Ферменты

Учение о ферментах составляет основу биохимии. Большинство химических реакций, происходящих в организме, являются ферментативными, т. е. протекают с участием ферментов.
Ферменты — это специфические белки, вырабатываемые живой клеткой и обладающие способностью ускорять химические реакции. Ферменты можно назвать биологическими катализаторами, так как, ускоряя химические реакции, они не входят в состав конечных продуктов реакции.
Свое название ферменты получили от латинского слова fermentatio, что означает брожение. Спиртовое брожение является одним из старейших примеров действия ферментов.
Ферментативные реакции издавна используются в практических целях. Приготовление хлеба и спирта основано на использовании ферментов, вырабатываемых дрожжевыми клетками; квашение капусты — на действии ферментов, вырабатываемых микроорганизмами; созревание мяса происходит под действием ферментов самого мяса; созревание табака — под действием ферментов табака и т. д.
Все проявления жизни обусловлены наличием ферментов. Великий русский физиолог И. П. Павлов, сделавший исключительно большой вклад в развитие учения о ферментах, считал их возбудителями жизни. Он писал о ферментах следующее: «Все химические процессы направляются в теле именно этими веществами, они есть возбудители всех химических превращений... Все эти вещества играют огромную роль, они обусловливают собою те процессы, благодаря которым проявляется жизнь, они и есть в полном смысле возбудители жизни».
Каждая живая клетка осуществляет свои жизненные функции при помощи ферментов. Процессы, протекающие в организмах,— дыхание, пищеварение, работа и т. д. — связаны с действием ферментов. Например, в процессе дыхания происходит разложение угольной кислоты:
H2CO3 = CO2+ H2O.

Эта реакция протекает в организме с участием фермента карбоангидразы. B процессе пищеварения с участием ферментов расщепляются углеводы, белки, жиры. Крахмал превращается в сахар под действием амилаз, белки — в аминокислоты под действием протеаз, жиры — в глицерин и жирные кислоты под действием липаз. Превращение гликогена в молочную кислоту происходит с выделением энергии, которая используется для мышечной работы. В этом процессе участвует сложная система ферментов.
Ферменты ускоряют и такие реакции, которые могут протекать и без их участия, но скорость их при обычной температуре очень мала. Угольная кислота легко расщепляется на СО2 и H2O и без участия фермента, но при участии его скорость реакции увеличивается во много раз.
Нагревание крахмала в автоклаве при 170° в присутствии воды вызывает его гидролиз. Гидролиз может быть также осуществлен кипячением крахмала с водой в присутствии минеральной кислоты. С несравненно большей скоростью, без кипячения и кислоты, расщепляется крахмал под действием амилазы. Гидролиз жира вне организма достигается кипячением со щелочью, гидролиз белков — длительным кипячением с минеральными кислотами (25%-ная серная кислота в течение суток). Эти же реакции легко происходят в организме под действием ферментов, без нагревания и участия сильных химических реагентов.
Предполагают, что ускорение реакций при участии ферментов достигается образованием промежуточных соединений фермента с реагирующим веществом (т. е. образуется комплекс фермент — субстрат).
Ферментативные реакции обратимы. Фермент, ускоряющий расщепление жира на глицерин и жирные кислоты, также ускоряет и обратную реакцию: синтез жира из глицерина и жирных кислот. Направление реакции определяется условиями, в которых она протекает.
Ферменты не нарушают равновесия реакции. Если в системе реакция доходит до равновесия, то дальнейший ее ход возможен только при условии удаления продуктов реакции из сферы реакции. Так, белки в кишечнике расщепляются с участием ферментов до конца только потому, что аминокислоты непрерывно всасываются в кровь.
Ферменты вырабатываются живой клеткой, но каталитические свойства их проявляются и вне организма.
Для изучения природы и действия ферментов, а также для применения в практических целях их извлекают из измельченных органов и тканей водой, глицерином, растворами солей и слабых кислот. В глицериновых вытяжках ферменты долго сохраняют активность, в водных вытяжках они разрушаются быстрее. Многие ферменты, используемые в практических целях, приготовляют в высушенном виде. Сухие препараты ферментов долгое время сохраняют активность.