9

Ферменты

Ферменты – это биологические катализаторы белковой природы. Термин “фермент” происходит от латинского fermentum– закваска; другое название ферментов – энзимы – происходит от греческого –enzyme– в дрожжах.

История изучения ферментов тесно переплетается с историей катализа. Катализом называют ускорение химической реакции, вызванное добавлением малых нестехиометрических количеств катализатора. Катализатор ускоряет реакцию не просто своим присутствием, а взаимодействием с веществом, подвергающемся превращению, но при этом регенерируется в ходе реакции. Ферменты не являются исключением. Таким образом, ферменты и небиологические катализаторы подчиняются общим законам катализа и поэтому имеют ряд общих признаков:

1.Они катализируют только термодинамически возможные реакции.

2.Они никогда не изменяют направление реакции.

3.Они не изменяют равновесия обратимой реакции, а лишь ускоряют его наступление.

4.Они не расходуются в процессе реакции. Поэтому фермент в клетке работает до тех пор, пока по каким-либо причинам не разрушится.

Вместе с тем ферменты обладают и особыми свойствами, отличающими их от небиологических катализаторов. Это связано с особенностями строения ферментов как сложных белковых молекул.

1.Ферменты – высокоэффективные катализаторы. Они способны ускорять реакцию до 10¹⁰ раз.

2.Обладают высокой специфичностью. Они катализируют, как правило, реакцию одного типа или действуют на один субстрат.

3.Эффективно работают только в мягких условиях, т.е. в достаточно узком диапазоне рН и температуры.

4.Ферменты являются катализаторами с регулируемой активностью. Это позволяет организму приспосабливаться к действию факторов внешней и внутренней среды.

Классификация и номенклатура ферментов

Все ферменты систематизированы в соответствии с рекомендациями Международного биохимического союза (IUB). В номенклатуре ферментов используют принцип классификации ферментов по типу катализируемой реакции и ее механизму.

Согласно номенклатуры каждый фермент имеет специальный шифр, указывающий номер класса, подкласса, подподкласса и номер фермента в подподклассе. Например, алкогольдегидрогеназа имеет шифр 1.1.1.1.; лактатдегидрогеназа (ЛДГ) имеет шифр 1.1.1.27.

Выделяют 6 классов ферментов, катализирующих 6 типов реакций:

1.Оксидоредуктазы – ферменты, катализирующие реакции окисления и восстановления. При этом окисление может осуществляться как путем отщепления 2-х атомов водорода, так и путем прямого включения в субстрат одного или двух атомов кислорода.

2.Трансферазы – ферменты, катализирующие перенос функциональных групп от донора к акцептору.

3.Гидролазы – ферменты, катализирующие гидролиз субстрата, т.е. разрыв связей в субстрате с присоединением воды. К гидролазам относятся ферменты ЖКТ и большинство ферментов лизосом.

4.Лиазы – ферменты, катализирующие негидролитическое расщепление субстрата или отщепление элементов воды, аммония или диоксида углерода с образованием, как правило, двойной связи.

5.Изомеразы – ферменты, катализирующие превращения внутри одной молекулы. Они включают рацемазы, мутазы, эпимеразы, цис-транс изомеразы, внутримолекулярные оксидоредуктазы и т.д.

6.Лигазы или синтетазы – ферменты, катализирующие присоединение друг к другу молекул с использованием энергии фосфатной связи АТФ.