Ферменты –это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах. Они играют роль биологических катализаторов. Ферменты могут являться простыми белками или сложными. В сложных белках белковая часть называется апоферментом. Если связь с белковой частью нековалентная, то небелковая часть называется коферментом. Если связь с белковой молекулой ковалентная, то небелковая часть называется простетической группой.
В 90-х годах XIX века ученый Фишер предложил теорию ферментативного катализа «ключ-замок». Смысл теории заключался в том, что фермент и субстрат по своему строению соответствуют друг другу, как замок и ключ.
В 1959 году ученый Кошланд предложил теорию индуцированного соответствия. Согласно этой гипотезе связывание субстрата и фермента вызывает в ферменте небольшие изменения формы молекулы. В результате этого каталитические группы фермента ориентируются таким образом, что становится возможным образование конечного продукта.
Для понимания механизма действия ферментов важно знать теорию активного центра. Согласно этой теории в молекуле каждого фермента имеется один или более участков (активных центров), в которых происходит катализ за счет тесного контакта между молекулами фермента и специфического вещества субстрата. Вещества, на которые действуют ферменты, называют субстратами.
Форма и химическое строение активного центра таковы, что с ним могут связываться только определенные субстраты. Активным центром выступает или функциональная группа, или отдельная аминокислота.
Ферментативный катализ происходит следующим образом:
Ферментативные реакции подразделяются на анаболические и катаболические. Совокупность всех этих реакций в живом организме или в живой клетке составляют метаболизм.
Чтобы превратить данное исходное вещество через ряд промежуточных реакций в продукт, несколько ферментов действуют последовательно один за другим. Такая последовательность реакций называется метаболическим путем. В клетке работает одновременно несколько метаболических путей. Обычно один фермент катализирует одну реакцию.
Все ферменты являются глобулярными белками. Они увеличивают скорость реакции, но сами в этой реакции не расходуются.
Энергия, необходимая для того, чтобы заставить субстраты вступить в реакцию, называется энергией активации.
Ферменты, действуя как катализаторы, снижают энергию активации, которая требуется для того, чтобы могла произойти реакция.
Схема ферментативной реакции.
Субстрат + фермент = фермент-субстратный комплекс = фермент + продукт
Активность фермента зависит от:
У организмов, обитающих в крайних условиях существования, ферменты адаптируются. Например, некоторые цианобактерии, живущие на поверхности ледников, адаптировались к температурам, близким к температуре замерзания.