Ферменты

Ферменты, или энзимы, — это биологические катализаторы, которые обеспечивают химические реакции и ускоряют их. Они жизненно необходимы животным и растениям.

В 1833 г. французские химики Ансельм Пайя и Жан-Франсуа Персо получили из солодового экстракта химическое вещество, ускоряющее превращение крахмала в сахара. Они назвали ускоритель диастазой. Это был первый энзим, полученный в концентрированной форме, хотя само это слово (нем. Enzym) немецкий физиолог Вили Кюне придумал только в 1878 г. Большинство систематических названий ферментов имеют суффикс «-аза», хотя у ряда давно известных ферментов сохранились исторические названия, например пепсин и трипсин.

Известно, что ферменты ускоряют более 5000 биохимических реакций. Они действуют при оптимальных температурах и уровнях кислотности. Если слишком холодно, реакции замедляются; слишком жарко — фермент меняет форму и становится менее эффективным. Как правило, ферменты — это белки, которые соединяются в сложные структуры, позволяющие разместить другие молекулы, или субстраты, и затем объединяют или расщепляют их для создания новых молекул, или продуктов. Таким образом, некоторые ферменты ускоряют биохимические реакции в тысячи раз. Почти все процессы обмена веществ внутри клеток нуждаются в ферментах — реакции должны проходить с должной скоростью для поддержания жизни.

В одной из реакций клеточного дыхания фермент гексокиназа смыкается над двумя субстратами, АТФ и ксилозой, чтобы ускорить их объединение. Участки, отмеченные голубым, — это место соединения фермента с другими молекулами

Аэробное дыхание и пищеварение

Некоторые из наиболее важных реакций обмена веществ происходят в крошечной митохондрии внутри клетки: ферменты способствуют превращению глюкозы и кислорода в углекислый газ, воду и энергию, а энергия нужна для поддержания жизни. Другой важный набор ферментов находится в кишечнике. Ферменты особого рода существуют для всех видов питательных веществ: жиров, белков и углеводов.

Например, крахмал расщепляется на молекулы глюкозы, которые попадают через стенки кишечника в кровь и служат источником энергии для клеток организма. Ферменты амилазы ускоряют эту реакцию. Альфа-амилазу, которую традиционно называли птиалином, производят слюнные железы. Когда слюна смешивается во рту с пищей, фермент начинает гидролиз крахмала с образованием более коротких углеводов, в том числе мальтозы и декстринов; окончательное расщепление до всасываемых моносахаридов продолжается в тонком кишечнике. Птиалин продолжает воздействовать на углеводы в желудке до тех пор, пока высококислотные желудочные соки не разрушат птиалин или не изменят его форму.

Кроме открытия диастаза, Ансельм Пайя разработал процессы рафинирования сахара и синтеза буры из соды и борной кислоты. Он также выделил волокнистый карбогидрат и назвал его целлюлозой.