Ферменты

Распределение ферментов в организме

Ферменты, участвующие в синтезе белков, нуклеиновых
кислот и ферменты энергетического обмена присутствуют во всех клетках
организма. Но клетки, которые выполняют специальные функции содержат и
специальные ферменты. Так клетки островков Лангерганса в поджелудочной железе
содержат ферменты, катализирующие синтез гормонов инсулина и глюкагона.
Ферменты, свойственные только клеткам определенных органов называют
органоспецифическими: аргиназа и урокиназа —
печень, кислая фосфатаза
— простата. По изменению концентрации таких ферментов в крови судят о наличии
патологий в данных органах.

В клетке отдельные ферменты распределены по всей
цитоплазме, другие встроены в мембраны митохондрий и эндоплазматического
ретикулума, такие ферменты образуют компартменты, в которых происходят
определенные, тесно связанные между собой этапы метаболизма.

Многие ферменты образуются в клетках и секретируются
в анатомические полости в неактивном состоянии — это проферменты. Часто в виде
проферментов образуются протеолитические ферменты (расщепляющие белки). Затем
под воздействием рН или других ферментов и субстратов происходит их химическая
модификация и активный центр становится доступным для субстратов.

Существуют также изоферменты — ферменты,
отличающиеся по молекулярной структуре, но выполняющие одинаковую функцию.

Врачи отмечают, что ферменты играют ключевую роль в процессах пищеварения и метаболизма. Они являются биологическими катализаторами, которые ускоряют химические реакции в организме. Специалисты подчеркивают, что недостаток ферментов может привести к различным нарушениям, таким как проблемы с пищеварением, аллергии и даже хронические заболевания. Врачи рекомендуют следить за рационом, включая в него продукты, богатые натуральными ферментами, такие как ферментированные продукты, фрукты и овощи. Также они советуют рассмотреть возможность приема ферментных добавок в случае необходимости, особенно для людей с заболеваниями поджелудочной железы. Однако перед началом приема любых добавок важно проконсультироваться с врачом, чтобы избежать возможных побочных эффектов и взаимодействий с другими лекарственными средствами.

Какой ферментный препарат выбрать? 💊 Креон, панкреатин, вобэнзим, панцитрат, фестал и др.

3. Активность ферментов

В первую оче­редь, на ак­тив­ность фер­мен­та вли­я­ет тем­пе­ра­ту­ра. С по­вы­ше­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры ско­рость хи­ми­че­ской ре­ак­ции воз­рас­та­ет. Уве­ли­чи­ва­ет­ся ско­рость мо­ле­кул, у них по­яв­ля­ет­ся боль­ше шан­сов столк­нуть­ся друг с дру­гом. Сле­до­ва­тель­но, уве­ли­чи­ва­ет­ся ве­ро­ят­ность того, что ре­ак­ция между ними про­изой­дет. Тем­пе­ра­ту­ра, обес­пе­чи­ва­ю­щая наи­боль­шую ак­тив­ность фер­мен­та – оп­ти­маль­ная.

За пре­де­ла­ми оп­ти­маль­ной тем­пе­ра­ту­ры ско­рость ре­ак­ции сни­жа­ет­ся вслед­ствие де­на­ту­ра­ции бел­ков. Когда тем­пе­ра­ту­ра сни­жа­ет­ся, ско­рость хи­ми­че­ской ре­ак­ции тоже па­да­ет. В тот мо­мент, когда тем­пе­ра­ту­ра до­сти­га­ет точки за­мер­за­ния, фер­мент инак­ти­ви­ру­ет­ся, но при этом не де­на­ту­ри­ру­ет (см. видео).

В наше время для дли­тель­но­го хра­не­ния про­дук­тов ши­ро­ко ис­поль­зу­ют спо­соб быст­ро­го за­мо­ра­жи­ва­ния. Оно оста­нав­ли­ва­ет рост и раз­ви­тие мик­ро­ор­га­низ­мов, а также инак­ти­ви­ру­ет фер­мен­ты, на­хо­дя­щи­е­ся внут­ри мик­ро­ор­га­низ­мов, и предот­вра­ща­ет раз­ло­же­ние про­дук­тов пи­та­ния.

Кроме этого, ак­тив­ность фер­мен­тов за­ви­сит ещё от pH среды (кис­лот­но­сти – то есть по­ка­за­те­ля кон­цен­тра­ции ионов во­до­ро­да).

В боль­шин­стве слу­ча­ев, фер­мен­ты ра­бо­та­ют при ней­траль­ном pH, т. е. при pH около 7. Но су­ще­ству­ют фер­мен­ты, ко­то­рые ра­бо­та­ют либо в кис­лой и силь­но­кис­лой, либо в ще­лоч­ной и силь­но­ще­лоч­ной среде. На­при­мер, один из таких фер­мен­тов – пеп­син, он на­хо­дит­ся у нас с вами в же­луд­ке, ра­бо­та­ет в силь­но­кис­лой среде и рас­щеп­ля­ет белки. По­сколь­ку в же­луд­ке среда до­ста­точ­но кис­лая, 1,5 – 2 pH, то этот фер­мент ра­бо­та­ет при силь­но­кис­лой среде.

Фер­мен­ты под­вер­же­ны дей­ствию ак­ти­ва­то­ров и ин­ги­би­то­ров. Неко­то­рые ионы, на­при­мер, ионы ме­тал­лов Mg, Mn, Zn ак­ти­ви­ру­ют фер­мен­ты. Дру­гие же ионы (к ним от­но­сят­ся ионы тя­же­лых ме­тал­лов, а имен­но Hg, Pb, Cd), на­о­бо­рот, по­дав­ля­ют ак­тив­ность фер­мен­тов, де­на­ту­ри­ру­ют их белки.

Номенклатура и классификация ферментов

Название фермента
формируется из следующих частей:

1.название
субстрата с которым он взаимодействует

2.характер
катализируемой реакции

3.наименование
класса ферментов (но это необязательно)

4.суффикс
-аза-

пируват — декарбоксил — аза,сукцинат — дегидроген — аза

Посколькууже известно порядка 3 тыс. ферментов их необходимо классифицировать. В
настоящее время принята международная классификация ферментов, в основу которой
положен тип катализируемой реакции. Выделяют 6 классов, которые в свою очередь
делятся на ряд подклассов (в данной книге представлены только выборочно):

1.Оксидоредуктазы. Катализируют окислительно-восстановительные
реакции. Делятся на 17 подклассов. Все ферменты содержат небелковую часть в
виде гема или производных витаминов В₂, В₅. Субстрат,
подвергающийся окислению выступает как донор водорода.

1.1.Дегидрогеназы отщепляют от одного субстрата
водород и переносят на другие субстраты. Коферменты НАД, НАДФ, ФАД, ФМН. Они
акцептируют на себе отщепленный ферментом водород превращаясь при этом в
восстановленную форму (НАДН, НАДФН, ФАДН) и переносят к другому
фермент-субстратному комплексу, где его и отдают.

1.2.Оксидазы — катализирует перенос водорода на
кислород с образованием воды или Н₂О₂. Ф. Цитохромокисдаза
дыхательной цепи.

RH + NAD H + O₂ = ROH + NAD + H₂O

1.3.Монооксидазы — цитохром
Р450. По своему строению одновременно гемо- и флавопротеид. Он
гидроксилирует липофильные ксенобиотики (по вышеописанному механизму).

Из истории открытия ферментов

Ферменты были открыты при изучении процессов брожения. Представления о том, что химические процессы внутри живых организмов протекают под действием каких-то особенных веществ, возникло более 200 лет назад. В XIX века Луи Пастер (рис. 7) доказал, что сбраживание дрожжами сахара в спирт катализируется веществами белковой природы. Пастер ошибочно считал, что ферменты неотделимы от живых клеток. Другой ученый, Эдуард Бухнер, доказал, что в водных экстрактах живых клеток находится набор ферментов, катализирующих превращение сахара в спирт. Именно его открытие дало начало новой науке – энзимологии.

Успехи энзимологии во второй половине XX века привели к тому, что в настоящее время выделено и очищено более 2000 ферментов, которые используются в различных отраслях человеческой деятельности.

Домашнее задание

1. Что такое фермент?

2. Как ферменты работают?

3. Как ферменты получают имена? Назовите известные вам группы ферментов.

4. Назовите ученых, которые внесли особый вклад в дело изучения ферментов.

5. К какому уровню организации можно отнести ферментативный катализ?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал Biochemistry.ru (Источник).

2. Биология (Источник).

3. Интернет-портал Chem.msu.su (Источник).

4. YouTube (Источник).

5. Вкус жизни (Источник).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

4. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

4. Классификация ферментов

В 1961 году была пред­ло­же­на си­сте­ма­ти­че­ская клас­си­фи­ка­ция фер­мен­тов на 6 групп. Но на­зва­ния фер­мен­тов ока­за­лись очень длин­ны­ми и труд­ны­ми в про­из­но­ше­нии, по­это­му фер­мен­ты при­ня­то сей­час име­но­вать с по­мо­щью ра­бо­чих на­зва­ний. Ра­бо­чее на­зва­ние со­сто­ит из на­зва­ния суб­стра­та, на ко­то­рый дей­ству­ет фер­мент, и окон­ча­ния «аза» (рис. 5). На­при­мер, если ве­ще­ство — лак­то­за, то есть мо­лоч­ный сахар, то лак­та­за – это фер­мент ко­то­рый его пре­об­ра­зу­ет. Если са­ха­ро­за (обык­но­вен­ный сахар), то фер­мент, ко­то­рый его рас­щеп­ля­ет, – са­ха­ра­за. Со­от­вет­ствен­но, фер­мен­ты, ко­то­рые рас­щеп­ля­ют про­те­и­ны, носят на­зва­ние про­те­и­на­зы.

Вопрос-ответ

Что такое ферменты и какую роль они играют в организме?

Ферменты — это биологические катализаторы, которые ускоряют химические реакции в организме. Они играют ключевую роль в метаболизме, помогая расщеплять пищу, синтезировать необходимые молекулы и участвовать в различных биохимических процессах, таких как дыхание и синтез ДНК.

Как ферменты влияют на пищеварение?

Ферменты, вырабатываемые в пищеварительной системе, помогают расщеплять сложные молекулы пищи на более простые компоненты, такие как аминокислоты, жирные кислоты и простые сахара. Это облегчает усвоение питательных веществ организмом и способствует эффективному пищеварению.

Можно ли улучшить активность ферментов с помощью питания?

Да, определенные продукты могут способствовать улучшению активности ферментов. Например, ферменты, содержащиеся в ананасах (бромелайн) и папайе (папаин), могут помочь в расщеплении белков. Также важно поддерживать баланс витаминов и минералов, таких как витамины группы B, которые необходимы для синтеза ферментов.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите, какие ферменты необходимы для вашего организма. Разные ферменты отвечают за разные процессы, такие как переваривание пищи или усвоение питательных веществ. Понимание их роли поможет вам лучше заботиться о своем здоровье.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на свой рацион. Включение в меню продуктов, богатых ферментами, таких как ананасы, киви и ферментированные продукты (йогурт, квашеная капуста), может улучшить пищеварение и общее состояние здоровья.

СОВЕТ №3

Не забывайте о важности гидратации. Вода играет ключевую роль в активации ферментов и их функционировании. Убедитесь, что вы пьете достаточное количество воды в течение дня.

СОВЕТ №4

Консультируйтесь с врачом или диетологом перед началом приема ферментных добавок. Хотя они могут быть полезны, важно понять, какие именно ферменты нужны вашему организму и в каких дозах.