Ферменты и их роль в организме человека

Химические реакции протекают в нашем организме при относительно постоянной температуре, давлении и определённой кислотности. Но в обычных условиях реакции протекали бы медленно, а некоторые не происходили бы вовсе. Поэтому организму нужны биологические катализаторы. Эту функцию выполняют ферменты — белковые молекулы, ускоряющие протекание химических реакций, но сами не участвующие в процессе.

В организме человека каждый фермент катализирует свою реакцию обмена. Так, например, каталаза способствует распаду пероксида водорода, образующегося в клетках, до воды и кислорода. Причём 1 молекулы каталазы хватает для обезвреживания 10 тыс. молекул перекиси.

Так как же работают ферменты?

Ферментативную активность обеспечивает часть белковой молекулы фермента, которая называется активным центром. Помимо аминокислот в состав активного центра входят соединения небелковой природы (ионы металлов, витамины), которые называются коферментами. Активный центр может связаться только с молекулой строго определённого вещества — субстратом — из-за аналогичности их пространственных структур. Проще говоря, фермент подходит к субстрату по форме, как ключ к замку. Слияние с активным центром приводит к тому, что молекулы субстрата меняют своё расположение в пространстве и изменяют свою форму. Вследствие этого некоторые химические связи ослабляются, что и приводит к ускорению реакции. На последнем этапе образованный комплекс распадается, в результате чего освобождаются конечные продукты и свободный фермент.

Свободный активный центр может связываться с новыми молекулами субстрата. Так, активный центр лизоцима, входящего в состав слёз и слюны, точно соответствует участку сахарида оболочки некоторых бактерий. Разрушая этот сахарид, лизоцим убивает бактерии, защищая тем самым от них организм.

Таким образом, сходство ферментов и химических катализаторов заключается в том, что они увеличивают скорость реакции, при этом не расходуются и используются многократно. Различия заключаются в том, что ферменты действуют намного быстрее, нежели катализаторы, но обладают высокой специфичностью, то есть могут действовать на определённый тип связи.

Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов:

- давления;

- кислотности среды;

- наличия ингибиторов;

- природы и концентрации фермента и субстрата.

Например, при температурах, приближённых к нулю, скорость реакций снижается до минимума. Это свойство широко используется при консервации органов для снижения протекания реакций в них и увеличения времени жизни органа. Замораживание продуктов предотвращает рост и развитие патогенных микроорганизмов.

Ферменты широко применяют в пищевой промышленности (пивоварении, хлебопечении, обработке мяса), в сельском хозяйстве для получения кормов, в производстве синтетических моющих средств, медицине и т.д.

Определение степени активности фермента помогает в диагностике заболеваний. Так, определяют вирусный гепатит, ранние стадии инфаркта миокарда и некоторые другие болезни.

Ферменты очень важны для поддержания здоровья нашего организма. Если нарушается работа какого-либо фермента или он отсутствует, развивается заболевание, в худшем случае наступает смерть.