Презентация на тему "Ферменты"

Химия 10 класс.
Ферменты

Что такое ферменты?
ФЕРМЕНТЫ (от лат. fermentum — брожение, закваска) – это энзимы, специфические белки, увеличивающие скорость протекания химических реакций в клетках всех живых организмов.
Наука о ферментах называется энзимологией.

Ферменты
Ферменты - это белковые вещества, играющие очень важную роль в различных биохимических процессах в организме.
Они необходимы для переваривания пищевых продуктов, стимуляции деятельности головного мозга, процессов энергообеспечения клеток, восстановления органов и тканей.
Функция каждого из ферментов уникальна, т.е. каждый фермент активизирует только один биохимический процесс.
В связи с этим в организме существует огромное количество энзимов.

История изучения
Термин «фермент» был предложен в XVII веке химиком ван Гельмонтом при обсуждении механизмов пищеварения.

В 1833 французскими химиками А. Пайеном и Ж. Персо впервые из прорастающих зерен ячменя было выделено активное вещество, осуществляющее превращение крахмала в сахар и получившее название диастазы(амилазы).

В середине 19 в. разгорелась дискуссия о природе брожения. Пастер считал, что брожение вызывается лишь живыми микроорганизмами и что процесс брожения неразрывно связан с их жизнедеятельностью. А Либих и его сторонники, отстаивая химическую природу брожения, считали, что оно является следствием образования в клетках микроорганизмов растворимых ферментов.
Луи Пастер
Юстас Либих
Марселен Бертло
Клод Бернар

Дискуссия Либиха и Пастера о природе брожения была разрешена в 1897 Э.Бухнером, который, растирая дрожжи с инфузорной землёй, выделил из них бесклеточный растворимый ферментный препарат (зимазу), вызывавший спиртовое брожение. Открытие Бухнера утвердило материалистическое понимание природы брожений.

Общая характеристика ферментов
Ферменты
Однокомпонентные,
состоящие исключительно из белка
Двухкомпонентные,
состоящие из белка, называемого апоферментом, и небелковой части, называемой простетической группой.

Размеры ферментов и их строение.
Молекулярная масса ферментов, лежит в пределах 10 тыс. - 1 млн.
Они могут состоять из одной или нескольких полипептидных цепей и могут быть представлены сложными белками.

Функции ферментов
Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется около 4000 биореакций.
Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма.

Функции ферментов
В зависимости от того, какие виды реакций организма катализируют ферменты, они выполняют различные функции.
Чаще всего их подразделяют на две основные группы: пищеварительные и метаболические.
Пищеварительные ферменты выделяются в желудочно-кишечном тракте, разрушают питательные вещества, способствуя их абсорбции в системный кровоток.
Метаболические ферменты катализируют биохимические процессы внутри клеток.

Пищеварительные ферменты
Различают три основные категории таких ферментов: амилаза, протеазы, липаза.

Амилаза расщепляет углеводы и находится в слюне, панкреатическом секрете и в содержимом кишечника. Различные виды амилазы расщепляют различные сахара.

Протеазы, находящиеся в желудочном соке, панкреатическом секрете и в содержимом кишечника, помогают переваривать белки.

Липаза, находящаяся в желудочном соке и панкреатическом секрете, расщепляет жиры.

Метаболические ферменты
Метаболическими ферментами являются пепсин, трипсин, реннин, панкреатин и химотрипсин.

Помимо улучшения пищеварения, эти ферменты оказывают противовоспалительное действие.

Панкреатин используют при ферментной недостаточности поджелудочной железы, нарушениях пищеварения, пищевой аллергии, аутоиммунных заболеваниях, вирусных инфекциях и спортивных травмах.

Свойства ферментов
Важнейшим свойством ферментов является преимущественное течение одной из нескольких теоретически возможных реакций.
В зависимости от условий ферменты способны катализировать как прямую так и обратную реакцию. Это свойство ферментов имеет большое практическое значение.

Свойства ферментов
Другое важнейшее свойство ферментов - термолабильность, т. е. высокая чувствительность к изменениям температуры.
Так как ферменты являются белками, то для большинства из них температура свыше 70° C приводит к денатурации и потере активности.
При увеличении температуры до 10° С реакция ускоряется в 2-3 раза, а при температурах близких к 0° С скорость ферментативных реакций замедляется до минимума.

Свойства ферментов
Следующим важным свойством является то, что ферменты находятся в тканях и клетках в неактивной форме (проферменте).
Классическими его примерами являются неактивные формы пепсина и трипсина. Существование неактивных форм ферментов имеет большое биологическое значение. Если бы пепсин вырабатывался сразу в активной форме, то пепсин "переваривал" стенку желудка, т. е. желудок "переваривал" сам себя.

Классификация ферментов
1. Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, например каталаза: 2H2O2 → O2 +2H2O

2. Трансферазы - ферменты, катализирующие перенос атомов или радикалов.

Классификация ферментов
3. Гидролазы - ферменты, разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды, например фосфатаза:            
             OH
R - O - P = O + H2O → ROH + H3PO4            
          OH

Классификация ферментов
4. Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу без присоединения воды, негидролитическим путем.
Например: отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой:                                                 
                 O                        O
// ||
CH3 - C - C → CO2 + CH3 - C
         ||    \                             \
         O  OH                           H

Классификация ферментов
5. Изомеразы - ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой:
глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат  

6. Синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза.  

Местонахождение ферментов в организме
В клетке часть ферментов находится в цитоплазме, но в основном ферменты связаны с определенными клеточными структурами.
В ядре, например, находятся ферменты, ответственные за репликацию — синтез ДНК и за ее транскрипцию — образование РНК .
ДНК-лигаза

Специфичность и механизм действия ферментов
Действие ферментов, строго специфично и зависит от строения субстрата, на который фермент действует.
Прекрасным примером такой зависимости служит катализируемая аргиназой реакция гидролитического расщепления аминокислоты аргинина на орнитин и мочевину:

Кофакторы ферментов
Многие ферменты для проявления активности нуждаются в веществах небелковой природы- кофакторах.
Кофакторы могут быть как неорганическими молекулами (ионы металлов, железо-серные кластеры и др.), так и органическими (например, флавин или гем).

Получение ферментов
Обычно ферменты выделяют из тканей животных, растений, клеток и культуральных жидкостей микроорганизмов, биологических жидкостей (кровь, лимфа и др.).
Для получения некоторых труднодоступных ферментов используются методы генетической инженерии.

Болезни, связанные с нарушением выработки ферментов
Отсутствие или снижение активности какого-либо фермента (нередко и избыточная активность) у человека приводит к развитию заболеваний (энзимопатий) или гибели организма.
Так, передаваемое по наследству заболевание детей — галактоземия (приводит к умственной отсталости) — развивается вследствие нарушения синтеза фермента, ответственного за превращение галактозы в легко усваиваемую глюкозу.

Болезни, связанные с нарушением выработки ферментов
Причиной другого наследственного заболевания — фенилкетонурии, сопровождающегося расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин.

Определение активности многих ферментов в крови, моче, спинно-мозговой, семенной и других жидкостях организма используется для диагностики ряда заболеваний.
С помощью такого анализа сыворотки крови возможно обнаружение на ранней стадии инфаркта миокарда, вирусного гепатита, панкреатита, нефрита и других заболеваний.

Применение ферментов
Ферменты получили широкое применение в легкой, пищевой и химической промышленности, а также в медицинской практике.
В пищевой промышленности ферменты используют при приготовлении безалкогольных напитков, сыров, консервов, колбас, копченостей.
В животноводстве ферменты используют при приготовлении кормов.
Ферменты используют при изготовлении фотоматериалов.
Ферменты используют при обработке овса и конопли.

Применение ферментов
Ферменты используют для смягчения кожи в кожевенной промышленности.
Ферменты входят в состав стиральных порошков, зубных паст.
В медицине ферменты имеют диагностическое значение – определение отдельных ферментов в клетке помогает распознаванию природы заболевания (например вирусный гепатит – по активности фермента в плазме крови) их используют для замещения недостающего фермента в организме.