Цели : обобщить знания о ферментах (энзимах) как о биокатализаторах; определить основные свойства ферментов; сравнить ферменты и неорганические катализаторы; выяснить механизм действия ферментов; показать роль ферментов в функционировании живых организмов, а также в промышленности, медицине и повседневной жизни человека Спирты Получение этилового спирта — одна из древнейших химических реакций, открытых и используемых человечеством. Мы можем гордиться своими пращурами, поскольку получение этанола из растворов, содержащих углеводы (например, глюкозу), является довольно сложной реакцией. Она протекает в присутствии ферментов — особых веществ природного происхождения, выполняющих роль катализатора. ферменты С6Н12О6 → 2С2Н5ОН + 2СО2↑ Такой процесс называется спиртовым брожением. Так получают этиловый спирт, используемый в медицине и винокурении. Для технических целей этанол получают гидратацией этилена. Карбоновые кислоты Уксусная кислота известна с глубокой древности как продукт скисания вина на воздухе или под действием ферментов: СН2 — СН2ОН + О2 → СН3 — СООН + Н2О. этиловый спирт уксусная кислота Под действием микроорганизмов или ферментов глюкоза способна расщепляться с образованием молекул с меньшей молекулярной массой. Этот процесс называется брожением. Существует несколько типов брожения, важнейшими из которых являются спиртовое, молочнокислое и маслянокислое: Углеводы В клетках растений сахароза образуется под действием ферментов за счет отщепления молекулы воды от гликозидных гидроксилов двух моносахаридов. При нагревании водного раствора сахарозы в присутствии сильных кислот или под действием фермента инвертазы происходит гидролиз этого дисахарида с образованием смеси равных количеств глюкозы и фруктозы. Эта реакция обратна процессу образования сахарозы из моносахаридов: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 глюкоза фруктоза Для организма человека крахмал наряду с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма. Из продуктов питания наибольшее количество крахмала содержится в хлебе, макаронных и других мучных изделиях, крупах, картофеле. Ферментов, способных расщеплять целлюлозу, в пищеварительном тракте человека нет. Поэтому человек в отличие от травоядных животных не может переваривать клетчатку, но она служит необходимым для нормального питания балластным веществом. В живых организмах синтез пептидов происходит из аминокислот при участии ферментов. Аминокислоты же поступают с пищей или синтезируются самим организмом. Под действием ферментов, а также водных растворов кислот или щелочей происходит разрушение первичной структуры белка в результате разрыва пептидных связей. Гидролиз приводит к образованию пептидов и аминокислот. Гидролиз — основа процесса пищеварения. В организм человека ежедневно должно поступать с пищей 6080 г белка. В желудке под действием ферментов (из группы пептидаз) и соляной кислоты белковые молекулы «разбираются» по кирпичикам аминокислотам. Попадая в кровь, они разносятся по всем клеткам организма, где участвуют в строительстве собственных белковых молекул, свойственных только данному виду. Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие химические реакции в живых организмах и вне их. Ферменты обладают уникальными свойствами, которые отличают их от обычных органических катализаторов гомогенного типа. Необычно высокая каталитическая активность. Так, добавка незначительной концентрации фермента (10-910-7 М) ускоряет превращение субстрата в 108-1012 раз. Селективность (избирательность) их действия в отношении структуры субстрата, типа реакции и условий ее проведения. Селективность определяется способностью фермента превращать только данный тип субстратов в определенных реакциях и условиях. Превращение субстрата происходит на активном центре фермента. Для многих ферментов, состоящих из субъединиц, характерно наличие регулярного участка, который взаимодействует с веществами, влияющими на активность фермента: активаторами, ингибиторами или инактиваторами. Важным свойством ферментов, которое необходимо учитывать при их практическом пользовании, является стабильность, то есть их способность сохранять каталитическую активность. Благодаря высокой специфичности ферментов в организме не воцаряется хаос: каждый фермент выполняет строго отведенные ему функции, не влияя на течение многих десятков и сотен других реакций, происходящих в его окружении. Принцип действия ферментов Субстрат Фермент и субстрат должны подходить друг к другу «как ключ к замку» Фермент Роль ферментов в жизнедеятельности организмов Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется около 4000 биореакций. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма. медицина произв-во химических реагентов С/Х Ферменты защита окружающей среды ср-ва защиты растений произв-во лекарств пищевая промыш-ть Сравнение ферментов с неорганическими катализаторами Особенность ферментов - высокая активность. 2. Ферменты обладают строгой избирательностью — на каждую биохимическую реакцию нужен свой фермент или небольшая группа сходных ферментов. 3. Ферменты действуют в небольших интервалах температур и значений pH. 4. Активность ферментов зависит от пола, возраста и физиологических особенностей организма. 1. Различия между неорганическими катализаторами и ферментами Признаки различий Неорганические катализаторы Ферменты Химическая природа Низкомолекулярные вещества, образованные одним или несколькими элементами Белки — высокомолекулярные полимеры Селективность Низкая Очень высокая Оптимум pH Сильнокислая или щелочная Небольшой физиологический интервал pH среды Изменение структуры катализатора в ходе реакции Изменяется незначительно или не изменяется вовсе Изменяется в значительной степени и восстанавливается в исходную структуру по окончании реакции Увеличение скорости реакции В 102-106 раз В 108-1012 раз Свойства ферментов Ферменты обладают и некоторыми особыми, присущими только им свойствами. Сочетание высочайшей активности с соблюдением строгого ряда условий: концентрация фермента, субстрата и коферментов; наличие ингибиторов и активаторов; узкие интервалы температуры и pH среды. Специфичность действия, в основе которой лежит строгое соответствие структуры субстрата и активного центра фермента («ключ-замок» или «рука-перчатка»). Степень специфичности у разных ферментов различна. Выделяют ферменты с: Обратимость действия ферментов. Ферменты могут катализировать как прямую, так и обратную реакцию в зависимости от определенных условий, т. е. их действие в ряде Спасибо за внимание !
