| | 08.09.2021

Катализатор - это вещество, ускоряющее химическую (метаболическую) реакцию. Сам катализатор в результате его действия не расходуется. Белки, которые действуют как биологические катализаторы, называются ферментами.

Они состоят из C, H, O и N. Также может присутствовать сера (S).

Как мы видели на странице о питании и продуктах питания, функция белков определяется их аминокислотным составом, а также их формой.

Ферменты контролируют клеточные реакции. Как вы помните, реакции, которые разрушают вещества и выделяют энергию, называются катаболическими реакциями. Примеры - дыхание и пищеварение. Другие типы реакций называются анаболическими реакциями. Эти реакции потребляют (используют) энергию. Эти реакции создают более крупные и сложные молекулы из более мелких. Фотосинтез и рост мышц за счет аминокислот являются примерами анаболических реакций.

ФЕРМЕНТНОЕ ДЕЙСТВИЕ

Ферменты свернуты в ГЛОБУЛЯРНЫЕ ФОРМЫ. Форма фермента позволяет ему получать молекулы только одного типа; та молекула, которая впишется в его форму. Место, где вещество входит в состав фермента, называется активным центром, а вещество, которое входит в активный центр, называется субстратом.

Действие фермента происходит при столкновении фермента и субстрата. Во время столкновения субстрат проникает в активный центр фермента. Столкновения происходят из-за быстрого случайного движения молекул.

Когда субстрат соединяется с ферментом, вся структура называется комплексом фермент-субстрат. Под действием фермента субстрат изменяется и затем высвобождается в виде продукта. Затем фермент может присоединиться к другому субстрату.

Ферменты могут быть анаболическими или катаболическими. Один и тот же фермент можно использовать для образования молекул меньшего размера из молекулы большего размера или наоборот.

Примером катаболического фермента является амилаза. Амилаза превращает крахмал в мальтозу.

Примером анаболического фермента является ДНК-полимераза. Этот фермент восстанавливает (перестраивает) ДНК.

ВИДЫ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ

Как указывалось ранее, субстрат должен соответствовать ферменту в активном центре. Некоторые подложки хорошо вписываются в активный участок. Эта ситуация называется моделью замка и ключа.

МОДЕЛЬ ЗАМКА И КЛЮЧА

Фермент представляет собой сложную белковую молекулу, но есть определенный участок, где молекула реагента «стыкуется» в результате случайного столкновения. Фермент иногда называют «замком», а исходную молекулу субстрата-реагента - «ключом», поэтому это называется механизмом «замок и ключ». Это также объясняет, почему ферменты очень специфичны (Enzyme Specificity). Вам нужен правильный молекулярный ключ для определенного молекулярного замка.

Даже когда присутствуют разные молекулы субстрата, только те молекулы, которые имеют определенную форму, комплементарную активному центру, способны связываться с активным центром фермента.

Иногда необходимо немного изменить форму активного сайта. Эта ситуация называется моделью индуцированной подгонки.

МОДЕЛЬ ИНДУЦИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКИ

Активный центр фермента имеет форму, близкую к форме субстрата. Субстрат фиксируется в активном центре фермента. Активный центр меняет свою форму, более плотно удерживая субстрат и напрягая его. Образуется фермент-субстратный комплекс. Субстрат подвергается химическому изменению, и образуется новое вещество - продукт. Товар выпущен с активного сайта. Свободный неизмененный активный центр готов к получению свежего субстрата.

НАЗВАНИЯ ФЕРМЕНТОВ

Ферменты названы по их субстрату. К названию подложек добавляются буквы асе. Примеры:

лактаза - расщепляет лактозу (молочный сахар)

диастаза - переваривает растительный крахмал

сахароза - переваривает сложные сахара и крахмалы

мальтаза - расщепляет дисахариды до моносахаридов (солодовый сахар)

глюкоамилаза - расщепляет крахмал до глюкозы

протеаза - расщепляет белки, содержащиеся в мясе, орехах, яйцах и сыре.

липаза - расщепляет жиры, содержащиеся в большинстве молочных продуктов, орехах, маслах и мясе

целлюлаза - расщепляет целлюлозу, растительные волокна; не встречается у людей

ОБЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ФЕРМЕНТОВ

Ферменты снижают энергию активации. Это энергия, необходимая для того, чтобы вызвать реакцию. Ферменты позволяют реакции происходить с меньшим энергопотреблением, чем было бы необходимо, если бы фермент отсутствовал.

Регулируйте тысячи различных метаболических реакций в клетке и в организме.

Активность клетки определяется тем, какие ферменты активны в клетке в это время.

Активность клеток изменяется за счет удаления определенных ферментов и / или синтеза новых ферментов.

ИНГИБИТОРЫ

Ингибиторы ферментов - это молекулы, которые каким-то образом взаимодействуют с ферментом, чтобы препятствовать его нормальной работе. Яды и лекарства являются примерами ингибиторов ферментов. Ингибиторы изменяют форму фермента и делают его непригодным для использования в субстрате. Ингибиторы также могут действовать как субстрат и связываться с ферментом. Это предотвращает связывание фермента с предполагаемым субстратом. Когда это происходит, фермент считается денатурированным.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ

ТЕМПЕРАТУРА

При 0 ° C действие фермента низкое, потому что движение молекул невелико. Это приводит к низкой частоте столкновений между ферментом и субстратом. Повышение температуры ускоряет движение молекул и, таким образом, увеличивается частота столкновений, следовательно, увеличивается действие фермента. Человеческие биоферменты лучше всего работают при 37 градусах Цельсия. При повышении температуры форма фермента изменяется, и фермент денатурируется. Температура выше 50 градусов по Цельсию денатурирует большинство ферментов человека.

Большинство ферментов лучше всего работают при pH 6-8. Когда pH выходит за пределы этого диапазона, фермент теряет форму и денатурируется. Идеальный (оптимальный) pH для большинства ферментов - 7.

Некоторые ферменты лучше всего работают при других уровнях pH. Следующие графики демонстрируют это:

КОНЦЕНТРАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ

По мере увеличения концентрации фермента скорость реакции также увеличивается при условии, что субстрат находится в избытке.

КОНЦЕНТРАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ

При низкой концентрации субстрата увеличение концентрации вызовет увеличение скорости реакции. Однако, если концентрация такова, что все активные центры фермента постоянно используются, дальнейшее увеличение концентрации субстрата не повлияет на скорость реакции.

ИММОБИЛИЗИРОВАННЫЕ ФЕРМЕНТЫ

Иммобилизованные ферменты представляют собой ферменты, которые могут быть присоединены друг к другу, к нерастворимым материалам или заключены в мембрану или гель. Это может обеспечить повышенную устойчивость к изменениям таких условий, как pH или температура. Это также позволяет ферментам удерживаться на месте на протяжении всей реакции, после чего они легко отделяются от продуктов и могут использоваться снова.

Иммобилизованные ферменты используются в биореакторах. Эти процедуры используются для производства многих продуктов, в которых используются микроорганизмы. Посетите веб-страницу бактерий для обсуждения биореакторов.

ВИДЫ ИММОБИЛИЗАЦИИ

Адсорбция: в этом методе фермент прикрепляется к подложке. Опоры могут быть керамическими, стеклянными или пластиковыми.

Мембранная оболочка: в этом методе фермент заключен в пористую мембрану.

Улавливание геля: ферменты удерживаются в геле. Альгинат натрия - это часто используемый гель. Гель позволяет субстрату проникать, а продукту - уходить.

Химически связаны с опорой или друг с другом: см. Страницу 95 учебника.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИММОБИЛИЗАЦИИ

Это упрощает очистку продукта, так как легко отделить ферменты от продуктов.

Ферменты легко восстановить и переработать. Это приводит к более экономичному процессу.

Ферменты остаются функциональными намного дольше, так как это более щадящий процесс.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИММОБИЛИЗИРОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВ

Следующие продукты являются производными иммобилизованных ферментов:

Фруктоза, полученная из глюкозы: фруктоза слаще глюкозы и используется в безалкогольных напитках и других сладких продуктах.

Антибиотики: ферменты используются для превращения пенициллина в новые, более широко используемые антибиотики.

Очистка сточных вод: вместо бактерий можно иммобилизовать и использовать ферменты.