Тело человека №39, страница 20

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ МЕДИЦИНЫ

ФИЗИОЛОГИЯ

Ферменты и энергия

Ферменты уменьшают энергетические потребности химических реакций. Имея белковую структуру, они подвержены влиянию окружающей среды.

Для осуществления любой химической реакции необходима энергия. Чтобы реакция произошла, одни межатомные связи должны разрушиться, а другие -сформироваться. Энергия, необходимая для разрушения этих связей, называется энергией активации. Задачей ферментов является снижение количества этой энергии, что обеспечивает протекание реакций при более низкой температуре. Сами энзимы при этом не изменяют свой химический состав и структуру.

ЧТО ВЛИЯЕТ НА АКТИВНОСТЬ

ФЕРМЕНТОВ_____

Основными факторами, оказывающими влияние на ферментативную активность, являются температура, рН-среды и присутствие других химических

▼ Для осуществления химической реакции необходима энергия активации. Ферменты значительно снижают энергию активации, ускоряя протекание реакции.

Энергия активации, необходимая для не катал и зируемой реакции

веществ, которые могут занять активный центр энзима либо модифицировать его форму. В зависимости от механизма действия эти вещества называют конкурентными или неконкурентными ингибиторами.

Для каждого фермента в организме человека существует оптимальный температурный режим, в условиях которого он выполняет свои функции максимально эффективно. За пределами этого диапазона связи удерживающие атомы в сложной белковой молекуле, из которых состоит большинство ферментов, начинают разрушаться. В результате происходит изменение структуры активного центра энзима, что приводит к тому, что субстрат не может к нему присоединиться. Именно по этой причине наблюдается нарушение работы всех систем организма при слишком высокой (гипертермия) или слишком низкой (гипотермия) температуре тела.

Подобно температурному режиму, ферменты имеют также

Оптимальная температура

s

S

J

^

ПЗ Qi О.

О Q. О

Резкий спад

активности (денатурация фермента)

си

X

(Т1

Реагенты

Энергия активации, необходимая для катализируемой реакции

Конечные продукты

Время

и оптимальный диапазон рН, в пределах которого они обладают наибольшей активностью. Вне этого диапазона действие ферментов подавляется, а при экстремальных значениях полностью прекращается (рН -это показатель, отражающий концентрацию ионов водорода в растворе; он показывает - кислотной или щелочной является среда. Дистиллированная вода, например, имеет рН, равное 7, хлорная известь - около 12, а апельсиновый сок - около 2).

Оптимальный диапазон у разных ферментов различен, потому что среды организма, в которых

20 30 40 50 60

Температура

▲ Активность большинства ферментов увеличивается до температуры 40°С, после чего резко падает, так как белок денатурирует и фермент быстро теряет свои свойства.

они действуют, имеют различное значение рН. Для поддержания рН на постоянном уровне существуют так называемые буферные системы, которые сглаживают небольшие колебания. Желудочные ферменты, например пепсин и химотрипсин, лучше всего работают в кислой среде (рН<7), что обусловлено тем, что они выполняют свою функцию в кислой среде желудка.

Конкурентное и неконкурентное ингибирование

Ферментная активность может быть ингибирована (подавлена) присутствием других веществ. При конкурентном ингибировании активный центр энзима занимает молекула, идентичная субстрату (конкурирующая). Этот механизм лежит в основе действия многих отравляющих веществ, в том числе цианидов, которые блокируют работу ферментов и вызывают смерть. Другие яды, например свинец и ртуть, оказывают такой же эффект, но благодаря неконкурентному ингибированию. Они не могут непосредственно взаимодействовать с активным центром, но присоединяются к молекуле энзима и деформируют ее.

► При конкурентном ингибировании (вверху) две молекулы со сходной структурой конкурируют за взаимодействие с активным центром фермента. При неконкурентном ингибировании (внизу) молекула-ингибитор связывается с ферментом в другом участке, вызывая изменение структуры активного центра и предотвращая таким образом химическую реакцию.

▼ Женщина и ребенок вдыхают кислород после отравления угарным газом (СО), который является конкурентным ингибитором кислорода, уменьшая его поступление в организм.

Конкурентный-\

ингибитор