Ферменты — биологические катализаторы

Ферменты — биологические катализаторы

Ферменты (энзимы) — это биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие химические реакции в клетке в тысячи и миллионы раз. Без ферментов реакции обмена веществ при температуре тела шли бы слишком медленно, и жизнь была бы невозможна.

Строение и принцип действия

Большинство ферментов — это белки сложной пространственной структуры. На молекуле фермента есть активный центр — участок, к которому присоединяется молекула вещества, называемая субстратом. Активный центр подходит к субстрату, как ключ к замку. После реакции продукты освобождаются, а фермент остаётся неизменным и может работать снова.

Схематично работу фермента записывают так:

фермент + субстрат → фермент-субстратный комплекс → фермент + продукт

Свойства ферментов

• Специфичность — каждый фермент ускоряет только определённую реакцию или группу сходных реакций.
• Высокая активность — малое количество фермента превращает огромное число молекул субстрата.
• Зависимость от условий — активность меняется при изменении температуры и кислотности.
• Не расходуются в ходе реакции.

Влияние условий

Условие	Влияние на фермент
Температура около 37 °C	Максимальная активность (для человека)
Высокая температура (выше 60 °C)	Денатурация белка, фермент разрушается
Низкая температура	Активность падает, но не теряется
Определённый уровень pH	Каждый фермент работает в своём диапазоне

Например, пепсин желудка активен в кислой среде, а ферменты кишечника — в слабощелочной. При нагревании выше определённого предела белок-фермент теряет свою пространственную структуру — происходит денатурация, и фермент перестаёт работать.

Пример из опыта

Если на кусочек сырого картофеля капнуть перекись водорода, начнётся бурное выделение пузырьков газа. Это фермент каталаза расщепляет перекись:

2 H_2O_2 → 2 H_2O + O_2

На варёном картофеле реакции не будет, потому что при варке фермент денатурировал.

Коферменты и роль витаминов

Многие ферменты работают только вместе с небелковыми помощниками — коферментами. Часто роль коферментов или их частей выполняют витамины. Поэтому недостаток витаминов в пище нарушает работу ферментов и приводит к болезням обмена веществ. Это одна из причин, почему витамины так важны для организма даже в малых количествах.

Где работают ферменты

Ферменты обеспечивают практически все процессы жизнедеятельности. Они расщепляют пищу в пищеварительной системе, участвуют в дыхании и фотосинтезе, синтезе белка, обезвреживании вредных веществ. Каждая реакция обмена идёт со своим ферментом. Учёные используют ферменты в промышленности — при производстве сыров, моющих средств, лекарств, в пищевой и текстильной отраслях.

Частая ошибка. Думают, что фермент расходуется в реакции. На самом деле катализатор после реакции восстанавливается и используется многократно.

Кратко о главном

• Ферменты — биологические катализаторы белковой природы.
• Они действуют через активный центр по принципу «ключ — замок».
• Ферменты специфичны и не расходуются в реакции.
• Активность зависит от температуры и кислотности; перегрев вызывает денатурацию.