом организме выполняют функции катализаторов, т. е. ускоряют реакции, протекающие в организме на различных уровнях организации. Особенностью ферментов является высокая специфичность их действия, чем и обусловлено огромное количество ферментов в организме человека. Первый ферментный препарат в 1814 г. получил К. С. Кирхгоф. Данный препарат представлял собой экстракт из проростков ячменя и осуществлял каталитическое превращение крахмала в сахарозу.
На съезде членов Международного союза биохимии и молекулярной биологии была предложена классификация, в основу которой положено представление о типах катализируемых реакций. Согласно данной классификации выделяют 6 классов ферментов:
1. Оксидоредуктазы – ферменты, осуществляющие каталитическое влияние на реакции окисления и восстановления (катал аза).
2. Трансферазы – ферменты, осуществляющие каталитический перенос химических групп с одной молекулы на другую (аминотрансферазы).
3. Гидролазы – ферменты, осуществляющие каталитический гидролиз химических связей (липаза, пептидаза).
4. Лиазы – ферменты, осуществляющие каталитический разрыв химических связей без гидролиза.
5. Изомеразы – ферменты, осуществляющие каталитическую перестройку (структурную и пространственную) молекул субстрата.
6. Лигазы – ферменты, осуществляющие каталитическое образование химических связей между несколькими молекулами субстрата за счет гидролиза молекул АТФ (РНК-полимераза).
О наличии того или иного фермента в каком-либо органе судят по его активности в данном органе. В качестве единицы активности рассматривается такое количество фермента, которое в течение одной минуты осуществляет каталитическое превращение определенного количества субстрата.
На функционирование ферментов в организме человека влияет ряд факторов, среди которых выделяются: температура среды, в которой действует данный фермент (для значительного числа всех ферментов оптимальная температура должна быть в пределах 36–39 °C); реакция среды, в которой действует фермент (для большинства ферментов оптимальной является нейтральная реакция среды, но имеются ферменты, функционирование которых осуществляется в кислой либо щелочной среде); активаторы ферментов (к ним относятся субстраты, компоненты среды, в которой находятся данные ферменты); ингибиторы ферментов (среди них выделяют вещества, действующие необратимо, т. е. после удаления ингибитора фермент не сможет функционировать: ионы тяжелых металлов – меди, кадмия, свинца); вещества, осуществляющие обратимое ингибирование, т. е. после удаления ингибитора фермент может нормально функционировать.
Существует такое понятие, как изоферменты. Изоферменты – это разновидности ферментов, которые катализируют одну и ту же реакцию в разных тканях, но они отличаются первичной структурой молекул, молекулярной массой.
Среди ферментов выделяют мультиферменты. Мультиферменты – это группа, состоящая из нескольких различных ферментов, которые в клетке находятся очень близко друг к другу и катализируют цепь реакций, где продукт действия первого фермента становится субстратом для второго фермента и т. д.
Также имеет место понятие о проферментах. Проферменты – это ферменты, находящиеся в секреторных клетках в неактивном состоянии. Процесс перехода ферментов в активное состояние осуществляется после их выделения из секреторных клеток.
Ферменты нашли широкое применение в промышленности. Амилаза плесени используется в пивоваренной промышленности, протеазы некоторых бактерий используются в кожевенном производстве. Ферменты применяются и в медицине для энзимодиагностики, т. е. диагностирования того или иного заболевания с помощью ферментов, и для энзимотерапии, т. е. для лечения заболеваний с помощью ферментов.
