ФЕРМЕНТИ, органічні речовини білкової природи, які синтезуються в клітинах і в багато разів прискорюють реакції, що протікають в них, не піддаючись при цьому хімічним перетворенням. Речовини, які мають подібну дію, існують і в неживій природі і називаються каталізаторами.

Ферменти (від латів. fermentum – бродіння, закваска) іноді називають ензимами (від грец. en – усередині, zyme – закваска). Усі живі клітини містять дуже великий набір ферментів, від каталітичної активності яких залежить функціонування клітин. Практично кожна з багатьох різноманітних реакцій, що протікають у клітині, вимагає участі специфічного ферменту. Вивченням хімічних властивостей ферментів і реакцій, що каталізуються, займається особлива, дуже важлива область біохімії - ензимологія.

Багато ферментів знаходяться в клітині у вільному стані, будучи просто розчинені в цитоплазмі; інші пов'язані із складними високоорганізованими структурами. Є й ферменти, які в нормі знаходяться поза клітиною; так, ферменти, що каталізують розщеплення крохмалю та білків, секретуються підшлунковою залозою в кишечник.Секретують ферменти та багато мікроорганізмів.

Дія ферментів

Ферменти, що беруть участь у фундаментальних процесах перетворення енергії, таких як розщеплення цукрів, освіта та гідроліз високоенергетичної сполуки аденозинтрифосфату (АТФ), присутні у клітинах усіх типів – тварин, рослинних, бактеріальних. Проте є ферменти, які утворюються лише у тканинах певних організмів.

Так, ферменти, що у синтезі целюлози, виявляються у рослинних, але з тварин клітинах. Таким чином, важливо розрізняти «універсальні» ферменти та ферменти, специфічні для тих чи інших типів клітин. Взагалі кажучи, що більше клітина спеціалізована, то більше ймовірність, що вона синтезуватиме набір ферментів, необхідний виконання конкретної клітинної функції.

Особливістю ферментів є те, що вони мають високу специфічність, тобто можуть прискорювати лише одну реакцію або реакції одного типу.

У 1890 Е. Г. Фішер припустив, що ця специфічність обумовлена ​​особливою формою молекули ферменту, яка точно відповідає формі молекули субстрату.Ця гіпотеза отримала назву «ключа і замка», де ключ порівнюється із субстратом, а замок – із ферментом. Гіпотеза каже: субстрат підходить до ферменту, як ключ підходить до замку. Вибірковість дії ферменту пов'язана із будовою його активного центру.

Активність ферментів

Насамперед, на активність ферменту впливає температура. З підвищенням температури швидкість хімічної реакції зростає. Збільшується швидкість молекул, вони з'являються більше шансів зіштовхнутися друг з одним. Отже, збільшується ймовірність, що реакція між ними відбудеться. Температура, що забезпечує найбільшу активність ферменту оптимальна.

Поза оптимальної температури швидкість реакції знижується внаслідок денатурації білків. Коли температура знижується, швидкість хімічної реакції також падає. У той момент, коли температура досягає точки замерзання, фермент інактивується, але не денатурує.

Класифікація ферментів

У 1961 році було запропоновано систематичну класифікацію ферментів на 6 груп. Проте назви ферментів виявилися дуже довгими і важкими у вимові, тому ферменти прийнято сьогодні називати з допомогою робочих назв. Робоча назва складається з назви субстрату, який діє фермент, і закінчення «аза». Наприклад, якщо речовина - лактоза, тобто молочний цукор, то лактаза - це фермент, який його перетворює. Якщо сахароза (звичайний цукор), то фермент, що його розщеплює, – сахараза. Відповідно, ферменти, які розщеплюють протеїни, звуться протеїнази.

Травні ферменти– це речовини білкової природи, що виробляються у шлунково-кишковому тракті. Вони забезпечують процес перетравлення їжі та стимулюють її засвоєння.

Основною функцією травних ферментів є розкладання складних речовин на простіші, які легко засвоюються в кишечнику людини.

Дія білкових молекул спрямовано такі групи речовин:

• білки та пептиди;
• оліго- та полісахариди;
• жири, ліпіди;
• нуклеотиди.

Види ферментів

1. Пепсин.Фермент є речовиною, що виробляється в шлунку. Він впливає на білкові молекули у складі їжі, розкладаючи їх на елементарні складові – амінокислоти.
2. Трипсин та хімотрипсин.Ці речовини входять до групи панкреатичних ферментів, які виробляються підшлунковою залозою і доставляють у дванадцятипалий кишечник. Тут вони впливають на білкові молекули.
3. Амілаза.Фермент відноситься до речовин, що розкладають цукри (вуглеводи). Амілаза виробляється в ротовій порожнині та в тонкому кишечнику. Вона розкладає один із головних полісахаридів – крохмаль. В результаті виходить невеликий вуглевод – мальтоза.
4. Мальтаза.Фермент впливає на вуглеводи. Його специфічним субстратом є мальтоза. Вона розкладається на дві молекули глюкози, які всмоктуються стінкою кишечника.
5. Сахараза.Білок впливає на інший поширений дисахарид - сахарозу, яка міститься у будь-якій високовуглеводній їжі. Вуглевод розпадається на фруктозу і глюкозу, які легко засвоюються організмом.
6. лактаза.Специфічний фермент, який впливає на вуглевод із молока – лактозу. При її розкладанні виходять інші продукти – глюкоза та галактоза.
7. нуклеази.Ферменти з цієї групи впливають на нуклеїнові кислоти - ДНК та РНК, які містяться в їжі. Після їхнього впливу речовини розпадаються деякі складові – нуклеотиди.
8. нуклеотидази.Друга група ферментів, що впливає на нуклеїнові кислоти, називається нуклеотидазами. Вони розкладають нуклеотиди з отриманням дрібніших складових – нуклеозидів.
9. Карбоксипептидаз.Фермент впливає невеликі білкові молекули – пептиди. В результаті такого процесу виходять окремі амінокислоти.
10. Ліпаза.Речовина розкладає жири та ліпіди, що надходять у травну систему. При цьому утворюються їх складові - спирт, гліцерин і жирні кислоти.

Нестача травних ферментів

Недостатнє вироблення травних ферментів – це серйозна проблема, яка потребує лікарського втручання. При невеликій кількості ендогенних ензимів їжа зможе нормально перетравлюватися в кишечнику людини.

Якщо речовини не перетравлюються, то вони не можуть всмоктуватись у кишечнику. Травна система здатна засвоїти лише невеликі фрагменти органічних молекул. Великі компоненти, що входять до складу їжі, не зможуть принести користь людині. Внаслідок цього в організмі може розвинутись недостатність тих чи інших речовин.

Нестача вуглеводів або жирів призведе до того, що організм втратить «паливо» для активної діяльності. Недостатність білків позбавляє тіло людини будівельного матеріалу, яким є амінокислоти. Крім того, порушення травлення призводить до зміни характеру калу, що може несприятливо впливати на характер.

Причини

• запальні процеси в кишечнику та шлунку;
• порушення характеру харчування (переїдання, недостатня термічна обробка);
• хвороби обміну речовин;
• панкреатит та інші хвороби підшлункової залози;
• ураження печінки та жовчних шляхів;
• уроджені патології ферментної системи;
• післяопераційні наслідки (недостатність ензимів через видалення частини травної системи);
• лікарські дії на шлунок та кишечник;
• вагітність;

Симптоми

Тривале збереження недостатності травлення супроводжується появою загальних симптомів, що з пониженим надходженням поживних речовин у організм. До цієї групи входять такі клінічні прояви:

• Загальна слабкість;
• зниження працездатності;
• головні болі;
• порушення сну;
• підвищена дратівливість;
• у важких випадках – симптоми анемії через недостатнє засвоєння заліза.

Надлишок травних ферментів

Надлишок травних ферментів найбільше часто спостерігається при такому захворюванні, як панкреатит. Стан пов'язаний з гіперпродукцією цих речовин клітинами підшлункової залози та порушенням їх виведення в кишечник. У зв'язку з цим розвивається активне запалення у тканині органу, викликане впливом ферментів.

Ознаками панкреатиту можуть бути:

• сильні болі в ділянці живота;
• нудота;
• здуття;
• порушення характеру випорожнень.

Часто розвивається загальне погіршення стану хворого. З'являється загальна слабість, дратівливість, знижується маса тіла, порушується нормальний сон.

Як виявити порушення у синтезі травних ферментів?

Основні засади терапії ферментних порушень

Зміна вироблення травних ферментів є приводом для звернення до лікаря. Після проведення комплексного обстеження лікар визначить причину виникнення порушень та призначить відповідне лікування. Самостійно боротися із патологією не рекомендується.

Важливим компонентом лікування є правильне харчування. Хворому призначається відповідна дієта, яка спрямована на полегшення травлення їжі. Необхідно уникати переїдання, оскільки це провокує кишкові розлади. Пацієнтам призначається лікарська терапія, у тому числі замісне лікування.

Конкретні засоби та їх дозування підбираються лікарем.

Ферменти (Ензими) – специфічні білки, біологічно активні органічні речовини, які прискорюють хімічні реакції у клітині. Величезна роль ферментів в організмі. Вони можуть збільшити швидкість реакції більш ніж удесятеро. Це просто необхідно для нормальної життєдіяльності клітини. А ферменти беруть участь у кожній реакції.

В організмі всіх живих істот, включаючи навіть найпримітивніші мікроорганізми, виявлено ферменти. Ферменти рахунок своєї каталітичної активності дуже важливі нормальної роботи систем нашого організму.

Ключові ферменти в організмі

В основі життєдіяльності людського організму - тисячі хімічних реакцій, що протікають у клітинах. Кожна з них здійснюється за участю спеціальних прискорювачів – біокаталізаторів, або ферментів.

Ферменти виступають у ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, які у живих організмах. До 2013 року було описано понад 5000 різних ферментів

Сучасній науці відомо близько двох тисяч біокаталізаторів. Зосередимо увагу на так званих ключових ферментах . До них відносяться найістотніші для життєдіяльності організму біокаталізатори, «поломка» яких зазвичай призводить до виникнення захворювань. Ми прагнемо відповісти на запитання: як цей фермент діє у здоровому організмі і що з ним відбувається у процесі захворювання людини?

Відомо, що найважливіші біополімери, що становлять основу всього живого (з них побудовані всі складові клітин нашого тіла та всі ферменти), мають білкову природу. У свою чергу, білки складаються з простих азотистих сполук – амінокислот, пов'язаних між собою хімічними зв'язками – пептидними. В організмі існують спеціальні ферменти, які розщеплюють ці зв'язки шляхом приєднання молекул води (реакція гідролізу). Такі ферменти називаються пептидгідролазами. Під їх впливом у молекулах білка розриваються хімічні зв'язки між амінокислотами та утворюються уламки білкових молекул – пептиди, що складаються з різної кількості амінокислот. Пептиди, що мають високу біологічну активність, можуть викликати навіть отруєння організму. Зрештою, піддаючись впливу пептидгідролаз, пептиди або втрачають, або суттєво знижують свою біологічну активність.

Професору В. Н. Орєховичу в 1979 та його учням вдалося відкрити, виділити у чистому вигляді та докладно вивчити фізичні, хімічні та каталітичні властивості однієї з пептидгідролаз, раніше не відомої біохімікам. Нині вона увійшла до міжнародного переліку під назвою фермент карбоксикатепсин. Дослідження дозволили наблизитися до відповіді питання: навіщо потрібен карбоксикатепсин здоровому організму і що може статися внаслідок тих чи інших змін його структури.

Виявилося, що карбоксикатепсин бере участь як у освіті пептиду ангіотензину Б, що підвищує артеріальний тиск, так і в руйнуванні іншого пептиду - брадикініну, який, навпаки, має властивість знижувати артеріальний тиск.

Таким чином, карбоксикатепсин виявився ключовим каталізатором, який бере участь у роботі однієї з найважливіших біохімічних систем організму – системи регуляції тиску крові. Чим більшу активність виявляє карбоксикатепсин, тим вища концентрація ангіотензину П і нижча концентрація брадикініну, а це, у свою чергу, призводить до підвищення артеріального тиску. Не дивно, що у людей, які страждають на гіпертонічну хворобу, активність карбокси-катепсину в крові підвищена. Визначення цього показника допомагає лікарям оцінювати ефективність лікувальних заходів, прогнозувати перебіг хвороби.

Чи можна загальмувати дію карбоксикатепсину безпосередньо в організмі людини і тим самим досягти зниження артеріального тиску? Дослідження, проведені в нашому інституті, показали, що в природі існують пептиди, які здатні зв'язуватися з карбоксикатепсином, не зазнаючи гідролізу, і позбавляти його тим самим можливості виконувати властиву йому функцію.

В даний час ведуться роботи з синтезу штучних блокаторів (інгібіторів) карбоксикатепсину, які передбачається використовувати як нові лікарські засоби для боротьби з гіпертонічною хворобою.

До інших важливих ключових ферментів, що беруть участь у біохімічних перетвореннях азотистих речовин в організмі людини, відносяться аміноксидази. Без них не обходяться реакції окислення про біогенних амінів, до яких належать багато хімічні передавачі нервових імпульсів - нейромедіатори. Поломки аміноксидаз ведуть до розладів функцій центральної та периферичної нервової системи; хімічні блокатори аміноксидаз вже застосовуються в клінічній практиці як лікувальні засоби, наприклад, при депресивних станах.

У процесі вивчення біологічних функцій аміноксидаз вдалося відкрити їхню невідому раніше властивість. Виявилося, що хімічні зміни молекул цих ферментів супроводжуються якісними змінами їх каталітичних властивостей. Так, моноаміноксидази, що окислюють біогенні моноаміни (наприклад, широко відомі нейромедіатори - норадреналін, серотонін та дофамін), після обробки окислювачами частково втрачають властиві їм властивості. Зате виявляють якісно нову здатність руйнувати діаміни, деякі амінокислоти та аміносахара, нуклеотиди та інші азотисті сполуки, необхідні для життєдіяльності клітини. Причому трансформувати моноаміноксидази вдається у пробірці (тобто у випадках, коли дослідники експериментують з очищеними препаратами ферментів), а й у організмі тварини, у якому попередньо моделюються різні патологічні процеси.

У клітинах тіла людини моноаміноксидази включені до складу біологічних мембран - напівпроникних перегородок, які служать і оболонками клітини та ділять кожну з них на відокремлені відсіки, де протікають певні реакції. Біомембрани особливо багаті на легко окислювані жири, які знаходяться в напіврідкому стані. Багато захворювань супроводжуються накопиченням у біомембранах надлишкових кількостей продуктів окислення жирів. Надмірно окислені (переокислені), вони порушують і нормальну проникність мембран та нормальну роботу ферментів, що входять до їх складу. До таких ферментів належать і моноаміноксидази.

Зокрема, при променевому ураженні відбувається переокислення жирів у біомембранах клітин кісткового мозку, кишечника, печінки та інших органів, а моноаміноксидази при цьому не просто частково втрачають свою корисну активність, але ще й набувають якісно нової, шкідливої ​​для організму властивості. Вони починають руйнувати життєво важливі клітини азотисті речовини. Властивість моно-аміноксидаз трансформувати свою біологічну активність проявляється як у дослідах з очищеними ферментними препаратами, так і в живому організмі. Причому з'ясувалося, що лікувальні засоби, що використовуються у боротьбі з променевими ураженнями, запобігають розвитку якісних змін ферментів.

Ця дуже важлива властивість - оборотність трансформації моноаміноксидаз - була встановлена ​​в експериментах, в ході яких дослідники навчилися не тільки попереджати трансформацію ферментів, але й усувати порушення, повертаючи до норми функції каталізаторів і добиваючись певного лікувального ефекту.

Поки що йдеться про досліди на тваринах. Однак сьогодні є всі підстави вважати, що активність аміноксидаз змінюється і в організмі людини, зокрема, при атеросклерозі. Тому вивчення властивостей аміноксидаз, а також хімічних речовин, за допомогою яких можна впливати на їхню активність в організмі людини з лікувальними цілями, в даний час продовжується з особливою наполегливістю.

І останній приклад. Добре відомо, яку важливу роль у життєдіяльності нашого організму відіграють вуглеводи, а отже, і ключові ферменти, що прискорюють їх біохімічні перетворення. До таких каталізаторів належить відкритий у нашому інституті фермент гамма-амилаза; він бере участь у розщепленні хімічних зв'язків між молекулами глюкози (з них побудовано складні молекули глікогену). Вроджена відсутність чи недостатність гамма-амілази призводить до порушення нормальних біохімічних перетворень глікогену. Його вміст у клітинах життєво важливих органів дитини зростає, вони втрачають можливість виконувати властиві їм функції. Всі ці зміни характеризують тяжке захворювання – глікогеноз.

У біохімічних перетвореннях глікогену беруть участь та інші ферменти.

Їхня вроджена недостатність також веде до глікогенозів. Щоб своєчасно і точно розпізнати, на який саме тип глікогенозу страждає дитина (а це важливо для вибору методу лікування та прогнозування перебігу захворювання), необхідні дослідження активності низки ферментів, у тому числі гамма-амілази. Розроблені ще в Інституті біологічної та медичної хімії АМН СРСР у 1970-х роках методи диференціальної лабораторно-хімічної діагностики глікогенозів нині й досі застосовують у клінічній практиці.

За даними професора В.З. ГОРКІНА

Історія вивчення

Термін ферментзапропонований у XVII столітті хіміком ван Гельмонтом під час обговорення механізмів травлення.

В кін. ХVІІІ – поч. ХІХ ст. вже було відомо, що м'ясо перетравлюється шлунковим соком, а крохмаль перетворюється на цукор під дією слини. Проте механізм цих явищ був невідомий.

Класифікація ферментів

За типом каталізованих реакцій ферменти поділяються на 6 класів згідно з ієрархічною класифікацією ферментів (КФ - Enzyme Comission code). Класифікацію було запропоновано Міжнародним союзом біохімії та молекулярної біології (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Кожен клас містить підкласи, тому фермент описується сукупністю чотирьох чисел, розділених точками. Наприклад, пепсин має назву ЄС 3.4.23.1. Перше число грубо описує механізм реакції, що каталізується ферментом:

• КФ 1: Оксидоредуктази, що каталізують окиснення або відновлення. Приклад: каталаза, алкогольдегідрогеназа.
• КФ 2: Трансферази, що каталізують перенесення хімічних груп з однієї молекули субстрату на іншу Серед трансфераз особливо виділяють кінази, що переносять фосфатну групу, як правило, з молекули АТФ.
• КФ 3: Гідролази, що каталізують гідроліз хімічних зв'язків. Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпопротеїнліпаза.
• КФ 4: Ліазикаталізують розрив хімічних зв'язків без гідролізу з утворенням подвійного зв'язку в одному з продуктів.
• КФ 5: Ізомерази, що каталізують структурні або геометричні зміни в молекулі субстрату
• КФ 6: Лігази, що каталізують утворення хімічних зв'язків між субстратами за рахунок гідролізу АТФ Приклад: ДНК-полімераза.

Кінетичні дослідження

Найпростішим описом кінетикиОдносубстратних ферментативних реакцій є рівняння Міхаеліса – Ментен (див. рис.). Сьогодні описано кілька механізмів дії ферментів. Наприклад, дія багатьох ферментів описується схемою механізму пінг-понг.

У 1972-1973 р.р. була створена перша квантово-механічна модель ферментативного каталізу (автори М. В. Волькенштейн, Р. Р. Догонадзе, З. Д. Урушадзе та ін.).

Структура та механізм дії ферментів

Активність ферментів визначається їхньою тривимірною структурою.

Як і всі білки, ферменти синтезуються у вигляді лінійного ланцюжка амінокислот, яка згортається певним чином. Кожна послідовність амінокислот згортається особливим чином, і виходить молекула (білкова глобула) має унікальні властивості. Декілька білкових ланцюгів можуть об'єднуватися в білковий комплекс. Третинна структура білків руйнується при нагріванні чи дії деяких хімічних речовин.

Активний центр ферментів

В активному центрі умовно виділяють:

• каталітичний центр - що безпосередньо хімічно взаємодіє з субстратом;
• зв'язуючий центр (контактний або «якірний» майданчик) - забезпечує специфічну спорідненість до субстрату та формування комплексу фермент-субстрат.

Щоб каталізувати реакцію, фермент має зв'язатися з одним чи кількома субстратами. Білковий ланцюг ферменту згортається таким чином, що на поверхні глобули утворюється щілина або западина, де зв'язуються субстрати. Ця область називається сайтом зв'язування субстрату. Зазвичай він збігається з активним центром ферменту або знаходиться поблизу нього. Деякі ферменти містять сайти зв'язування кофакторів або іонів металів.

Фермент, поєднуючись із субстратом:

• очищає субстрат від водяної «шуби»
• має в своєму розпорядженні реагуючі молекули субстратів у просторі необхідним для протікання реакції способом
• готує до реакції (наприклад, поляризує) молекули субстратів.

Зазвичай приєднання ферменту до субстрату відбувається з допомогою іонних чи водневих зв'язків, рідко - з допомогою ковалентних. Наприкінці реакції її продукт (або продукти) відокремлюються від ферменту.

Внаслідок цього фермент знижує енергію активації реакції. Це відбувається тому, що в присутності ферменту реакція йде іншим шляхом (фактично відбувається інша реакція), наприклад:

За відсутності ферменту:

• А+В = АВ

У присутності ферменту:

• А+Ф = АФ
• АФ + В = АВФ
• АВФ = АВ+Ф

де А, В – субстрати, АВ – продукт реакції, Ф – фермент.

Ферменти не можуть самостійно забезпечувати енергією ендергонічні реакції (для протікання яких потрібна енергія). Тому ферменти, що здійснюють такі реакції, поєднують їх з екзергонічними реакціями, що йдуть з виділенням більшої кількості енергії. Наприклад, реакції синтезу біополімерів часто поєднуються з реакцією гідролізу АТФ.

Для активних центрів деяких ферментів характерне явище кооперативності.

Специфіка

Ферменти зазвичай виявляють високу специфічність стосовно своїх субстратів (субстратна специфічність). Це досягається частковою комплементарністю форми, розподілу зарядів та гідрофобних областей на молекулі субстрату та у центрі зв'язування субстрату на ферменті. Ферменти зазвичай демонструють також високий рівень стереоспецифічності (утворюють як продукт тільки один з можливих стереоізомерів або використовують як субстрат тільки один стереоізомер), регіоселективності (утворюють або розривають хімічний зв'язок тільки в одному з можливих положень субстрату) і хемоселективність з кількох можливих даних умов). Незважаючи на загальний високий рівень специфічності, ступінь субстратної та реакційної специфічності ферментів може бути різним. Наприклад, ендопептидаза трипсин розриває пептидний зв'язок тільки після аргініну або лізину, якщо за ними не слідує пролін, а пепсин набагато менш специфічний і може розривати пептидний зв'язок, що йде за багатьма амінокислотами.

Модель «ключ-замок»

Гіпотеза Кошланду про індуковану відповідність

Більш реалістична ситуація у разі індукованої відповідності. Неправильні субстрати – надто великі чи надто маленькі – не підходять до активного центру

У 1890 р. Еміль Фішер припустив, що специфічність ферментів визначається точною відповідністю форми ферменту та субстрату. Таке припущення називається моделлю "ключ-замок". Фермент з'єднується з субстратом з утворенням короткоживучого фермент-субстратного комплексу. Проте, хоча ця модель пояснює високу специфічність ферментів, вона пояснює явища стабілізації перехідного стану, що спостерігається практично.

Модель індукованої відповідності

У 1958 р. Деніел Кошланд запропонував модифікацію моделі «ключ-замок». Ферменти, переважно, - не жорсткі, а гнучкі молекули. Активний центр ферменту може змінити конформацію після зв'язування субстрату. Бічні групи амінокислот активного центру приймають таке положення, що дозволяє ферменту виконати свою функцію каталітичну. У деяких випадках молекула субстрату змінює конформацію після зв'язування в активному центрі. На відміну від моделі «ключ-замок», модель індукованої відповідності пояснює як специфічність ферментів, а й стабілізацію перехідного стану. Ця модель отримала назву «рука-рукавичка».

Модифікації

Багато ферментів після синтезу білкового ланцюга зазнають модифікації, без яких фермент не виявляє своєї активності повною мірою. Такі модифікації називаються посттрансляційними модифікаціями (процесингом). Один із найпоширеніших типів модифікації - приєднання хімічних груп до бічних залишків поліпептидного ланцюга. Наприклад, приєднання залишку фосфорної кислоти називається фосфорилюванням, воно каталізується ферментом кіназою. Багато ферментів еукаріотів глікозильовані, тобто модифіковані олігомерами вуглеводної природи.

Ще один поширений тип посттранляційних модифікацій – розщеплення поліпептидного ланцюга. Наприклад, хімотрипсин (протеаза, що бере участь у травленні), виходить при вищепленні поліпептидної ділянки з хімотрипсиногену. Хімотрипсиноген є неактивним попередником хімотрипсину і синтезується в підшлунковій залозі. Неактивна форма транспортується на шлунок, де перетворюється на хімотрипсин. Такий механізм необхідний для того, щоб уникнути розщеплення підшлункової залози та інших тканин до надходження ферменту до шлунка. Неактивний попередник ферменту називають також "зимогеном".

Кофактори ферментів

Деякі ферменти виконують каталітичну функцію власними силами, без будь-яких додаткових компонентів. Однак є ферменти, яким для здійснення каталізу необхідні компоненти небілкової природи. Кофактори можуть бути як неорганічними молекулами (іони металів, залізо-сірчані кластери та ін), так і органічними (наприклад, флавін або гем). Органічні кофактори, що міцно пов'язані з ферментом, називають також простетичними групами. Кофактори органічної природи, здатні відокремлюватися від ферменту, називають коферментами.

Фермент, який вимагає наявності кофактора для прояву каталітичної активності, але не пов'язаний з ним, називається апоферментом. Апо-фермент у комплексі з кофактором зветься холо-ферментом. Більшість кофакторів пов'язані з ферментом нековалентними, але досить міцними взаємодіями. Є й такі простетичні групи, які пов'язані з ферментом ковалентно, наприклад, тіамінпірофосфат у піруватдегідрогеназі.

Регулювання роботи ферментів

У деяких ферментів є сайти зв'язування малих молекул, вони можуть бути субстратами або продуктами метаболічного шляху, до якого входить фермент. Вони зменшують або збільшують активність ферменту, що створює можливість зворотного зв'язку.

Інгібування кінцевим продуктом

Метаболічний шлях – ланцюжок послідовних ферментативних реакцій. Часто кінцевий продукт метаболічного шляху є інгібітором ферменту, що прискорює першу реакцію даного метаболічного шляху. Якщо кінцевого продукту занадто багато, то він діє як інгібітор для першого ферменту, а якщо після цього кінцевого продукту стало занадто мало, то перший фермент знову активується. Таким чином, пригнічення кінцевим продуктом за принципом негативного зворотного зв'язку - важливий спосіб підтримки гомеостазу (відносної сталості умов внутрішнього середовища організму).

Вплив умов середовища на активність ферментів

Активність ферментів залежить від умов у клітині чи організмі - тиску, кислотності середовища, температури, концентрації розчинених солей (іонної сили розчину) та ін.

Множинні форми ферментів

Множинні форми ферментів можна розділити на дві категорії:

• Ізоферменти
• Власне множинні форми (справжні)

Ізоферменти- це ферменти, синтез яких кодується різними генами, вони різна первинна структура і різні властивості, але вони каталізують одну й ту саму реакцію. Види ізоферментів:

• Органні - ферменти гліколізу в печінці та м'язах.
• Клітинні - малатдегідрогеназа цитоплазматична та мітохондріальна (ферменти різні, але каталізують одну й ту саму реакцію).
• Гібридні – ферменти з четвертинною структурою, утворюються в результаті нековалентного зв'язування окремих субодиниць (лактатдегідрогеназа – 4 субодиниці 2 типів).
• Мутантні – утворюються в результаті одиничної мутації гена.
• Алоферменти - кодуються різними алелями того самого гена.

Власне множинні форми(Істинні) - це ферменти, синтез яких кодується одним і тим же алелем одного і того ж гена, у них однакова первинна структура і властивості, але після синтезу на рибосомах вони піддаються модифікації і стають різними, хоча і каталізують одну і ту ж реакцію.

Ізоферменти різні на генетичному рівні і відрізняються від первинної послідовності, а множинні форми стають різними на посттрансляційному рівні.

Медичне значення

Зв'язок між ферментами та спадковими хворобами обміну речовин був вперше встановлений А. Герродому 1910-ті рр. Геррод назвав захворювання, пов'язані з дефектами ферментів, "вродженими помилками метаболізму".

Якщо відбувається мутація в гені, який кодує певний фермент, може змінитися амінокислотна послідовність ферменту. При цьому внаслідок більшості мутацій його каталітична активність знижується або повністю зникає. Якщо організм отримує два такі мутантні гени (по одному від кожного з батьків), в організмі перестає йти хімічна реакція, яку каталізує даний фермент. Наприклад, поява альбіносів пов'язане з припиненням вироблення ферменту тирозинази, що відповідає за одну зі стадій синтезу темного пігменту меланіну. Фенілкетонурія пов'язана зі зниженою або відсутньою активністю ферменту фенілаланін-4-гідроксилази в печінці.

Нині відомі сотні спадкових захворювань, що з дефектами ферментів. Розроблено методи лікування та профілактики багатьох з таких хвороб.

Практичне використання

Ферменти широко використовуються у народному господарстві - харчовій, текстильній промисловості, у фармакології та медицині. Більшість ліків впливають на перебіг ферментативних процесів в організмі, запускаючи або зупиняючи ті чи інші реакції.

Ще ширша область використання ферментів у наукових дослідженнях та медицині.

Примітки

Література

• Волькенштейн М. Ст, Догонадзе Р. Р., Мадумаров А. К., Урушадзе З. Д., Харкац Ю. І. До теорії ферментативного каталізу. - Молекулярна біологія, т. 6, вип. 3, 1972, ст. 431-439.
• Діксон, М. Ферменти / М. Діксон, Е. Вебб. - у 3-х т. - пров. з англ. – Т.1-2. - М: Мир, 1982. - 808 с.
Велика медична енциклопедія

- (Від латів. Fermentum бродіння, закваска), ензими, біокаталізатори, специфічні. білки, присутні у всіх живих клітинах і які грають роль биол. каталізаторів. Через їхнє посередництво реалізується генетич. інформація та здійснюються всі процеси обміну. Біологічний енциклопедичний словник

- (Лат. Fermentum закваска, від fervere бути гарячим). Органічні речовини, що виробляють бродіння інших органічних тіл, не зазнаючи гниття. Словник іншомовних слів, що увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н., 1910. ФЕРМЕНТИ… Словник іноземних слів російської мови

- (Від латів. Fermentum закваска) (ензими) біологічні каталізатори, присутні у всіх живих клітинах. Здійснюють перетворення речовин в організмі, спрямовуючи та регулюючи тим самим його обмін речовин. За хімічною природою білки. Ферменти… Великий Енциклопедичний словник

- (Від латинського fermentum закваску), біологічні каталізатори, присутні у всіх живих клітинах. Здійснюють перетворення (обмін) речовин в організмі. За хімічною природою білки. У численних біохімічних реакціях у клітині бере участь… Сучасна енциклопедія

Сущ., кіл у синонімів: 2 біокаталізатори (1) ензими (2) Словник синонімів ASIS. В.М. Тришин. 2013 … Словник синонімів

Ферменти. ензими. (