Ферменты — биологические катализаторы
🌿 Биология · 10 класс
Ферменты — биологические катализаторы
Ферменты (энзимы) — биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие химические реакции в клетке в миллионы раз, не расходуясь и не входя в конечные продукты. Без ферментов реакции обмена веществ при температуре тела шли бы слишком медленно для поддержания жизни.
Строение и активный центр
Большинство ферментов — глобулярные белки. Реакцию катализирует не вся молекула, а особый участок — активный центр, который по форме точно соответствует субстрату, как ключ замку. Многие ферменты работают только вместе с небелковой частью — кофактором (ионы металлов) или коферментом (часто производные витаминов).
Механизм действия
Фермент снижает энергию активации — энергетический барьер, который надо преодолеть для начала реакции. Субстрат связывается с активным центром, образуя фермент-субстратный комплекс, реакция идёт, после чего продукты отделяются:
E + S → ES → E + P
где E — фермент, S — субстрат, P — продукт. Фермент при этом не изменяется и снова готов к работе.
Свойства ферментов
| Свойство | Описание |
|---|---|
| Специфичность | каждый фермент действует на свой субстрат |
| Эффективность | ускоряют реакцию в миллионы раз |
| Зависимость от температуры | оптимум около 37 °C, при нагревании денатурация |
| Зависимость от pH | каждый фермент имеет свой оптимум кислотности |
Влияние условий
Активность фермента зависит от температуры и кислотности среды. При повышении температуры скорость реакции растёт до оптимума (около 37 °C для человека), затем белок денатурирует и фермент теряет активность. При низких температурах ферменты работают медленно, но не разрушаются. Каждый фермент имеет оптимальное значение pH: пепсин желудка работает в сильнокислой среде, а трипсин кишечника — в слабощелочной. На активность влияет и концентрация субстрата: чем её больше, тем быстрее идёт реакция, пока все активные центры не будут заняты.
Специфичность ферментов
Важнейшее свойство ферментов — специфичность: каждый фермент катализирует, как правило, только одну реакцию или один тип реакций. Это объясняется тем, что форма активного центра строго соответствует форме определённого субстрата. Существует модель «ключ — замок»: субстрат подходит к ферменту как ключ к замку. Благодаря специфичности в клетке одновременно идут тысячи разных реакций, не мешая друг другу.
Значение ферментов
Ферменты управляют всем обменом веществ: пищеварением, дыханием, синтезом белков, копированием ДНК. Нарушение работы хотя бы одного фермента из-за мутации может вызвать тяжёлое наследственное заболевание. В быту и промышленности ферменты используют в производстве сыра, хлеба, моющих средств, в медицине и пищевой промышленности.
Частые ошибки. Денатурация фермента при сильном нагревании необратима — повторное охлаждение активность не восстановит. Фермент не сдвигает химическое равновесие реакции, а лишь ускоряет его достижение, оставаясь неизменным.
Кратко о главном
- Ферменты — белковые катализаторы реакций клетки.
- Реакцию ведёт активный центр, специфичный к субстрату.
- Снижают энергию активации, сами не расходуются.
- Зависят от температуры и pH, при перегреве денатурируют.