Белки как катализаторы химических реакций

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]

Четыре особенности отличают ферменты от всех прочих катализаторов. Во-первых, эти биокатализаторы исключительно эффективны. Нри оптимальных условиях большинство ферментативных реакций протекает в 10 —10 раз быстрее, чем те же реакции в отсутствие ферментов. Число оборотов (т. е. число молекул субстрата, превращаемых за одну минуту, на одну молекулу фермента) для большинства ферментов равно приблизительно 1000, а в некоторых случаях может превышать 10 . Следует при этом иметь в виду, что скорость отдельных стадий ферментативных реакций лимитируется диффузией реагирующих веществ или, во всяком случае, зависит от нее. Таким образом, многие химические реакции, которые обычно протекают только при высоких температурах или только в сильно кислой или сильно щелочной среде, в присутствии соответствующих ферментов могут идти быстро и количественно при комнатной температуре и при значениях pH, близких к нейтральному. Во-вторых, для большинства ферментативных реакций характерна высокая специфичность как в отношении природы катализируемой реакции, так и в отношении структуры используемого субстрата. В-третьих, круг реакций, катализируемых ферментами, необычайно широк. Ферменты катализируют реакции гидролиза, поликонденсации, окисления — восстановления, дегидрирования, альдольно11 конденсации, реакции переноса различных групп, а также ряд других реакций. Мы можем, таким образом, сказать, что белки — катализаторы с исключительно широким спектром действия. Наконец, в-четвертых, активность самих ферментов в клетке строго регулируется. Скорость синтеза ферментов, а также их конечная концентрация находятся под генетическим контролем и регулируются с помощью малых молекул эти малые молекулы часто являются субстратами или продуктами реакций, катализируемых теми н е ферментами. Кроме того, ферменты могут существовать как в активной, так и в неактивной форме, причем скорость и степень их превращения в каждом конкретном случае зависит от свойств окружающей среды. Почти все биоло- [c.189]

Другая особенность ферментов как белков — большая лабильность, легкая изменяемость свойств в зависимости от условий среды (pH, температуры, присутствия активаторов и ингибиторов и др.). Это позволяет проводить химические реакции в очень мягких условиях в отличие от применения неорганических катализаторов— при низкой температуре, нормальном давлении, невысоком pH среды и т. д. [c.115]

Одной из важнейших функций белков является нх способность выступать в качестве специфических катализаторов ферментов), обладающих исключительно высокой каталитической активностью. Без участия ферментов не происходит почти ни одна химическая реакция в живом организме. В настоящее время известны тысячи различных белков-ферментов, и каждый из них построен так, чтобы наилучшим образом катализировать определенную химическую реакцию. Например, расщепление перекиси водорода [c.446]

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]

Очень большую роль играет катализ в биологических системах. Большинство химических реакций, протекающих в пищеварительной системе, в крови и в клетках животных и человека, являются каталитическими реакциями. Катализаторы, называемые в этом случае ферментами, представляют собой простые или сложные белки. Так, слюна содержит фермент птиалин, который катализирует превращение крахмала в сахар. Фермент, имеющийся в желудке, — пепсин [c.200]

Большинство химических реакций, протекающих в пищеварительной системе, в крови и в клетках человека и животных, является каталитическими реакциями. Они ускоряются ферментами. Все ферменты — белковые вещества. Так, слюна содержит фермент птиалин, который катализирует превращение крахмала в сахар. Расщепление белков в желудке катализируется ферментом пепсином. Ферменты — исключительно активные катализаторы их действие отличается высокой избирательностью. [c.142]

Влияние температуры на активность ферментов. Согласно закону Ваит-Гоффа скорость химических реакций увеличивается примерно вдвараза при повышении температуры на (О С (коэффициент Q ,). Это прааило справедливо также и для ферментативных реакций, однако только а ограниченной области значений температуры. При повышении температуры свыше 40 — 50 происходит инактивация белкового катализатора из-за тепловой денатурации. Следовательно, ферментативные реакции отличаются от реакций, катализируемых соединениями небелковой природы, наличием температурного оптимума. Причиной быстрого падения активности является высокая величина коэффициента Qio для процесса тепловой денатурации белка. Следует отметить, что ферменты термофильных бактерий имеют весьма высокий температурный оптимум. [c.185]

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

Было высказано предположение [36], согласно которому стабильность структуры макромолекул и мембр-ан обеспечивается главным образом гидрофобными взаимодействиями углеводородных фрагментов, в результате чего молекулы липидов, белков и других соединений могут образовывать в водной цитоплазме олигомерные агрегаты и мембраны. Вместе с тем наиболее активные катализаторы, т. е. большинство ферментов, растворимы в воде. Таким образом, мембраны представляют собой сравнительно стабильные тонкие пленки, примыкаю щие к водным участкам клетки, в которых легко протекают химические реакции и которые содержат полярные молекулы, растворимые в воде. [c.355]

Витамины — незаменимые для жизни органические вещества разнообразной структуры, являющиеся биологическими катализаторами химических реакций или реагентами фотохимических процессов, протекающих в живой клетке, и участвующие в обмене веществ преимущественно в соединении со специфическими белками в составе ферментных систем, причем в организме человека и животных не синтезирующиеся и [c.5]

Другой тип гигантских биологических молекул — белки в зависимости от своей природы они выполняют одну из двух следующих функций действуют в качестве катализаторов химических реакций, за счет которых поддерживается жизнь клетки, и являются строительным материалом для мышечных волокон, превращая химическую энергию аденозинтрифосфата (АТФ) в механическую энергию мышечного сокращения. Это дает организму возможность перекачивать кровь, усваивать пищу и передвигаться. Важную роль играют белки и как природные защитные материалы, из молекул которых построены кожа, мех, перья, предохраняющие животных от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Издавна пользуется этими белковыми материалами и человек. [c.65]

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]

Организм есть термодинамически открытая система, в которой протекают химические реакции. Биохимические реакции на всех стадиях являются каталитическими, катализаторами служат белки — ферменты. Изменение энтропии такой системы выражается суммой энтропии, производимой внутри системы, 5, и энтропии, поступающей извне или уходящей во внешнюю среду, еЗ [c.17]

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]

Тонкоизмельченное вещество приобретает много новых ценных свойств краски — лучшую кроющую способность, яркость, большую устойчивость, более красивые оттенки вяжущие строительные материалы — прочность, быстрое схватывание и твердение катализаторы — повышенную активность в химических реакциях продовольственные товары — лучшие вкусовые качества хорошо диспергированные крахмал и белки, в отличие от необработанных продуктов,— способность растворяться в воде при комнатной температуре и т. д. [c.99]

Ферменты обладают признаками как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов. Они проявляют свою активность в водных растворах, что свойственно гомогенным катализаторам. Однако они имеют большую молекулярную массу, образующую мпкроповерх-ность раздела, на которой находятся особые участки — активные центры, состоящие из атомов, что свойственно гетерогенным катализаторам. Ферменты состоят из глобулярных белков, и для них характерны не только генетическн закодированная последовательность расположения отдельных аминокислот в иолипептидной цепи, но и разнообразие химических связей между отдельными звеньями этих цепей, определяющих уникальную для каждого фермента структуру. Поэтому одной из важных особенностей ферментов является высокая специфичность действия. Различают индивидуальную специфичность — способность катализировать только одну химическую реакцию и притом лишь данного субстрата — и групповую— способность катализировать ту же реакцию в разных субстратах. [c.115]

Молекула белка обычно представляет собой цепь, состоящую из нескольких десятков или даже сотен молекул аминокислот. Многие белки выполняют роль естественных катализаторов, ускоряющих химические реакции в десятки и даже сотни миллионов раз. В настоящее время известно около тысячи подобных ферментов. В их состав входят металлы — Мд, Ре, Мп и др. [c.353]

Число примеров возможных, но пока неосуществленных каталитических реакций можно было бы увеличивать до бесконечности. То, что во многих, а может быть даже в большинстве случаев реакции, разрешенные термодинамически, в принципе поддаются реализации с помощью катализаторов, показывает биокатализ. В любой живой клетке происходят сотни и тысячи тончайших каталитических процессов, поражающих своей слаженностью и совершенством. При этом в клетке исключается использование основных методов форсирования химических реакций с помощью повышения температуры и давления или применения необычных растворителей. При комнатных и даже несколько более низких температурах в растениях совершается каталитический фотосинтез углеводородов и тесно с ним связанные термические каталитические синтезы всей остальной широчайшей гаммы веществ, требующихся для жизнедеятельности организма. Высшие растения, прекрасно ассимилирующие углерод из СО2, неспособны усваивать азот воздуха но существуют микроорганизмы (бактерии, грибки), которые осуществляют эти реакции без прямого участия энергии света. Продукты таких первичных каталитических синтезов у микроорганизмов далее также каталитическим путем превращаются в аминокислоты и азотные основания, из которых построены белки и нуклеиновые кислоты, а также различные другие азотные соединения живой клетки (алкалоиды и т. д.). Существуют бактерии, способные осуществлять каталитически весь комплекс биохимических процессов, в том числе синтез аминокислот,. [c.9]

Химические реакции в биологических системах протекают только в присутствии катализаторов. Роль таких катализаторов выполняют специфические белки, называемые ферментами (или энзимами). Функции ферментов сводятся к ускорению химических реакций, а ряд ферментов участвует в превращении одного вида энергии в другой. [c.27]

Функции белков чрезвычайно разнообразны. В организме содержатся тысячи различных белков, каждый из которых выполняет только ему присущую роль. Белки-катализаторы, или ферменты, обеспечивают протекание химических реакций в клетке транспортные [c.406]

Активность фермента как катализатора одной определенной химической реакции находится в зависимости от специфического белка, связанного с пиридоксаль-5а-фосфатом, а также от структуры компонентов, в частности аминокислоты, участвующих в реакции [196]. [c.362]

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]

Фермент, молекула белка, осуществляющая одиу из химических реакций в клетке. Ферменты являются катализаторами, т. е. они сами не изменяются в ходе реакции, но их присутствие очень сильно ускоряет протекание реакции. Ферменты также обеспечивают очень высокую специфичность, избирательность реакций, происходящих в клетке. [c.159]

Под действием кислот (ионов водорода) происходит гидролиз многих органических веществ, например жиров, белков, крахмала, дисахаридов при помощи губчатой платины катализируются разнообразные окислительные процессы другие неорганические катализаторы способны ускорять многие химические реакции. В отличие от неорганических катализаторов действие ферментов более ограничено, более специфично. Если бы фе,рменты не обладали специфичностью, то это приводило бы к быстрому распаду всех веществ в клетках и к гибели организма. [c.49]

В организме человека и животных большинство реакций протекает при участии белковых катализаторов — ферментов. С повышением температуры скорость биохимических реакций соответственно возрастает. При высоких же температурах (50—60° С) каталитические свойства ферментов утрачиваются вследствие термоденатурации белка, и скорость реакций резко замедляется. Таким образом для химических процессов, протекающих в организме, выявляется так называемый температурный оптимум , который для теплокровных животных лежит в интервале примерно 36—42° С. [c.103]

Очень большую роль играет катализ в биологических системах. Большинство химических реакции, протекающих в пищеварительной системе, в крови и в клетках животных и человека, являются каталитическими реакциями. Катализаторы, называемые в этом случае ферментам и, представляют собою простые или сложные белки. Так, слюна содержит фермент птиалин, который катализирует превращение крахмала в сахар. Фермент, имеющийся в желудке, — пепсин — катализирует расщепление белков. В организме человека находится около 30 ООО различных ферментов каждый из них слул 1т эффективным катализатором соответствующей реакции. [c.180]

Таким образом, витаминами следует считать вещества, которые Б малых дозах, наряду с белками, жирами, углеводами и минеральными веществами (преимущественно Na l), необходимы для нормального развития животного организма. Существует много веществ, без которых животный организм не может нормально развиваться, которых организму требуется немного, но которые нельзя назвать витаминами, например триптофан, йод и др. Следовательно, витаминами следует считать незаменимые сложные органические вещества разнообразной структуры, являющиеся биологическими катализаторами химических реакций, [c.637]

Но даже в наши дни многие вопросы, касающиеся ферментов, еще не получили полного ответа. Почему именно белки играют роль катализаторов в клетках Почему молекулы ферментов намного крупнее молекул субстратов, на которые они действуют Каким образом аминокислоты, сами по себе не способные ускорять химические реакции, после соединения в специфические последовательности создают столь мощные каталитические системы Как регулируется действие ферментов [c.228]

Многое указывает на то, что подобный механизм активирования имеет особенно большое значение для протекания химических реакций, катализируемых ферментами. В этих катализаторах сложного состава роль активатора исполняют белки или другие сложные органические молекулы, которые служат матрицей для подходящей ориентации субстрата относительно каталитически активной группы, которая очень часто представляет собой ион металла. [c.18]

Новые морфологические варианты и новые, более сложные морфологические задачи возникают при синтезе макромолекул и при их химических реакциях. Часто катализатор должен обеспечивать определенную взаимную ориентацию или определенное чередование мономеров в макромолекулах, например определенную ориентацию Н и групп В при полимеризации олефинов КСН = СН, (рис. 3), определенное соотношение и чередование аминокислот в полипептидах или в искусственных сополн-мерах, образование молекулярных спиралей правого и левого типа и других сложных вторичных пространственных структур. Число различных структурных морфологических вариантов очень велико. Морфологический катализ преобладает в биохимии живой клетки. Его самый сложный и совершенный пример ферментативное управление синтезом индивидуальных белков, сосредоточенное в клеточных рибосомах, и управление процессами деления клеток и передачей наследственных свойств, сосредоточенное в хромосомном аппарате клеточного ядра. [c.21]

В белках возможно существование проводящего электронного пути между донорными и акцепторными группами. Для сложноструктурных катализаторов характерно внутреннее взаимодействие всех атомов. Спектр поглощения пиридин-нуклеотидов резко меняется при сравнительно ничтожных изменениях в одной части молекулы молекулы фталоцианина диамагнитны, т. е. атомы углерода в них, по-видимому, связаны общими электронами в комплексных ионах фотовозбуждение аддендов вызывает появление флуоресцентного спектра центрального иона и т. д. Вместе с этим в белках, в том числе и ферментах, существуют цепи атомов, способные особенно легко передавать энергию возбуждения. Так, экспериментально было показано, что фотохимический акт, происшедший на одном участке длинной цепеобразной молекулы, может привести к химической реакции иа противоположном ее конце. [c.266]

Наиболее многообразный класс белков относится к биологическим катализаторам, которые называют ферментами или энзимами. Ежесекундно в клетках протекает множество химических реакций, причем почти все они катализируются при помощи ферментов. В настоящее время вьщелено и идентифицировано более 2000 ферментов, катализирующих протекание разнообразных реакций в клетках и тканях. [c.45]