Ферменты (определение, классификация, механизм действия, значение)

Лекция 5.

Ферменты, гормоны

План.

Ферменты (определение, классификация, механизм действия, значение).

2. Гормоны (определение, химическая структура, механизм действия гормонов, биологическая роль гормонов, применение гормонов, получение гормонов, фитогормоны)

Сообщения «Гормоны, их роль в жизнедеятельности человека»

«ферменты и их роль в организме. Нарушения при их недостатке»

Дом. Задание

Самостоятельно заполнить таблицу «Гормоны, их роль в жизнедеятельности человека».

Название гормона	Какой внутренний орган вырабатывает данный гормон	На какие физиологические функции влияет данный гормон	гипофункция	гиперфункция

Ферменты (определение, классификация, механизм действия, значение)

Ферментами называются белковые вещества, ускоряющие жизненно важные химические реакции в клетках организма. Являясь катализаторами, они образуют с исходными веществами неустойчивые промежуточные соединения, которые распадаясь, дают конечный продукт данной реакции и освобождают ферменты.

Действие некоторых ферментов легко наблюдать в опыте. Так, фермент каталаза значительно ускоряет разложение пероксида водорода на воду и кислород. Это жизненно важная реакция, так как пероксид водорода образуется в результате обмена веществ в клетке и сам по себе оказывает на клетку вредное действие. Каталаза содержится почти во всех клетках животных и растительных организмов.

Известно очень много ферментов, и каждый из них ускоряет только одну какую-либо реакцию или группы однотипных реакций - специфичностью или селективностью (избирательностью) действия. Направленность их действия позволяет организму быстро и точно выполнять сложную химическую работу по перестройке молекул пищевых веществ в нужные ему соединения.

Уже во рту во время пережёвывания пищи под влиянием фермента амилазы сложные сахара, в частности крахмал, начинают разлагаться на менее сложные. Эта работа в дальнейшем будет продолжена в кишечнике ферментами карбогидразами. В желудке и кишечнике разложению с участием пепсина, трипсина, хемотрипсина подвергаются белки пищи. Жиры разлагаются на глицерин и карбоновые кислоты (или их соли) под влиянием ферментов, называемых липазами.

Механизм: Все эти реакции разложения протекают по одному принципу: разрывается определённая химическая связь в молекуле белка, углевода или жира, и освободившиеся валентности используются для присоединения группы ОН^- и иона Н⁺ из молекул воды. Происходит процесс гидролиза.

Располагая богатым набором ферментов-катализаторов, клетка разлагает молекулы пищевых белков, жиров и углеводов на небольшие фрагменты и из них заново строит белковые и иные молекулы, которые будут точно соответствовать потребностям данного организма. Вот почему великий русский физиолог И.П.Павлов назвал ферменты носителями жизни.

Пепсин, химотрипсин, принимающие участие в пищеварении, могут служить примером ферментов, в которых активная группа является частью молекулы белка.

Другие ферменты для проявления активности нуждаются в веществах небелковой природы - так называемых кофакторах. Кофактором может быть ион металла или молекула органического соединения; в последнем случае её часто называют коферментом. Иногда для действия фермента бывает необходимо присутствие ионов металлов, так и коферментов. В некоторых ферментах коферменты – это вещества, близкие по строению молекулы к витаминам. Витамины, таким образом, являются предшественниками коферментов. Так, из витамина в клетках образуется тиамин- пирофосфат- кофермент важного фермента (его называют декарбоксилаза), превращающего пировиноградную кислоту в оксид углерода и ацетальдегид; из витамина В2 получаются коферменты флавиновых ферментов, осуществляющих в клетке перенос электронов – одну из стадий окисления пищевых веществ; из витамина В12 образуется коферменты, необходимые в процессе кроветворения.

Среди множества ферментов есть и такие, которые способны отнимать атом водорода у тех или иных веществ. Их называют дегидрогеназами. Такие ферменты имеются, например, в свежем коровьем молоке.

Немецкий химик-органик и биохимик Э.Фишер изучал действие ферментов на разнообразные, близкие по своему строению вещества. Он открыл, что ферменты обладают исключительной избирательностью своего действия, и сформулировал важное положение: «Каждый фермент должен соответствовать субстрату (т.е. разлагаемому ферментом соединению), как ключ замку». Это явление, получившее название специфичности ферментативного действия, стало одним из фундаментальных понятий энзимологии (науки о ферментах) и всей биологической химии в целом.

В организме человека под влиянием ферментов протеиназ и пептидаз белки пищи в основном расщепляются до свободных аминокислот. Это происходит в кишечнике. Однако предварительно организм проводит большую подготовительную работу. В ротовой полости измельчённая пища обрабатывается ферментом амилазой, содержащейся в слюне. Амилаза расщепляет углеводы, в том числе углеводы растительной пищи, связанные с белками, что высвобождает белки для последующей обработки. В желудке, где выделяются соляная кислота и пепсин, под влиянием повышенной кислотности и фермента происходят частичная денатурация (изменение третичной структуры) белка и его расщепление на крупные фрагменты. В кишечнике частично гидролизованные белки расщепляются протеазами и пептидазами в основном до аминокислот, которые всасываются в кровь и далее разносятся по всему организму.

На протяжении жизни любого из организмов, населяющих нашу планету, в его органах и тканях осуществляется бесконечно сложная цепь разнообразных химических превращений. Большое значение для жизнедеятельности организма имеют разнообразные промежуточные продукты, которые образуются в процессе дыхания. Многие из них при помощи соответствующих ферментов становятся участниками различных биохимических реакций, в ходе которых клетка строит свою цитоплазму, заменяет отработанные части, создаёт материалы для построения новых клеток и органов.

Жизнь организма изменяется коренным образом, если деятельность ферментов, находящихся в его клетке, затруднена по той или иной причине. Например, процесс дыхания в сухих семенах идёт очень слабо, так как для активной деятельности ферментов здесь не хватает воды. В тех же семенах уже через несколько часов после их увлажнения активность ферментов и, следовательно, дыхание усиливаются в сотни и тысячи раз.

В процессе дыхания растений сахар или другие сложные органические вещества распадаются на воду и углекислый газ. Эти процессы очень сложные, и состоят они из большого числа отдельных реакций, происходящих при участии многих различных ферментов.

В сухом семени цитоплазма уплотнена, и жизнь в нём как бы замирает. По виду не отличишь мёртвое семя от живого. Но если дать семенам воду, поместить их в тепло и открыть доступ кислороду, живое семя прорастёт, а мёртвое только набухнет. Что же происходит в семенах при прорастании? Проникшая в клетки вода вызывает набухание цитоплазмы, ядра, оболочки и других частей клетки. Цитоплазма зародыша в семени образует фермент амилазу. Этот фермент проникает в клетки эндосперма и превращает отложенный там крахмал в растворимый сахар. Таким же образом с помощью других ферментов белки, отложенные в запас в семени, переводятся в растворимые аминокислоты, жиры распадаются на глицерин и жирные кислоты. Начинается деление клеток и увеличение их размеров. Семя прорастает. Пройдёт несколько дней, зазеленеют листья, и растение начнёт питаться уже не за счёт запасов, отложенных в семени, а самостоятельно, усваивая нужные ему вещества из почвы и воздуха.

Растения и животные, даже каждая отдельная клетка – это маленький, но очень сложные лаборатории, в которых возникают, превращаются и разлагаются тысячи органических веществ. Многочисленные и разнообразные химические реакции протекают в этих лабораториях в строго определённой последовательности. Создаются, растут и затем распадаются сложнейшие структуры… Мир органических веществ окружает нас, мы сами состоим из них, и вся живая природа, среди которой мы живём и которую мы постоянно используем, состоит из органических веществ.

Ферменты - биокатализаторы, специфические белки, присутствующие во всех живых клетках и играющие роль биокатализаторов. Без их участия не проходит ни одна биохимическая реакция, белки, которые обладают каталитической активностью и характеризуются очень высокой специфичностью и эффективностью действия.

В настоящее время известно около 2 тысяч ферментов.

Ферментативные реакции