Які особливості ферментів зумовлюють їхнє значення?

ФЕРМЕНТИ (від лат. fermentum – закваска), або ензими, – високоспецифічні білкові молекули, або РНК-молекули, які є біологічними каталізаторами процесів обміну речовин і перетворення енергії у клітинах та організмі. 

Термін «фермент» тзапропонував ще в XVII ст. нідерландський хімік і фізіолог Я. ван Гельмонт (1580–1644).

Наука про ферменти виокремилася в окрему галузь біохімічної науки – ферментологію (ензимологію), що інтенсивно розвивається в тісному зв'язку з хімією, фізіологією, токсикологією, мікробіологією, генетикою, фармакологією та ін.

Загальними особливостями усіх ферментів є:

• наявність активних (каталітичних) центрів  – ділянок, до яких приєднуються молекули субстрату. Ці ділянки у простих ферментах утво-

рюють амінокислоти, а у складних – небілкові частини-кофактори (вітаміни,

йони Купруму, Феруму, Магнію);

• наявність регуляторних центрів (іл. 67), до яких можуть приєднуватися

різні молекули й спричиняти збільшення або зменшення каталітичної актив-

ності. Через ці центри на активність ферментів впливають такі регуляторні

чинники, як продукти реакцій, гормони, нейромедіатори та ін. Регуляторні

чинники, що підвищують активність ферментів, називають активаторами

(йони кислот, жовчні кислоти для ліпаз), а ті, що зменшують, – інгібіторами

(наприклад, катіони важких металів);

Іл. 67. Каталітичні (1) та регуляторні (2)

центри ферменту

1

1

2

105§ 25. Роль ферментів у забезпеченні метаболізму клітини та цілісного організму

• специфічність, що визначається здебільшого комплементарною відповідні-

стю між ділянкою ферменту й молекулою субстрату;

• залежність активності від певних умов (рН, температури, тиску, концентра-

ції субстрату та ферментів);

• невитратність – прискорюють реакції, але самі при цьому не витрачаються

та ін.

Отже, здатність ферментів впливати на швидкість біохімічних

реакцій є вирішальною умовою для процесів обміну речовин

і перетворення енергії у клітинах та організмах.

Як класифікують ферменти?

У сучасній ензимології відомо понад 3000 ферментів; їх класифікують за

різними критеріями.

За місцем утворення ферменти поділяють

на ендо- й екзоферменти. Переважна більшість

ферментів діють всередині клітин або організ-

му, де вони утворилися, тобто є ендофермен-

тами. Зазвичай фермент іменують за типом

реакції, яку він каталізує, додаючи суфікс -аза

до назви субстрату (наприклад, лактаза – фер-

мент, що бере участь у перетворенні лактози).

Паразитичні бактерії та гриби-паразити вико-

ристовують екзоферменти як чинники, що

послаблюють організм хазяїна, руйнують його захисні системи, розщеплюють

макромолекули. Травні ферменти хижих тварин (павуки, змії, личинки жуків-пла-

вунців) секретуються для зовнішнього травлення, захисту від хижаків (іл. 68).

Класифікація ферментів за хімічним складом включає прості та складні фер-

менти. Прості ферменти (однокомпонентні) містять лише білкову частину.

Більшість ферментів цієї групи можуть кристалізуватися. Прикладами простих

ферментів є рибонуклеаза, гідролази, уреаза та ін. Складні ферменти (двоком-

понентні) складаються з білкового (апоферменту) й небілкового (кофактора)

компонентів. Білковий компонент визначає специфічність ферментів, синтезу-

ється, як правило, організмом та є чутливим до зміни температури. Небілковий

компонент визначає активність складних ферментів і, як правило, надходить в

організм у вигляді попередників або в готовому вигляді та зберігає стабільність

за несприятливих умов. Кофактори можуть бути як неорганічними молекулами

(наприклад, йони металів), так і органічними (наприклад, флавін). Прикладами

складних ферментів є оксидоредуктази (наприклад, каталаза), лігази (напри-

клад, ДНК-полімераза, тРНК-синтетази), ліази та ін.

Існує класифікація ферментів і за типом реакцій, згідно з якою їх поділя-

ють на 6 класів: оксидоредуктази, трансферази, гідролази, ліази, ізомерази та

лігази.

Отже, ферменти класифікують за місцем утворення,

хімічним складом і типом каталітичних реакцій.

Іл. 68. Личинка жука-плавунця,

який має зовнішнє травлення

Тема 2. ОБМІН РЕЧОВИН І ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ

106

Яка біологічна роль ферментів?

За біологічним значенням ферменти поділяють на метаболічні, травні й

захисні.

Метаболічні ферменти – група ферментів, що каталізують анаболічні й

катаболічні реакції у клітинах. Вони можуть міститися в гіалоплазмі (ферменти

бродіння), в ядрі (РНК-полімераза, ДНК-полімераза), в мітохондріях (дегідроге-

нази й цитохроми дихального ланцюга), на рибосомах (синтетази білків), у хло-

ропластах (рибулозобіфосфаткарбоксилаза, або РуБісКо, – фермент фіксації СО2)

та ін. У клітинах метаболічні перетворення субстратів здійснюються послідовно

декількома ферментами. Кожний з цих ферментів каталізує певну ділянку загаль-

ного метаболічного шляху. Сукупність ферментів, які каталізують перетворення

субстрату через ланцюг послідовних реакцій, називається мультиферментним

комплексом (мультиферментною системою). Метаболічні ферменти беруть

участь у процесах дихання, росту, подразливості, скорочення м’язів тощо.

Травні ферменти – група ферментів, що

розщеплює складні органічні сполуки та їх комп-

лекси до простіших. Ці ферменти в живій приро-

ді спостерігаються в лізосомах твариноподібних

організмів, секреторних міхурцях грибів, трав-

них секретах комахоїдних рослин, травній си-

стемі тварин (іл. 69). Травні ферменти належать

до групи гідролаз, що каталізують реакції гідролі-

зу. Так, у травному тракті хребетних тварин й лю-

дини наявні протеази (каталізують розщеплення

білків), ліпази (ферменти розщеплення ліпідів),

амілази (ферменти розщеплення вуглеводів),

нуклеази (розщеплюють нуклеїнові кислоти до

нуклеотидів).

Серед ферментів є й такі, що захищають від токсичних речовин (наприклад,

антиоксидантні ферменти пероксидаза, каталаза й супероксиддисмутаза), від

втрат крові (наприклад, ферменти зсідання крові – тромбін, фібрин). Основним

захисним ферментом багатьох організмів є лізоцим, що міститься в лейкоци-

тах, яєчному білку, шкірі, слизових оболонках і рідинах організму (слини, слізної

рідини). Лізоцим розщеплює речовини, що є основою клітинної оболонки бак-

терій і захищає слизові оболонки ока, порожнини рота, кишечнику від інфекцій.

Отже, роль ферментів полягає в забезпеченні метаболізму клітин,

перетравлюванні складних речовин до простіших і забезпеченні

захисту від несприятливих чинників.