 |
Ферменты – биологические катализаторы .
|
|
|
|
Скорости химических реакций в значительной степени определяются присутствием в системе катализатора – вещества, способного ускорять (или замедлять) скорость химической реакции. Химические процессы в живых организмах осуществляются при помощи биологических катализаторов (энзимов). Все известные в настоящее время ферменты (а их насчитывается около 2 тыс.) являются особого вида белками, многие из которых содержат ионы металлов.
По своей эффективности ферменты в миллионы и миллиарды раз превосходят эффективность химических катализаторов. Биокатализаторы отличает также высокая специфичность и направленность действия. Каждый фермент проводит определённую химическую реакцию без поисков «оптимальных технологических решений». Число ферментов, очевидно, соответствует числу биохимических реакций. В настоящее время все ферменты принято разделять на шесть основных групп:
1. Ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, - ОКСИДОРЕДУКТАЗ (оксидазы).
2.Ферменты, катализирующие реакции гидролиза, - ГИДРОЛАЗЫ.
3.Ферменты, катализирующие реакции изомеризации, - ИЗОМЕРАЗЫ.
4.Ферменты, катализирующие реакции образования двойной связи и присоединения к двойной связи, - ЛИАЗЫ.
5.Ферменты, катализирующие реакции синтеза (конденсации) двух молекул, - СИНТЕТАЗЫ.
6.Ферменты, катализирующие реакции переноса группы от одного соединения к другому, - ТРАНСФЕРАЗЫ.
В молекуле фермента имеется небелковая группа, называемая коферментом. Он присоединяется к белковой части, образуя ковалентную, водородную или ионную связь. В качестве коферментов выступают различные вещества, в том числе и витамины, и металлосодержащие соединения.
|
|
|
Металлы входят в состав многих важнейших ферментов. Так, гидролазы содержат цинк, кальций, магний, марганец. В состав оксидаз входят железо, медь, молибден, кобальт. Ионы Na и K активируют ферменты плазматической мембраны.
БОЛЕЗНИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ВСЛЕДСТВИИ ИЗМЕНЕНИЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ.
Эти болезни получили в медицине общее название ферментопатий или энзимопатий. В настоящее время известно около 800 видов ферментопатий; все они относятся к группе наследственных болезней. Одной из таких болезней является альбинизм, который возникает в результате снижения активности фермента тирозиназы, катализирующей реакцию превращения тирозина пигментных клеток в меланин. К ферментопатиям относится и фенилкетонурия, связанная со снижением активности или отсутствием фермента фенилаланингидроксилазы. Возникающие в связи с этим нарушения обмена фенилаланина и, следовательно, тирозина и триптофана приводят к тяжёлой умственной отсталости вплоть до идиотии. Фенилкетонурия легко выявляется с первых дней жизни человека. В случае обнаружения у человека данной болезни, для больного разрабатывается специальная диета, лишённая фенилаланина, что позволяет предупредить развитие слабоумия.
Одним из методов лечения этой болезни в современной медицине, вызванных недостаточностью тех или иных ферментов в организме, является метод введения в организм недостающих или снизивших свою активность ферментов. Однако введение в организм чистых, немодифицированных ферментов приводит к их быстрому разрушению, поэтому необходимы значительные количества этих дорогостоящих препаратов.
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА.
Микроэлементы – химические элементы, находящиеся в тканях животных и растительных организмов в концентрациях 1:100000 и ниже; к микроэлементам относятся также химические элементы, в низких концентрациях содержащиеся в водах, почвах, горных породах. Некоторые микроэлементы являются абсолютно необходимыми для важнейших процессов жизнедеятельности человека, а также для нормального протекания многих метаболических реакций и физиологических функций. Содержание ряда микроэлементов тканях и биологических жидкостях человека служит ценным диагностическим тестом для многих заболеваний.
|
|
|
Влияние микроэлементов на обменные процессы зависит не только от их качественного состава, но и от их количества.
Дисбаланс - недостаток или избыток различных микроэлементов в составе постоянно употребляемых человеком воды или продуктов питания вызывает изменения в обмене веществ, что ведет к нарушению синтеза патологическим состояниям и заболеваниям. Заболевания, вызванные такими причинами, называются эндемическими. Так, недостаток йода в воде и пище приводит к нарушению синтеза гормонов щитовидной железы и развитию эндемического зоба у человека и животных.
ЙОД(J).
Встречается в различных органах и тканях человека, причём основное количество содержится в щитовидной железе в составе её гормонов – трийодтиранина и тиротоксина. Содержание йода в шитовидной железе человека составляет 20-40% от общего его содержания в организме, в 2000-4000 раз превышая количество его в крови.
КАДМИЙ(Cd).
Кадмий регулирует уровень сахара в крови.
РТУТЬ(Hg).
Ртуть присутствует в молекулах ДНК и, возможно, участвует в передаче наследственной информации.
СЕЛЕН(Se).
Селен также является важным регулятором обменных процессов; при недостатке селена снижается острота зрения, развивается мышечная дистрофия. Селен может замещать серу в белках, аминокислотах, по-видимому, в эфирных маслах. При избытке селена животные болеют эндемическим селеновым токсикозом.
МАРГАНЕЦ(Mn).
Марганец входит в состав активных центров некоторых ферментов.
БОР(B).
Бор регулирует некоторые каталитические процессы, однако избыток бора ингибирует ферменты пищеварительного тракта, что может привести к болезни – борному энтериту.
|
|
|
ЛИТИЙ(Li).
Литий контролирует нервно-психическую деятельность. Недостаток лития в организме обнаруживается маниакально- депрессивном психозе и других психических заболеваниях.
ХЛОР(Cl).
Хлор в организме находится преимущественно в виде аниона в составе солей щелочных и щелочноземельных металлов, а также в виде соляной кислоты в желудочном соке.
КОБАЛЬТ(Co).
Кобальт входит в состав витамина B. При недостатке кобальта ослабляется синтез витамина B микрофлорой желудочно-кишечного тракта, уменьшается его поступление в печень и другие органы, наступает гипо - или авитаминоз, который приводит к истощению или смерти.
МЕДЬ(Cu).
Медь играет важную роль в процессах кроветворения у млекопитающих, а также входит в состав многих ферментов – оксидаз: тирозиназы, аскорбиноксиназы, лакказы. Недостаток меди вызывает нарушения кровообразования, что приводит к развитию анемии, расстройства пищеварения, потере аппетита и заболеваниям сердца.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Успехи современных молекулярных подходов к изучению процессов, происходящих в живом организме, со всей ясностью доказали огромную сложность и уникальную взаимообусловленность компонентов живых систем: ионов, молекул, макромолекул, клеток тканей, органов и организма в целом. Расшифровав молекулярные основы строения и функционирования сложнейших биологических структур, научившись синтезировать вне органа такие сложные структуры, как белки, гормоны и даже гены, современная наука приходит к выводу, что создание искусственных тканей и органов, эквивалентных живым тканям и органам, является труднодоступной и малоперспективной задачей.
По мнению специалистов, будущее в создании искусственных органов лежит, очевидно, на пути раскрытия механизмов регенерации естественных тканей и органов. Для разрешения этой задачи наука должна изучить механизмы деления клеток, понять, как дифференцируются и соединяются клетки, образуя определённую структуру тканей.
Уже известно, что механизмы регенерации тканей и органов зависят от различных регулирующих, стимулирующих или тормозящих факторов. Одним из таких факторов, влияющих на процессы регенерации тканей и органов, являются гормоны. Гормоны должны поддерживать такой уровень биохимических процессов, который обеспечивал бы функциональную устойчивость организма и его самовоспроизведение при различных изменениях в окружающей среде или внутри самого организма. Гормоны способны существенным образом изменять скорость реакций.
|
|
|
Создание живых органов вне организма – это одна из тех задач на грани химии и медицины, которой будут заниматься химики и медики, т.е. сегодняшние школьники, решившие посвятить свою жизнь двум самым древним областям человеческих знаний – химии и медицине.
|
|
|
