Механизм действия ферментов. Почему ферменты так важны для нашего организма?!

механизм действия ферментов

Вы идеальны! Да-да, именно Вы — тот человек, который читает эти строки! Причём идеальны абсолютно во всём и везде — как снаружи, так и внутри! Мы часто забываем про это и относимся к нашему организму весьма халатно, совершенно забывая, какие чудеса происходят у нас внутри каждый день и каждую минуту. Порою мы даже не знаем, как и благодаря чему происходят все эти удивительные процессы… Поэтому сегодня предлагаю поговорить об одних из самых сложных и загадочных химических соединений в нашем организме — о ферментах.

Почему ферменты так важны?!

Количество ферментов, которые только известны науке уже превысило 5000! Ферменты участвуют абсолютно во всех во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.

Каждая клетка — животная, растительная, бактериальная, самая сложная или самая примитивная, характеризуется сложными химическими процессами. Важнейшей особенностью химических реакций, протекающих в клетке, является их каталитический характер, т.е. эти реакции протекают только в присутствии катализаторов, которые изменяют её скорость.

Помимо влияния на скорость химической реакции катализаторы входят в состав промежуточных продуктов этих реакций, но не входят в состав конечных продуктов и после окончания реакции остаются неизменными  Биологическими катализаторами являются специализированные белки — ферменты, или энзимы. Сотни реакций обмена веществ, которые происходят в клетке, идут при непосредственном участии ферментов. Вещество, которое связывается с ферментом для проведения химической реакции, называется субстратом. Ферменты активизируют субстрат, делают его доступным для проведения реакции.

Из-за высокой скорости реакции небольшое количество фермента может воздействовать на большое количество вещества, так как освобождение фермента после проведения реакции каждый раз идет очень быстро.

Ферментная избирательность

Одним из наиболее важных отличий ферментов от неорганических катализаторов является их избирательное отношение к субстрату. Механизм действия ферментов таков, что они могут ускорять реакцию только с определенным субстратом или группой сходных по строению субстратов.

Немецкий ученый Э. Фишер, исследуя эту удивительную избирательность ферментов, высказал предположение о наличии в их молекуле некоторого участка, структура которого строго соответствует структуре субстрата. Его выражение: «субстрат подходит к ферменту, как ключ к замку» — определило одно из самых важных свойств ферментов — специфичность по отношению к субстрату.

Например, в организме животных и человека отсутствует фермент, расщепляющий целлюлозу, но  вот крахмал легко подвергаются гидролизу ферментом амилазой. Разница в строении этих углеводов состоит только лишь в том, что молекула первого вещества состоит из остатков β-глюкозы, а молекула другого — из остатков а-глюкозы. Фермент амилаза действует на α-гликозидную связь в молекуле крахмала, но не действует на β-гликозидную связь в целлюлозе.

механизм действия ферментов

Другой пример — фермент трипсин расщепляет разные виды белков, т.к. действует на пептидную связь. Этот фермент обладает групповой специфичностью, так как действует на вещества с одинаковой связью.

Но есть такие ферменты, которые катализируют реакцию только с одним-единственным веществом.

Строение ферментов

На нашем блоге есть большая статья про работу пищеварительной системы, где подробно рассказывается о многих ферментах, которые участвуют в процессе переваривания пищи — уверен, что теперь Вам будет вдвойне интереснее прочитать её:)

Каждый фермент имеет определенное строение. Результаты исследований показали, что молекулы ферментов во много раз больше, чем молекулы веществ, которые они активируют в реакциях.

В ферменте различают три центра: субстратный, активный и регуляторный.

Непосредственно в реакции участвует лишь небольшая часть белковой молекулы. Это каталитический, или активный, центр фермента. Активный центр является главной частью фермента. Здесь происходит видоизменение субстрата, собственно реакция, образуются продукты или продукт.

механизм действия ферментов

Строение фермента: 1 — субстратный центр; 2 — активный центр; 3 — регуляторный центр

Субстратный центр служит «якорной» площадкой для соединения фермента с субстратом. При этом между ними возникают определенные связи, позволяющие ферменту удерживать субстрат. Активный и субстратный центры ферментов часто находятся рядом или вовсе совпадают.

Для работы этих центров, т.е. присоединения субстрата и катализа реакции, необходима определенная форма белка-фермента. Фермент сохраняет свою активность до тех пор, пока в нем поддерживается специфическая конфигурация каталитического центра.

Конфигурация белковой молекулы может изменяться таким образом, чтобы обеспечить быстрый доступ веществ в активный центр или, наоборот, затормозить реакцию. Эту функцию выполняет регуляторный центр фермента. К нему могут присоединяться ионы других веществ, которые видоизменяют форму молекулы фермента таким образом, чтобы способствовать быстрому соединению с субстратом или, наоборот, невозможности соединения.

Механизм действия ферментов

Рассмотрим общий механизм действия ферментов. В начале реакции происходит соединение фермента (A) с субстратом (B), в результате образуется фермент-субстратный комплекс (A — B). Далее в активном центре фермента происходят преобразования субстрата, изменяются связи в молекуле субстрата, конфигурация фермента. На первом этапе образуется комплекс фермента с видоизмененным субстратом (A* — B*). Далее в активном центре происходит собственно реакция и образуется фермент-продуктный комплекс (A* — C). После окончания реакции комплекс распадается, освобождается продукт (C), а фермент вновь восстанавливается, каким был до начала реакции (A). Теперь он готов к новой реакции.

Процесс можно представить в виде схемы:

фермент + субстрат  фермент-субстрат  фермент-продукт  фермент + продукт

  A + B A — B A* — B* A* — C A + C

А теперь, для наглядности, представим механизм действия ферментов в виде рисунка:

механизм действия ферментов

Механизм действия фермента: 1 — фермент; 2 — субстрат; 3 — фермент-субстратный комплекс; 4 — фермент-продуктный комплекс; 5 — освобожденный продукт

На скорость ферментативных реакций могут оказывать влияние различные факторы:

✅ Известно, что скорость химических реакций зависит, прежде всего, от концентрации веществ. Но у ферментативных реакций есть своя особенность. Их скорость зависит не столько от концентрации субстрата, сколько от концентрации фермента. Скорость реакции прямо пропорциональна концентрации фермента. Чем больше количество молекул фермента, тем быстрее будет протекать реакция.

✅ Помимо этого скорость реакции и активность фермента зависят от температуры, причем она уменьшается как при низких, так и при высоких температурах. При низких температурах слишком мала энергия активации молекул субстрата и фермента. При высоких температурах белки-ферменты денатурируют, т. е. сворачиваются и полностью разрушаются. Оптимальным считается температурный интервал от 25 до 40 °C.

✅ Также на активность фермента и скорость реакции влияет различная концентрация ионов H+ и OH, т. е. pH среды. Большинство ферментов активны в узких пределах pH, чаще всего в нейтральной среде. Сдвиг концентрации ионов водорода может изменить электрический заряд белка-фермента, что приведет к изменению конфигурации молекулы и падению активности. Некоторые ферменты могут катализировать реакции в слабощелочной среде, например амилаза слюны, а другие — в кислой среде, например фермент желудка пепсин. Перепады pH среды также вызывают денатурацию фермента, но она, как правило, обратима.

✅ На скорость реакции и активность ферментов могут влиять и различные низкомолекулярные вещества:

Существуют активаторы ферментов — те, которые повышают их активность и ингибиторы — те, которые либо замедляют действие ферментов, либо совсем его прекращают. Это отдельная, большая тема о которой мы поговорим уже в следующей статье.

В заключении…

Берегите Ваш организм, Ваше здоровье, ведь каждый человек с рождения — маленькое чудо в котором всё идеально настроено и налажено. И именно с этим багажом человек отправляется в дальнейшую жизнь и задача каждого из нас не растерять этот багаж, не повредить те механизмы, которые позволяют нашему организму работать как часы!

Для того, чтобы быть ближе к нашим читателям, мы создали You Tube канал, где Вы можете найти только самые лучшие рецепты здоровых и полезных блюд, а также другие видео о здоровом образе жизни и жизни нашей семьи в целом:)

Пожалуйста, подпишитесь на наш канал — так мы будем понимать, что он Вам интересен и не забудьте оставить лайк👍 под тем видео, которое Вам понравилось:)

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Оставить комментарий

Ваш E-mail будет скрыт