Механизм действия ферментов

Различные типы клеток, тканей и других сложных органов вместе образуют человеческое тело. Наше тело выделяет некоторые химические вещества для эффективного функционирования организма и для улучшения биологических процессов, таких как дыхание, пищеварение, выделение и некоторые другие метаболические процессы для поддержания здоровой жизни. Следовательно, ферменты необходимы для биологических процессов во всех живых организмах.

Enzymes can be defined as biological polymers produced by living organism that catalyze the biochemical reactions. 

В основном это белки, вырабатываемые живыми организмами внутри тела, которые помогают облегчить определенные метаболические и биохимические реакции. Это биологические катализаторы, ускоряющие метаболические реакции внутри организма. Ферменты имеют решающее значение для метаболических процессов и других химических реакций в клетке. Они необходимы для поддержания жизни организмов. Ферменты являются катализаторами, поэтому они не участвуют непосредственно в биологических реакциях, но помогают их эффективному протеканию. Метаболические процессы зависят от ферментов, которые реагируют с молекулой и называются субстратом . Ферменты превращают субстраты в другие отдельные молекулы, известные как продукты . В основном они обнаруживаются во всех тканях и жидкостях организма. Существенные и критические жизненные процессы показаны на основе функции ферментов. Ферменты плазматической мембраны контролируют катализ в клетках за счет ответа на клеточные сигналы, а ферменты систем кровообращения регулируют свертывание крови.

Структура ферментов

Ферменты в основном представляют собой белки. Они имеют первичную структуру, т.е. линейную цепь аминокислот, которая в конечном итоге образует трехмерную форму. Фермент, как и любой белок, имеет вторичную и третичную структуры. В третичной структуре белковые цепи складываются сами по себе, а сами цепи перекрещиваются, что создает множество карманов или щелей. Один такой карман известен как «активный сайт» или сайт связывания субстрата. Субстрат помещается в карман или щель, которая является активным центром фермента. Таким образом, активный центр фермента катализирует биохимические реакции с высокой скоростью. Ферменты способны расщеплять большую молекулу на более простые молекулы или наоборот. Ферменты повреждаются при высоких температурах (выше 40 ^° С) и высоком давлении, что приводит к потере активности ферментов. Таким образом, термическая стабильность является важным фактором таких ферментов.

Ферменты в конечном итоге становятся больше и имеют разные размеры по сравнению с их субстратом: от 62 аминокислотных остатков до 2500 остатков, обнаруженных в синтазе жирных кислот. Эти аминокислоты особым образом используются для образования различных типов ферментов. Лишь небольшая часть всей структуры фермента используется для катализа и расположена рядом с сайтами связывания. Активный центр фермента состоит из каталитического сайта и сайта связывания вместе. Ферменты также имеют сайт, называемый сайтом ингибитора. Этот сайт функционирует, когда фермент находится в инактивированном состоянии. Ферменты также имеют модель структуры замка и ключа. Активный центр фермента является гибким, его можно модифицировать и, таким образом, изменить форму на основе взаимодействия с соответствующими субстратами.

Что делают ферменты?

Ферменты не являются живыми организмами и представляют собой особый тип белка, который помогает ускорить биохимическую реакцию в нашем организме. Каждая клетка человеческого организма содержит тысячи ферментов. Ферменты помогают облегчить химические реакции внутри каждой клетки. Поскольку они не разрушаются во время процесса, клетка может повторно использовать каждый фермент повторно. Присутствие этих ферментов помогает во многих реакциях внутри организма, которые поддерживают жизнь и здоровье человека. Они важны для пищеварения, окисления, гидролиза, дыхания, работы мышц и нервов, функции печени и многого другого. Ферменты в нашей крови помогают в здравоохранении и проверяют наличие травм и заболеваний. Ферменты в нашем организме катализируют все виды химических реакций, включая рост, свертывание крови, заболевания, дыхание и т. д.

Механизм фермента

Эти ферменты представляют собой тела с низким содержанием белка в крови, которые используются для катализа нескольких химических и биохимических реакций, происходящих в организме животных и растений. Без ферментов процесс жизни будет слишком медленным для поддержания жизни. Например, при отсутствии ферментов в нашем пищеварительном тракте нам потребовалось бы около 50 лет, чтобы переварить один прием пищи. Таким образом, ферменты необходимы для жизненных процессов.

1. Ферменты имеют различные размеры полостей.
2. Эти полости присутствуют на поверхности коллоидных частиц ферментов.
3. Эти полости имеют особую характерную форму и обрабатывают активные группы, такие как -NH ₂ , -COOH, -SH, -OH и т.д.
4. Полости, присутствующие на поверхности фермента, также являются активным центром биохимических реакций.
5. Молекула реагента или субстрат имеет форму, комплементарную активному центру или полости фермента. Они подходят друг к другу, как ключ к замку.
6. На активных группах (-NH2, -COOH, -SH, -OH и др.) образуется активированный комплекс, который распадается с образованием конечных продуктов. Таким образом, можно считать, что катализируемые ферментами реакции протекают в две стадии:
   • Связывание реагента с ферментом с образованием активированного комплекса (ES*).
   • Разложение активированного комплекса с образованием продукта (P).

Ферментный механизм снижения энергии активации

Энергия активации необходима для разрыва химических связей, позволяющих протекать реакции. Энергия активации описывает, насколько быстро происходит самопроизвольная реакция. Ферменты уменьшают энергию активации реакции за счет снижения энергии связи, которая не может быть разорвана. Делая связь, которая не может быть разорвана, более высокой энергией, становится легче разорвать эту связь. Когда фермент связывается с субстратом, он снижает энергию молекул субстрата для реакции с образованием продуктов. Ферменты уменьшают размер реагентов и размер продукта, тем самым снижая энергию активации.

Они также используются для снижения энергии активации реакции в реальном мире в медицине, производстве продуктов питания и других промышленных процессах. Они также используются в широком спектре технических процессов. Ферменты очень универсальны и эффективны по своей природе, что приводит к их применению в различных областях, они снижают энергию активации, но также увеличивают возможность реакции. Если бы реакция происходила спонтанно, роль фермента заключалась бы в снижении энергии активации, необходимой для быстрого начала реакции без изменения температуры.

Функции ферментов

• Фермент киназа обычно используется для передачи сигналов в организме человека. Этот фермент катализирует фосфорилирование белков. фермент расщепляет большие сложные молекулы на более простые вещества, чтобы организм мог легко их усваивать.
• Ферменты используются в синтезе энергии в нашем организме, АТФ-синтаза является ферментом, обычно используемым в этом процессе. Они осуществляют перенос ионов через плазматическую мембрану.
• Ферменты выполняют ряд функций и реакций, таких как окисление, восстановление и гидролиз. Они необходимы для пищеварения, функции печени и других функций организма.
• Ферменты катализируют все реакции, связанные с ростом, свертыванием крови, заживлением, дыханием, размножением и т. д. Они реорганизуют внутренние клеточные структуры для улучшения клеточной активности.

Замок и ключ соответствуют гипотезе

Для возникновения любой реакции необходимо взаимодействие или столкновение двух молекул в правильном направлении и достаточная энергия. Энергия между молекулами должна быть больше барьера в реакции. Эта энергия называется энергией активации. О ферментах говорят, что это активный центр, представляющий собой часть молекулы определенной формы и функциональной группы для связывания молекул реагентов. Когда молекула связывается с ферментом, она называется молекулой субстрата. Фермент и субстрат вместе образуют промежуточную реакцию с низкой энергией активации без каких-либо катализаторов. Ферменты помогают снизить энергию активации молекул в реакции. Реакция фермент-субстрат может быть лучше объяснена механизмом структуры замка и ключа. Фермент представлен замком, тогда как субстрат представляет собой ключ. Каждый субстрат принадлежит определенному ферменту.

Реакция фермент-субстрат может быть выражена этим общим уравнением. т.е. Субстрат + Фермент = (Субстрат – Фермент) > (Продукт – Фермент или промежуточное звено) = Продукт + Фермент. Основная функция действия ферментов – катализировать химические реакции. Связывание субстрата с активным центром фермента приводит к ферментативным реакциям, активный центр представляет собой специфический участок, который соединяется с субстратом.

Гипотеза индуцированного соответствия

Субстрат присоединяется к ферменту, имеющему специфическую структуру, которая может быть приспособлена только для конкретного фермента. При индуцированной подгонке активный центр не совсем комплементарен субстрату, но меняет форму в присутствии определенного субстрата, становясь комплементарным и инициируя реакцию. Когда молекула субстрата взаимодействует с ферментом, если его состав особенно правильный, форма активного центра фермента изменится, так что субстрат впишется в него, и может образоваться комплекс фермент-субстрат . После реакции образуется ферментно-продуктовый комплекс . Фермент замедляет энергию активации реакции, создавая поверхность для субстрата. Промежуточное состояние, при котором субстрат связывается с ферментом, называется переходным состоянием. Фермент и субстрат образуют связи, а затем разрывают их, в результате чего образуется продукт, а затем они расщепляются на продукт и фермент. Затем ферменты связываются с другими субстратами, цикл продолжается до завершения реакции. Когда субстрат (S) связывается с его активным центром с ферментом (E), образуется комплекс (промежуточный ES), который производит продукт (P) и фермент.

Шаги, включенные в действие фермента:

• Шаг 1: фермент и субстрат объединяются, в результате чего образуется промежуточный субстрат.
• Шаг 2: Отсоединение сложных молекул дает продукт и фермент.

Вся каталитическая реакция ферментов может быть выражена как:

E  +  S  —>  (ES)  —>   E  +  P

Часто задаваемые вопросы о механизме ферментов

Вопрос 1: Объясните фермент рибозимы.

Отвечать:

Ribozymes are basically molecules of ribonucleic acid, which catalyze the biochemical reaction in one of their own bonds or among other RNAs. They belong to the class RNA catalyst.

Вопрос 2: Как работают ферменты?

Отвечать:

For any reaction to occur energy is required. Enzymes act as catalysts and help reduce the activation energy of the complex molecules and carry forward the reaction. The following steps simplify the working of the enzyme. 

• Step 1: Each molecule has an active site where one of the substrate molecules can bind to and form an enzyme-substrate complex is formed. 
• Step 2: This enzyme-substrate molecule form an end product from the substrate and the enzyme is liberated to react with another substrate molecule. 

Вопрос 3: Опишите важные свойства ферментов.

Отвечать:

1. Enzymes act as biological catalysts and speed up the rate of reaction.
2. They convert one form of energy into a more useful form of energy required for the reaction. 
3. Cofactors are the molecules that help the enzymes to carry forward the reaction. 
4. Enzymes are highly specific, a particular enzyme binds to a particular substrate and catalyzes a single reaction. 
5. They are mostly chains of amino acids or proteins, but some RNA molecules (ribozymes) can also act as catalysts.  

Вопрос 4: Назовите применение ферментов.

Отвечать:

• Alcoholic Beverages are prepared by different enzyme actions. The use of various enzymes on different plant products creates a variety of fermented product
•  Daily consumable food products are created with the help of enzymes. The finest example of fermentation is Bread. It occupies its texture due to the use of enzymes during the fermentation process. 
• Enzyme action can be promoted by the use of drugs that tend to work around the active sites of enzymes.

Вопрос 5: Как работает фермент?

Отвечать:

Enzyme accelerates the time of the reaction and changes the substrate into the product. The working of enzymes is explained by 2 hypothesis:

• Lock and Key Hypothesis
• Induced Fit Hypothesis