Роль ферментов

     Жизнь на земле существует благодаря растениям, которые, используя энергию солнечных лучей, при помощи ферментов «готовят» пищу из воздуха, воды и солей. Замечательная лаборатория зеленого листа работает намного лучше других химических лабораторий, созданных современной наукой. Все народные средства используют в своих рецептах именно растения, дары природы. В будущем, когда синтетическая химия сможет поставлять все необходимые пищевые продукты, откажется ли человек от растений? Нет! Очевидно, люди еще долго будут пользоваться растениями, разумно улучшая их.
     Живые организмы — хорошие химические лаборатории и, что самое главное, хорошие фабрики ферментов. Особенно богатый ассортимент ферментов изготовляют разнообразные микроорганизмы. Без участия ферментов у нас не было бы хорошо выпеченного хлеба, ароматного чая, многих пищевых продуктов.

     Сейчас каждый знает, что ни одно заболевание не проходит без нарушений процессов обмена веществ и, следовательно, нарушений в деятельности ферментов, которая в здоровом организме отличается удивительной согласованностью. У врачей возникла мысль: нельзя ли использовать ускорители химических реакций — ферменты — для предупреждения и лечения болезней. Особенно широко для этих целей стали применяться ферменты, содержащиеся в пищеварительных соках: пепсин, трипсин, химотрипсин.
     Для профилактики и лечения используют не только сами ферменты, но и их некоторые небелковые соединения — коферменты. В их состав входят многие известные нам витамины. Достаточно упомянуть о таких витаминах, как В1, витамин В2, никотиновая кислота. Эти и другие коферменты являются наиболее ценными лекарственными веществами в первую очередь потому, что действуют не на признаки болезни, а на ее причины.

     Процессы обмена веществ в нашем организме регулируются нервной системой. Естественно поэтому, что и активность ферментов, участвующих в химических превращениях, также зависит от деятельности нервной системы. Наблюдения показывают, что умственное напряжение, волнение, связанное, например, с участием в спортивных соревнованиях, различных конкурсах, сдача экзаменов повышают активность ферментов, расщепляющих белки. А это в свою очередь ведет к тому, что организм начинает расходовать больше белков. Это необходимо учитывать при составлении рациона питания.
     Сколько людей мечтает об искусственных питательных веществах в виде небольших таблеток или пилюль, которые бы полностью заменили громоздкую и часто неудобоваримую пищу наших дней. Нельзя ли избавить человека от необходимости потреблять природные пищевые продукы: хлеб, мясо, овощи, фрукты, содержащие не только полезные, но и ненужные, а то и просто вредные вещества, на переваривание которых наш организм затрачивает много энергии.
     Но мечты о питательных таблетках, конечно, нереальны. Ближайшие тысячелетия не смогут изменить наше тело, приспособленное на протяжении миллионов лет к сложившимся процессам пищеварения. Однако, создание более удобоваримой пищи — это мечта реальная, она становится явью. Сколько неприятностей доставляет нам жесткое, как подошва, мясо! Но есть чудесный порошок. Достаточно его щепотки, чтобы превратить самый жесткий бифштекс в нежное филе или телятину. Это — препарат фермента папаина, получаемого из плодов культивируемого на юге нашей страны дерева — карика папайя. Не только мясо, но и горох, фасоль, чечевицу можно так размягчить предварительной обработкой ферментом, что на их варку понадобится в 4 раза меньше времени, чем обычно.
     Существует много ферментов, которые мы можем уже теперь использовать для предварительной подготовки самых разнообразных пищевых продуктов. В кухне недалекого будущего ферменты призваны сыграть огромную роль. Зная свойства ферментов, человек усилит их действие во много раз. Будут созданы не только фабрики жиров, углеводов, вкусовых и ароматических веществ, но и фабрики-лаборатории, где будут добываться, а впоследствии синтезироваться сами ферменты.

Белки - это основа жизненных процессов, важнейшая составная часть живого вещества.
Жизнь без этих ускорителей реакций невозможна.
Какими же свойствами обладают ферменты?
     Во-первых, их способность резко изменять (обычно в сторону ускорения) темпы химических превращений. Такая высокая активность характерна для биологических катализаторов, действующих в живых организмах
     В процессе становления жизни на Земле могли образоваться скопления органических соединений, похожие на известные нам белки. Но процессы в них протекали очень вяло, можно сказать, что жизнь в них едва теплилась. А теперь представьте себе: на кучу тлеющих углей вылили бензин, вспыхнул яркий огонь. Подобным образом действовал на белки и первый фермент. Именно он обеспечил наибольшую скорость химических процессов и сделал белок живым существом любопытное свойство ферментов, как катализаторов, заключается в обратимости химических превращений.
     Например, какое-либо вещество распадается, но при определенных условиях продукты этого распада, соединяясь, образуют первичное вещество. Ферменты способствуют не только расщеплению, распаду, но и, наоборот, воссоздают, синтезируют продукты распада в более сложные вещества.
     Ферменты очень чувствительны к температуре. Все они - белки, а для белков характерны сильные изменения под действием высокой температуры. Это легко подтвердить примером из повседневной практики, нагревая куриное яйцо. Следует отметить, что нагревание до 40—50 градусов повышает способность ферментов ускорять химические реакции. Дальнейшее нагревание начинает снижать эту активность, а при температуре выше 90 градусов ферменты полностью утрачивают свои каталитические свойства, инактивируются.
     Для каждого фермента существует оптимальная температура. В организме теплокровных животных и человека наиболее благоприятной для ферментов является температура тела.
     Активность ферментов имеет огромное значение в жизнедеятельности живых организмов. Это легко иллюстрировать на примере растений. Зимой в них как бы замирает жизнь, а весной ферменты делаются все более активными. Ферменты очень тонко реагируют также на степень кислотности среды. Это важное свойство ферментов позволяет понять процесс пищеварения. Пища в полости рта смачивается слюной. Реакция ее почти нейтральная. Наибольшей активностью при такой реакции обладает содержащийся в слюне фермент амилаза. Он действует только на углеводы.
     Ферменты называют «ключами» жизни за их чрезвычайно важное свойство: действовать избирательно, специфично, лишь на конкретное вещество. Можно повышать или, напротив, угнетать активность фермента некоторыми химическими, часто очень простыми по составу, веществами. Такие вещества действуют тоже очень специфично. Синильная кислота, например, резко повышает активность фермента папаина, расщепляющего белки, но совершенно парализует дыхательный фермент. Многие ферменты содержатся в тканях и клетках организма в совершенно неактивном состоянии. Это впервые показал И. П. Павлов на примере пищеварения. Пепсин делается активным только после того, как на его пассивную форму — пепсиноген — подействует соляная кислота.
     Ферменты широко распространены в живой природе. Они содержатся во всех животных и растительных тканях, первоосновой которых являются белки. Это позволяет предположить, что все белки обладают в той или иной степени ферментативными свойствами.
     Главный белок мышц — миозин обладает способностью сокращаться в объеме. Оказалось, что миозин — не только сократимый белок, но одновременно и фермент, который ускоряет химическую' реакцию, необходимую для этого сокращения.

     В последние годы ферменты начали применять в качестве химических реактивов, используя их высокую избирательность, специфичность действия. Так, например, врач, чтобы успешно лечить больного, должен знать, какие изменения произошли в организме. При сахарной болезни очень важно точно определить содержание количества глюкозы в крови. Это позволяет распознать заболевание даже тогда, когда человек чувствует себя еще хорошо, а когда начато лечение — следить за его результатами.
     Но с помощью химических реактивов невозможно точно определить содержание глюкозы. На помощь приходят ферменты. Нотатин вступает в реакцию только с глюкозой, не затрагивая даже близкие к ней по строению другие сахара.
     Или такой пример. Человек в состоянии сильного возбуждения совершил серьезный проступок. В этих случаях очень важно установить, был ли этот человек пьян. Лабораторный анализ должен дать точный ответ. К сожалению, химические методы определения винного спирта в крови не лишены недостатков. Если же для анализа использовать специальный фермент, - ошибки не будет.
     Нередко в химических реакциях ферменты применяются как своеобразные разведчики, первооткрыватели того или иного вещества. Химики называют таких разведчиков индикаторами (от латинского слова индикатор — указатель). Они позволяют быстро установить присутствие определенных химических веществ или уловить конец реакции.
     Поскольку мы знаем, что ферменты - это белки, следовательно, получение искусственных ферментов является частью большой проблемы создания, синтеза белка. Она пока еще не решена до конца.

     Почти полтораста лет назад русский ученый К. С. Кирхгоф сделал интересное открытие: он заметил, что процесс превращения крахмала в сахар протекает значительно быстрее, если к крахмалу добавить ячменного солода. Отчего это происходит - науке тогда еще не было известно. Кирхгоф предположил, что в солоде содержится какое-то вещество, способное ускорять химические превращения. Затем уже другие ученые обнаружили ряд веществ, которые подобным образом влияли на ход самых разнообразных химических реакций. Такое явление получило название катализа. А таинственные вещества, осуществляющие этот процесс, стали называться ферментами (от латинского слова ферментум — брожу).
     Учение о ферментах развивалось медленно. Исследователи многих стран настойчиво пытались раскрыть природу этих соединений. Был выделен не только фермент амилаза из ячменного солода, но обнаружены и другие: эмульсин в горьких миндалях, пепсин в желудочном соке, трипсин в соке поджелудочной железы. Однако строение их еще долгое время оставалось загадкой.
     Что же представляют собой ферменты? Подойти вплотную к разрешению этого вопроса впервые удалось русской исследовательнице М.М.Манассеиной. Она доказала, что ферменты могут существовать не только внутри живых клеток, но и вне их.
     Позднее, в трудах таких выдающихся русских ученых, как А.Я.Данилевский и И.П.Павлов, появились ясные указания на белковую природу ферментов. В то время весь мир знал об открытиях И.П.Павлова, которые произвели полный переворот в учении о пищеварении и пищеварительных ферментах. Исключительно наглядными опытами он показал, что чем больше белка в желудочном соке, тем выше его ферментативная активность. Другими словами, содержание фермента здесь всегда пропорционально количеству белка.
     Вскоре другим исследователям, американцам Дж. Самнеру и Д. Нортропу, удалось получить ряд ферментов в чистом, кристаллическом виде и доказать, что они являются белками. Таким образом, учение о ферментах из области догадок перешагнуло в сферу точного исследования.
     Также вы можете узнать много интересного на нашем сайте о симптомах болезни печени, о бессонице и др. Мы будем рады, если вы узнаете для себя что-то новое.