Роль ферментов в жизнедеятельности организмов

Ферменты.

Понятие о ферментах. Роль ферментов в жизнедеятельности организмов.

Ферменты – это специфические белки, вырабатываемые живой клеткой и обладающие способностью ускорять химические реакции.

Каждая живая клетка осуществляет жизненные функции при помощи ферментов. Процессы, протекающие в организмах, - дыхание, пищеварение, работа … - связаны с действием ферментов. Например, в процессе дыхания происходит разложение угольной кислоты

Н₂СО₃ = СО₂ + Н₂О

Эта реакция происходит в организме с участием фермента карбоангидратазы.

В процессах пищеварения с участием ферментов расщепляются углеводы, белки, жиры. Крахмал превращается в сахар под действие амилаз, белки - в аминокислоты под действие протеаз, жиры – в глицерин и жирные кислоты под действием липаз. Превращение гликогена в молочную кислоту происходит при участии системы ферментов.

Для изучения природы и действия ферментов, а также для применения в практических целях их извлекают из измельченных органов и тканей водой, глицерином, растворами солей и слабых кислот. В глицериновых вытяжках ферменты долго сохраняют активность, а в водных вытяжках они разрушаются быстрее. Многие ферменты готовят в высушенном виде. Сухие препараты ферментов долгое время сохраняют активность.

2. Химическая природа ферментов

Все ферменты являются белками. Большинство ферментов относится к простым белкам – трипсин, пепсин, уреаза и т. д. Ферменты оксидоредуктазы относятся к сложным белкам, содержащим белковую часть и небелковую простетическую группу. Если простетическая группа легко отделяется от белковой части, то ее называют коферментом ( коэнзимом).

Фермент Белок + Простетическая группа

В качестве простатических групп в состав ферментов входят витамины, металлы и

т. д. Распространенным коферментом, входящий в состав многих ферментов является никотинамидный кофермент, НАД. Химическая структура кофермента НАД.

Примером другой простетической группы может служить кофермент А, или КОА

3. Свойства ферментов

1.Специфичность ферментов. Тот и иной фермент действует только на определенное вещество. Например, пепсин – только на белки и не расщепляет жиры и углеводы.

Ферменты обладают строгой специфичностью. Например, фермент, катализирующий реакцию превращения L –фенилаланина, не оказывает такого действия на его пространственный изомер D – фенилаланин, так как не образуется комплекса с субстратом.

2.Влияние температуры. На активность ферментов влияет температура. С повышением температуры скорость ферментативных реакций увеличивается. Оптимальной температурой для большинства ферментов, выделенных из тканей теплокровных животных, является температура тела (37 - 40⁰ С).

При температуре выше оптимальной скорость ферментативных реакций уменьшается, и при 80 - 100⁰ С реакция прекращается.

3.Влияние рН. Активность действия фермента меняется при изменении реакции среды.

Для каждого фермента существует оптимальная рН. Например,

Ферменты	рН

Амилаза
слюны	6,8
поджелудочного сока	6,8
Липаза
желудочного сока	5 - 6
Поджелудочного сока	7- 8
Пепсин	1,5 - 2
Каталаза	7

На активность ферментов влияют активаторы и ингибиторы. Активаторы повышают активность ферментов, ингибиторы - уменьшают активность ферментов.

4.Классификация ферментов. Номенклатура.

Оксидоредуктазы
Трансферазы
Гидролазы
Лиазы
Изомеразы
Лигазы

По новой номенклатуре каждый фермент относится к определенному классу, подклассу и подподклассу, в котором имеется свой номер. Например, фермент пепсин относится к классу гидролаз (3), подклассу действующих на пептидные (4), подподклассу пептид – пептидогидролаз (4), где находится под номером (1). Таким образом по номенклатуре пепсин имеет такой шифр 3.4.4.1.

5.Характеристика отдельных классов ферментов.
1.Оксидоредуктазы. В этот класс входят ферменты, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции – дегидрогеназы, оксидазы, пероксидазы, каталазы. Например:

СН₃- СО- СООН + 2Н  СН₃- СНОН- СООН

Пировиноградная Молочная кислота

Кислота
2.Трансферазы осуществляют реакции переноса разных радикалов, таких как -NH₂,

-СН₃, остатки фосфорной кислоты. В этот класс входят аминотрансферазы, фосфотрансферазы, метилтрансферазы и т.д. Например:

СН₃СН₃

СН₂СООН + СО  СНNH₂ + СН₂СООН

   

СНNH₂CООН СООН CООН СОСООН

Аминоянтарная Пировино- Аминопро- Щавелево-

кислота градная пионовая уксусная

кислота кислота кислота

3.Гидролазы катализируют реакции гидролиза. В этот класс входят пептидазы, амидазы, липазы. Например:
NH₂

С=О + Н₂О  2 NH₃ + CО₂

NH₂

Мочевина Аммиак Углекислый

газ
4.Лиазы ускоряют реакции присоединения групп по двойным связям или реакции отщепления радикалов. К этой группе относится пируватдекарбоксилаза.

//

СН₃- СО- СООН  СН₃С + СО₂

Пировиноградная Уксусный альдегид

кислота
5.Изомеразы – ферменты, вызывающие изомерные превращения.

6.Лигазы – ферменты, катализирующие реакции синтеза.

Нуклеиновые кислоты
В живых организмах содержится две нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК, участвующие в биосинтезе белка. В состав РНК входит фосфорная кислота, рибоза и азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин и урацил. В состав ДНК входит фосфорная кислота, дезоксирибоза и азотистые основания: А, Г, Ц, Т.

РНК содержится в цитоплазме (90%) и в ядре – 10%. ДНК находится в клеточных ядрах. Структура РНК представляет собой однонитевые цепочки. Структура ДНК – две параллельные и соединенных винтообразно между собой.

Молекулярная масса РНК 10³ – 10⁶, ДНК 10⁶ – 10⁷.

Контрольные вопросы.

1. Роль ДНК и РНК в клетке? 2. Виды РНК и их роль?

Нуклеопротеиды.

Содержатся в ядрах клеток. Нуклеопротеиды расщепляются на белок и нуклеиновые кислоты. Они отличаются друг от друга по природе белка и нуклеиновым кислотам .Белковая часть нуклеопротеидов состоит из гистонов или протаминов. Простетической группой нуклеопротеидов являются нуклеиновые кислоты.

Схема синтеза полинуклеотида или нуклеиновой кислоты.
Аденин + Д- рибоза  Аденозин
Аденозин + Н₃РО₄  Аденозинмонофосфат (АМФ)
АМФ + Н₃РО₄  Аденозиндифосфат (АДФ)
АДФ + Н₃РО₄  Аденозинтрифосфат (АТФ)
Отдельные мононуклеотиды соединяются в молекуле нуклеиновой кислоты с образованием эфирной связи между фосфорной и спиртовой группой углевода.

Пуриновое основание – углевод – фосфорная кислота

Пиримидиновое основание – углевод – фосфорная кислота

Пуриновое основание – углевод – фосфорная кислота

Пиримидиновое основание – углевод – фосфорная кислота

В результате соединения большего числа мононуклеотидов образуется полинуклеотид или нуклеиновая кислота.