• Лечение заболеваний желудочно-кишечного тракта Лечение заболеваний почек и системы выделения Лечение заболеваний сердечно-сосудистой системы Лечение мужских заболеваний Лечение заболеваний костно-мышечной системы Лечение заболеваний дыхательной системы Лечение заболеваний эндокринной системы Семейная поликлиника Лечебное питание Тенториум Рекомендации по лечению(кратко) Уход за полостью рта Коррекция веса Иммунитет,гиповитаминоз,стресс
 

Ферменты



Ферменты (от лат. fermentum - бродило, закваска; синоним - энзимы) - биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в живом организме, но сами не входящие в состав конечных продуктов реакций. Термин "фермент" был предложен в начале XVII в. голландским ученым Ван-Гельмонтом. Вещества, на которые действуют ферменты, называются субстратами.
Ферменты - инструменты обмена веществ в живой клетке. Все многообразие биохимических реакций, протекающих в микроорганизмах, растениях и животных, катализируется соответствующими ферментами. Переваривание, всасывание и усвоение пищевых веществ, синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и других соединений в тканях и клетках любого организма, дыхание, механическая работа обеспечиваются действием соответствующих ферментных систем. Одной из характерных особенностей ферментов является их способность ускорять реакции в обычных физиологических условиях, характерных для жизнедеятельности клеток.
Действие ферментов подчиняется общим законам термодинамики. Они катализируют только энергетически выгодные реакции и никогда не изменяют направления реакции; они не изменяют равновесие обратимой реакции и лишь ускоряют его наступление.


В отличие от неорганических катализаторов ферменты имеют свои особенности:

 

Во-первых, скорость ферментативного катализа на несколько порядков выше (от 103 до 109), чем скорость небиологического катализа.

Во-вторых, действие каждого фермента высокоспецифично, т.е. каждый фермент действует только на свой субстрат или группу родственных субстратов, тогда как неорганические катализаторы вызывают ускорение различных реакций. Высокая специфичность дает возможность ферментам направлять обмен веществ в определенное русло; никаких побочных продуктов в ходе ферментативного процесса не образуется, поэтому отпадает необходимость их удалять в течение всего процесса с целью повышения его эффективности.

В-третьих, ферменты катализируют химические реакции в мягких условиях, т.е. при обычном давлении, невысокой температуре (20-50 °С) и при значениях рН среды, в большинстве случаев, близких к нейтральномуВ настоящее время учение о ферментах - энзимология является важнейшей и стремительно развивающейся областью биохимии. Ее достижения широко используются в новейшей биотехнологии, в пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве. Ферменты являются важным инструментом в изучении механизмов обмена веществ, в расшифровке структуры химических соединений.
С точки зрения локализации ферменты подразделяют на внеклеточные и внутриклеточные.

Внеклеточные ферменты выделяются клеткой во внешнюю среду. Многие из них синтезируются микроорганизмами и вызывают расщепление биополимеров, продукты которых становятся доступными для транспорта через биологические мембраны и их дальнейших превращений внутри микробной клетки. Сюда же относятся ферменты растений, способные мигрировать к местам локализации субстратов и там осуществлять их деструкцию. К внеклеточным ферментам относятся ферменты пищеварительного тракта, а также некоторые ферменты плазмы крови.
Внутриклеточные ферменты локализованы либо в клеточных органеллах, либо в комплексе с надмолекулярными структурами. Установлено, что в ядре клетки локализованы ферменты, принимающие участие в синтезе РНК, ДНК; с митохондриями связаны ферменты окисления жирных кислот, продуктов распада углеводов, т.е. ферменты, играющие важную роль в биоэнергетике клетки; в лизосомах в основном содержатся ферменты гидролиза; с рибосомами связаны ферменты белкового синтеза.
Особую группу ферментов составляют мультиферментные комплексы, в состав которых входит целый ряд ферментов, катализирующих последовательные реакции превращения какого-либо субстрата. Эти комплексы локализованы во внутримолекулярных структурах таким образом, что каждый фермент располагается в непосредственной близости от фермента, катализирующего реакцию в цепи данной последовательности реакций. Благодаря такому расположению ферментов процесс диффузии субстрата и продуктов реакции сводится к минимуму. Локализация мультиферментных комплексов в определенных внутриклеточных структурах, или компартментализация, обеспечивает протекание в клетке в одно и то же время химически несовместимых реакций. Так, окисление жирных кислот под действием мультиферментной системы протекает в митохондриях, а их синтез - при участии другой системы ферментов - в цитоплазме.
Сборка мультиферментных ансамблей, объединяющих ферменты общего метаболического пути, на клеточных структурах обеспечивает формирование метаболонов. Метаболон представляет собой надмолекулярный комплекс ферментов, катализирующих последовательные стадии метаболического пути, и структурных элементов клетки.
Ферменты играют важную роль в регуляции клеточного обмена веществ.

Простейший путь регуляции - изменение скорости ферментативной реакции, осуществляющееся при вариациях рН среды, температуры, концентрации субстрата, присутствия специфических активаторов или ингибиторов ферментов.
Другой путь регуляции метаболизма осуществляется под действием так называемых аллостерических ферментов. Снижение или повышение активности таких ферментов in vivo обычно является следствием конформационных переходов фермента в результате присоединения к нему активаторов или ингибиторов, роль которых выполняют различные метаболиты. Активность ферментов может также регулироваться путем ковалентной модификации, заключающейся в химическом изменении структуры молекулы (например, за счет фосфорилирования и дефосфорилирования, метилирования, аденилирования определенных аминокислотных остатков).
Третий путь регуляции ферментативной активности - изменение концентрации фермента в результате стимулирования или подавления его биосинтеза либо изменение скорости его катаболизма.
В совокупности эти механизмы регуляции представляют сложную систему, посредством которой организм контролирует все свои функции. Индивидуальная особенность живой клетки определяется в основном уникальным набором ферментов, которые она запрограммирована производить.