Ի՞նչ են կոչվում ֆերմենտները քիմիայում: Կենսաբանական ֆերմենտներ

Ցանկացած կենդանի օրգանիզմ կատարյալ համակարգ է, որտեղ բառացիորեն ամեն րոպե ինչ-որ բան է տեղի ունենում, և այդ գործընթացները չեն կարող տեղի ունենալ առանց ֆերմենտների մասնակցության: Այսպիսով, ինչ են ֆերմենտները: Ո՞րն է նրանց դերը մարմնի կյանքում: Ինչի՞ց են դրանք պատրաստված։ Ո՞րն է դրանց ազդեցության մեխանիզմը։ Ստորև կգտնեք այս բոլոր հարցերի պատասխանները։

Որոնք են ֆերմենտները:

Ֆերմենտները կամ ֆերմենտները, ինչպես նաև կոչվում են, սպիտակուցային բարդույթներ են: Սրանք են, որոնք գործում են որպես քիմիական ռեակցիաների կատալիզատորներ: Իրականում ֆերմենտների դերը դժվար է գերագնահատել, քանի որ կենդանի բջջի կամ ամբողջ օրգանիզմի ոչ մի գործընթաց չի կարող տեղի ունենալ առանց դրանց:

«Ֆերմենտ» տերմինն ինքնին առաջարկվել է 17-րդ դարում Հելմոնտի կողմից։ Եվ չնայած այն ժամանակվա մեծ գիտնականները հասկանում էին, որ միսը մարսվում է, երբ առկա է, և օսլան թքի ազդեցությամբ քայքայվում է պարզ շաքարների, ոչ ոք չգիտեր, թե կոնկրետ ինչն է առաջացրել նման գործընթացները։ Բայց արդեն 19-րդ դարի սկզբին Կիրխհոֆն առաջին անգամ մեկուսացրեց թուքի ֆերմենտը` ամիլազը: Մի քանի տարի անց նկարագրվեց ստամոքսի պեպսինը: Այդ ժամանակից ի վեր ֆերմենտաբանության գիտությունը սկսել է ակտիվորեն զարգանալ։

Որոնք են ֆերմենտները: Գործողության հատկությունները և մեխանիզմը

Սկզբից հարկ է նշել, որ բոլոր ֆերմենտները կամ սպիտակուցներ են իրենց մաքուր ձևով կամ սպիտակուցային բարդույթներ: Մինչ օրս վերծանվել է մարդու օրգանիզմի ֆերմենտների մեծ մասի ամինաթթուների հաջորդականությունը:

Ֆերմենտների հիմնական հատկությունը նրանց բարձր սպեցիֆիկությունն է։ Յուրաքանչյուր ֆերմենտ կարող է կատալիզացնել միայն մեկ տեսակի ռեակցիա: Օրինակ, պրոտեոլիտիկ ֆերմենտները կարող են միայն ճեղքել կապերը սպիտակուցի մոլեկուլի ամինաթթուների մնացորդների միջև: Երբեմն մեկ սուբստրատի (ֆերմենտի գործողության օբյեկտ) վրա կարող են ազդել մի քանի ֆերմենտներ, որոնք կառուցվածքով նման են:

Բայց ֆերմենտը կարող է կոնկրետ լինել ոչ միայն ռեակցիայի, այլ նաև սուբստրատի հետ կապված։ Ամենատարածված տեսակը խումբն է: Սա նշանակում է, որ որոշակի ֆերմենտ կարող է ազդել միայն նմանատիպ կառուցվածք ունեցող սուբստրատների որոշակի խմբի վրա:

Բայց երբեմն առաջանում է այսպես կոչված բացարձակ կոնկրետություն։ Սա նշանակում է, որ ֆերմենտը կարող է կապվել միայն մեկ սուբստրատի ակտիվ վայրի հետ: Իհարկե, նման առանձնահատկությունը հազվադեպ է բնության մեջ: Բայց, օրինակ, կարող ենք հիշել ուրեազի ֆերմենտը, որը կարող է միայն կատալիզացնել միզանյութի հիդրոլիզը:

Այժմ մենք պարզել ենք, թե ինչ են իրենից ներկայացնում ֆերմենտները։ Բայց այս նյութերը կարող են բոլորովին տարբեր լինել: Ուստի ընդունված է դրանք դասակարգել։

Ֆերմենտների դասակարգում

Ժամանակակից գիտությունը գիտի ավելի քան երկու հազար ֆերմենտ, բայց դա ամենևին էլ դրանց ճշգրիտ թիվը չէ: Ավելի մեծ հարմարության համար դրանք բաժանվում են վեց հիմնական խմբերի՝ կախված կատալիզացված ռեակցիայից:

• Օքսիդորեդուկտազները ֆերմենտների խումբ են, որոնք մասնակցում են ռեդոքս ռեակցիաներին։ Որպես կանոն, նրանք գործում են կամ որպես էլեկտրոնների և ջրածնի իոնների դոնորներ կամ ընդունողներ։ Այս ֆերմենտները շատ կարևոր են, քանի որ մասնակցում են բջջային և միտոքոնդրիալ շնչառության գործընթացներին:
• Տրանսֆերազները ֆերմենտներ են, որոնք ատոմային խմբերը փոխանցում են մի սուբստրատից մյուսը։ Մասնակցեք միջանկյալ նյութափոխանակությանը:
• Լյազներ - նման ֆերմենտներն ունակ են առանց հիդրոլիտիկ ռեակցիայի սուբստրատից հեռացնել ատոմային խմբերը: Որպես կանոն, այս գործընթացը հանգեցնում է ջրի կամ ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլի ձևավորմանը:
• Հիդրոլազները ֆերմենտներ են, որոնք կատալիզացնում են սուբստրատի հիդրոլիտիկ քայքայումը՝ օգտագործելով
• Իզոմերազներ - ինչպես անունն է հուշում, այս ֆերմենտները կատալիզացնում են նյութի անցումը մեկ իզոմերային ձևից մյուսը:
• Լիգաները ֆերմենտներ են, որոնք կատալիզացնում են սինթետիկ ռեակցիաները։

Ինչպես տեսնում եք, ֆերմենտները շատ կարևոր նյութեր են օրգանիզմի համար, առանց որոնց կենսական գործընթացներն ուղղակի անհնարին են։

Ֆերմենտներ (ֆերմենտներ)՝ առողջության համար նշանակություն, դասակարգում, կիրառություն։ Բույսերի (սննդի) ֆերմենտներ՝ աղբյուրներ, օգուտներ.

Ֆերմենտները (ֆերմենտները) սպիտակուցային բնույթի բարձր մոլեկուլային նյութեր են, որոնք կատարում են օրգանիզմում կատալիզատորների ֆունկցիաները (ակտիվացնում և արագացնում են տարբեր կենսաքիմիական ռեակցիաներ)։ Fermentum լատիներենից թարգմանաբար նշանակում է խմորում։ Ֆերմենտ բառն ունի հունական արմատներ՝ «en» - ներսում, «zyme» - թթխմոր: Այս երկու տերմինները՝ ֆերմենտներ և ֆերմենտներ, օգտագործվում են փոխադարձաբար, իսկ ֆերմենտների մասին գիտությունը կոչվում է ֆերմենտաբանություն։

Ֆերմենտների կարևորությունը առողջության համար. Ֆերմենտների կիրառում

Ֆերմենտները որոշ պատճառով կոչվում են կյանքի բանալիներ: Նրանք ունեն հատուկ, ընտրողաբար գործելու եզակի հատկություն միայն նյութերի նեղ շրջանակի վրա։ Ֆերմենտները չեն կարող փոխարինել միմյանց։

Մինչ օրս հայտնի է ավելի քան 3 հազար ֆերմենտ։ Կենդանի օրգանիզմի յուրաքանչյուր բջիջ պարունակում է հարյուրավոր տարբեր ֆերմենտներ։ Առանց դրանց, ոչ միայն անհնար է մարսել սնունդը և այն վերածել նյութերի, որոնք բջիջները կարող են կլանել: Ֆերմենտները մասնակցում են մաշկի, արյան, ոսկորների նորացման, նյութափոխանակության կարգավորման, մարմնի մաքրման, վերքերի բուժման, տեսողական և լսողական ընկալման, կենտրոնական նյարդային համակարգի աշխատանքին և գենետիկական տեղեկատվության ներդրմանը: Շնչառություն, մկանների կծկում, սրտի ֆունկցիա, բջիջների աճ և բաժանում - այս բոլոր գործընթացներն ապահովվում են ֆերմենտային համակարգերի անխափան աշխատանքի շնորհիվ:

Ֆերմենտները չափազանց կարևոր դեր են խաղում մեր իմունիտետին աջակցելու գործում: Մասնագիտացված ֆերմենտները ներգրավված են վիրուսների և բակտերիաների դեմ պայքարելու համար անհրաժեշտ հակամարմինների արտադրության մեջ և ակտիվացնում են մակրոֆագների աշխատանքը՝ խոշոր գիշատիչ բջիջները, որոնք ճանաչում և չեզոքացնում են ցանկացած օտար մասնիկ, որը մտնում է մարմին: Բջջային թափոնների հեռացում, թույների չեզոքացում, վարակի դեմ պաշտպանություն՝ այս ամենը ֆերմենտների գործառույթներն են:

Հատուկ ֆերմենտներ (բակտերիաներ, խմորիչ, մածուկի ֆերմենտներ) կարևոր դեր են խաղում թթու բանջարեղենի, ֆերմենտացված կաթնամթերքի արտադրության, խմորի խմորման և պանրի պատրաստման գործում։

Ֆերմենտների դասակարգում

Գործողության սկզբունքի համաձայն, բոլոր ֆերմենտները (ըստ միջազգային հիերարխիկ դասակարգման) բաժանվում են 6 դասի.

1. Օքսիդորեդուկտազներ - կատալազ, ալկոհոլային դեհիդրոգենազ, լակտատդեհիդրոգենազ, պոլիֆենոլ օքսիդազ և այլն;
2. Տրանսֆերազներ (փոխանցող ֆերմենտներ) – ամինոտրանսֆերազներ, ացիլտրանսֆերազներ, ֆոսֆորատրանսֆերազներ և այլն;
3. հիդրոլազներ – ամիլազ, պեպսին, տրիպսին, պեկտինազ, լակտազ, մալթազ, լիպոպրոտեին լիպազ և այլն;
4. Լյազներ;
5. Իզոմերազներ;
6. Լիգազներ (սինթետազներ) - ԴՆԹ պոլիմերազ և այլն:

Յուրաքանչյուր դաս բաղկացած է ենթադասերից, իսկ յուրաքանչյուր ենթադաս՝ խմբերից։

Բոլոր ֆերմենտները կարելի է բաժանել 3 մեծ խմբերի.

1. Մարսողական - գործում է ստամոքս-աղիքային տրակտում, որը պատասխանատու է սննդանյութերի վերամշակման և համակարգային արյան մեջ դրանց կլանման համար: Ֆերմենտները, որոնք արտազատվում են բարակ աղիքի և ենթաստամոքսային գեղձի պատերից, կոչվում են ենթաստամոքսային գեղձ;
2. Սնունդ (բույս) – գալ (պետք է գալ) ուտելիքի հետ: Սննդային ֆերմենտներ պարունակող մթերքները երբեմն կոչվում են կենդանի սնունդ.
3. Նյութափոխանակություն - հրահրում է նյութափոխանակության գործընթացները բջիջների ներսում: Մարդու մարմնի յուրաքանչյուր համակարգ ունի ֆերմենտների իր ցանցը:

Մարսողական ֆերմենտներն իրենց հերթին բաժանվում են 3 կատեգորիայի.

1. Ամիլազներ – թքային ամիլազ, ենթաստամոքսային գեղձի հյութի լակտազա, թքի մալթազ: Այս ֆերմենտները առկա են ինչպես թքում, այնպես էլ աղիքներում: Նրանք գործում են ածխաջրերի վրա. վերջիններս քայքայվում են պարզ շաքարների և հեշտությամբ ներթափանցում արյան մեջ;
2. Պրոտեազները արտադրվում են ենթաստամոքսային գեղձի և ստամոքսի լորձաթաղանթի կողմից: Նրանք օգնում են մարսել սպիտակուցները, ինչպես նաև նորմալացնում են մարսողական համակարգի միկրոֆլորան: Ներկա է աղիքներում և ստամոքսահյութում։ Պրոտեազները ներառում են ստամոքսի պեպսին և քիմոզին, ճնճղուկի հյութի մեջ էրեպսին, ենթաստամոքսային գեղձի կարբոքսիպեպտիդազ, քիմոտրիպսին, տրիպսին;
3. Լիպազ - արտադրվում է ենթաստամոքսային գեղձի կողմից: Ներկա է ստամոքսահյութի մեջ։ Օգնում է քայքայել և կլանել ճարպերը։

Ֆերմենտների գործողություն

Ֆերմենտի գործունեության օպտիմալ ջերմաստիճանը մոտ 37 աստիճան է, այսինքն՝ մարմնի ջերմաստիճանը։ Ֆերմենտները հսկայական ուժ ունեն՝ նրանք ստիպում են սերմերին բողբոջել, իսկ ճարպերը «այրել»։ Մյուս կողմից, դրանք չափազանց զգայուն են՝ 42 աստիճանից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ֆերմենտները սկսում են քայքայվել։ Սննդի և՛ խոհարարական մշակումը, և՛ խորը սառեցումը հանգեցնում են ֆերմենտների մահվան և դրանց կենսունակության կորստի։ Պահածոյացված, ստերիլիզացված, պաստերիզացված և նույնիսկ սառեցված մթերքներում ֆերմենտները մասամբ կամ ամբողջությամբ ոչնչացվում են: Բայց ոչ միայն մեռած սնունդը, այլեւ չափազանց սառը ու տաք ուտեստները սպանում են ֆերմենտներին: Երբ մենք ուտում ենք շատ տաք սնունդ, մենք սպանում ենք մարսողական ֆերմենտները և այրում կերակրափողը: Ստամոքսը մեծապես մեծանում է չափերով, իսկ հետո այն պահող մկանների սպազմերի պատճառով դառնում է աքլորի նման։ Արդյունքում սնունդը չմշակված վիճակում մտնում է տասներկումատնյա աղիք։ Եթե ​​դա անընդհատ տեղի ունենա, կարող են ի հայտ գալ այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են դիսբիոզը, փորկապությունը, աղիների խանգարումը և ստամոքսի խոցը: Ստամոքսը նույնպես տառապում է սառը սննդից (օրինակ՝ պաղպաղակ)՝ սկզբում այն ​​փոքրանում է, իսկ հետո մեծանում է չափսերով, և ֆերմենտները սառչում են։ Պաղպաղակը սկսում է խմորվել, գազեր են արտանետվում, և մարդը փքվում է։

Մարսողական ֆերմենտներ

Գաղտնիք չէ, որ լավ մարսողությունն էական պայման է լիարժեք կյանքի և ակտիվ երկարակեցության համար։ Այս գործընթացում վճռորոշ դեր են խաղում մարսողական ֆերմենտները: Նրանք պատասխանատու են սննդի մարսման, կլանման և յուրացման համար՝ կառուցելով մեր մարմինը շինհրապարակի աշխատողների նման: Մենք կարող ենք ունենալ բոլոր շինանյութերը՝ հանքանյութեր, սպիտակուցներ, ճարպեր, ջուր, վիտամիններ, բայց առանց ֆերմենտների, ինչպես առանց աշխատողների, շինարարությունը ոչ մի քայլ առաջ չի գնա։

Ժամանակակից մարդն օգտագործում է չափից շատ սնունդ, որի մարսողության համար օրգանիզմում գործնականում չկան ֆերմենտներ, օրինակ՝ օսլա պարունակող մթերքները՝ մակարոնեղենը, թխած մթերքները, կարտոֆիլը։

Եթե ​​թարմ խնձոր ուտեք, այն կմարսվի սեփական ֆերմենտներով, և վերջինիս ազդեցությունը տեսանելի է անզեն աչքով. կծած խնձորի մգացումը ֆերմենտների աշխատանքն է, որոնք փորձում են բուժել «վերքը» և պաշտպանել մարմինը բորբոսից և բակտերիաներից: Բայց եթե խնձոր եք թխում, ապա այն մարսելու համար մարմինը պետք է օգտագործի իր սեփական ֆերմենտները մարսելու համար, քանի որ եփած սնունդը չունի բնական ֆերմենտներ։ Բացի այդ, մենք ընդմիշտ կորցնում ենք այն ֆերմենտները, որոնք «մեռած» մթերքները վերցնում են մեր օրգանիզմից, քանի որ դրանց պաշարները մեր օրգանիզմում անսահմանափակ չեն։

Բույսերի (սննդի) ֆերմենտներ

Ֆերմենտներով հարուստ մթերքների օգտագործումը ոչ միայն հեշտացնում է մարսողությունը, այլև էներգիա է ազատում, որը մարմինը կարող է օգտագործել լյարդը մաքրելու, իմունային համակարգում անցքեր փակելու, բջիջները երիտասարդացնելու, ուռուցքներից պաշտպանվելու և այլն: Միաժամանակ մարդն իր ստամոքսում թեթեւություն է զգում, կենսուրախ է զգում, լավ տեսք ունի։ Իսկ հում բուսական մանրաթելը, որն օրգանիզմ է մտնում կենդանի սննդի հետ, անհրաժեշտ է սնուցել միկրոօրգանիզմներին, որոնք արտադրում են նյութափոխանակության ֆերմենտներ:

Բույսերի ֆերմենտները մեզ կյանք և էներգիա են տալիս: Եթե ​​գետնին տնկեք երկու ընկույզ՝ մեկը բոված, իսկ մյուսը՝ հում, ջրով թաթախված, ապա բովածն ուղղակի հողի մեջ կփչանա, իսկ գարնանը հում հացահատիկի մեջ կենսունակություն կարթնանա, քանի որ այն պարունակում է ֆերմենտներ։ Եվ միանգամայն հնարավոր է, որ դրանից մեծ փարթամ ծառ աճի։ Նմանապես, մարդը, օգտագործելով ֆերմենտներ պարունակող սնունդ, դրա հետ մեկտեղ կյանք է ստանում։ Ֆերմենտից զրկված մթերքները ստիպում են մեր բջիջներին աշխատել առանց հանգստի, ծանրաբեռնվել, ծերանալ և մահանալ: Եթե ​​չկան բավարար ֆերմենտներ, ապա օրգանիզմում սկսում են կուտակվել «թափոններ»՝ թույներ, տոքսիններ, մահացած բջիջներ։ Սա հանգեցնում է քաշի ավելացման, հիվանդության և վաղ ծերացման: Հետաքրքիր և միևնույն ժամանակ տխուր փաստ. տարեցների արյան մեջ ֆերմենտների պարունակությունը մոտավորապես 100 անգամ ավելի ցածր է, քան երիտասարդների մոտ։

Ֆերմենտներ արտադրանքներում. Բույսերի ֆերմենտների աղբյուրները

Սննդի ֆերմենտների աղբյուրները այգուց, այգուց և օվկիանոսից ստացված բուսական արտադրանքներն են: Սրանք հիմնականում բանջարեղեն, մրգեր, հատապտուղներ, խոտաբույսեր և հացահատիկներ են: Բանանը, մանգոն, պապայան, արքայախնձորը, ավոկադոն, ասպերգիլուս բույսը և ծլած ձավարեղենը պարունակում են իրենց սեփական ֆերմենտները: Բույսերի ֆերմենտները առկա են միայն հում, կենդանի մթերքներում։

Ցորենի ծիլերը ամիլազի աղբյուր են (որը քայքայում է ածխաջրերը), պապայայի պտուղները պարունակում են պրոթեզերոններ, իսկ պապայայի և արքայախնձորի պտուղները՝ պեպտիդազներ։ Լիպազի (որը քայքայում է ճարպերը) աղբյուրներն են մրգերը, սերմերը, կոճղարմատները, հացահատիկային մշակաբույսերի պալարները, մանանեխի և արևածաղկի սերմերը և հատիկաընդեղենի սերմերը։ Բանանը, արքայախնձորը, կիվին, պապայան և մանգոն հարուստ են պապաինով (որը քայքայում է սպիտակուցները): Լակտազի աղբյուրը (ֆերմենտ, որը քայքայում է կաթի շաքարը) գարու ածիկն է։

Բուսական (սննդի) ֆերմենտների առավելությունները կենդանական (ենթաստամոքսային գեղձի) ֆերմենտների նկատմամբ

Բույսերի ֆերմենտները սկսում են վերամշակել սնունդը արդեն ստամոքսում, բայց ենթաստամոքսային գեղձի ֆերմենտները չեն կարող աշխատել ստամոքսի թթվային միջավայրում: Երբ սնունդը մտնում է բարակ աղիքներ, բույսերի ֆերմենտները նախապես կմարսեն այն՝ նվազեցնելով աղիների սթրեսը և թույլ տալով, որ սնուցիչները ավելի լավ կլանվեն: Բացի այդ, բույսերի ֆերմենտները շարունակում են իրենց աշխատանքը աղիքներում։

Ինչպե՞ս սնվել, որպեսզի օրգանիզմը բավարար ֆերմենտներ ունենա:

Ամեն ինչ շատ պարզ է. Նախաճաշը պետք է բաղկացած լինի թարմ հատապտուղներից և մրգերից (գումարած սպիտակուցային ուտեստներ՝ կաթնաշոռ, ընկույզ, թթվասեր): Յուրաքանչյուր կերակուր պետք է սկսել բուսական աղցաններից՝ դեղաբույսերով: Ցանկալի է, որ ամեն օր մեկ կերակուր ներառի միայն հում մրգեր, հատապտուղներ և բանջարեղեն։ Ընթրիքը պետք է լինի թեթև՝ բաղկացած բանջարեղենից (մի կտոր հավի կրծքամիս, խաշած ձուկ կամ մի բաժին ծովամթերք): Ամսական մի քանի անգամ օգտակար է մրգերի կամ թարմ քամած հյութերի վրա ծոմ պահելը։

Սննդի բարձրորակ մարսողության և լիարժեք առողջության համար ֆերմենտներն ուղղակի անփոխարինելի են։ Ավելորդ քաշ, ալերգիա, աղեստամոքսային տրակտի տարբեր հիվանդություններ՝ այս բոլոր և շատ այլ խնդիրներ կարելի է հաղթահարել առողջ սննդակարգով։ Իսկ սնուցման մեջ ֆերմենտների դերը հսկայական է։ Մեր խնդիրն է պարզապես համոզվել, որ դրանք առկա են մեր ուտեստների մեջ ամեն օր և բավարար քանակությամբ։ Առողջություն ձեզ!

0

Ֆերմենտային գիտության զարգացման պատմություն

Կյանքի բոլոր գործընթացները հիմնված են հազարավոր քիմիական ռեակցիաների վրա: Դրանք օրգանիզմում առաջանում են առանց բարձր ջերմաստիճանի և ճնշման կիրառման, այսինքն՝ մեղմ պայմաններում։ Մարդու և կենդանական բջիջներում օքսիդացված նյութերը արագ և արդյունավետ այրվում են՝ հարստացնելով մարմինը էներգիայով և շինանյութով: Բայց նույն նյութերը կարող են տարիներ շարունակ պահպանվել ինչպես պահածոյացված (օդից մեկուսացված) տեսքով, այնպես էլ օդում՝ թթվածնի առկայության դեպքում։ Օրինակ, մսի և ձկան պահածոները, պաստերիզացված կաթը, շաքարավազը և հացահատիկային ապրանքները չեն քայքայվում բավականին երկար ժամանակ պահելու դեպքում։ Կենդանի օրգանիզմում սնունդն արագ մարսելու ունակությունը պայմանավորված է բջիջներում հատուկ կենսաբանական կատալիզատորների՝ ֆերմենտների առկայությամբ։

Ֆերմենտները սպեցիֆիկ սպիտակուցներ են, որոնք կենդանի օրգանիզմների բոլոր բջիջների և հյուսվածքների մաս են կազմում՝ կատարելով կենսաբանական կատալիզատորների դերը։ Մարդիկ վաղուց գիտեն ֆերմենտների մասին։ Անցյալ դարի սկզբին Սանկտ Պետերբուրգում Կ. Ս. Կիրխհոֆը պարզեց, որ ծլած գարին ի վիճակի է պոլիսախարիդային օսլան վերածել դիսաքարիդ մալտոզայի, իսկ խմորիչի էքստրակտը ճակնդեղի շաքարը բաժանել է մոնոսաքարիդների՝ գլյուկոզայի և ֆրուկտոզայի: Սրանք ֆերմենտաբանության առաջին ուսումնասիրություններն էին։ Իսկ ֆերմենտային պրոցեսների գործնական կիրառումը հայտնի է եղել անհիշելի ժամանակներից։ Սա ներառում է խաղողի խմորումը, թթխմորը հաց պատրաստելիս, պանիր պատրաստելը և շատ ավելին:

Մեր օրերում տարբեր դասագրքերում, ձեռնարկներում և գիտական ​​գրականության մեջ օգտագործվում են երկու հասկացություններ՝ «ֆերմենտներ» և «ֆերմենտներ»։ Այս անունները նույնական են. Նրանք նույն բանն են նշանակում՝ կենսաբանական կատալիզատորներ։ Առաջին բառը թարգմանվում է որպես «թթխմոր», երկրորդը՝ «թթխմորի մեջ»:

Երկար ժամանակ նրանք չէին պատկերացնում, թե ինչ է կատարվում խմորիչի մեջ, ինչ ուժի առկայության պատճառով նյութերը քայքայվում են և վերածվում ավելի պարզի։ Միայն մանրադիտակի գյուտից հետո պարզվեց, որ խմորիչը մեծ քանակությամբ միկրոօրգանիզմների հավաքածու է, որոնք օգտագործում են շաքարավազը որպես հիմնական սննդանյութ: Այլ կերպ ասած, յուրաքանչյուր խմորիչ բջիջ «լցված» է ֆերմենտներով, որոնք կարող են քայքայել շաքարը: Բայց միևնույն ժամանակ հայտնի էին նաև այլ կենսաբանական կատալիզատորներ, որոնք ոչ թե պարփակված էին կենդանի բջջի մեջ, այլ ազատորեն «ապրում» էին դրանից դուրս։ Օրինակ, դրանք հայտնաբերվել են ստամոքսահյութերի և բջիջների մզվածքների մեջ: Այս առումով, նախկինում առանձնանում էին կատալիզատորների երկու տեսակ. ենթադրվում էր, որ ֆերմենտներն իրենք անբաժանելի են բջջից և չեն կարող գործել դրանից դուրս, այսինքն՝ դրանք «կազմակերպված» են։ Իսկ «անկազմակերպ» կատալիզատորները, որոնք կարող են աշխատել բջիջից դուրս, կոչվում էին ֆերմենտներ։ «Կենդանի» ֆերմենտների և «ոչ կենդանի» ֆերմենտների միջև այս հակադրությունը բացատրվում էր կենսաբանների ազդեցությամբ, բնական գիտության մեջ մատերիալիզմի և իդեալիզմի պայքարով։ Գիտնականների տեսակետները բաժանվեցին. Մանրէաբանության հիմնադիր Լ.Պաստերը պնդում էր, որ ֆերմենտների ակտիվությունը որոշվում է բջջի կյանքով։ Եթե ​​բջիջը ոչնչացվի, ֆերմենտի գործողությունը կդադարի: Քիմիկոսները Ջ.Լիբիգի գլխավորությամբ մշակեցին խմորման զուտ քիմիական տեսություն՝ ապացուցելով, որ ֆերմենտների ակտիվությունը կախված չէ բջջի գոյությունից։

1871 թվականին ռուս բժիշկ M.M. Manasseina-ն ոչնչացրեց խմորիչի բջիջները՝ դրանք քսելով գետի ավազով: Բջջային հյութը, բաժանված բջջային մնացորդներից, պահպանեց շաքարը խմորելու իր ունակությունը: Ռուս բժշկի այս պարզ ու համոզիչ փորձառությունը ցարական Ռուսաստանում մնաց առանց պատշաճ ուշադրության։ Քառորդ դար անց գերմանացի գիտնական Է.Բուխները ստացավ առանց բջիջների հյութ՝ սեղմելով կենդանի խմորիչը մինչև 5·10 6 Պա ճնշման տակ։ Այս հյութը, ինչպես կենդանի խմորիչը, խմորեց շաքարավազը՝ առաջացնելով ալկոհոլ և ածխածնի օքսիդ (IV):

Լեբեդևի աշխատությունները խմորիչ բջիջների ուսումնասիրության և այլ գիտնականների աշխատանքները վերջ դրեցին կենսաբանական կատալիզի տեսության կենսաբանական գաղափարներին, և որպես համարժեք սկսեցին օգտագործվել «ֆերմենտ» և «ֆերմենտ» տերմինները:

Մեր օրերում ֆերմենտաբանությունը ինքնուրույն գիտություն է։ Մեկուսացվել և ուսումնասիրվել է մոտ 2000 ֆերմենտ։ Այս գիտությանը նպաստել են խորհրդային գիտնականները՝ մեր ժամանակակիցներ Ա. Է. Բրաունշտեյնը, Վ. Ն. Օրեխովիչը, Վ. Ա. Էնգելգարդը, Ա. Ա. Պոկրովսկին և ուրիշներ։

Ֆերմենտների քիմիական բնույթը

Անցյալ դարի վերջում ենթադրվում էր, որ ֆերմենտները սպիտակուցներ են կամ որոշ նյութեր, որոնք շատ նման են սպիտակուցներին։ Տաքացման ժամանակ ֆերմենտների ակտիվության կորուստը շատ նման է սպիտակուցի ջերմային դենատուրացիայի: Դենատուրացիայի և ապաակտիվացման ջերմաստիճանի միջակայքը նույնն է: Ինչպես հայտնի է, սպիտակուցների դենատուրացիա կարող է առաջանալ ոչ միայն տաքացման, այլ նաև թթուների, ծանր մետաղների աղերի, ալկալիների ազդեցությամբ և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով երկարատև ճառագայթման հետևանքով։ Այս նույն քիմիական և ֆիզիկական գործոնները հանգեցնում են ֆերմենտների ակտիվության կորստի:

Լուծույթներում ֆերմենտները, ինչպես սպիտակուցները, նման կերպ են վարվում էլեկտրական հոսանքի ազդեցությամբ՝ մոլեկուլները շարժվում են դեպի կաթոդ կամ անոդ։ Սպիտակուցների կամ ֆերմենտների լուծույթներում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիայի փոփոխությունը հանգեցնում է դրական կամ բացասական լիցքի կուտակմանը։ Սա ապացուցում է ֆերմենտների ամֆոտերային բնույթը, ինչպես նաև հաստատում է դրանց սպիտակուցային բնույթը։ Ֆերմենտների սպիտակուցային բնույթի մեկ այլ ապացույց այն է, որ դրանք չեն անցնում կիսաթափանցիկ թաղանթներով: Սա նույնպես ապացուցում է նրանց մեծ մոլեկուլային քաշը: Բայց եթե ֆերմենտները սպիտակուցներ են, ապա դրանց ակտիվությունը չպետք է նվազի ջրազրկման ժամանակ։ Փորձերը հաստատում են այս ենթադրության ճիշտությունը։

Հետաքրքիր փորձ է իրականացվել Ի.Պ.Պավլովի լաբորատորիայում։ Ստանալով ստամոքսահյութ շների մեջ ֆիստուլայի միջոցով՝ աշխատակիցները պարզել են, որ որքան շատ է հյութի մեջ սպիտակուցը, այնքան ավելի մեծ է նրա ակտիվությունը, այսինքն՝ հայտնաբերված սպիտակուցը ստամոքսահյութի ֆերմենտն է։

Այսպիսով, դենատուրացիայի և շարժունակության երևույթները էլեկտրական դաշտում, մոլեկուլների ամֆոտերական բնույթը, բարձր մոլեկուլային բնույթը և ջուրը հեռացնող նյութերի (ացետոն կամ սպիրտ) լուծույթից նստվածք ստանալու ունակությունը ապացուցում են սպիտակուցային բնույթը։ ֆերմենտներ.

Մինչ օրս այս փաստը հաստատվել է բազմաթիվ, նույնիսկ ավելի նուրբ ֆիզիկական, քիմիական կամ կենսաբանական մեթոդներով:

Մենք արդեն գիտենք, որ սպիտակուցները կարող են շատ տարբեր լինել բաղադրությամբ և, առաջին հերթին, դրանք կարող են լինել պարզ կամ բարդ։ Ո՞ր սպիտակուցներին են պատկանում ներկայումս հայտնի ֆերմենտները:

Տարբեր երկրների գիտնականները պարզել են, որ շատ ֆերմենտներ պարզ սպիտակուցներ են։ Սա նշանակում է, որ հիդրոլիզի ժամանակ այս ֆերմենտների մոլեկուլները քայքայվում են միայն ամինաթթուների: Նման սպիտակուց-ֆերմենտների հիդրոլիզատում ամինաթթուներից բացի այլ բան հնարավոր չէ հայտնաբերել։ Պարզ ֆերմենտների թվում են պեպսինը՝ ֆերմենտ, որը մարսում է ստամոքսի սպիտակուցները և պարունակվում է ստամոքսահյութի մեջ, տրիպսինը՝ ենթաստամոքսային գեղձի հյութի ֆերմենտը, պապաինը, բուսական ֆերմենտը, ուրեազը և այլն։

Բարդ ֆերմենտները ներառում են, բացի ամինաթթուներից, ոչ սպիտակուցային բնույթի նյութեր: Օրինակ, միտոքոնդրիում ներկառուցված ռեդոքս ֆերմենտները, բացի սպիտակուցային մասից, պարունակում են երկաթի, պղնձի և ջերմակայուն այլ խմբերի ատոմներ։ Ֆերմենտի ոչ սպիտակուցային մասը կարող է լինել նաև ավելի բարդ նյութեր՝ վիտամիններ, նուկլեոտիդներ (նուկլեինաթթուների մոնոմերներ), երեք ֆոսֆորի մնացորդներով նուկլեոտիդներ և այլն: Նման բարդ սպիտակուցների ոչ սպիտակուցային մասը պայմանավորվել է անվանել կոէնզիմ, իսկ սպիտակուցային մասը՝ ապոֆերմենտ:

Տարբերությունը ֆերմենտների և ոչ կենսաբանական կատալիզատորների միջև

Դպրոցական դասագրքերում և քիմիայի ձեռնարկներում մանրամասն քննարկվում է կատալիզատորների գործողությունը և պատկերացում տալիս էներգետիկ արգելքի և ակտիվացման էներգիայի մասին: Հիշենք միայն, որ կատալիզատորների դերը կայանում է ռեակցիայի մեջ մտնող նյութերի մոլեկուլները ակտիվացնելու ունակության մեջ: Սա հանգեցնում է ակտիվացման էներգիայի նվազմանը: Ռեակցիան տեղի է ունենում ոչ թե մեկ, այլ մի քանի փուլով՝ միջանկյալ միացությունների առաջացմամբ։ Կատալիզատորները չեն փոխում ռեակցիայի ուղղությունը, այլ ազդում են միայն քիմիական հավասարակշռության վիճակի հասնելու արագության վրա: Կատալիզացված ռեակցիան միշտ ավելի քիչ էներգիա է ծախսում՝ համեմատած ոչ կատալիզացված ռեակցիայի հետ: Ռեակցիայի ընթացքում ֆերմենտը փոխում է իր փաթեթավորումը, «լարվում» և ռեակցիայի վերջում ստանում է իր սկզբնական կառուցվածքը և վերադառնում իր սկզբնական ձևին։

Ֆերմենտները նույն կատալիզատորներն են: Դրանք բնութագրվում են կատալիզի բոլոր օրենքներով։ Բայց ֆերմենտները սպիտակուցներ են, և դա նրանց տալիս է հատուկ հատկություններ: Ի՞նչ ընդհանրություններ ունեն ֆերմենտները մեր սովորական կատալիզատորների հետ, ինչպիսիք են պլատինը, վանադիումի (V) օքսիդը և այլ անօրգանական ռեակցիայի արագացուցիչները, և ինչո՞վ են դրանք տարբերվում:

Նույն անօրգանական կատալիզատորը կարող է օգտագործվել տարբեր ոլորտներում: Իսկ ֆերմենտը կատալիզացնում է միայն մեկ ռեակցիա կամ ռեակցիայի մեկ տեսակ, այսինքն՝ ավելի կոնկրետ է, քան անօրգանական կատալիզատորը։

Ջերմաստիճանը միշտ ազդում է քիմիական ռեակցիաների արագության վրա: Անօրգանական կատալիզատորների հետ ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում շատ բարձր ջերմաստիճաններում: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ռեակցիայի արագությունը սովորաբար մեծանում է (նկ. 1): Ֆերմենտային ռեակցիաների դեպքում այս աճը սահմանափակվում է որոշակի ջերմաստիճանով (օպտիմալ ջերմաստիճան): Ջերմաստիճանի հետագա բարձրացումը առաջացնում է փոփոխություններ ֆերմենտի մոլեկուլում, ինչը հանգեցնում է ռեակցիայի արագության նվազմանը (նկ. 1): Բայց որոշ ֆերմենտներ, օրինակ՝ բնական տաք աղբյուրների ջրում հայտնաբերված միկրոօրգանիզմների ֆերմենտները, ոչ միայն դիմանում են ջրի եռման կետին մոտ ջերմաստիճանին, այլ նույնիսկ ցույց են տալիս իրենց առավելագույն ակտիվությունը։ Ֆերմենտների մեծ մասի համար օպտիմալ ջերմաստիճանը մոտ է 35-45 °C: Ավելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում նրանց ակտիվությունը նվազում է, իսկ հետո տեղի է ունենում ամբողջական ջերմային դենատուրացիա։

Բրինձ. 1. Ջերմաստիճանի ազդեցությունը ֆերմենտների ակտիվության վրա՝ 1 - ռեակցիայի արագության բարձրացում, 2 - ռեակցիայի արագության նվազում։

Շատ անօրգանական կատալիզատորներ ցուցաբերում են իրենց առավելագույն արդյունավետությունը խիստ թթվային կամ խիստ ալկալային միջավայրերում: Ի հակադրություն, ֆերմենտները ակտիվ են միայն լուծույթի թթվայնության ֆիզիոլոգիական արժեքներում, միայն ջրածնի իոնների կոնցենտրացիայի դեպքում, որը համատեղելի է բջջի, օրգանի կամ համակարգի կյանքի և բնականոն գործունեության հետ:

Անօրգանական կատալիզատորների հետ կապված ռեակցիաները սովորաբար տեղի են ունենում բարձր ճնշման դեպքում, մինչդեռ ֆերմենտները գործում են նորմալ (մթնոլորտային) ճնշման դեպքում։

Եվ ֆերմենտի և այլ կատալիզատորների միջև ամենազարմանալի տարբերությունն այն է, որ ֆերմենտների կողմից կատալիզվող ռեակցիաների արագությունը տասնյակ հազարավոր և երբեմն միլիոնավոր անգամ ավելի է, քան այն, ինչ կարելի է ձեռք բերել անօրգանական կատալիզատորների մասնակցությամբ:

Հայտնի ջրածնի պերօքսիդը, որն օգտագործվում է առօրյա կյանքում որպես սպիտակեցնող և ախտահանող միջոց, դանդաղորեն քայքայվում է առանց կատալիզատորների.

Անօրգանական կատալիզատորի (երկաթի աղերի) առկայության դեպքում այս ռեակցիան որոշ չափով ավելի արագ է ընթանում։ Իսկ կատալազը (գրեթե բոլոր բջիջներում առկա ֆերմենտը) աներևակայելի արագությամբ ոչնչացնում է ջրածնի պերօքսիդը. կատալազի մեկ մոլեկուլը մեկ րոպեում քայքայում է ավելի քան 5 միլիոն H 2 O 2 մոլեկուլ:

Կատալազի համընդհանուր բաշխումը աերոբ օրգանիզմների բոլոր օրգանների բջիջներում և այս ֆերմենտի բարձր ակտիվությունը բացատրվում է նրանով, որ ջրածնի պերօքսիդը հզոր բջջային թույն է։ Այն արտադրվում է բջիջներում՝ որպես բազմաթիվ ռեակցիաների կողմնակի արտադրանք, սակայն կատալազ ֆերմենտը պահպանվում է, որն անմիջապես քայքայում է ջրածնի պերօքսիդը՝ վերածելով անվնաս թթվածնի և ջրի:

Ֆերմենտի ակտիվ տեղամաս

Կատալիզացված ռեակցիայի պարտադիր փուլը ֆերմենտի փոխազդեցությունն է այն նյութի հետ, որի փոխակերպումը այն կատալիզացնում է - սուբստրատի հետ. ձևավորվում է ֆերմենտ-սուբստրատ համալիր: Վերոնշյալ օրինակում ջրածնի պերօքսիդը կատալազի գործողության հիմքն է:

Պարզվում է, որ ֆերմենտային ռեակցիաներում սուբստրատի մոլեկուլը շատ անգամ փոքր է ֆերմենտի սպիտակուցի մոլեկուլից։ Հետևաբար, սուբստրատը չի կարող կապ հաստատել ամբողջ հսկայական ֆերմենտի մոլեկուլի հետ, այլ միայն դրա մի փոքր հատվածի կամ նույնիսկ առանձին խմբի՝ ատոմի հետ: Այս ենթադրությունը հաստատելու համար գիտնականները ֆերմենտից առանձնացրել են մեկ կամ մի քանի ամինաթթուներ, և դա որևէ ազդեցություն չի ունեցել կամ գրեթե չի ազդել կատալիզացված ռեակցիայի արագության վրա: Բայց որոշակի կոնկրետ ամինաթթուների կամ խմբերի տրոհումը հանգեցրեց ֆերմենտի կատալիտիկ հատկությունների ամբողջական կորստի: Այսպես է ձևավորվել ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնի գաղափարը։

Ակտիվ կենտրոնը սպիտակուցի մոլեկուլի մի հատված է, որն ապահովում է ֆերմենտի կապը սուբստրատի հետ և հնարավոր է դարձնում սուբստրատի հետագա փոխակերպումները։ Ուսումնասիրվել են տարբեր ֆերմենտների որոշ ակտիվ տեղամասեր։ Սա կամ ֆունկցիոնալ խումբ է (օրինակ՝ սերինի OH խումբ) կամ առանձին ամինաթթու։ Երբեմն որոշակի կարգով մի քանի ամինաթթուներ են անհրաժեշտ՝ կատալիտիկ ազդեցություն ապահովելու համար։

Ակտիվ կենտրոնը բաղկացած է տարբեր գործառույթներով բաժիններից։ Ակտիվ կենտրոնի որոշ հատվածներ ապահովում են սուբստրատի կպչում և դրա հետ ուժեղ շփում: Հետեւաբար, դրանք կոչվում են խարիսխ կամ շփման տարածքներ: Մյուսները կատարում են իրական կատալիտիկ ֆունկցիան՝ ակտիվացնելով ենթաշերտը` կատալիտիկ տեղամասերը: Ակտիվ կենտրոնի այս պայմանական բաժանումն օգնում է ավելի ճշգրիտ ներկայացնել կատալիտիկ ռեակցիայի մեխանիզմը։

Ուսումնասիրվել է նաև ֆերմենտ-սուբստրատ կոմպլեքսներում քիմիական կապի տեսակը։ Նյութը (սուբստրատը) պահվում է ֆերմենտի վրա տարբեր տեսակի կապերի մասնակցությամբ՝ ջրածնային կամուրջներ, իոնային, կովալենտային, դոնոր-ընդունող կապեր, վան դեր Վաալսի համախմբման ուժեր։

Ֆերմենտի մոլեկուլների դեֆորմացիան լուծույթում հանգեցնում է դրա իզոմերների առաջացմանը, որոնք տարբերվում են երրորդական կառուցվածքով։ Այլ կերպ ասած, ֆերմենտը կողմնորոշում է ակտիվ կենտրոնում ընդգրկված իր ֆունկցիոնալ խմբերը, որպեսզի դրսևորվի ամենամեծ կատալիտիկ ակտիվությունը։ Սակայն սուբստրատի մոլեկուլները կարող են նաև դեֆորմացվել և «լարվել» ֆերմենտի հետ փոխազդեցության ժամանակ: Ֆերմենտ-սուբստրատ փոխազդեցության մասին այս ժամանակակից պատկերացումները տարբերվում են Է. Ֆիշերի նախկինում գերիշխող տեսությունից, որը կարծում էր, որ սուբստրատի մոլեկուլը ճշգրտորեն համապատասխանում է ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնին և տեղավորվում է նրան, ինչպես կողպեքի բանալին:

Ֆերմենտների հատկությունները

Ֆերմենտների ամենակարևոր հատկությունը մի քանի տեսականորեն հնարավոր ռեակցիաներից մեկի արտոնյալ արագացումն է։ Սա թույլ է տալիս սուբստրատներին մի շարք հնարավոր ուղիներից ընտրել օրգանիզմի համար փոխակերպումների առավել շահավետ շղթաները:

Կախված պայմաններից՝ ֆերմենտներն ունակ են կատալիզացնելու ինչպես առաջ, այնպես էլ հակառակ ռեակցիաները։ Օրինակ, պիրուվիկ թթուն, լակտատդեհիդրոգենազ ֆերմենտի ազդեցության տակ, վերածվում է ֆերմենտացման վերջնական արտադրանքի՝ կաթնաթթվի։ Նույն ֆերմենտը կատալիզացնում է նաև հակադարձ ռեակցիան, և այն ստացել է իր անվանումը ոչ թե ուղիղ, այլ հակադարձ ռեակցիայից։ Երկու ռեակցիաները մարմնում տեղի են ունենում տարբեր պայմաններում.

Ֆերմենտների այս հատկությունը մեծ գործնական նշանակություն ունի։

Ֆերմենտների մեկ այլ կարևոր հատկություն է ջերմամոլությունը, այսինքն՝ բարձր զգայունությունը ջերմաստիճանի փոփոխությունների նկատմամբ։ Մենք արդեն ասել ենք, որ ֆերմենտները սպիտակուցներ են: Նրանցից շատերի համար 70 °C-ից բարձր ջերմաստիճանը հանգեցնում է դենատուրացիայի և ակտիվության կորստի։ Քիմիայի դասընթացից հայտնի է, որ ջերմաստիճանի 10 °C-ով բարձրացումը հանգեցնում է ռեակցիայի արագության 2-3 անգամ ավելացման, ինչը բնորոշ է նաև ֆերմենտային ռեակցիաներին, բայց մինչև որոշակի սահման։ 0 °C-ին մոտ ջերմաստիճանում ֆերմենտային ռեակցիաների արագությունը դանդաղում է մինչև նվազագույնը։ Այս գույքը լայնորեն օգտագործվում է ազգային տնտեսության տարբեր ոլորտներում, հատկապես գյուղատնտեսության և բժշկության մեջ: Օրինակ՝ երիկամը հիվանդին փոխպատվաստելուց առաջ պահպանելու բոլոր մեթոդները ներառում են օրգանի սառեցում, որպեսզի նվազեցնեն կենսաքիմիական ռեակցիաների ինտենսիվությունը և երկարացնեն երիկամի կյանքը՝ նախքան այն մարդուն փոխպատվաստելը: Այս տեխնիկան պահպանել է առողջությունը և փրկել տասնյակ հազարավոր մարդկանց կյանքեր ամբողջ աշխարհում:

Բրինձ. 2. pH-ի ազդեցությունը ֆերմենտների ակտիվության վրա:

Ֆերմենտային սպիտակուցների ամենակարևոր հատկություններից է նրանց զգայունությունը շրջակա միջավայրի ռեակցիայի նկատմամբ, ջրածնի իոնների կամ հիդրօքսիդի իոնների կոնցենտրացիան։ Ֆերմենտները ակտիվ են միայն թթվայնության կամ ալկալայնության (pH) նեղ միջակայքում: Օրինակ, ստամոքսի խոռոչում պեպսինի ակտիվությունը առավելագույնն է 1-1,5 pH-ի դեպքում: Թթվայնության նվազումը հանգեցնում է մարսողական համակարգի խորը խանգարման, սննդի թերմարսման և լուրջ բարդությունների։ Դուք գիտեք ձեր կենսաբանության դասընթացից, որ մարսողությունը սկսվում է բերանի խոռոչից, որտեղ առկա է թքի ամիլազը: Դրա համար օպտիմալ pH արժեքը 6,8-7,4 է։ Մարսողական տրակտի տարբեր ֆերմենտները բնութագրվում են օպտիմալ pH-ի մեծ տարբերություններով (նկ. 2): Շրջակա միջավայրի ռեակցիայի փոփոխությունը հանգեցնում է ֆերմենտի մոլեկուլի կամ նույնիսկ նրա ակտիվ կենտրոնում լիցքերի փոփոխության՝ առաջացնելով ակտիվության նվազում կամ ամբողջական կորուստ։

Հաջորդ կարևոր հատկությունը ֆերմենտի գործողության առանձնահատկությունն է։ Կատալազը քայքայում է միայն ջրածնի պերօքսիդը, ուրեազը՝ միայն միզանյութը H 2 N-CO-NH 2, այսինքն՝ ֆերմենտը կատալիզացնում է միայն մեկ սուբստրատի փոխակերպումը, այն «ճանաչում է» միայն նրա մոլեկուլը։ Այս առանձնահատկությունը համարվում է բացարձակ: Եթե ​​ֆերմենտը կատալիզացնում է միևնույն ֆունկցիոնալ խումբ ունեցող մի քանի սուբստրատների փոխակերպումը, ապա այդ առանձնահատկությունը կոչվում է խմբի առանձնահատկություն: Օրինակ, ֆոսֆատազը կատալիզացնում է ֆոսֆորաթթվի մնացորդի պառակտումը.

Հատուկության տեսակ է ֆերմենտի զգայունությունը միայն մեկ իզոմերի նկատմամբ՝ ստերեոքիմիական առանձնահատկություն։

Ֆերմենտները ազդում են տարբեր նյութերի փոխակերպման արագության վրա: Բայց որոշ նյութեր նույնպես ազդում են ֆերմենտների վրա՝ կտրուկ փոխելով նրանց ակտիվությունը։ Այն նյութերը, որոնք մեծացնում են ֆերմենտների ակտիվությունը, ակտիվացնում են դրանք, կոչվում են ակտիվացնողներ, իսկ դրանք արգելակողներն անվանում են ինհիբիտորներ։ Ինհիբիտորները կարող են անդառնալիորեն ազդել ֆերմենտի վրա: Նրանց գործողությունից հետո ֆերմենտը երբեք չի կարող կատալիզացնել իր ռեակցիան, քանի որ նրա կառուցվածքը մեծապես կփոխվի: Ահա թե ինչպես են ծանր մետաղների, թթուների և ալկալիների աղերը գործում ֆերմենտի վրա։ Հետադարձելի արգելակիչը կարող է հեռացվել լուծույթից և ֆերմենտը նորից ակտիվանում է: Նման շրջելի արգելակումը հաճախ տեղի է ունենում մրցակցային ձևով, այսինքն՝ սուբստրատը և նմանատիպ արգելակիչը մրցում են ակտիվ կենտրոնի համար: Այս արգելակումը կարող է վերացվել՝ ավելացնելով ենթաշերտի կոնցենտրացիան և տեղահանելով արգելակիչն ակտիվ վայրից սուբստրատի հետ:

Շատ ֆերմենտների կարևոր հատկությունն այն է, որ դրանք հայտնաբերվում են հյուսվածքներում և բջիջներում ոչ ակտիվ ձևով (նկ. 3): Ֆերմենտների ոչ ակտիվ ձևը կոչվում է պրոֆերմենտ: Դրա դասական օրինակները պեպսինի կամ տրիփսինի ոչ ակտիվ ձևերն են: Կենսաբանական մեծ նշանակություն ունի ֆերմենտների ոչ ակտիվ ձևերի առկայությունը։ Եթե ​​պեպսինը կամ տրիպսինը անմիջապես արտադրվեին ակտիվ ձևով, դա կհանգեցներ նրան, որ, օրինակ, պեպսինը «մարսել է» ստամոքսի պատը, այսինքն՝ ստամոքսը «մարսել» ինքն իրեն: Դա տեղի չի ունենում, քանի որ պեպսինը կամ տրիպսինը ակտիվանում են միայն ստամոքսի խոռոչ կամ բարակ աղիքներ մտնելուց հետո. ստամոքսահյութի մեջ պարունակվող աղաթթվի ազդեցության տակ պեպսինից մի քանի ամինաթթուներ են բաժանվում, և այն ձեռք է բերում սպիտակուցներ քայքայելու հատկություն: Եվ ստամոքսն ինքնին այժմ պաշտպանված է մարսողական ֆերմենտների ազդեցությունից իր խոռոչը պատող լորձաթաղանթի միջոցով:

Բրինձ. 3 Տրիպսինոգենի ակտիվ տրիպսինի փոխակերպման սխեմա. Ա - տրիպսինոգեն; B - տրիպսին; 1 - պեպտիդային ջոկատի տեղ; 2 - ջրածնային կապեր; 3 - դիսուլֆիդային կամուրջ; 4 - պեպտիդը ճեղքվել է ակտիվացման ժամանակ:

Ֆերմենտի ակտիվացման գործընթացը, որպես կանոն, տեղի է ունենում նկար 4-ում ներկայացված չորս եղանակներից մեկով: Առաջին դեպքում պեպտիդի անջատումը ոչ ակտիվ ֆերմենտից «բացում» է ակտիվ կենտրոնը և ակտիվացնում է ֆերմենտը:

Բրինձ. 4 Ֆերմենտի ակտիվացման ուղիներ (սուբստրատի մոլեկուլը նշվում է ստվերում).

1 - պրոֆերմենտից փոքր հատվածի (պեպտիդ) անջատում և ոչ ակտիվ պրոֆերմենտի վերածումը ակտիվ ֆերմենտի. 2 - դիսուլֆիդային կապերի ձևավորում SH խմբերից, ազատելով ակտիվ կենտրոնը. 3 - մետաղների հետ սպիտակուցային համալիրի ձևավորում, ֆերմենտի ակտիվացում. 4 որոշ նյութով ֆերմենտային համալիրի ձևավորում (սա ազատում է ակտիվ կենտրոնի հասանելիությունը):

Երկրորդ ճանապարհը դիսուլֆիդային S-S կամուրջների ձևավորումն է՝ ակտիվ տեղանքը հասանելի դարձնելով։ Երրորդ դեպքում մետաղի առկայությունը ակտիվացնում է մի ֆերմենտ, որը կարող է աշխատել միայն այս մետաղի հետ համատեղ։ Չորրորդ ուղին ցույց է տալիս ակտիվացումը որոշ նյութի կողմից, որը կապվում է սպիտակուցի մոլեկուլի ծայրամասային հատվածին և դեֆորմացնում է ֆերմենտը այնպես, որ հեշտացնում է ենթաշերտի մուտքը ակտիվ կենտրոն:

Վերջին տարիներին հայտնաբերվել է ֆերմենտների ակտիվությունը կարգավորելու ևս մեկ միջոց, պարզվել է, որ մեկ ֆերմենտ, օրինակ՝ լակտատդեհիդրոգենազը, կարող է լինել մի քանի մոլեկուլային ձևերով, որոնք տարբերվում են միմյանցից, թեև բոլորն էլ կատալիզացնում են նույն ռեակցիան։ Նմանատիպ ֆերմենտային մոլեկուլներ՝ բաղադրությամբ տարբեր, որոնք կատալիզացնում են միևնույն ռեակցիան, հանդիպում են նույնիսկ նույն բջջի ներսում։ Դրանք կոչվում են իզոզիմներ, այսինքն՝ ֆերմենտի իզոմերներ։ Արդեն նշված լակտատդեհիդրոգենազն ունի հինգ տարբեր իզոֆերմենտներ։ Ո՞րն է մեկ ֆերմենտի մի քանի ձևերի դերը: Ըստ երևույթին, մարմինը «ապահովում է» որոշ հատկապես կարևոր ռեակցիաներ, երբ, երբ բջջում պայմանները փոխվում են, նախ գործում է իզոֆերմենտի այս կամ այն ​​ձևը և ապահովում գործընթացի անհրաժեշտ արագությունն ու ուղղությունը:

Եվ ֆերմենտների ևս մեկ կարևոր հատկություն. Հաճախ դրանք բջջում չեն գործում միմյանցից առանձին, այլ կազմակերպվում են կոմպլեքսների՝ ֆերմենտային համակարգերի տեսքով (նկ. 5). նախորդ ռեակցիայի արդյունքը հանդիսանում է հաջորդ ռեակցիայի սուբստրատը։ Այս համակարգերը ներկառուցված են բջջային թաղանթների մեջ և ապահովում են նյութի արագ նպատակային օքսիդացում՝ այն «փոխանցելով» ֆերմենտից ֆերմենտ: Բջջում սինթետիկ գործընթացները տեղի են ունենում նմանատիպ ֆերմենտային համակարգերում։

Ֆերմենտների դասակարգում

Ֆերմենտաբանության կողմից ուսումնասիրված հարցերի շրջանակը լայն է. Մեծ է առողջապահության, գյուղատնտեսության, մանրէաբանության և գիտության ու պրակտիկայի այլ ճյուղերում օգտագործվող ֆերմենտների թիվը։ Սա դժվարություն ստեղծեց ֆերմենտային ռեակցիաների բնութագրման մեջ, քանի որ նույն ֆերմենտը կարող է անվանվել կամ ըստ ենթաշերտի, կամ կատալիզացված ռեակցիաների տեսակի կամ գրականության մեջ հաստատունորեն հաստատված հին տերմինով. օրինակ՝ պեպսին, տրիպսին, կատալազ:

Բրինձ. 5. Առաջարկվող բազմաֆերմենտային համալիրի կառուցվածքը, որը սինթեզում է ճարպաթթուները (յոթ ֆերմենտային ենթամիավորներ պատասխանատու են յոթ քիմիական ռեակցիաների համար):

Ուստի 1961 թվականին Մոսկվայի Միջազգային կենսաքիմիական կոնգրեսը հաստատեց ֆերմենտների դասակարգումը, որը հիմնված է տվյալ ֆերմենտի կողմից կատալիզացված ռեակցիայի տեսակի վրա։ Ֆերմենտի անվանումը պետք է պարունակի սուբստրատի անվանումը, այսինքն՝ այն միացությունը, որի վրա գործում է ֆերմենտը, և վերջավորությունը՝ ase: Օրինակ՝ արգինազը կատալիզացնում է արգինինի հիդրոլիզը։

Այս սկզբունքի համաձայն, բոլոր ֆերմենտները բաժանվեցին վեց դասի.

1. Օքսիդորեդուկտազները ֆերմենտներ են, որոնք կատալիզացնում են ռեդոքս ռեակցիաները, օրինակ՝ կատալազը.

2. Տրանսֆերազներ - ֆերմենտներ, որոնք կատալիզացնում են ատոմների կամ ռադիկալների փոխանցումը, օրինակ՝ մեթիլտրանսֆերազները, որոնք փոխանցում են CH3 խումբ.

3. Հիդրոլազներ - ֆերմենտներ, որոնք կոտրում են ներմոլեկուլային կապերը՝ միացնելով ջրի մոլեկուլները, օրինակ՝ ֆոսֆատազը.

4. Լյազները ֆերմենտներ են, որոնք առանց ջրի ավելացման, առանց հիդրոլիտիկ եղանակով անջատում են այս կամ այն ​​խումբը սուբստրատից, օրինակ՝ կարբոքսիլ խմբի բաժանումը դեկարբոքսիլազով.

5. Իզոմերազները ֆերմենտներ են, որոնք կատալիզացնում են մի իզոմերի փոխակերպումը մյուսին.

Գլյուկոզա-6-ֆոսֆատ-›գլյուկոզա-1-ֆոսֆատ

6. Ֆերմենտներ, որոնք կատալիզացնում են սինթեզի ռեակցիաները, օրինակ՝ ամինաթթուներից պեպտիդների սինթեզը։ Ֆերմենտների այս դասը կոչվում է սինթետազներ:

Առաջարկվեց յուրաքանչյուր ֆերմենտի կոդավորումը քառանիշ կոդով, որտեղ նրանցից առաջինը նշանակում է դասի համարը, իսկ մնացած երեքը ավելի մանրամասն բնութագրում են ֆերմենտի հատկությունները, նրա ենթադասը և անհատական ​​կատալոգի համարը:

Որպես ֆերմենտների դասակարգման օրինակ՝ տալիս ենք պեպսինին տրված քառանիշ կոդը՝ 3.4.4L։ Թիվ 3-ը ցույց է տալիս ֆերմենտի դասը՝ հիդրոլազը։ Հաջորդ թիվ 4-ը կոդավորում է պեպտիդային հիդրոլազների ենթադաս, այսինքն՝ այն ֆերմենտները, որոնք հիդրոլիզացնում են պեպտիդային կապերը։ Մեկ այլ թիվ 4 նշանակում է ենթադաս, որը կոչվում է պեպտիդիլ պեպտիդ հիդրոլազներ: Այս ենթադասը ներառում է առանձին ֆերմենտներ, և դրա մեջ առաջինը պեպսինն է, որին տրվում է 1 սերիական համարը։

Ահա թե ինչպես է ստացվում նրա կոդը՝ 3.4.4.1։ Հիդրոլազային դասի ֆերմենտների գործողության կետերը ներկայացված են Նկար 6-ում:

Բրինձ. 6. Պեպտիդային կապերի խզում տարբեր պրոտեոլիտիկ ֆերմենտների կողմից:

Ֆերմենտների գործողություն

Որպես կանոն, ֆերմենտները մեկուսացվում են կենդանական, բուսական կամ մանրէաբանական ծագման տարբեր առարկաներից և ուսումնասիրվում են դրանց ազդեցությունը բջջի և օրգանիզմի սահմաններից դուրս: Այս ուսումնասիրությունները շատ կարևոր են ֆերմենտների գործողության մեխանիզմը հասկանալու, դրանց բաղադրությունը և դրանց կատալիզացնող ռեակցիաների բնութագրերը ուսումնասիրելու համար։ Բայց այս կերպ ստացված տեղեկատվությունը չի կարող ուղղակիորեն մեխանիկորեն փոխանցվել կենդանի բջջի ֆերմենտների ակտիվությանը: Բջջից դուրս դժվար է վերարտադրել այն պայմանները, որոնցում գործում է ֆերմենտը, օրինակ՝ միտոքոնդրիայում կամ լիզոսոմում։ Բացի այդ, միշտ չէ, որ հայտնի է, թե առկա ֆերմենտի մոլեկուլներից քանիսն են ներգրավված ռեակցիայի մեջ՝ բոլորը կամ միայն մի քանիսը:

Գրեթե միշտ պարզվում է, որ բջիջը պարունակում է այս կամ այն ​​ֆերմենտը, որի պարունակությունը մի քանի տասնյակ անգամ գերազանցում է նորմալ նյութափոխանակության համար անհրաժեշտ քանակությունը։ Բջջի կյանքի տարբեր ժամանակահատվածներում նյութափոխանակության ինտենսիվությունը տարբերվում է, սակայն դրա մեջ զգալիորեն ավելի շատ ֆերմենտներ կան, քան կպահանջվեր նյութափոխանակության առավելագույն մակարդակի համար: Օրինակ, սրտի մկանների բջիջները պարունակում են այնքան ցիտոքրոմ c, որ այն կարող է իրականացնել օքսիդացում 20 անգամ ավելի, քան սրտի մկանների առավելագույն թթվածնի սպառումը: Հետագայում հայտնաբերվեցին նյութեր, որոնք կարող են «անջատել» որոշ ֆերմենտների մոլեկուլներ։ Սրանք այսպես կոչված արգելակող գործոններն են։ Ֆերմենտների գործողության մեխանիզմը հասկանալու համար կարևոր է նաև, որ բջջում դրանք ոչ միայն լուծույթի մեջ լինեն, այլ ներկառուցված լինեն բջջի կառուցվածքում: Այժմ հայտնի է, թե որ ֆերմենտներն են ներկառուցված միտոքոնդրիումների արտաքին թաղանթում, որոնք՝ ներքին թաղանթում, և որոնք կապված են միջուկի, լիզոսոմների և ենթաբջջային այլ կառուցվածքների հետ։

Ֆերմենտի մոտ «տարածքային» դիրքը, որը կատալիզացնում է առաջին ռեակցիան ֆերմենտների նկատմամբ, որոնք կատալիզացնում են երկրորդ, երրորդ և հաջորդ ռեակցիաները, մեծապես ազդում է դրանց գործողության ընդհանուր արդյունքի վրա: Օրինակ, ֆերմենտների շղթան, որը էլեկտրոնները տեղափոխում է թթվածին, կառուցված է միտոքոնդրիումներում՝ ցիտոքրոմային համակարգում: Այն կատալիզացնում է ենթաշերտերի օքսիդացումը՝ արտադրելով էներգիա, որը կուտակվում է ATP-ում:

Երբ ֆերմենտները հեռացվում են բջջից, խաթարվում է նրանց համատեղ աշխատանքի համահունչությունը։ Ուստի նրանք փորձում են ուսումնասիրել ֆերմենտների աշխատանքը՝ չկործանելով այն կառուցվածքները, որոնցում կառուցված են նրանց մոլեկուլները։ Օրինակ, եթե հյուսվածքի հատվածը պահվում է ենթաշերտի լուծույթի մեջ, այնուհետև մշակվում է ռեագենտով, որը կառաջացնի գունավոր կոմպլեքս ռեակցիայի արգասիքների հետ, ապա բջջի գունավոր տարածքները հստակ տեսանելի կլինեն մանրադիտակում. այդ հատվածներում ֆերմենտը որը մարսել է ենթաշերտը տեղայնացվել (գտնվել է): Այսպիսով, պարզվել է, թե ստամոքսի որ բջիջներն են պարունակում պեպսինոգեն, որից ստացվում է պեպսին ֆերմենտը։

Այժմ լայնորեն կիրառվում է մեկ այլ մեթոդ, որը հնարավորություն է տալիս հաստատել ֆերմենտների տեղայնացումը՝ տարանջատման ցենտրիֆուգացումը։ Դա անելու համար ուսումնասիրվող հյուսվածքը (օրինակ՝ լաբորատոր կենդանիների լյարդի կտորները) մանրացնում են, որից հետո սախարոզայի լուծույթով մածուկ են պատրաստում։ Խառնուրդը տեղափոխվում է փորձանոթների մեջ և բարձր արագությամբ պտտվում ցենտրիֆուգներում: Բջջային տարբեր տարրեր, կախված իրենց զանգվածից և չափից, պտտման ընթացքում բաշխվում են խիտ սախարոզայի լուծույթում մոտավորապես հետևյալ կերպ.

Ծանր միջուկներ ստանալու համար պահանջվում է համեմատաբար փոքր արագացում (ավելի քիչ պտույտներ)։ Միջուկներն առանձնացնելուց հետո, պտույտների քանակը մեծացնելով, հաջորդաբար նստում են միտոքոնդրիաները և միկրոզոմները և ստացվում է ցիտոպլազմա։ Այժմ ֆերմենտների ակտիվությունը կարելի է ուսումնասիրել մեկուսացված ֆրակցիաներից յուրաքանչյուրում։ Պարզվում է, որ հայտնի ֆերմենտների մեծ մասը տեղայնացված է հիմնականում այս կամ այն ​​ֆրակցիայում։ Օրինակ՝ ալդոլազ ֆերմենտը տեղայնացված է ցիտոպլազմայում, իսկ կապրոաթթուն օքսիդացնող ֆերմենտը հիմնականում միտոքոնդրիայում է։

Եթե ​​թաղանթը, որի մեջ ներկառուցված են ֆերմենտները, վնասված է, բարդ փոխկապակցված գործընթացներ չեն առաջանում, այսինքն՝ յուրաքանչյուր ֆերմենտ կարող է գործել միայն ինքնուրույն:

Բուսական և մանրէաբանական բջիջները, ինչպես կենդանական բջիջները, պարունակում են շատ նման բջջային ֆրակցիաներ։ Օրինակ՝ բույսերի պլաստիդները իրենց ֆերմենտային հավաքածուով նման են միտոքոնդրիային։ Միկրոօրգանիզմների մեջ հայտնաբերվել են հատիկներ, որոնք նման են ռիբոսոմների և պարունակում են նաև մեծ քանակությամբ ռիբոնուկլեինաթթու։ Կենդանիների, բույսերի և մանրէների բջիջներում հայտնաբերված ֆերմենտներն ունեն նմանատիպ ազդեցություն: Օրինակ՝ հիալուրոնիդազը հեշտացնում է միկրոբների ներթափանցումն օրգանիզմ՝ նպաստելով բջջային պատի քայքայմանը: Նույն ֆերմենտը հայտնաբերված է կենդանիների օրգանիզմների տարբեր հյուսվածքներում։

Ֆերմենտների պատրաստում և օգտագործում

Ֆերմենտները հայտնաբերված են կենդանիների և բույսերի բոլոր հյուսվածքներում: Այնուամենայնիվ, նույն ֆերմենտի քանակը տարբեր հյուսվածքներում և ֆերմենտի հյուսվածքի հետ կապելու ուժը նույնը չէ: Հետևաբար, գործնականում դրա ձեռքբերումը միշտ չէ, որ արդարացված է։

Ֆերմենտների աղբյուրը կարող է լինել մարդկանց և կենդանիների մարսողական հյութերը։ Հյութերը պարունակում են համեմատաբար քիչ օտար կեղտեր, բջջային տարրեր և այլ բաղադրիչներ, որոնցից պետք է ազատվել մաքուր պատրաստուկ ստանալու ժամանակ: Սրանք գրեթե մաքուր ֆերմենտային լուծույթներ են:

Ավելի դժվար է ֆերմենտը ստանալ հյուսվածքներից։ Դրա համար հյուսվածքը մանրացվում է, բջջային կառուցվածքները քայքայվում են մանրացված հյուսվածքը ավազով քսելով կամ մշակվում ուլտրաձայնով։ Այս դեպքում ֆերմենտները «դուրս են գալիս» բջիջներից և թաղանթային կառուցվածքներից։ Դրանք այժմ մաքրված են և առանձնացված միմյանցից։ Մաքրման համար օգտագործվում են քրոմատոգրաֆիկ սյուների վրա ֆերմենտների տարանջատման տարբեր ունակությունները, էլեկտրական դաշտում դրանց անհավասար շարժունակությունը, դրանց նստեցումը սպիրտով, աղերով, ացետոնով և այլ մեթոդներ։ Քանի որ ֆերմենտների մեծ մասը կապված է միջուկի, միտոքոնդրիումների, ռիբոսոմների կամ այլ ենթաբջջային կառուցվածքների հետ, այս մասնաբաժինը սկզբում մեկուսացվում է ցենտրիֆուգացման միջոցով, այնուհետև ֆերմենտը դուրս է հանվում դրանից։

Մաքրման նոր մեթոդների մշակումը հնարավորություն է տվել ստանալ մի շարք բյուրեղային ֆերմենտներ շատ մաքուր տեսքով, որոնք կարող են պահպանվել տարիներ շարունակ։

Այժմ անհնար է պարզել, թե երբ են մարդիկ առաջին անգամ օգտագործել այդ ֆերմենտը, բայց մենք կարող ենք մեծ վստահությամբ ասել, որ այն եղել է բուսական ծագման ֆերմենտ։ Մարդիկ վաղուց ուշադրություն են դարձրել այս կամ այն ​​բույսի օգտակարությանը ոչ միայն որպես սննդամթերք։ Օրինակ, Անտիլյան կղզիների բնիկները վաղուց օգտագործում էին սեխի հյութը խոցերի և մաշկային այլ հիվանդությունների բուժման համար։

Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք ֆերմենտների արտադրության և կիրառման առանձնահատկությունները՝ օգտագործելով այժմ հայտնի բույսերի կենսակատալիզատորներից մեկի՝ պապայինի օրինակը: Այս ֆերմենտը հայտնաբերված է արևադարձային պտղատու պապայայի բոլոր մասերում կաթնահյութի մեջ՝ հսկա ծառի նմանվող խոտաբույս, որը հասնում է 10 մ բարձրության: Նրա պտուղներն իրենց ձևով և համով նման են սեխին և պարունակում են մեծ քանակությամբ պապաին ֆերմենտ: Դեռևս 16-րդ դարի սկզբին։ Իսպանացի ծովագնացներն այս բույսը հայտնաբերել են բնական պայմաններում Կենտրոնական Ամերիկայում։ Այնուհետեւ այն բերվել է Հնդկաստան, իսկ այնտեղից՝ բոլոր արեւադարձային երկրներ։ Վասկո դա Գաման, ով տեսել է պապայային Հնդկաստանում, այն անվանել է կյանքի ոսկե ծառ, իսկ Մարկո Պոլոն ասել է, որ պապայան «սեխ է, որը բարձրացել է ծառի վրա»։ Նավաստիները գիտեին, որ ծառի պտուղները փրկում են իրենց կարմրախտից և դիզենտերիայից։

Մեր երկրում պապայան աճում է Կովկասի Սև ծովի ափին, Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի բուսաբանական այգում, հատուկ ջերմոցներում։ Ֆերմենտի հումքը՝ կաթնագույն հյութը, ստացվում է պտղի մաշկի կտրվածքներից։ Այնուհետև հյութը լաբորատորիայում չորանում է վակուումային չորացման պահարաններում ցածր ջերմաստիճանում (ոչ ավելի, քան 80 ° C): Չորացրած արտադրանքը մանրացված է և պահվում պարաֆինով պատված ստերիլ փաթեթավորման մեջ։ Սա արդեն բավականին ակտիվ դեղամիջոց է: Նրա ֆերմենտային ակտիվությունը կարելի է գնահատել կազեինի սպիտակուցի քանակով, որը տրոհվում է ժամանակի մեկ միավորի համար: Պապաինի ակտիվության մեկ կենսաբանական միավորը համարվում է ֆերմենտի այն քանակությունը, որը արյան մեջ ներթափանցելու դեպքում բավարար է 1 կգ քաշ ունեցող նապաստակի մոտ «կախված ականջների» ախտանիշի առաջացման համար: Այս երևույթը տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ պապաինը սկսում է գործել նապաստակի ականջներում գտնվող կոլագենի սպիտակուցների վրա:

Պապաինը ունի մի ամբողջ շարք հատկություններ՝ պրոտեոլիտիկ, հակաբորբոքային, հակամակարդիչ (կանխում է արյան մակարդումը), ջրազրկելը, ցավազրկող և մանրէասպան։ Այն բաժանում է սպիտակուցները պոլիպեպտիդների և ամինաթթուների: Ընդ որում, այս ճեղքումն ավելի խորն է գնում, քան կենդանական և բակտերիալ ծագման այլ ֆերմենտների ազդեցությամբ։ Պապաինի առանձնահատուկ առանձնահատկությունն այն է, որ նա ակտիվ է pH-ի լայն տիրույթում և մեծ ջերմաստիճանի տատանումներում, ինչը հատկապես կարևոր և հարմար է այս ֆերմենտի լայն կիրառման համար: Եվ եթե հաշվի առնենք նաև, որ պապաինին (պեպսին, տրիփսին, լիդազ) նման ֆերմենտներ ստանալու համար անհրաժեշտ է արյուն, լյարդ, մկաններ կամ այլ կենդանական հյուսվածքներ, ապա անկասկած է բույսի պապաին ֆերմենտի առավելությունն ու տնտեսական արդյունավետությունը։

Պապաինի կիրառման ոլորտները շատ բազմազան են։ Բժշկության մեջ այն օգտագործվում է վերքերի բուժման համար, որտեղ այն նպաստում է վնասված հյուսվածքների սպիտակուցների քայքայմանը և մաքրում վերքի մակերեսը։ Պապաինը անփոխարինելի է աչքի տարբեր հիվանդությունների բուժման մեջ։ Այն առաջացնում է տեսողության օրգանի ամպամած կառուցվածքների ներծծում՝ դրանք դարձնելով թափանցիկ։ Հայտնի է ֆերմենտի դրական ազդեցությունը մարսողական համակարգի հիվանդությունների ժամանակ։ Լավ արդյունքներ են ձեռք բերվել մաշկային հիվանդությունների, այրվածքների, ինչպես նաև նյարդաբանության, ուրոլոգիայի և բժշկության այլ ճյուղերի բուժման համար պապաինի օգտագործման ժամանակ։

Բացի բժշկությունից, այս ֆերմենտի մեծ քանակություններն օգտագործվում են գինեգործության և գարեջրագործության մեջ։ Պապաինը մեծացնում է ըմպելիքների պահպանման ժամկետը։ Պապաինով բուժվելիս միսը դառնում է փափուկ և արագ մարսվող, իսկ արտադրանքի պահպանման ժամկետը կտրուկ մեծանում է: Տեքստիլ արդյունաբերության համար օգտագործվող բուրդը պապաինով մշակվելուց հետո չի գանգուրվում կամ կծկվում: Վերջերս պապաինը սկսեցին օգտագործել դաբաղի արդյունաբերության մեջ։ Ֆերմենտով մշակվելուց հետո կաշվե արտադրանքը դառնում է փափուկ, առաձգական, ավելի ամուր և դիմացկուն:

Որոշ նախկինում անբուժելի հիվանդությունների մանրակրկիտ ուսումնասիրությունը հանգեցրել է օրգանիզմում բացակայող ֆերմենտների ներմուծման անհրաժեշտությանը, որոնք փոխարինելու են նրանց, ում ակտիվությունը նվազում է: Հնարավոր է օրգանիզմ մտցնել բացակայող ֆերմենտների անհրաժեշտ քանակությունը կամ «ավելացնել» այդ ֆերմենտների մոլեկուլները, որոնք նվազեցրել են իրենց կատալիտիկ ակտիվությունը որևէ օրգանում կամ հյուսվածքում: Բայց մարմինը արձագանքում է այդ ֆերմենտներին, կարծես դրանք օտար սպիտակուցներ լինեն, մերժում է դրանք, արտադրում դրանց դեմ հակամարմիններ, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է ներմուծված սպիտակուցների արագ քայքայմանը: Սպասվող թերապևտիկ ազդեցություն չի լինի: Անհնար է նաև ֆերմենտներ ներմուծել սննդի հետ, քանի որ մարսողական հյութերը «կմարսեն» դրանք և կկորցնեն իրենց ակտիվությունը և կքայքայվեն ամինաթթուների՝ չհասնելով բջիջներին և հյուսվածքներին: Անմիջապես արյան մեջ ֆերմենտների ներարկումը հանգեցնում է նրանց ոչնչացմանը հյուսվածքային պրոթեզերոնի կողմից: Այս դժվարությունները կարելի է վերացնել՝ օգտագործելով անշարժացված ֆերմենտներ։ Անշարժացման սկզբունքը հիմնված է ֆերմենտների՝ օրգանական կամ անօրգանական բնույթի կայուն կրիչին «կապվելու» ունակության վրա։ Մատրիցին (կրիչին) ֆերմենտի քիմիական կապի օրինակ է նրանց ֆունկցիոնալ խմբերի միջև ամուր կովալենտային կապերի ձևավորումը։ Մատրիցը կարող է լինել, օրինակ, ծակոտկեն ապակի, որը պարունակում է ֆունկցիոնալ ամինո խմբեր, որոնց ֆերմենտը քիմիապես «կցված է»:

Ֆերմենտներ օգտագործելիս հաճախ անհրաժեշտություն է առաջանում համեմատել դրանց գործունեությունը: Ինչպե՞ս պարզել, թե որ ֆերմենտն է ավելի ակտիվ: Ինչպե՞ս հաշվարկել տարբեր մաքրված դեղամիջոցների ակտիվությունը: Պայմանավորվածություն ձեռք բերվեց, որ ֆերմենտի ակտիվությունը պետք է ընդունվի որպես սուբստրատի այն քանակությունը, որը մեկ րոպեի ընթացքում կարող է փոխակերպել այս ֆերմենտը պարունակող 1 գ հյուսվածքը 25°C ջերմաստիճանում: Որքան շատ է ֆերմենտը մշակել սուբստրատը, այնքան ավելի ակտիվ է այն: Նույն ֆերմենտի ակտիվությունը փոխվում է՝ կախված տարիքից, սեռից, օրվա ժամից, մարմնի վիճակից, ինչպես նաև կախված է հորմոններ արտադրող էնդոկրին գեղձերից։

Բնությունը գրեթե չի սխալվում՝ օրգանիզմի ողջ կյանքի ընթացքում արտադրելով նույն սպիտակուցները և սերնդեսերունդ փոխանցելով նույն սպիտակուցների արտադրության մասին այս խիստ տեղեկատվությունը։ Այնուամենայնիվ, երբեմն մարմնում հայտնվում է փոփոխված սպիտակուց, որը պարունակում է մեկ կամ մի քանի «լրացուցիչ» ամինաթթուներ կամ, ընդհակառակը, դրանք կորչում են։ Այժմ հայտնի են բազմաթիվ նման մոլեկուլային սխալներ։ Նրանք ունեն տարբեր պատճառներ և կարող են առաջացնել մարմնի ցավոտ փոփոխություններ: Նման հիվանդությունները, որոնք առաջանում են աննորմալ սպիտակուցային մոլեկուլների պատճառով, բժշկության մեջ կոչվում են մոլեկուլային հիվանդություններ։ Օրինակ, առողջ մարդու հեմոգլոբինը, որը բաղկացած է երկու պոլիպեպտիդային շղթայից (a և b), և մանգաղ բջջային անեմիա ունեցող հիվանդի հեմոգլոբինը (արյան կարմիր բջիջը մանգաղի ձև ունի) տարբերվում են միայն հիվանդների մոտ: b-շղթան, գլուտամինաթթուն փոխարինվում է վալինով: Մանգաղ բջջային անեմիան ժառանգական հիվանդություն է։ Հեմոգլոբինի փոփոխությունները ծնողներից փոխանցվում են սերունդներին:

Այն հիվանդությունները, որոնք առաջանում են ֆերմենտների ակտիվության փոփոխության ժամանակ, կոչվում են ֆերմենտոպաթիաներ: Նրանք սովորաբար ժառանգական են, փոխանցվում են ծնողներից երեխաներին: Օրինակ, բնածին ֆենիլկետոնուրիայի դեպքում խախտվում է հետևյալ փոխակերպումը.

Ֆենիլալանին հիդրօքսիլազա ֆերմենտի դեֆիցիտի դեպքում ֆենիլալանինը չի վերածվում թիրոզինի, այլ կուտակվում է, որն առաջացնում է մի շարք օրգանների բնականոն ֆունկցիայի խանգարում, հիմնականում՝ կենտրոնական նյարդային համակարգի ֆունկցիայի խանգարում։ Հիվանդությունը զարգանում է երեխայի կյանքի առաջին օրերից, իսկ կյանքի վեցից յոթ ամսում հայտնվում են նրա առաջին ախտանիշները։ Նման հիվանդների արյան և մեզի մեջ նորմայի համեմատ հսկայական քանակությամբ ֆենիլալանին կարող է հայտնաբերվել։ Նման պաթոլոգիայի ժամանակին հայտնաբերումը և մեծ քանակությամբ ֆենիլալանին պարունակող սննդի ընդունումը նվազեցնելը դրական թերապևտիկ ազդեցություն ունի:

Մեկ այլ օրինակ. երեխաների մոտ գալակտոզը գլյուկոզայի վերածող ֆերմենտի բացակայությունը հանգեցնում է մարմնում գալակտոզի կուտակմանը, որը մեծ քանակությամբ կուտակվում է հյուսվածքներում և ազդում լյարդի, երիկամների և աչքերի վրա: Եթե ​​ֆերմենտի բացակայությունը ժամանակին հայտնաբերվի, երեխային տեղափոխում են գալակտոզա չպարունակող սննդակարգի։ Սա հանգեցնում է հիվանդության նշանների անհետացմանը:

Ֆերմենտային պատրաստուկների առկայության շնորհիվ վերծանվում է սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների կառուցվածքը։ Առանց դրանց անհնար է հակաբիոտիկների արտադրությունը, գինեգործությունը, հացի թխումը, վիտամինների սինթեզը։ Գյուղատնտեսության մեջ օգտագործվում են աճի խթանիչներ, որոնք ակտիվացնում են ֆերմենտային գործընթացները։ Շատ դեղամիջոցներ, որոնք ճնշում կամ ակտիվացնում են մարմնում ֆերմենտների ակտիվությունը, ունեն նույն հատկությունը:

Առանց ֆերմենտների անհնար է պատկերացնել այնպիսի հեռանկարային ոլորտների զարգացումը, ինչպիսին է բջջում տեղի ունեցող քիմիական պրոցեսների վերարտադրությունը և դրա հիման վրա ժամանակակից արդյունաբերական կենսատեխնոլոգիայի ստեղծումը: Առայժմ ոչ մի ժամանակակից քիմիական գործարան չի կարող մրցել սովորական բույսի տերևի հետ, որի բջիջներում, ֆերմենտների և արևի լույսի մասնակցությամբ, ջրի և ածխաթթու գազից սինթեզվում են հսկայական քանակությամբ բազմազան օրգանական նյութեր: Միևնույն ժամանակ մթնոլորտ է արտանետվում մեծ քանակությամբ թթվածին, որն այնքան անհրաժեշտ է մեր կյանքի համար։

Ֆերմենտաբանությունը երիտասարդ և խոստումնալից գիտություն է, որը առանձնացված է կենսաբանությունից և քիմիայից և խոստանում է բազմաթիվ զարմանալի բացահայտումներ բոլորին, ովքեր որոշում են դրան լրջորեն վերաբերվել:

Ներբեռնեք համառոտագիր. Դուք մուտք չունեք մեր սերվերից ֆայլեր ներբեռնելու համար:

Հաճախ, վիտամինների, հանքանյութերի և մարդու օրգանիզմի համար օգտակար այլ տարրերի հետ մեկտեղ նշվում են նաև ֆերմենտներ կոչվող նյութերը։ Ի՞նչ են ֆերմենտները և ի՞նչ ֆունկցիա են կատարում օրգանիզմում, ի՞նչ բնույթ ունեն և որտեղ են գտնվում:

Սրանք սպիտակուցային բնույթի նյութեր են, կենսակատալիզատորներ։ Առանց դրանց չէին լինի մանկական սնունդ, պատրաստի հացահատիկ, կվաս, ֆետա պանիր, պանիր, մածուն կամ կեֆիր: Նրանք ազդում են մարդու մարմնի բոլոր համակարգերի աշխատանքի վրա: Այս նյութերի անբավարար կամ չափից ավելի ակտիվությունը բացասաբար է անդրադառնում առողջության վրա, ուստի պետք է իմանալ, թե ինչ են ֆերմենտները, որպեսզի խուսափեք դրանց անբավարարությունից առաջացած խնդիրներից։

Ինչ է դա?

Ֆերմենտները սպիտակուցային մոլեկուլներ են, որոնք սինթեզվում են կենդանի բջիջների կողմից: Նրանցից յուրաքանչյուր խցում հարյուրից ավելի կա: Այս նյութերի դերը հսկայական է։ Դրանք ազդում են տվյալ օրգանիզմի համար հարմար ջերմաստիճաններում քիմիական ռեակցիաների արագության վրա։ Ֆերմենտների մեկ այլ անվանում կենսաբանական կատալիզատորներ են: Քիմիական ռեակցիայի արագության աճը տեղի է ունենում դրա առաջացման հեշտացման պատճառով: Որպես կատալիզատորներ, դրանք չեն սպառվում ռեակցիայի ընթացքում և չեն փոխում դրա ուղղությունը։ Ֆերմենտների հիմնական գործառույթներն այն են, որ առանց դրանց կենդանի օրգանիզմների բոլոր ռեակցիաները կշարունակվեն շատ դանդաղ, և դա էապես կազդի կենսունակության վրա:

Օրինակ՝ օսլա պարունակող մթերքները (կարտոֆիլ, բրինձ) ծամելիս բերանում առաջանում է քաղցր համ, որը կապված է թքում առկա օսլայի քայքայման ֆերմենտի՝ ​​ամիլազի աշխատանքի հետ: Օսլան ինքնին անհամ է, քանի որ այն պոլիսախարիդ է։ Նրա քայքայման արտադրանքները (մոնոսաքարիդներ)՝ գլյուկոզա, մալտոզա, դեքստրիններ ունեն քաղցր համ։

Բոլորը բաժանված են պարզ և բարդ: Առաջինները բաղկացած են միայն սպիտակուցից, իսկ երկրորդները՝ սպիտակուցից (ապոենզիմ) և ոչ սպիտակուցային (կոէնզիմ) մասից։ B, E, K խմբերի վիտամինները կարող են լինել կոֆերմենտներ։

Ֆերմենտների դասեր

Ավանդաբար այս նյութերը բաժանվում են վեց խմբի. Նրանք սկզբնապես անվանվել են՝ հիմնվելով այն սուբստրատի վրա, որի վրա գործում է որոշակի ֆերմենտ՝ դրա արմատին ավելացնելով -ase վերջավորությունը: Այսպիսով, սպիտակուցները (սպիտակուցներ) հիդրոլիզացնող այդ ֆերմենտները սկսեցին կոչվել պրոտեինազներ, ճարպեր (լիպոս)՝ լիպազներ, օսլա (ամիլոն)՝ ամիլազներ։ Այնուհետև նմանատիպ ռեակցիաներ կատալիզացնող ֆերմենտները ստացան անուններ, որոնք ցույց են տալիս համապատասխան ռեակցիայի տեսակը՝ ացիլազներ, դեկարբոքսիլազներ, օքսիդազներ, դեհիդրոգենազներ և այլն։ Այս անունների մեծ մասը մինչ օրս օգտագործվում է:

Հետագայում Միջազգային կենսաքիմիական միությունը ներկայացրեց նոմենկլատուրան, ըստ որի ֆերմենտների անվանումը և դասակարգումը պետք է համապատասխանի կատալիզացված քիմիական ռեակցիայի տեսակին և մեխանիզմին։ Այս քայլը թեթևացրեց նյութափոխանակության տարբեր ասպեկտներին վերաբերող տվյալների համակարգումը: Ռեակցիաները և դրանք կատալիզացնող ֆերմենտները բաժանված են վեց դասի։ Յուրաքանչյուր դաս բաղկացած է մի քանի ենթադասերից (4-13): Ֆերմենտի անվան առաջին մասը համապատասխանում է սուբստրատի անվանմանը, երկրորդը` կատալիզացված ռեակցիայի տեսակին` վերջավորությամբ -ase: Յուրաքանչյուր ֆերմենտ ըստ դասակարգման (CF) ունի իր ծածկագիրը: Առաջին թվանշանը համապատասխանում է ռեակցիայի դասին, հաջորդը՝ ենթադասին, իսկ երրորդը՝ ենթադասին։ Չորրորդ նիշը ցույց է տալիս ֆերմենտի քանակը ըստ հերթականության իր ենթադասում: Օրինակ, եթե EC 2.7.1.1, ապա ֆերմենտը պատկանում է 2-րդ դասին, 7-րդ ենթադասին, 1-ին ենթադասին: Վերջին թիվը ցույց է տալիս հեքսոկինազ ֆերմենտը:

Իմաստը

Եթե ​​խոսենք այն մասին, թե ինչ են ֆերմենտները, չենք կարող անտեսել ժամանակակից աշխարհում դրանց նշանակության հարցը։ Նրանք լայն կիրառություն են գտել մարդկային գործունեության գրեթե բոլոր ոլորտներում։ Նրանց տարածվածությունը պայմանավորված է նրանով, որ նրանք կարողանում են պահպանել իրենց յուրահատուկ հատկությունները կենդանի բջիջներից դուրս։ Բժշկության մեջ, օրինակ, օգտագործվում են լիպազների, պրոտեազների և ամիլազների խմբերի ֆերմենտները։ Նրանք քայքայում են ճարպերը, սպիտակուցները, օսլան։ Որպես կանոն, այս տեսակը ներառված է այնպիսի դեղամիջոցների մեջ, ինչպիսիք են Panzinorm-ը և Festal-ը: Այս դեղերը հիմնականում օգտագործվում են ստամոքս-աղիքային հիվանդությունների բուժման համար: Որոշ ֆերմենտներ ունակ են լուծարել արյունատար անոթները, օգնում են թարախային վերքերի բուժմանը։ Քաղցկեղի բուժման մեջ առանձնահատուկ տեղ է գրավում ֆերմենտային թերապիան։

Օսլան քայքայելու ունակության շնորհիվ ամիլազ ֆերմենտը լայնորեն կիրառվում է սննդի արդյունաբերության մեջ։ Նույն տարածքում օգտագործվում են ճարպերը քայքայող լիպազներ և սպիտակուցներ քայքայող պրոթեզերոններ։ Ամիլազային ֆերմենտները օգտագործվում են գարեջրագործության, գինեգործության և թխման մեջ։ Պրոտեազները օգտագործվում են պատրաստի շիլաներ պատրաստելու և միսը փափկացնելու համար։ Պանրի արտադրության մեջ օգտագործվում են լիպազներ և մածուկ: Կոսմետիկայի արդյունաբերությունը նույնպես չի կարող առանց դրանց։ Դրանք ներառված են լվացքի փոշիների և քսուքների մեջ։ Օրինակ՝ լվացքի փոշիներին ավելացնում են ամիլազը, որը քայքայում է օսլան։ Սպիտակուցի բծերը և սպիտակուցները քայքայվում են պրոթեզերոններով, իսկ լիպազները մաքրում են հյուսվածքը յուղից և ճարպից:

Ֆերմենտների դերը մարմնում

Մարդու մարմնում նյութափոխանակության համար պատասխանատու են երկու պրոցեսներ՝ անաբոլիզմ և կատաբոլիզմ։ Առաջինն ապահովում է էներգիայի և անհրաժեշտ նյութերի կլանումը, երկրորդը՝ թափոնների քայքայումը։ Այս պրոցեսների մշտական ​​փոխազդեցությունը ազդում է ածխաջրերի, սպիտակուցների և ճարպերի կլանման և օրգանիզմի կենսագործունեության պահպանման վրա։ Նյութափոխանակության գործընթացները կարգավորվում են երեք համակարգերով՝ նյարդային, էնդոկրին և շրջանառու: Նրանք կարող են նորմալ գործել ֆերմենտների շղթայի օգնությամբ, որոնք իրենց հերթին ապահովում են մարդու հարմարվողականությունը արտաքին և ներքին միջավայրի պայմանների փոփոխություններին: Ֆերմենտները ներառում են ինչպես սպիտակուցային, այնպես էլ ոչ սպիտակուցային արտադրանք:

Մարմնի կենսաքիմիական ռեակցիաների գործընթացում, որին մասնակցում են ֆերմենտները, դրանք իրենք չեն սպառվում։ Յուրաքանչյուրն ունի տարբեր քիմիական կառուցվածք և յուրահատուկ դեր, ուստի յուրաքանչյուրն սկսում է միայն կոնկրետ ռեակցիա: Կենսաքիմիական կատալիզատորները օգնում են ուղիղ աղին, թոքերը, երիկամները և լյարդը հեռացնել տոքսինները և թափոնները մարմնից: Նրանք նաև օգնում են կառուցել մաշկը, ոսկորները, նյարդային բջիջները և մկանային հյուսվածքը: Գլյուկոզայի օքսիդացման համար օգտագործվում են հատուկ ֆերմենտներ:

Մարմնի բոլոր ֆերմենտները բաժանվում են նյութափոխանակության և մարսողական: Նյութափոխանակությունը ներգրավված է տոքսինների չեզոքացման, սպիտակուցների և էներգիայի արտադրության մեջ և արագացնում է կենսաքիմիական գործընթացները բջիջներում: Օրինակ, սուպերօքսիդ դիսմուտազը հզոր հակաօքսիդանտ է, որը բնականաբար հանդիպում է կանաչ բույսերի, կաղամբի, բրյուսելյան կաղամբի և բրոկկոլիի, ցորենի ծիլերի, խոտաբույսերի և գարու մեջ:

Ֆերմենտային ակտիվություն

Որպեսզի այդ նյութերը լիովին կատարեն իրենց գործառույթները, անհրաժեշտ են որոշակի պայմաններ. Նրանց գործունեության վրա առաջին հերթին ազդում է ջերմաստիճանը։ Երբ ավելանում է, քիմիական ռեակցիաների արագությունը մեծանում է: Մոլեկուլների արագության աճի արդյունքում նրանք ունեն միմյանց հետ բախվելու ավելի մեծ հնարավորություն, և այդ պատճառով մեծանում է ռեակցիայի առաջացման հավանականությունը։ Օպտիմալ ջերմաստիճանը ապահովում է ամենամեծ ակտիվությունը։ Սպիտակուցների դենատուրացիայի պատճառով, որը տեղի է ունենում, երբ օպտիմալ ջերմաստիճանը շեղվում է նորմայից, քիմիական ռեակցիայի արագությունը նվազում է։ Երբ ջերմաստիճանը հասնում է ցրտահարության, ֆերմենտը ոչ թե դենատուրացիա է ունենում, այլ անակտիվանում է։ Արագ սառեցման մեթոդը, որը լայնորեն կիրառվում է արտադրանքի երկարաժամկետ պահպանման համար, դադարեցնում է միկրոօրգանիզմների աճն ու զարգացումը, որին հաջորդում է ներսում գտնվող ֆերմենտների ապաակտիվացումը։ Արդյունքում սնունդը չի քայքայվում։

Ֆերմենտների ակտիվության վրա ազդում է նաև շրջակա միջավայրի թթվայնությունը։ Նրանք աշխատում են չեզոք pH-ով: Ֆերմենտներից միայն որոշներն են աշխատում ալկալային, խիստ ալկալային, թթվային կամ խիստ թթվային միջավայրերում: Օրինակ, ցողունը քայքայում է սպիտակուցները մարդու ստամոքսի բարձր թթվային միջավայրում: Ֆերմենտի վրա կարող են ազդել արգելակիչները և ակտիվացնողները: Դրանք ակտիվանում են որոշ իոնների, օրինակ՝ մետաղների կողմից։ Այլ իոնները արգելակող ազդեցություն ունեն ֆերմենտների գործունեության վրա:

Հիպերակտիվություն

Ֆերմենտների ավելցուկային ակտիվությունը ազդում է ամբողջ օրգանիզմի աշխատանքի վրա։ Նախ, այն հրահրում է ֆերմենտի գործողության արագության բարձրացում, որն իր հերթին առաջացնում է ռեակցիայի սուբստրատի անբավարարություն և քիմիական ռեակցիայի արտադրանքի ավելցուկի ձևավորում: Սուբստրատների պակասը և այդ մթերքների կուտակումը զգալիորեն վատթարանում է առողջական վիճակը, խաթարում է օրգանիզմի կենսական գործառույթները, առաջացնում հիվանդությունների զարգացում և կարող է հանգեցնել մարդու մահվան: Միզաթթվի կուտակումն, օրինակ, հանգեցնում է հոդատապի և երիկամների անբավարարության։ Ենթաշերտի բացակայության պատճառով արտադրանքի ավելցուկ չի լինի: Սա գործում է միայն այն դեպքերում, երբ կարելի է հրաժարվել մեկից և մյուսից:

Ֆերմենտների ավելցուկային ակտիվության մի քանի պատճառ կա. Առաջինը գենային մուտացիան է, այն կարող է լինել բնածին կամ ձեռք բերված մուտագենների ազդեցության տակ: Երկրորդ գործոնը ջրի կամ սննդի մեջ վիտամինի կամ միկրոտարրի ավելցուկն է, որն անհրաժեշտ է ֆերմենտի աշխատանքի համար։ Վիտամին C-ի ավելցուկը, օրինակ, կոլագենի սինթեզի ֆերմենտների ակտիվության բարձրացման շնորհիվ խաթարում է վերքերի բուժման մեխանիզմները:

Հիպոակտիվություն

Ֆերմենտային ակտիվության և՛ ավելացած, և՛ նվազումը բացասաբար է անդրադառնում օրգանիզմի աշխատանքի վրա։ Երկրորդ դեպքում հնարավոր է գործունեության ամբողջական դադարեցում։ Այս վիճակը կտրուկ նվազեցնում է ֆերմենտի քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Արդյունքում, սուբստրատի կուտակումը լրացվում է արտադրանքի անբավարարությամբ, ինչը հանգեցնում է լուրջ բարդությունների: Օրգանիզմի կենսագործունեության խախտման ֆոնին առողջությունը վատանում է, զարգանում են հիվանդություններ, կարող է լինել մահ։ Ամոնիակի կուտակումը կամ ATP-ի պակասը հանգեցնում է մահվան: Օլիգոֆրենիան զարգանում է ֆենիլալանինի կուտակման պատճառով։ Այստեղ գործում է նաև այն սկզբունքը, որ ֆերմենտային սուբստրատի բացակայության դեպքում ռեակցիայի սուբստրատի կուտակում չի առաջանա: Վիճակը, երբ արյան ֆերմենտները չեն կատարում իրենց գործառույթները, վատ է ազդում օրգանիզմի վրա։

Դիտարկվում են հիպոակտիվության մի քանի պատճառ. Գենային մուտացիան՝ բնածին կամ ձեռքբերովի, առաջինն է։ Վիճակը կարող է շտկվել գենային թերապիայի միջոցով: Դուք կարող եք փորձել բացառել բացակայող ֆերմենտի սուբստրատները սննդից: Որոշ դեպքերում դա կարող է օգնել: Երկրորդ գործոնը սննդի մեջ վիտամինի կամ միկրոտարրերի բացակայությունն է, որն անհրաժեշտ է ֆերմենտի աշխատանքի համար։ Հետևյալ պատճառներն են՝ վիտամինի ակտիվացման խանգարումը, ամինաթթուների անբավարարությունը, ացիդոզը, բջիջում արգելակիչների հայտնվելը և սպիտակուցի դենատուրացիան։ Ֆերմենտների ակտիվությունը նվազում է նաև մարմնի ջերմաստիճանի նվազմամբ։ Որոշ գործոններ ազդում են բոլոր տեսակի ֆերմենտների ֆունկցիայի վրա, իսկ մյուսները ազդում են միայն որոշ տեսակների ֆունկցիայի վրա։

Մարսողական ֆերմենտներ

Մարդը հաճույք է ստանում ուտելու գործընթացից և երբեմն անտեսում է այն փաստը, որ մարսողության հիմնական խնդիրն է սնունդը վերածել նյութերի, որոնք կարող են դառնալ էներգիայի աղբյուր և շինանյութ մարմնի համար՝ ներծծվելով աղիքներ։ Սպիտակուցային ֆերմենտները հեշտացնում են այս գործընթացը: Մարսողական նյութերը արտադրվում են մարսողական օրգանների կողմից, որոնք մասնակցում են սննդի տրոհման գործընթացին։ Ֆերմենտների գործողությունը անհրաժեշտ է սննդից անհրաժեշտ ածխաջրեր, ճարպեր, ամինաթթուներ ստանալու համար, որոնք կազմում են անհրաժեշտ սնուցիչները և էներգիան օրգանիզմի բնականոն գործունեության համար:

Խանգարված մարսողության նորմալացման համար խորհուրդ է տրվում սննդի հետ միաժամանակ ընդունել անհրաժեշտ սպիտակուցային նյութերը։ Եթե ​​չափից շատ եք ուտում, կարող եք 1-2 հաբ ընդունել ուտելուց հետո կամ դրա ընթացքում։ Դեղատները վաճառում են մեծ քանակությամբ տարբեր ֆերմենտային պատրաստուկներ, որոնք օգնում են բարելավել մարսողության գործընթացները: Դուք պետք է համալրեք դրանք մեկ տեսակի սննդանյութ ընդունելիս: Եթե ​​սնունդը ծամելու կամ կուլ տալու հետ կապված խնդիրներ ունեք, պետք է ուտելու հետ միասին ֆերմենտներ ընդունեք: Դրանց օգտագործման զգալի պատճառ կարող են լինել նաև այնպիսի հիվանդություններ, ինչպիսիք են ձեռքբերովի և բնածին ֆերմենտները, գրգռված աղիքի համախտանիշը, հեպատիտը, խոլանգիտը, խոլեցիստիտը, պանկրեատիտը, կոլիտը, քրոնիկ գաստրիտը: Ֆերմենտային պատրաստուկները պետք է ընդունվեն մարսողության վրա ազդող դեղամիջոցների հետ միասին։

Ֆերմենտաբանություն

Բժշկության մեջ կա մի ամբողջ բաժին, որը կապ է փնտրում հիվանդության և որոշակի ֆերմենտի սինթեզի բացակայության միջև։ Սա էնզիմոլոգիայի ոլորտն է՝ ֆերմենտաբանություն։ Պետք է հաշվի առնել նաև ֆերմենտների անբավարար սինթեզը: Օրինակ՝ ժառանգական հիվանդությունը՝ ֆենիլկետոնուրիան, զարգանում է լյարդի բջիջների՝ այս նյութը սինթեզելու ունակության կորստի ֆոնին, որը կատալիզացնում է ֆենիլալանինի վերածումը թիրոզինի։ Այս հիվանդության ախտանիշները հոգեկան խանգարումներ են: Հիվանդի մարմնում թունավոր նյութերի աստիճանական կուտակման պատճառով անհանգստացնող են այնպիսի նշաններ, ինչպիսիք են փսխումը, անհանգստությունը, դյուրագրգռության ավելացումը, որևէ բանի նկատմամբ հետաքրքրության բացակայությունը և ծանր հոգնածությունը:

Երեխայի ծննդյան ժամանակ պաթոլոգիան չի հայտնվում: Առաջնային ախտանշանները կարելի է նկատել երկուից վեց ամսականում։ Երեխայի կյանքի երկրորդ կեսը բնութագրվում է մտավոր զարգացման ընդգծված ուշացումով: Հիվանդների 60%-ի մոտ զարգանում է իդիոտիզմ, 10%-ից պակասը սահմանափակվում է օլիգոֆրենիայի մեղմ աստիճանով: Բջջային ֆերմենտները չեն կարողանում հաղթահարել իրենց գործառույթները, բայց դա հնարավոր է շտկել: Պաթոլոգիական փոփոխությունների ժամանակին ախտորոշումը կարող է դադարեցնել հիվանդության զարգացումը մինչև սեռական հասունություն: Բուժումը բաղկացած է սննդակարգում ֆենիլալանինի ընդունման սահմանափակումից:

Ֆերմենտային պատրաստուկներ

Պատասխանելով այն հարցին, թե ինչ են ֆերմենտները, կարելի է նշել երկու սահմանում. Առաջինը կենսաքիմիական կատալիզատորներն են, իսկ երկրորդը՝ դրանք պարունակող դեղերը։ Նրանք կարողանում են նորմալացնել ստամոքսի և աղիների շրջակա միջավայրի վիճակը, ապահովել վերջնական արտադրանքի տրոհումը միկրոմասնիկների և բարելավել կլանման գործընթացը: Դրանք նաև կանխում են գաստրոէնտերոլոգիական հիվանդությունների առաջացումը և զարգացումը։ Ֆերմենտներից ամենահայտնին Mezim Forte դեղամիջոցն է։ Այն պարունակում է լիպազ, ամիլազ և պրոթեզեր, որոնք օգնում են նվազեցնել ցավը քրոնիկ պանկրեատիտի ժամանակ: Պարկուճները ընդունվում են որպես փոխարինող բուժում ենթաստամոքսային գեղձի կողմից անհրաժեշտ ֆերմենտների անբավարար արտադրության համար:

Այս դեղերը հիմնականում օգտագործվում են ճաշի ժամանակ: Պարկուճների կամ հաբերի քանակը նշանակվում է բժշկի կողմից՝ ելնելով կլանման մեխանիզմի հայտնաբերված խախտումներից։ Ավելի լավ է դրանք պահել սառնարանում։ Մարսողական ֆերմենտների երկարատև օգտագործմամբ կախվածություն չի առաջանում, և դա չի ազդում ենթաստամոքսային գեղձի աշխատանքի վրա: Դեղորայք ընտրելիս պետք է ուշադրություն դարձնել ամսաթվի, որակի և գնի հարաբերակցությանը: Ֆերմենտային պատրաստուկներ խորհուրդ է տրվում ընդունել մարսողական համակարգի քրոնիկ հիվանդությունների, շատակերության, ստամոքսի պարբերական խնդիրների, ինչպես նաև սննդային թունավորումների դեպքում։ Ամենից հաճախ բժիշկները նշանակում են պլանշետային դեղամիջոց Mezim, որը լավ է ապացուցել ներքին շուկայում և վստահորեն զբաղեցնում է իր դիրքերը: Այս դեղամիջոցի այլ անալոգներ կան, ոչ պակաս հայտնի և ավելի քան մատչելի: Մասնավորապես, շատերը նախընտրում են Pakreatin կամ Festal պլանշետները, որոնք ունեն նույն հատկությունները, ինչ իրենց ավելի թանկարժեք գործընկերները:

Ցանկացած օրգանիզմի կյանքը հնարավոր է դառնում նրանում տեղի ունեցող նյութափոխանակության գործընթացների շնորհիվ։ Այս ռեակցիաները վերահսկվում են բնական կատալիզատորների կամ ֆերմենտների միջոցով: Այս նյութերի մեկ այլ անվանում է ֆերմենտներ: «Ֆերմենտներ» տերմինը գալիս է լատիներեն fermentum-ից, որը նշանակում է «թթխմոր»: Հայեցակարգը պատմականորեն հայտնվել է խմորման գործընթացների ուսումնասիրության մեջ:

Բրինձ. 1 - խմորում օգտագործելով խմորիչ - ֆերմենտային ռեակցիայի բնորոշ օրինակ

Մարդկությունը վաղուց օգտագործում է այդ ֆերմենտների օգտակար հատկությունները: Օրինակ, դարեր շարունակ պանիրը կաթից պատրաստում էին ցողունի միջոցով։

Ֆերմենտները կատալիզատորներից տարբերվում են նրանով, որ նրանք գործում են կենդանի օրգանիզմում, մինչդեռ կատալիզատորները գործում են անկենդան բնության մեջ։ Կենսաքիմիայի այն ճյուղը, որն ուսումնասիրում է կյանքի համար անհրաժեշտ այս նյութերը, կոչվում է ֆերմենտաբանություն։

Ֆերմենտների ընդհանուր հատկությունները

Ֆերմենտները սպիտակուցային մոլեկուլներ են, որոնք փոխազդում են տարբեր նյութերի հետ՝ արագացնելով դրանց քիմիական փոխակերպումը որոշակի ճանապարհով։ Սակայն դրանք չեն սպառվում։ Յուրաքանչյուր ֆերմենտ ունի ակտիվ տեղամաս, որը կցվում է սուբստրատին և կատալիտիկ տեղամաս, որը սկսում է որոշակի քիմիական ռեակցիա: Այս նյութերը արագացնում են օրգանիզմում տեղի ունեցող կենսաքիմիական ռեակցիաները՝ առանց ջերմաստիճանի բարձրացման։

Ֆերմենտների հիմնական հատկությունները.

• սպեցիֆիկություն. ֆերմենտի կարողությունը գործելու միայն կոնկրետ սուբստրատի վրա, օրինակ՝ ճարպերի վրա լիպազներ.
• կատալիտիկ արդյունավետություն. ֆերմենտային սպիտակուցների կենսաբանական ռեակցիաները հարյուրավոր և հազարավոր անգամներ արագացնելու ունակություն;
• կարգավորելու ունակություն. յուրաքանչյուր բջիջում ֆերմենտների արտադրությունն ու ակտիվությունը որոշվում է փոխակերպումների յուրահատուկ շղթայով, որն ազդում է այդ սպիտակուցների կրկին սինթեզվելու ունակության վրա:

Մարդու օրգանիզմում ֆերմենտների դերը չի կարելի գերագնահատել։ Այն ժամանակ, երբ ԴՆԹ-ի կառուցվածքը նոր էր բացահայտվել, ասում էին, որ մեկ գենը պատասխանատու է մեկ սպիտակուցի սինթեզի համար, որն արդեն որոշում է որոշակի հատկանիշ: Այժմ այս հայտարարությունը հնչում է այսպես. «Մեկ գեն, մեկ ֆերմենտ, մեկ հատկություն»: Այսինքն՝ առանց բջջի ֆերմենտների ակտիվության, կյանք չի կարող գոյություն ունենալ։

Դասակարգում

Կախված քիմիական ռեակցիաներում նրանց դերից՝ առանձնանում են ֆերմենտների հետևյալ դասերը.

Կենդանի օրգանիզմում բոլոր ֆերմենտները բաժանվում են ներբջջային և արտաբջջային։ Ներբջջային ֆերմենտները ներառում են, օրինակ, լյարդի ֆերմենտները, որոնք մասնակցում են արյան մեջ մտնող տարբեր նյութերի չեզոքացման ռեակցիաներին։ Դրանք հայտնաբերվում են արյան մեջ, երբ օրգանը վնասվում է, ինչն օգնում է ախտորոշել նրա հիվանդությունները։

Ներբջջային ֆերմենտներ, որոնք ներքին օրգանների վնասման մարկեր են.

• լյարդ - ալանի ամինոտրանսսեֆրազ, ասպարտատ ամինոտրանսֆերազ, գամմա-գլուտամիլ տրանսպեպտիդազ, սորբիտոլ դեհիդրոգենազ;
• երիկամներ - ալկալային ֆոսֆատազ;
• շագանակագեղձ - թթու ֆոսֆատազ;
• սրտի մկաններ - լակտատդեհիդրոգենազ

Արտաբջջային ֆերմենտները գեղձերի կողմից արտազատվում են արտաքին միջավայր: Հիմնականները արտազատվում են թքագեղձերի, ստամոքսի պատի, ենթաստամոքսային գեղձի և աղիների բջիջներով և ակտիվորեն մասնակցում են մարսողությանը։

Մարսողական ֆերմենտներ

Մարսողական ֆերմենտները սպիտակուցներ են, որոնք արագացնում են սննդամթերքը կազմող խոշոր մոլեկուլների քայքայումը: Նրանք նման մոլեկուլները բաժանում են ավելի փոքր բեկորների, որոնք ավելի հեշտությամբ կլանվում են բջիջների կողմից։ Մարսողական ֆերմենտների հիմնական տեսակներն են պրոթեզերոնները, լիպազները և ամիլազները։

Հիմնական մարսողական գեղձը ենթաստամոքսային գեղձն է: Այն արտադրում է այդ ֆերմենտների մեծ մասը, ինչպես նաև նուկլեազներ, որոնք ճեղքում են ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն, և ազատ ամինաթթուների ձևավորման մեջ ներգրավված պեպտիդազներ: Ավելին, ձևավորված ֆերմենտների փոքր քանակությունը ունակ է մեծ քանակությամբ սննդամթերք «մշակելու»։

Սննդանյութերի ֆերմենտային տրոհման ժամանակ էներգիա է արտազատվում, որն օգտագործվում է նյութափոխանակության գործընթացների և կենսական գործառույթների համար։ Առանց ֆերմենտների մասնակցության, նման պրոցեսները շատ դանդաղ կկատարվեն՝ չապահովելով օրգանիզմին էներգիայի բավարար պաշարներ։

Բացի այդ, ֆերմենտների մասնակցությունը մարսողական գործընթացին ապահովում է սննդանյութերի տրոհումը մոլեկուլների, որոնք կարող են անցնել աղիքային պատի բջիջներով և մտնել արյուն:

Ամիլազ

Ամիլազը արտադրվում է թքագեղձերի կողմից: Այն գործում է սննդային օսլայի վրա, որը բաղկացած է գլյուկոզայի մոլեկուլների երկար շղթայից։ Այս ֆերմենտի գործողության արդյունքում ձևավորվում են երկու միացված գլյուկոզայի մոլեկուլներից բաղկացած տարածքներ, այն է՝ ֆրուկտոզա և այլ կարճ շղթայական ածխաջրեր։ Դրանք հետագայում մետաբոլիզացվում են աղիներում վերածվելով գլյուկոզայի և այնտեղից ներծծվում արյան մեջ:

Թքագեղձերը քայքայում են օսլայի միայն մի մասը։ Թքային ամիլազան ակտիվ է կարճ ժամանակ, երբ սնունդը ծամվում է: Ստամոքս մտնելուց հետո ֆերմենտն ապաակտիվանում է իր թթվային պարունակությամբ։ Օսլայի մեծ մասը քայքայվում է արդեն տասներկումատնյա աղիքում՝ ենթաստամոքսային գեղձի կողմից արտադրվող ենթաստամոքսային գեղձի ամիլազի ազդեցության ներքո:

Բրինձ. 2 - Ամիլազը սկսում է քայքայել օսլան

Ենթաստամոքսային գեղձի ամիլազի ազդեցության տակ ձևավորված կարճ ածխաջրերը մտնում են բարակ աղիքներ: Այստեղ մալթազի, լակտազի, սախարազի և դեքստրինազի օգնությամբ դրանք տրոհվում են գլյուկոզայի մոլեկուլների։ Բջջանյութը, որը չի քայքայվում ֆերմենտներով, արտազատվում է աղիքներից կղանքով։

Պրոթեզերոններ

Սպիտակուցները կամ սպիտակուցները մարդու սննդակարգի կարևոր բաղադրիչն են: Դրանք քայքայելու համար անհրաժեշտ են ֆերմենտներ՝ պրոթեզերոններ: Նրանք տարբերվում են սինթեզի տեղով, սուբստրատներով և այլ բնութագրերով։ Նրանցից ոմանք ակտիվ են ստամոքսում, օրինակ՝ պեպսինը։ Մյուսները արտադրվում են ենթաստամոքսային գեղձի կողմից և ակտիվ են աղիքային լույսում: Գեղձն ինքն է արտազատում ֆերմենտի ոչ ակտիվ պրեկուրսորը՝ քիմոտրիպսինոգենը, որը սկսում է գործել միայն թթվային սննդի պարունակության հետ խառնվելուց հետո՝ վերածվելով քիմոտրիպսինի։ Այս մեխանիզմն օգնում է խուսափել ենթաստամոքսային գեղձի բջիջներին պրոթեզերոնի ինքնավնասումից։

Բրինձ. 3 - սպիտակուցների ֆերմենտային տարրալուծում

Պրոտեազները սննդի սպիտակուցները բաժանում են ավելի փոքր բեկորների՝ պոլիպեպտիդների: Ֆերմենտներ - պեպտիդազները դրանք բաժանում են ամինաթթուների, որոնք ներծծվում են աղիքներում:

Լիպազներ

Սննդային ճարպերը քայքայվում են լիպազային ֆերմենտների միջոցով, որոնք արտադրվում են նաև ենթաստամոքսային գեղձի կողմից: Նրանք քայքայում են ճարպի մոլեկուլները ճարպաթթուների և գլիցերինի: Այս ռեակցիան պահանջում է լեղու առկայություն տասներկումատնյա աղիքի լույսում, որը ձևավորվում է լյարդում։

Բրինձ. 4 - ճարպերի ֆերմենտային հիդրոլիզ

Միկրազիմի հետ փոխարինող թերապիայի դերը

Մարսողական խանգարումներ ունեցող շատ մարդկանց համար, առաջին հերթին, ենթաստամոքսային գեղձի հիվանդություններով, ֆերմենտների օգտագործումը ապահովում է օրգանի ֆունկցիոնալ աջակցություն և արագացնում է բուժման գործընթացը: Պանկրեատիտի հարձակումը կամ մեկ այլ սուր իրավիճակի դադարեցումից հետո ֆերմենտների ընդունումը կարող է դադարեցվել, քանի որ մարմինը ինքնուրույն վերականգնում է դրանց սեկրեցումը:

Ֆերմենտային պատրաստուկների երկարատև օգտագործումն անհրաժեշտ է միայն ենթաստամոքսային գեղձի ծանր էկզոկրին անբավարարության դեպքում:

Իր կազմի մեջ ամենաֆիզիոլոգիականներից մեկը «Միկրազիմ» դեղամիջոցն է: Այն բաղկացած է ենթաստամոքսային գեղձի հյութում պարունակվող ամիլազից, պրոթեզերոններից և լիպազից։ Ուստի կարիք չկա առանձին ընտրել, թե որ ֆերմենտը պետք է օգտագործվի այս օրգանի տարբեր հիվանդությունների դեպքում։

Այս դեղամիջոցի օգտագործման ցուցումները.

• քրոնիկ պանկրեատիտ, կիստական ​​ֆիբրոզ և ենթաստամոքսային գեղձի ֆերմենտների անբավարար սեկրեցիայի այլ պատճառներ.
• լյարդի, ստամոքսի, աղիքների բորբոքային հիվանդություններ, հատկապես դրանց վրա վիրահատություններից հետո, մարսողական համակարգի ավելի արագ վերականգնման համար.
• սնուցման սխալներ;
• ծամելու դիսֆունկցիան, օրինակ՝ ատամնաբուժական հիվանդությունների կամ հիվանդի անշարժության պատճառով։

Փոխարինման նպատակով մարսողական ֆերմենտների ընդունումն օգնում է խուսափել փքվածությունից, թուլացած կղանքից և որովայնի ցավից: Բացի այդ, ենթաստամոքսային գեղձի ծանր քրոնիկ հիվանդությունների դեպքում Micrasim-ը ամբողջությամբ ստանձնում է սննդանյութերի քայքայման գործառույթը: Հետեւաբար, նրանք կարող են ազատորեն ներծծվել աղիքներում: Սա հատկապես կարևոր է կիստիկ ֆիբրոզով հիվանդ երեխաների համար:

Կարևոր է՝ օգտագործելուց առաջ կարդացեք հրահանգները կամ խորհրդակցեք ձեր բժշկի հետ: