Роль ферментів у забезпеченні процесів метаболізму клітини та цілісного організму

 

ТЕМА: РОЛЬ ФЕРМЕНТІВ У ЗАБЕЗПЕЧЕННІ ПРОЦЕСІВ МЕТАБОЛІЗМУ КЛІТИНИ ТА ЦІЛІСНОГО ОРГАНІЗМУ

1. Пригадайте, що означають поняття «каталізатор», «ензим», «фермент»?

2. Від чого залежить швидкість хімічних реакцій?

3. У чому особливість перебігу хімічних процесів, які відбуваються у живих клітинах?

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Поняття про ферменти. Властивості та функції ферментів

Ферменти — це біологічні каталізатори, які належать до білкової природи та синтезуються в клітинах живих організмів. Ферменти координують і прискорюють біохімічні реакції, які регулюють обмін речовин.

У молекулі ферменту міститься група особливо активних амінокислот, які утворюють активний центр ферменту, здатний діяти лише з відповідною речовиною — субстратом. При цьому субстрат є специфічним для певного ферменту і відповідає за своєю структурою і фізико-хімічними властивостями активного центру як ключ до замка. Тому перебіг реакції субстрату з ферментом відбувається миттєво. Після реакції такий утворений комплекс розкладається з утворенням нових продуктів. Речовини, що утворилися, відразу ж відокремлюються від ферменту, який відновлює свою функції та стає здатним здійснювати ту саму реакцію.

Властивості ферментів:

• каталізують тільки енергетично можливі реакції;

• прискорюють пряму і зворотну реакції, не зміщуючи напрямку хімічної рівноваги;

• у ході реакції залишаються незмінними і до складу кінцевого продукту не входять;

• мають високу специфічність дії (зазвичай один фермент каталізує одну реакцію);

• діють у м’яких умовах (фізіологічні значення рН, температура тіла, нормальний атмосферний тиск);

• є каталізаторами, активність яких може регулюватися, тобто збільшуватися або зменшуватися.

Функції ферментів:

• сприяють перетворенню одних речовин — субстратів — на продукти;

• є каталізаторами в усіх біохімічних реакціях;

• скеровують та регулюють обмін речовин організму;

• знижують енергію активації хімічних процесів у організмі.

2. Ферментативний каталіз: етапи та механізми

У ферментній реакції можна виділити такі етапи:

1) Приєднання субстрату (S) до ферменту (E) з утворенням фермент-субстратного комплексу (E - S).

2) Перетворення фермент-субстратного комплексу на один або кілька перехідних комплексів (E - X) за одну чи кілька стадій.

3) Перетворення перехідного комплексу на комплекс фермент-продукт (E - P).

4) Відділення кінцевих продуктів від ферменту.

Механізми каталізу

1) Кислотно-лужний каталіз: в активному центрі ферменту містяться групи специфічних амінокислотних залишків, які є гарними донорами (-COOH, -NH⁺₃, -SH, -OH) або акцепторами (-COO^-, -NH₂, -S^-, -O^-) електронів. Такі групи є потужними каталізаторами багатьох органічних реакцій.

2) Ковалентний каталіз: ферменти реагують зі своїми субстратами, утворюючи за допомогою ковалентних зв’язків дуже нестабільні фермент-субстратні комплекси, з яких у ході внутрішньомолекулярних перебудов утворюються продукти реакції.

Типи ферментативних реакцій

1) Тип «пінг-понг»: фермент спочатку взаємодіє із субстратом А, відбираючи в нього певні хімічні групи і перетворюючи на відповідний продукт. Потім до ферменту приєднується субстрат Б і отримує ці хімічні групи.

2) Тип послідовний реакції: до ферменту послідовно приєднуються субстрати А та Б, утворюючи «потрійний комплекс». Після цього відбувається каталіз. Продукти реакції також послідовно від’єднуються від ферменту.

3) Тип випадкових взаємодій: субстрати А та Б приєднуються до ферменту в будь-якому порядку, невпорядковано, і після каталізу так само від’єднуються.

УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ Й КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Які властивості ферментів допомагають їм виконувати їхні функції?

2. Охарактеризуйте етапи та механізми ферментативного каталізу.

3. Які існують типи ферментних реакцій? У чому особливості кожного з них?

4. Які ви знаєте групи ферментів за дією?

5. Як ви вважаєте, від чого залежить швидкість ферментативних реакцій? Чи впливають ці чинники на перебіг реакцій з неорганічними каталізаторами?