С Б О Р Н И К

Кулинария, Народная медицина, Здоровье

Самые совершенные ускорители

Автор admin Опубликовано: Январь - 6 - 2013

И.С. Северина – кандидат биологических наук

Катализаторы — вещества, в присутствии которых ус­коряются химические реакции —  были известны в глубо­кой древности. Конечно, в те далекие времена никто их катализаторами не называл,но, тем не менее, они широко использовались в хлебопечении, сыроварении, виноделии, а также при обработке различных металлов, выделке кож. О том, что катализаторы есть и в организме человека, стало известно сравнительно недавно  —  в XIX веке. Биологи­ческие ускорители химических реакций получили название ферментов. Сегодня известно более полутора тысяч ферментов. С каждым годом исследователи открывают все новые и новые биологические катализаторы и все полнее раскрывают их роль в жизнедеятельности организма.

В каждой клетке, в различных органах и тканях кругово­рот веществ не прекращается ни на секунду: одни химиче­ские соединения распадаются, другие образуются, включа­ются в реакции, вновь распадаются… И нет ни одной реакции, которую не направляли бы и не регулировали биологические катализаторы — ферменты. Переваривание и усвоение пищевых продуктов невозмож­ны без их участия. Синтез белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других органических соединений осуще­ствляется при помощи ферментативных реакций. Дыхание, нервно-психическая деятельность, рост, двигательная актив­ность и другие важнейшие функции организма связаны с работой соответствующих ферментных систем.

 

Благодаря ферментам в живых тканях возможны такие удивительные превращения, какие вне организма не удается осуществить, даже используя последние достижения науки и техники. Ферменты обеспечивают самые сложные химиче­ские реакции при обычных температурах и давлении. Напри­мер, для расщепления одной молекулы перекиси водорода на кислород и воду в присутствии ионов железа потребова­лось бы 300 лет, тогда как фермент каталаза осуществляет этот процесс в живой клетке за одну секунду. В чем же секрет действия ферментов? Прежде всего, в избирательности их действия. Установле­но, что каждый фермент взаимодействует лишь с одним, строго определенным  веществом (субстратом) или с группой близкородственных  веществ.

 

В живой клетке локализовано множество различных ферментов. Здесь функционирует своеобразный конвейер, на котором каждый биологический катализатор выполняет только одну операцию. Благодаря  этой особенности ферментов тысячи и тысячи химических реакций в организме протекают в строгой последовательно­сти и с определенной скоростью. Причины высокой избирательности действия биологиче­ских катализаторов долго оставались загадкой. Разработка и внедрение специальных методов исследования позволили установить, что уникальные свойства ферментов в значи­тельной степени обусловлены строением их молекул. Ферменты — это белковые вещества. Построены они из 20 различных аминокислот, общее количество которых в одной молекуле фермента может достигать десятков и сотен.

Правда, к простым белкам, то есть состоящим исключитель­но из аминокислот, принадлежат немногие ферменты. К их числу относятся рибонуклеаза, амилаза, пепсин и некоторые другие. Большинство же ферментов — белки сложные. Поми­мо аминокислот, они содержат и небелковый компонент, называемый кофактором. Им могут быть группы сахаров, ионы различных металлов (меди, цинка, железа и т. д.), производные витаминов и другие органические соединения. Кофактор не бесполезный довесок: без него фермент не может проявить свои свойства и, следовательно, участво­вать в реакциях. Аминокислоты, соединяясь в определенной последова­тельности, составляют полипептидную цепь, которая образу­ет в пространстве сложнейшую структуру молекулы фермен­та.

 

Как показали исследования, между отдельными участка­ми молекулы существует как бы разделение труда. Непо­средственно в реакции занят активный центр, а периферий­ные участки выполняют  роль каркаса, поддерживающего «здание» молекулы в пространстве. Активный центр включа­ет в себя контактную площадку и каталитически активные группы аминокислот. Контактная площадка по своему стро­ению почти точно соответствует конфигурации субстрата, с которым фермент взаимодействует; этим обеспечивается их надежная стыковка.

Как только субстрат закрепляется на контактной площад­ке фермента, начинают атаку каталитически активные группировки аминокислот.

 

Интересно отметить, что атаку­ющим группировкам не приходится тратить «заряды вхоло­стую»: субстрат располагается на площадке таким образом, что они наведены прямо в цель, и поэтому все химические превращения осуществляются с исключительной полнотой и скоростью.

Как видим, природа до мельчайших подробностей «проду­мала» строение биологических катализаторов. Однако для того, чтобы фермент полностью реализовал свои возможно­сти, ему необходимы определенные условия. Биологические катализаторы весьма чувствительны к температурным  воз­действиям. Все ферментативные реакции протекают в орга­низме человека при нормальной температуре (36,0—37,0 градуса по Цельсию).

Повышение или понижение этой темпе­ратуры изменяет активность ферментов, тем самым нарушая гармонию реакций в организме. Каждый биологический катализатор активен только в своей среде. Например, пепсину — ферменту, входящему  в состав желудочного сока — нужна кислая среда. Если желудочному соку добавить щелочь, активность пепсина резко снизится. Фермент трипсин, напротив, действует лишь в слабощелочной среде кишечника, осуществляя расщепле­ние и переработку пищевых масс, поступающих из желудка. Быстро и неустанно работают биологические катализато­ры в здоровом организме.

 

Но неблагоприятные воздействия, различные заболевания способны нарушать структуру кле­ток и тканей, а вместе с тем и слаженную деятельность ферментов: их активность резко снижается или, напротив, возрастает, и тканевые ферменты начинают выходить в биологические жидкости — кровь, мочу, ликвор и т. д. Свойство ферментов реагировать на малейшее неблаго­получие в организме взято на вооружение медициной. Опре­деление активности некоторых ферментов в крови — так называемые энзимные тесты — помогает в диагностике забо­леваний печени, поджелудочной железы, инфаркта миокар­да, эндокринных расстройств, в распознавании различного рода интоксикаций. Ценность энзимных тестов в том, что они позволяют обнаружить болезнь на ранних стадиях, когда явные призна­ки еще не появились.

Например, при остром гепатите активность трансаминаз повышается  в дожелтушный пери­од; по этому характерному признаку специалисты своевре­менно ставят диагноз и назначают соответствующее лечение. Изменение активности трансаминаз гораздо раньше, чем электрокардиограмма, свидетельствует и о нарушениях де­ятельности сердечной мышцы.

Исследуя динамику активности биологических катализа­торов, судят об эффективности того или иного метода лечения: при выздоровлении активность ферментов возвра­щается к нормальным величинам. Ферменты помогают не только диагностировать заболева­ния, но и бороться со многими из них.

 

Широко используется в лечебной практике фермент лизоцим; растворяя стенки патогенных микроорганизмов, он убивает их и тем самым предохраняет организм  человека от инфекционных заболеваний. Следует отметить, что лизоцим обладает не только антимикробным  действием, но способен повышать защитные силы организма. С терапевтическими целями применяют ферменты пище­варительных соков химотрипсин и трипсин, обладающие противовоспалительным  действием. В борьбе с тромбами врачи используют плазмин, способный ‘растворять сгустки крови.

Учение о ферментах сыграло большую роль в развитии биохимической генетики.

 

Доказано, что в основе некоторых наследственных заболеваний лежат генетически обуслов­ленные дефекты в структуре ферментов. Например, если в организме новорожденного отсутствует или не проявляет свою активность фермент, превращающий аминокислоту фенилаланин в тирозин, развивается тяжелое наследствен­ное заболевание, связанное с умственным недоразвити­ем — фенилкетонурия. Долгое время эта болезнь считалась неизлечимой и приводила к гибели детей. И лишь после того, как была  выявлена роль ферментов в механизме развития этого заболевания, наметились пути его лечения. Резко уменьшая в рационе больного ребенка продукты, содержащие амино­кислоту фенилаланин, удается облегчить его состояние, остановить развитие болезни.

Новейшие данные о ферментах лежат и в основе биохими­ческой фармакологии. Исследования, проведенные в пос­ледние годы, показали, что действие лекарственных препа­ратов обусловлено их влиянием на активность ферментатив­ных процессов. Учение о ферментах переживает сейчас пору расцвета, и есть все основания надеяться, что дальнейшие успехи в выяснении биологически функций ферментов будут способ­ствовать решению многих задач, стоящих перед клинической и теоретической медициной. На главную страницу

 

 

 

рассказать друзьям и получить подарок
Получайте новые статьи прямо себе на почту. Заполните форму. Нажмите кнопку "Получать статьи"
Ваш e-mail: *
Ваше имя: *

Share this post for your friends:
Friend me:

Написать комментарий