 |
Введение.
|
|
|
|
Основой любого жизненного процесса является набор многочисленных
химических превращений. Живые клетки способны осуществлять все необходи-
мые для их жизнедеятельности процессы при достаточно невысокой температу-
ре и за короткий промежуток времени. Чем можно это объяснить? Долгое время
при попытках рассматривать процессы жизнедеятельности вне живого организ-
ма ученые сталкивались с одной проблемой: все превращения вне организма
протекали несопоставимо ( в миллионы и миллиарды раз ) медленнее. Исследо-
ватели долго искали причину, и лишь приблизительно 100 лет назад удалось раз-
гадать эту загадку природы. Дело в том, что все организмы без исключения рас-
полагают мощными биологическими катализаторами - ферментами. Благодаря
участию ферментов, в организме происходит обмен веществ. Жизнь без фермен-
тов невозможна. Ферменты играют огромную роль в пищеварении человека. Во-
да, минеальные соли и витамины, попадая в организм человека вместе с пищей,
усваиваются организмом в неизменном виде, а вот белки, жиры и углеводы, ис-
пользуемые организмом ядля строения и обеспечени жизнедеятельности, не мо-
гут быть усвоены организмом в таком виде. Расщепляющие действие пищевари-
тельных соков, оказывающее воздействие на белки, жиры и углеводы, объясня-
ется содержанием в них ферментов ( пепсина, трипсина, липазы ). Но ферменты
принимают участие не только в пищеварении. Большинство жизненно важных
процессов, таких, как поглощение питательных веществ клетками, все процессы
синтеза и распада, использование кислорода в реакциях, образование углекисло-
го газа и др. Химические реакции происходят также под влиянием действия фер-
|
|
|
ментов. Исключительные свойства биологических катализаторов ферментов при-
влекали продолжают привлекать умы выдающихся исследователей. В настоящее
время наиболее важно использование ферментов в медицине. В этом направле-
нии существуют и наиболее развиты два аспекта:
1. Если человек страдает от недостатка какого-либо фермента, наука и ме-
дицина сейчас в состоянии ему помочь введением недостающего фермента.
2. Актуально использование ферментов дл быстрой и точной диагностики.
Без детального ознакомления с химией и механизмом действи ферментов не-
возможно понять процессы обмена веществ, а тем более воздействовать на них
Фермент как катализатор
Что такое катализатор и каково его действие на реагирующие продукты?
Из общей химии известно, что катализатор ускоряет процесс хода реакции и не вхо-
дит в продукты реакции. Известно, что увеличить скорость реакции можно, повысив
температуру или давление. Но такие превращени были бы губительны для живой
клетки. Надо рассмотреть процесс реакции более подробно. Для того чтобы произо-
шла реакция, надо сообщить реагирующим веществам определенное количество энер-
гии. Эта энергия называется энергией активации. Это похоже на то, как надо прило-
жить какую-то силу, чтобы столкнуть тяжелые камни вниз с горы (см. рис. 1). Как мож-
но сообщить реагирующим веществам энергию? Либо повысив их собственную кине-
тическую энергию, либо понизив уровень энергии, необходимой дл преодоления
энергетического барьера реакции. Повысить кинетическую энергию реагирующих ве-
ществ, увеличив количество столкновений этих частиц с более высоко энергетически
заряженными частицами, достаточно сложно. В общем случае все катализаторы сни-
жают энергетический барьер реакции, тем самым уменьшая количество энергии, ко-
торая потребуется для возбуждени молекул реагирующих веществ. Это можно срав-
|
|
|
нить с камнем, лежащим на самом откосе; для того чтобы столкнуть этот камень с го-
ры, необходим минимум энергии.
Таким образом, катализаторы, снижая значение энергии активации, ускоряют
течение химических реакций.
История
Человечество по жизни сталкивалось с ферментами: свертывание крови,
почернение среза картофелин, яблока и банана, а главное процесс броже-
ния вина - все это видимые человеком проявлени работы ферментов.
Первые серьезные попытки проникнуть в сущность действия ферментов
относятся к XVII веку.
1600 год Ван-Гельмонт, пытаясь объяснить механизм спиртового брожения, дал
неизвестному ему агенту, вызывающему превращени вещества с выделением пу-
зырьков, название фермента от лат. fermentatio - брожение. Поэтому словом фер-
мент стали называть каждый агент, способствующий процессу брожения.
1783 год Итальянский ученый Спалланцани проводил опыт с ястребом, которо-
му он давал возможность заглатывать кусочки мяса в металлической капсуле.
Спалланцани пришел к выводу, что в желудке происходит процесс химического
разложения пищи под действием каких-то веществ, содержащихся в желудочном
соке.
1814 год Кирхгоф показал, что образование сахара из крахмала в проросших зер-
нах злаков обусловлено химическим процессом, а не появлением ростков.
1833 год Пайен и Персо выделили из солода вещество, которое разлагает крах-
мал, и назвали его диастазой от греч. diastazis - разделение. (Этот фермент в
настоящее время называется амилазой ). Впервые накопившийся материал был
обобщен Берцелиусом, который утверждал, что ферментативные процессы пред-
ставляют собой каталитические процессы, то есть что ферменты являются ката-
лизаторами, веществами, ускоряющими ход реакции и остающихся после реак-
ции в неизменном виде.
1837 год Шванн обнаружил, что гниение, то есть процесс разложени веществ,
по определению относящийся к процессам ферментации, вызывают микроорга-
низмы. Между учеными возник спор: с одной стороны, невидимые, ‘обладаю-
щие формой’, ‘организованные’ активные начала, такие, как возбудители гние-
ния, и с другой стороны, видимые в растворах, ‘не имеющие формы’, ‘неоргани-
|
|
|
зованные’ начала, например, пепсин и диастаза, претендовали на звание фер-
мента. Ученые-исследователи разделились на два лагеря: в первый лагерь вхо-
дили Пастер, Левенгук, Шванн, которые считали ферментами ‘организованные’
начала; ко второму лагерю относились Берцелиус, Либих, Вёлер, для которых
ферментами являлись ‘неорганизованные’ начала.
1878 год Кюне предложил назвать ‘неорганизованные’ начала энзимами, а ‘ор-
ганизованные’ - ферментами.
1897 год Бухнер опроверг теорию Шванна, растерев дрожжевые клетки в ступке
и тем самым доказав отсутствие живых организмов в процессе брожения, что
решило проблему деления на ферменты и энзимы.
1894 год Фишер выдвинул гипотезу о строгой специфичности ферментов и о
близком стерическом соответствии между ферментом и субстратом. И. П. Павлов
и его ученики сделали много ценных наблюдений в области изучения действия
ферментов.
1913 год работа Михаэлиса и Ментена по ферментативной кинетике.
1922 -1928 годы Вильштеттер достиг блестящих успехов в области получения
ферментативных аппаратов высокой степени очистки.
1858 год немецкий химик Траубе высказал предположение о том, что ферменты,
вопрос принадлежности которых к какому-либо химическому классу был еще не
решен, представляют собой белки ( протеины ). Впоследствии было установлено,
что ферменты подобно белкам состоят из атомов углерода, водорода и азота, что
при нагревании они свертываются, под действием большинства осадителей бел-
ка выпадают в осадок и дают химические реакции, характерные для белков.
1926 год Самнер выделил в кристаллическом виде фермент уреазу.
1939 - 1941 годы В. А. Энгельгард и М. И. Любимова открыли ферментативное
свойство белка миозина , что позволило найти ключ к объяснению механизма
мышечного сокращения и превращения химической энергии, заложенной в мак-
роэргических связях АТФ, в механическую энергию. К настоящему времени уче-
|
|
|
ние о ферментах стало одной из наиболее быстро развивающихс отраслей биохи-
мической науки - энзимологии (или ферментологии).
|
|
|
