Министерство образования и науки РФ

Новгородский Государственный Университет им. Ярослава Мудрого

Кафедра химии и экологии

Реферат по химии

на тему:

«Каталитическая активность ферментов»

Выполнил: студент 1 курса гр. 1326 «А»

Горбовская Юлия Андреевна

Проверил: Ульянова Надежда Ильинична

Великий Новгород

2011 г.

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….3

Основные понятия и термины…………………………………………………..4

Каталитическая активность ферментов……………………………………… .6

Общие методы определения активности ферментов…………………………. 8

Заключение……………………………………………………………………...10

Приложение…………………………………………………………………......11

Литературные источники………………………………………………………12

Введение

Фермент - от лат. fermentum - закваска; знзим - от греч. эн - внутри, зиме - закваска.

Ферменты, или энзимы, - это катализаторы белковой природы, образующиеся и функционирующие во всех живых организмах. Происхождение терминов связано с тем, что первоначально ферментативные процессы были открыты и изучены в бродильном производстве. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многие химические реакции, которые могут с большой скоростью идти при температурах, подходящих для данного организма, т.е. в пределах от 5 до 400ᵒС.

Отличительной особенностью любого фермента является его чрезвычайно высокая каталитическая эффективность. Так, время полупревращения для реакции разложения мочевины при температуре 25 ᵒС составляет 10⁹ с, а в присутствии фермента уреазы оно снижается до 10^-4 с, т. е. уменьшается в 10¹³ раз. Каталитическая активность ферментов намного выше активности обычных катализаторов. Например, 1 моль фермента алкогольдегидрогеназы за 1 с при температуре 25 ᵒС способствует превращению 720 моль этанола в уксусный альдегид. Промышленный катализатор (1 моль) за 1 с даже при температуре 200 ᵒС позволяет окислить только 1 моль этанола.

Одним из уникальных свойств живых организмов является удивительная их способность к сохранению сбалансированности катаболических (биодегра-дативных) и анаболических (биосинтетических) процессов. При этом в клетках одновременно совершаются процессы синтеза, распада и взаимопревращения сотен и тысяч разнообразных веществ, которые в свою очередь регулируются множеством механизмов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. Некоторые из этих регуляторных механизмов, среди которых важная роль принадлежит механизмам регуляции синтеза и каталитической активности ферментов, будут рассмотрены далее.

Основные понятия и термины

Ферменты – это специфические органические катализаторы, синтезируемые живыми клетками. Как правило все ферменты представляют собой белки с различными молекулярными массами: от 9 кДа до 1000 кДа. Каждый фермент катализирует определённую химическую реакцию.

Субстраты - это вещества, с которыми происходит химическое превращение под действием ферментов. Субстратами ферментов могут быть как природные, так и химически синтезированные вещества.

Каталитическая активность фермента — это способность фермента превращать большое количество молекул субстрата, в то время как сам он к концу реакции остается неизменным. Ферменты различаются по своей каталитической способности. Например, 1 моль трипсина осуществляет 10² циклов в секунду, глюкозоксидаза - 17x10³ циклов в секунду и т.д. Это называется “числом оборотов фермента”. Число оборотов варьирует от 1 до 10⁶ в зависимости от природы фермента. Каталитическую активность ферментов выражают в единицах активности.

Международная единица активности (E) — это количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 минуту в оптимальных условиях.

Единица активности в системе СИ (катал) — соответствует количеству фермента, которое катализирует превращение 1 моля субстрата в 1 секунду.

Соотношение между единицами активности:

1 E = 16,67 нанокатал;

1 катал = 6x10⁷ E.

В медицине активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на 1 л биологической жидкости.

Удельная активность фермента — это активность, выраженная в единицах активности на 1 мг (или 1 г) белка или 1 мг (1 г) препарата фермента. Используется в биохимической практике.

Активаторы ферментов — соединения, которые приводят ферменты в каталитически активное состояние. Иногда это могут быть ионы металлов: Co⁺⁺, Mg⁺⁺, Zn⁺⁺, Ca⁺⁺ и др.

Ингибиторы ферментов — соединения, которые подавляют активность ферментов. Ингибирование может быть обратимым или необратимым.

Специфичность фермента — термин, обозначающий, что действие каждого фермента строго ограничено одним cубстратом или очень небольшим числом близко родственных соединений. В последнем случае фермент катализирует одну и ту же реакцию, например, фосфатаза катализирует реакцию отщепления фосфата у b-глицерофосфата, n-нитрофенилфосфата, аденозинмонофосфата и других субстратов.

Взаимодействие фермента и субстрата осуществляется путём образования активного комплекса [ES] и последующего его распада с образованием продукта реакции и фермента. Схема ферментативной рекции приведена на рис. 1(Приложение №1). Субстрат в комплексе [ES] соединяется не со всей молекулой фермента, а только с его "активным центром".

Поразительная специфичность ферментов привела к созданию теории “ключа и замка”, согласно которой для протекания реакции необходимо точное структурное соответствие между субстратом и активным центром фермента. Показано, что при взаимодействии с субстратом фермент "укладывается" вокруг субстрата, обеспечивая более точное соответствие подгоняемых структур.

Для того, чтобы количественно определить активность фермента, измеряют скорость катализируемой им реакции.

Скорость реакции — это скорость, с которой изменяется во времени концентрация субстрата (под действием фермента она уменьшается), или скорость с которой увеличивается концентрация продукта реакции. Для того, чтобы измерить скорость ферментативной реакции, необходимо прежде всего "запустить" эту реакцию в определённое время, быстро смешав реагенты, а затем, при строго фиксированных условиях температуры и рН, измерять концентрацию продукта реакции или субстрата через определённые промежутки времени. По данным измерения строят кинетическую кривую.

Кинетическая кривая — строится по данным измерения нескольких точек. Она отражает изменение концентрации продукта (или субстрата) во время реакции.

Скорость реакции в данный момент времени определяют как наклон касательной к кинетической кривой в данной точке (Приложение №2 рис. 2).

Начальная скорость реакции – это скорость реакции в нулевой момент времени, определить её можно только специальными методами. Поэтому, для практических целей, при определении активности ферментов, начальную скорость определяют на линейном участке кинетической кривой, т.е. там, где реакция идёт с постоянной скоростью (точки 1, 2, 3 кинетической кривой)