Ферменты. Свойства ферментов

Ферменты.
Свойства ферментов.
Механизм действия ферментов.
Номенклатура ферментов
план

Ферменты (энзимы) –
это специфические белки глобулярной природы, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов. (Вспомнить, что такое катализаторы.)
Ферменты (энзимы) –
это специфические белки глобулярной природы, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов. (Вспомнить, что такое катализаторы.)
.

Свойства ферментов.
Рассмотрим действие ферментов как биокатализаторов на примере реакции, знакомой всем владельцам кошек. Речь идет о разложении мочевины, содержащейся в кошачьей моче, на диоксид углерода и аммиак. (Именно аммиаком пахнет кошачий ящик с песком, если песок в нем долго не менять.) Эта реакция катализируется ферментом уреазой. В присутствии уреазы скорость реакции превосходит нормальную во много триллионов раз:
Одна молекула уреазы за 1 секунду расщепляет до 30 000 молекул мочевины. Не будь катализатора, на расщепление потребовалось бы примерно 30 млн лет. Ферментам свойственна высокая активность, но она меняется в зависимости от рН (концентрации ионов водорода), температуры, давления.

Специфичность ферментов состоит в том, что каждый из них действует только на одну реакцию (например, уреаза расщепляет только мочевину). Фермент обладает способностью различать среди множества молекул именно те, которые должны вступать в реакцию, – эти молекулы называют субстратом (S). В контакт с субстратом вступает лишь очень небольшая часть молекулы фермента (3–5 аминокислотных остатков). Эта часть – активный центр фермента.
Захват молекулы субстрата активным центром
фермента (показан пронумерованными кружками)

Механизм действия ферментов.
Образовавшиеся продукты по форме уже не соответствуют активному центру. Они отделяются от «замка» фермента и поступают в окружающую среду, после этого освободившийся активный центр может принимать новые молекулы субстрата
Взаимодействие субстрата (S) c ферментом впервые изучил немецкий ученый Эмиль Фишер. Он высказал гипотезу (1880), согласно которой субстрат подходит активному центру фермента как «ключ к замку».

Названия ферментов производят от названий субстратов, на которые они действуют, по схеме: тип катализируемой данным ферментом реакции + название одного из продуктов реакции (или одного из ее участников) с прибавлением окончания -аза.
Окончание -аза служит для обозначения ферментной природы.
. Например: фермент гликозидаза участвует в реакциях гидролиза гликозидных связей в сахарах; трансаминазы способствуют переносу группы NH2 от аминокислот к различным -кетокислотам. Молочная оксидаза (другое название – дегидрогеназа) катализирует превращение молочной кислоты в уксусную:

Тип реакции аланина с 2-оксоглутаровой кислотой в присутствии фермента трансаминазы – транспорт аминогруппы (рис. 3). Название фермента: 2-оксоглутаратаминотрансфераза
Реакция переноса группы NH2 от аланина к 2-оксоглутаровой кислоте
Вывод. По названию фермента можно понять сущность реакции.

Цель. Доказать присутствие ферментов в животных и растительных клетках. Оборудование и реактивы. Штатив с пробирками, микроскоп, предметное стекло, лучинка, спички; стакан с Н2О2 (3%-й р-р), песок, ткани растительные и животные.
Лабораторный опыт
«Открытие фермента каталазы»

Ферменты содержатся в каждой животной и растительной клетках. Большая часть ферментов связана с определенными клеточными структурами (ядро, цитоплазма, пластиды, лизосомы и т. д.), где и осуществляется их функция. Каталаза содержится в микротельцах (пероксисомах). Эти тельца имеют овальную форму, зернистую структуру, находятся в цитоплазме.
Пероксисомы имеют размеры 0,3–1,5 мкм
и содержат внутри кристаллические ферменты
Фермент каталаза катализирует расщепление пероксида водорода с образованием молекул воды и кислорода:
Расщепляя Н2О2, каталаза играет защитную роль. Она обезвреживает ядовитое вещество (пероксид водорода), которое непрерывно образуется в клетке в процессе жизнедеятельности. Активность фермента очень высока: при 0 °С – 1 молекула катализатора разлагает за 1 секунду до 40 000 молекул Н2О2.
Ферменты содержатся в каждой животной и растительной клетках. Большая часть ферментов связана с определенными клеточными структурами (ядро, цитоплазма, пластиды, лизосомы и т. д.), где и осуществляется их функция. Каталаза содержится в микротельцах (пероксисомах). Эти тельца имеют овальную форму, зернистую структуру, находятся в цитоплазме.
Пероксисомы имеют размеры 0,3–1,5 мкм
и содержат внутри кристаллические ферменты
Фермент каталаза катализирует расщепление пероксида водорода с образованием молекул воды и кислорода:
Расщепляя Н2О2, каталаза играет защитную роль. Она обезвреживает ядовитое вещество (пероксид водорода), которое непрерывно образуется в клетке в процессе жизнедеятельности. Активность фермента очень высока: при 0 °С – 1 молекула катализатора разлагает за 1 секунду до 40 000 молекул Н2О2.

Практическая часть
Прилейте по 2 мл Н2О2 в пять пробирок с:
а) сырой печенью;
б) вареной печенью;
в) сырым картофелем;
г) вареным картофелем;
д) песком.
2. На предметное стекло в каплю воды
положите лист элодеи и рассмотрите
его под микроскопом. 3. Нанесите на лист элодеи две капли пероксида водорода и под микроскопом наблюдайте бурное выделение пузырьков кислорода из клеток листа элодеи.
4. Заполните таблицу. Ответьте на вопросы.
Чем обусловлено расщепление пероксида водорода в пробирках с кусочками сырой печени, сырого картофеля и при действии пероксида водорода на лист элодеи?
Какие уровни организации молекулы белка-фермента каталазы разрушаются при варке картофеля и печени в нашем опыте и разрыв каких молекулярных связей привел к денатурации этого белка?
Почему расщепление пероксида водорода в пробирках с кусочками вареного картофеля и печени, а также в пробирке с песком не наблюдалось?

Вопросы для закрепления
1. Что такое ферменты?
2. Перечислите свойства ферментов.
3. В чем выражается специфичность ферментов?
4. Что лежит в основе механизма взаимодействия субстрата и фермента?
5. Каковы принципы номенклатуры ферментов?
6. Назовите классы ферментов и укажите реакции, которые они катализируют.
7. В чем сходство и отличие фермента и гормона?