Тело человека №39, страница 19

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ МЕДИЦИНЫ

ФИЗИОЛОГИЯ

80

Как работают ферменты?

Ферменты (энзимы) - необходимые участники химических реакций в организме. Без присутствия ферментов многие реакции, от которых зависит жизнь, например расщепление глюкозы с образованием энергии, просто невозможны.

ЛИСТ 35

Жизнь каждой клетки организма человека зависит от продукции энергии. Однако химические реакции, в ходе которых высвобождается энергия, обычно проходят при температуре более 90°С. Протекание таких реакций в организме человека при нормальной температуре тела возможно именно благодаря ферментам.

Подавляющее большинство энзимов представляют собой сложные белки, то есть последовательности аминокислот, которые, в свою очередь, состоят

▼ Ферменты находят широкое применение в производстве многих продуктов, например теста на беременность. Энзимы, нанесенные на тест-полоску, реагируют с химическими веществами мочи, вызывая изменение окраски полоски.

из атомов углерода, водорода, кислорода и азота, а во многих случаях еще и серы. Как и все белки, ферменты синтезируются клеткой на матрице ДНК. Некоторые из них, однако, образованы РНК (рибонуклеиновой кислотой, которая вместе с ДНК составляет часть генетического кода) и носят название рибозимов.

ФУНКЦИИ ФЕРМЕНТОВ Ферменты выступают катализаторами химических реакций, ускоряя их и уменьшая их энергетические потребности. Они могут быть катаболическими -участвующими в реакциях расщепления сложных веществ на более простые, или анаболическими - облегчающими образование сложных веществ из простых компонентов. Другие

энзимы обеспечивают прохожде-ние веществ через клеточную мембрану.

Сахараза, к примеру, относится к катаболическим ферментам - она ускоряет распад сахарозы (обьгчного сахара) на легко усвояемые глюкозу и фруктозу. Энзим карбоангидраза - анаболический. Он участвует в реакции соединения воды с оксидом углерода (СО2) (промежуточным продуктом процесса синтеза энергии в клетке) с образованием угольной кислоты, которая переносится кровью в легкие и выделяется из организма

Модель «ключ-замок»

Каждый фермент в организме человека выполняет определенную функцию. Существует множество теорий, объясняющих, каким образом каждый фермент выполняет только одну задачу и никакую другую. Первая из них известна как модель «ключ-замок». Она основана на принципе, что на поверхности молекулы фермента

имеется так называемый «активный центр»; с ним соединяется молеку/т химического вещества -«субстрат», который подходит к нему, как ключ к замку, затем контакт удерживается за счет электрического притяжения. По окончании реакции субстрат превращается в другое химическое вещество - «продукт», который

обладает другими электрическими свойствами, поэтому электрическое взаимодействие исчезает и молекула продукта отделяется от фермента. Весь процесс повторяется с новыми молекулами субстрата бесконечное число раз.

К сожалению, модель «ключ-замок» не объясняет некоторые моменты. Во-первых, на активность

▲ Здесь показана модель молекулы фермента лизоци-ма, содержащегося в слезной жидкости. Он обладает способностью разрушать цепи углеводных молекул (показаны желтым), которые образуют стенки бактериальных клеток.

в виде углекислого газа. Фермент под названием «пермеаза» (почти всегда название энзимов заканчивается на -аза) облегчает транспорт глюкозы через клеточную стенку внутрь клетки, где она может быть использована для образования энергии.

ферментов оказывает влияние изменение температуры и рН-среды, что было бы невозможно, если бы взаимодействие «фермент-субстрат» происходило лишь на физическом уровне. Кроме того, другие молекулы, отличные от субстрата, также могут взаимодействовать с активным центром энзима.

Другая теория, известная как теория индуцированного соответствия, объясняет эти противоречия. Согласно данной теории активный центр молекулы фермента имеет гибкую конфигурацию и модифицируется, приспосабливаясь к субстрату, подобно перчатке, принимающей форму руки.

4 Согласно модели «ключ-замок» участок энзима (фиолетовый) подходит к субстрату (оранжевый). Фермент расщепляет субстрат, оставаясь химически неизменным.