Ферменты, их роль в процессах жизнедеятельности

Большая часть химических реакций, протекающих в организме, регулируется ферментами, т.е. белковыми мо­лекулами, выполняющими функцию катализаторов. Ката­лизатором называют вещество, ускоряющее химическую реакцию, которая без него протекает медленно. Сам ката­лизатор во время этой реакции стойких изменений не пре­терпевает.

Ферменты высокоспецифичны в том смысле, что каж­дый из них катализирует только те реакции, в которых участвуют молекулы только какого-нибудь одного или не­скольких видов. Причина этого в том, что ферменты связы­ваются со своими субстратами, т.е. теми веществами, на которые они действуют. У фермента имеется активный центр. Форма и химическое строение этого активного цент­ра таковы, что с ним могут связываться только определен­ные субстраты. Катализируя реакцию, фермент тесно сбли­жает молекулы своих субстратов, так что те части молекул, которым предстоит прореагировать, оказываются друг под­ле друга. Субстрат, присоединившись к ферменту, несколь­ко изменяется. Фермент может, например, притягивать электроны, вследствие чего в некоторых связях молекулы субстрата будет возникать напряжение. Это, в свою очередь, может повышать реакционную способность молекулы.

Предполагается, что именно таким путем фермент и ускоряет реакцию. Активность ферментов находится в прямой зависимости от многих факторов:

Температура. С повышением температуры сверх опти­мума ферментативная активность снижается. При темпе­ратуре 60— 60°С большинство ферментов инактивируется. Очевидно, что в основе инактивации ферментов лежит де­натурация белковой молекулы, которая при высоких тем­пературах становится необратимой. Существует ряд фер­ментов, переносящих высокую температуру. Рибонуклеаза сохраняет активность при температуре 80°С.

При понижении температуры ферменты замедляют свою деятельность, однако необратимая инактивация не наступает.

Кислотность. Важным фактором, действующим непосредственно на фермент, служит кислотность среды (рН). Для каждого фермента характерен свой оптимум рН, при котором проявляется его максимальная активность. Так, фермент пепсин активен только в очень кислой среде рН 2, трипсин же, наоборот, активен в щелочной среде. Большинство ферментов проявляет оптимальную активность в нейтральной среде. Изменение рН среды в ту или иную сторону может привести к необратимой инактивации ферментов.

Активность фермента зависит и от количества (кон­центрации) молекул субстрата, самих ферментов и коферментов (витаминов и других веществ).

Схема взаимодействия фермента с субстратом.

Субстрат и фермент образуют специфический комплекс.

Молекула белка фермента больше молекулы вещества,

на которое фермент действует. Вот почему не вся моле-

кула фермента, а лишь его активный центр структурно

соответствует молекуле субстрата.

Углеводы.

Термин "углеводы" введен русским химиком К. Шмидтом в 1844г.

Углеводы - органические соединения, состоящие из углерода, во­дорода, кислорода. В живой клетке содержится 1-2, иногда до 5% углеводов. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает до 90% сухой массы (клубни картофеля, семена и т.д.).Углеводы, имеющие биологическое значение, делятся на 3 класса: моносахариды, дисахариды и полисаха­риды.

Монасахара бесцветные, сладкие, легко растворяются в воде, кри­сталлизуются. В названии используется суффикс "оз" (глюкоза, сахаро­за. Общая (эмпирическая) формула углеводов - моносахаридов С_n(H₂O)_n. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахарида различают триозы (3 атома), тетрозы (4 атома), пентозы (5 атомов), гексозы (6 атомов). В природе наиболее часто встречаются пентозы и гексозы. Из гексоз наиболее важны глюкоза и галактоза. Глюкоза необходимый компонент крови, снижение ее количества влечет за со­бой немедленное нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток. Галактоза входит в состав лактозы - молочного сахара, а так­же некоторых полисахаридов. Галактоза в печени и других органах превращается в глюкозу. Пентозы это рибоза и дезоксирибоза, которые входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Дисахариды. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, то такое соединение носит название дисахарида. Дисахариды образуются при соединении двух моносахаридов с выделением молекулы вода. Чаще всего объединяются гексозы. Общая (эмпирическая) формула дисахаридов С₁₂Н₂₂О_11. К этому классу относится сахароза и мальтоза у рас­тений, а также лактоза у животных. Сахароза - тростниковый или свекловичный сахар, состоит из одной молекулы глюкозы и одной мо­лекулы фруктозы. Играет огромную роль в питании многих животных и человека. Мальтоза - состоит из двух молекул глюкозы. Мальтоза -основной структурный элемент крахмала и гликогена. Лактоза - моло­чный сахар, имеет в составе глюкозу и галактозу. Это важнейший уг­левод и поэтому является источником энергии для детенышей млекопитающих.

Полисахариды - макромолекулы, несладкие, нерастворимые или плохо растворимые в воде, не кристаллизуются. С увеличением числа мономеров растворимость полисахаридов падает. Полисахариды образу­ются путем соединения большого числа моносахаридов с потерей со­ответствующего числа молекул воды. Их общая (эмпирическая) формула (С₆Н₁₀О₅)_n. Наибольшее биологическое значение имеют полисахариды крахмал, гликоген, целлюлоза.

Крахмал - резервный полисахарид растений. Находится в виде зернышек. По химической структуре он на 10-12% состоит из амилозы, и на 80-90% из амилопектина. Количество остатков глюкозы исчисля­ется несколькими тысячами. Гликоген - резервный полисахарид живот­ных и человека, а также грибов. В значительных количествах накап­ливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Является поставщиком глюкозы в кровь. По структуре напоминает крахмал, но разветвлен сильнее. Молекула гликогена состоит примерно из 30000 остатков глюкозы. Целлюлоза главный структурный полисахарид клеточных оболочек растений. В среднем 20-40% материала клеточной стенки составляет целлюлоза, а хлопок почти полностью состоит из нее. По своей структуре линейный полимер. Имеет неразветвленную цепочку полисахаридов. Хитин по своей структуре и функции очень близок к целлюлозе. Он входит в состав клеточных стенок грибов, выполняя опорную функцию, а также встречается у отдельных групп животных (особенно у членистоногих) в качестве важного компонента их нару­жного скелета.

Основные функции углеводов.

Энергетическая. Углеводы служат основным источником энергии для организма: при окислении 1г углеводов высвобождается 17,6 кДж эне­ргии.

Структурная. Во всех тканях и органах обнаружены углеводы и их производные. Целлюлоза образует клеточные стенки растительных клеток, хитин - наружный скелет членистоногих. Углеводы в соединении с белками (гликопротеиды) входят в состав костей, хрящей, сухожилий, связок.

Запасающая. В организме и клетке углеводы способны накапливаться в виде крахмала у растений и гликогена у животных, которые расходую­тся по мере возникновения потребности в энергии. При полноценном питании в печени может накапливаться до 10% гликогена, а при неб­лагоприятных условиях его содержание может снижаться до 0,2% мас­сы печени.