Ферменты как катализаторы химических реакций

Эта первая стадия метаболизма состоит из 11 последовательных химических реакций, в которых глюкоза превращается во фруктозу, а затем в два производных глицеринового альдегида, содержащих три атома углерода. Лишь на одной-двух последних стадиях процесс разветвляется на различные маршруты, приводящие к пировиноградной кислоте, молочной кислоте, этанолу или ацетону. Каждая стадия гликолиза регулируется собственным катализатором, роль которого выполняет фермент с молекулярной массой 30000-500000. [c.327]

Белки играют ключевую роль почти во всех биологических процессах. Все ферменты, катализаторы химических реакций в биологических системах, являются белками. Следовательно, белки определяют ход биологических превращений в клетках. Белки участвуют в осуществлении множества других функций,-таких, например, как транспорт веществ и их накопление, координированные движения, механическая опора, иммунологическая защита, возбудимость, регуляция роста и дифференцировка. [c.42]

Этот взгляд на катализ сохраняется и сегодня. Он помог объяснить механизм действия белковых катализаторов (или ферментов), управляющих химическими реакциями в живых тканях . [c.115]

В больпптстве биохимических процессов белковые посредники представляют собой катализаторы химических реакций ферменты. Однако некоторые процессы, например транспорт многих субстратов ч( р( з биологические мембраш . , осуплествля-ются белками, которые не катализируют каких-либо химических превращений, а обусловливают узнавание и транслокацию субстратов. [c.29]

Исключительно важную роль играют процессы комплексообра-зования в биологических системах. Образование комплексов реа-1 ирующих веществ с биологическими катализаторами — ферментами — является необходимой стадией огромного большинства химических реакций, протекающих в живых клетках. [c.35]

Более ста лет назад Берцелиус указывал на существование некой каталитической силы [1], однако лишь в 1900 г. представление о катализе ионами гидроксония и гидроксида было поставлено на прочную теоретическую и экспериментальную основу [2, 3]. В 20—30-х годах нашего столетия благодаря появлению новых ВЗГЛЯДОВ на природу кислот и оснований была создана теория общего кислотно-основного катализа [4]. В течение последнего десятилетия все более пристальное внимание исследователей привлекают биологические катализаторы химических реакций — ферменты [5]. Одновременно сформировались новые представления о катализе полифункциональными органическими молекулами и комплексами ионов металлов. [c.7]

Макромолекулярные катализаторы химических реакций. Основные принципы действия ферментов. [c.383]

Приведенные данные иллюстрируют высокую эффективность ферментов как катализаторов химических реакций и показывают границы этой эффективности. [c.73]

Как следует нз уравнения Аррениуса, в которое а входит в качестве показателя степенн, даже небольшое уменьшение энергии активации приводит к значительному возрастанию скорости реакции. Так, под действием биологических катализаторов — ферментов— энергия активации химических реакций, протекающих в живых организмах, резко снижается, и эти реакции достаточно быстро протекают при сравнительно низких температурах. [c.93]

СЫ с нуклеиновыми кислотами, принимают участие в химическом выражении генетической информации и в управлении генетической функцией. Другие белки, такие, как миоглобин, гемоглобин и цитохромы, являющиеся дыхательными белками, участвуют в биологическом транспорте и использовании кислорода. Антитела часто называют биологическим проявлением принципа тущения огня огнем , поскольку функцией этой интересной группы белков является защита организма от вторжения инородных белков. И наконец, ферменты — катализаторы биохимических реакций —также представляют собой белки. Из всего сказанного следует, что с биологической точки зрения первоначальный синтез белков был одним из самых значительных событий в истории Земли. [c.384]

Белки - природные высокомолекулярные соединения, являющиеся структурной основой всех живых организмов. К ним относятся ферменты - катализаторы многочисленных реакций в живых организмах, дыхательные пигменты, многие гормоны. Число встречающихся в природе белков крайне велико, их частью являются а-аминокислоты НзЫ - СН(К) - СООН, где Е - углеводородный радикал алифатического или ароматического ряда, либо гетероциклический радикал, содержащий серу и азот. Различие в химическом строении белков обусловлено количеством и порядком чередования аминокислот в молекуле. Белковые молекулярные цепочки располагаются в пространстве в виде спирали или волокон. Главная особенность белков - способность самопроизвольно формировать пространственную структуру, свойственную только данному виду растения, т.е. они обладают памятью макромолекулы белков могут записать , запомнить и передать наследству информацию. В этом состоит химический механизм самовоспроизведения. [c.56]

ФЕРМЕНТЫ КАК КАТАЛИЗАТОРЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ [c.115]

Белки отличаются от других составных частей протоплазмы своими свойствами, присущими только этому классу соединений. Белки обусловливают многие важные функции живых клеток и организмов. Белками являются такие компоненты клетки, как ферменты — катализаторы многочисленных реакций, протекающих в живых организмах, дыхательные пигменты, многие гормоны и антитела. Сокращающееся вещество мышц, ресничек и усиков низших организмов, обладающее замечательным свойством превращать химическую энергию в механическую, также является белком. [c.415]

В клетках растений и животных непрерывно протекают сложные химические процессы. Они регулируются белковыми веществами - ферментами, которые (напомним еще раз) играют роль катализаторов химических реакций в клетках. Для изучения таких биохимических процессов ну-жны сложные приборы и множество реактивов. Однако некоторые биохимические явления можно наблюдать, как говорится, и невооруженным глазом. [c.144]

Катализаторы могут быть гомогенными или терогенными. В случае гетерогенных катализаторов химическая реакция идет на границе раздела фаз, образуемых катализатором и реагирующими веществами. Рассмотрение гетерогенного катализа является предметом специального раздела физической химии, рассматривающего химические и физико-химические процессы на поверхности раздела фаз, и выходит за рамки настоящего курса. Гомогенные катализаторы образуют единую фазу с реагирующими веществами. Наиболее распространенными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания, ионы переходных металлов и их комплексы, а также биологические катализаторы, так называемые ферменты, или энзимы. [c.320]

Ферменты — биохимические белковые катализаторы химических реакций, протекающих в живых системах, часто используются в клинических лабораториях для химических анализов. Реакции, катализируемые ферментами, применяются для определения самих ферментов, субстратов, активаторов (вещества, которые требуются для некоторых ферментов, чтобы они стали активными катализаторами) и ингибиторов (любые вещества, уменьшающие скорость ферментативной реакции). [c.51]

Ферментами называются белки, входящие в состав клеток и тканей, катализирующие химические реакции, протекающие в организме. Ферменты часто называют биологическими катализаторами. [c.631]

При изучении чистых ферментов особо выделяются две их особенности по сравнению с обычными химическими катализаторами. Первая из них — это способность ферментов служить превосходными катализаторами химических реакций, протекающих в водных растворах при комнатной температуре и почти нейтральной реакции. Вторая особенность — это высокая специфичность ферментов. Как известно, химические катализаторы весьма эффективны лишь в некоторых критических условиях, например при высокой температуре и в очень кислой среде. [c.202]

Химики до сих пор могут только мечтать о таких совершенных катализаторах, как ферменты. Ферменты ускоряют химические реакции в нашем теле во много раз больше, чем катализаторы, используемые в промышленности. При этом каждый фермент катализирует одну-единственную реакцию, т. е. избирательное действие ферментов еще больше, чем у неорганических катализаторов. Поэтому их обыкновенно сравнивают с секретным ключом, способным открывать специальные замки, для которых он изготовлен. [c.308]

Нужно отметить, что ферменты катализируют химические реакции в мягких условиях, т. е. при обычном давлении, сравнительно невысокой температуре (около 37 °С) и в большинстве случаев при pH около 7,4 (хотя в общем случае диапазон pH действия ферментов достаточно широк — см. раздел 2.7). Это отличает ферменты от катализаторов небиологического происхождения, действующих, как правило, при высоких давлениях, крайних значениях pH и высокой температуре. Являясь в большинстве своем белковыми веществами, ферменты весьма чувствительны к изменениям температуры (т. е. термолабильны) и к сдвигам pH среды. [c.99]

Белковый посредник — более общий и точный термин, чем термин фермент. Хотя во многих биохимических процессах белковые посредники представляют собой именно ферменты — катализаторы химических превращений субстратов, но, например, в транспорте субстратов через биологические мембраны перенос опосредуется белками, не являющимися ферментами, так как они не катализируют каких-либо химических реакций, а обеспечивают узнавание и транслокацию субстратов. [c.70]

Под действием катализатора химическая реакция идет быстрее и эффективнее. Так, в отсутствие фермента молекула А не могла бы немедленно вступить в реакцию с молекулой В и образовать продукт АВ (рис. 2.2). Это могло бы произойти случайно, но ждать этого пришлось бы миллионы лет, если бы вообще удалось дождаться. Специфический фермент, который имеет места стыковки для А и В, связывается с ними и держит обе молекулы так тесно, что у них нет другого выбора, как только образовать химические связи друг с другом. Ферменты, таким образом, можно назвать генетически закодированными инструментами, созданными природой для осуществления химических реакций, отобранных в ходе эволюции. Для проведе- [c.45]

Дыхание так же, как и все другие биохимические реакции в организме, осуществляется при помощи молекул, называемых ферментами. Ферменты — это катализаторы, т. е. вещества, способствующие повышению скорости химических реакций (более подробно они рассматриваются в гл. VII). Ферменты внутри нас действуют как специалисты узкого профиля. Они помогают образованию и разрыву химических связей, при этом каждый фермент подходит только для одной или узкого круга реакций так же, как ключ к одному, строго определенному замку. [c.254]

Согласно определению, катализатор — это вещество, влияющее на скорость химической реакции, но само при этом не изменяющееся. Именно таковы ферменты, которые до и после [c.189]

Питательные вещества в бактериальную клетку поступают через всю поверхность тела и только в растворенном состоянии. Нерастворенные и коллоидные (эмульгированные) вещества могут предварительно переводиться в водорастворимые состояния с помощью особых катализаторов химических реакций — ферментов. Они вызывают тодролиз веществ до более простых и растворимых в воде соединений. Каждый фермент действует лишь иа строго определенное вещество, и поэтому микроорганизм вырабатывает в себе комплекс разнообразных ферментов, соответствующих его физиологическим особенностям и потребностям. [c.209]

Понятие энзнмология в настоящее время расщирено в связи с двумя основными обстоятельствами. Во-первых, экспериментальным путем доказано, что ферментативными свойствами обладают не только белки, но и рибонуклеиновые кислоты (так называемые рибозимы). Во-вторых, среди белковых посредников биохимических процессов обнаружены не только ферменты (катализаторы биохимических реакций), но и клеточные компоненты, узнающие и транслоцирую-щие (компоненты систем таксиса, транспортных систем и т.д.), которые прямо не катализируют никаких химических реакций. Предметом энзимологии в настоящее время можно считать описание любых посредников биохимических процессов, а в ее задачу входит изучение физических и химических основ функционирования этих посредников и их физиологической роли в живом организме. [c.5]

Ферменты в нативном состоянии действуют как катализаторы химических реакций в открытых системах. Изучение поведения ферментов в открытых системах имеет важное значение как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Развитие экспериментальных и теоретических методов изучения кинетики действия ферментов в этих условиях сушественно способствует пониманию многих особенностей катапиза ферментами, поскольку открытые системы с ферментами можно рассматривать как простые модели клеточных реакций. [c.289]

Каждый катализатор способен катализировать только вполне определенные химические реакции или классы химических реакций. Термин катализатор применительно к какому-либо веществу не имеет смысла в отрыве оттого процесса, который он катализирует. Диапазон действия (специфичность) различных катализаторов может быть весьма различен. Так, кислоты катализируют протекание многих классов химических реакций. В то же время известны 5иологические катализаторы (присутствующие в живых клетках) — ферменты, способные катализировать лишь один определенный биохимический процесс. [c.243]

Известно, что обязательной стадией всех химических реакций, протекающих в присутствии гетерогенных и гомогенных катализаторов, а также хемосорбции и физической адсорбции является соударение молекул или ионов реагирующих веществ, субстратов, хемосорбатов и физических адсорбатов с катализаторами, ферментами, сорбентами [15]. Теоретически удары можно делить на абсолютно упругие и абсолютно неупругие [16]. При абсолютно упругом ударе шаров тепло не возникает, так как сохраняется вся механическая энергия системы. При абсолютно неупругом ударе (рис. 2) шары деформируются и возникающие между ними силы взаимодействия будут тормозить ударяющийся шар и ускорять ударяемый до тех пор, пока скорости обоих шаров не сравняются. В этот момент суммарная кинетическая энергия обоих шаров уменьшается по сравнению с первоначальным ее значением до удара, так как часть ее будет затрачена на преодоление сопротивлений и перейдет в различные другие формы энергии, в том числе в тепло, энергию пластических деформаций и т.д. [c.30]

Катализаторы ускоряют реакции в сотни и миллионы раз, что имеет большое практическое значение для современной химической промышленности. Катализаторы дают возможность проводить процессы, протекаюш,ие некаталитически во много стадий или вообш,е неосу-ш,ествимые, на поверхности контакта как бы в одну стадию. Наконец, катализаторы обладают, как и ферменты, драгоценным свойством избирательности, т. е. в зависимости от характера, состава и метода получения они способны проводить реакцию лишь в одном направлении, подавляя побочные. [c.20]

Вполне понятно, что процессы ионизации весьма разнообразны и играют важную роль в реакциях, протекающих в водной (биологической) среде. Однако ионизация не единственный химический процесс, который может иметь место в биологической системе (организме). Аминокислоты — органические молекулы, способные участвовать в реакциях, хорошо известных химику-орга-нику. Можно поэтому ожидать, что подобные реакции протекают и в биологических системах, знакомых биохимикам. Однако проблема заключается в том, что обычные условия проведения химических реакций (высокая температура, безводные органические растворители и т. д.) нельзя переносить на биохимические системы, где все процессы протекают в водной среде при температуре живого тела, с использованием биологических катализаторов— ферментов. Тем не менее для химика-биоорганика интересно сравнить пути реакций, протекающих in vitro, т. е. при химическом синтезе, и in vivo, т. е. в организме. Различия и сходство, преимущества и недостатки моделирования лучше всего видны при параллельном рассмотрении этих процессов, начиная с химии аминокислот и кончая органическим синтезом и биосинтезом белков. [c.45]

В биологических системах универсальным донором метильных групп является сульфониевое соединение S-аденозилметионин (SAM). В свою очередь SAM синтезируется из аминокислоты метионина и другого биологически важного соединения — адеио-зинтрифосфата (АТР), высокоэнергетического соединения (форма хранения биологической энергии). Как и вообще все химические реакции, протекающие в организме, эта реакция также катализируется ферментом. Реакция термодинамически выгодна и в отсутствие белкового катализатора, однако фермент катализирует ее определенное направление. Без катализатора возможны и другие реакции, например разрыв трифосфатной цепи катализатор же связывает и ориентирует нуклеофильный атом серы таким образом, что становится возможной атака только по метиленовому атому углерода. Позже подробно обсуждается важность такого связывания и эффектов сближения сейчас следует отметить, что, хотя аденозин в составе АТР и не участвует в химическом преврап енин, он служит для узнавания АТР ферментом Фермент узнает молекулу АТР и затем связывается с ней. [c.46]

При катализе ферментами химической реакции может реализоваться любой из вышеприведенных механизмов катализа. Например, имидазольное кольцо остатка гистидина в ферменте а-химотрипсии (разд. 4.4) способно играть роль обгдеосновного катализатора, тогда как в ферменте щелочная фосфатаза тот л<е остаток может действовать в качестве нуклеофильного катализатора. Действительно, ферменты — это сложные катализаторы, в ходе действия которых реализуется несколько механизмов. Именно благодаря успешному сочетанию разных каталитических процессов скорость катализируемой реакции повышается в Ю раз (по сравнению со скоростью некатализируемой реакции). Более того, именно такая комбинация факторов приводит к специфическому катализу. [c.195]

Можно провести много аналогий между гетерогенным ката лизом при полимеризации олефинов и тем способом, которьш осуществляется катализ природных химических реакций, в ча стности ферментативный катализ. Действительно, гетерогенны катализ во многих отношениях напоминает ферментативный. Мо лекула субстрата сталкивается с активным центром на поверхно сти твердого катализатора, образуя адсорбционный комплекс Адсорбированный субстрат реагирует в одну или несколько ста дий под влиянием каталитических групп активного центра. на конец продукт десорбируется (пли удаляется) из активного цент ра. Таким образом, и для ферментативного, и для гетерогенного катализа говорят об активном центре и образовании комплекса субстрата с активным центром. Осмысление этих понятий помогает сопоставить неферментативный и ферментативный катализ. Тем не менее существует и принципиальное различие, поскольку большипстпо ферментов несут только один активный центр па молекулу, тогда как в гетерогенных катализаторах на одну ча- [c.198]

На стыке молекулярной биологии с физической и физико-органической химией возникла еще одна не менее важная задача — создать сравнительно простые каталитические системы, в которых использовали< ь бы принципы действия активных центров, работающих в ферментах. Подобного рода исследования обогащают физико-органическую химию познанием нетрадиционцых путей (механизмов), позволяющих ускорять или в общем случае регулировать скорости химических реакций. Изучение механизмов молекулярной биологии, в частности движущих сил ферментативного катализа, поможет найти пути создания избирательных химических катализаторов с управляемыми свойствами [7, 8]. В то же время анализ как общих закономерностей, так и различий, наблюдаемых в ферментативных и модельных системах, можно рассматривать как качественно новую ступень углубленного изучения самих ферментов. Иными словами, подобного рода исследования в области молекулярной химической бионики должны способствовать формированию новых взглядов на природу ферментативного катализа. [c.3]