Условия действия ферментов в клетке

Отличие ферментов от неорганических катализаторов

Ферменты как биологические катализаторы

Ферменты – специфические белки всех живых клеток, играющие роль биологических катализаторов.

!!! С их помощью осуществляется обмен веществ и энергии в организме.

В настоящее время известно более 3200 ферментов.

Ферменты имеют следующие общие свойства с катализаторами неорганической природы:

1) увеличивают скорость химической реакции за счёт снижения энергии активации;

2) не изменяют направления реакции;

3) не расходуются в процессе реакции.

Вместе с тем ферменты обладают рядом свойств, отличающих их от химических катализаторов:

1) каталитическая активность ферментов проявляется при нормальных условиях - ферменты по сравнению с катализаторами неорганической природы действуют в очень «мягких» условиях организма (белки при неблагоприятных условиях денатурируют);

2) абсолютная специфичность действия - большинство ферментов отличается специфичностью действия, так как практически каждая реакция превращения исходных веществ в продукты реакции в клетке катализируется специальным ферментом;

3) высокая эффективность действия -ферменты самые эффективные из всех катализаторов, так как очень малые (микромолярные - 10^-8–10^{-6 М}) количества ферментов могут в очень большой степени ускорять реакцию.

Действительно, большинство реакций в клетке протекают примерно в миллион раз быстрее, чем, если бы они протекали в отсутствие ферментов. Например, реакцию образования угольной кислоты (в легких)

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

катализирует фермент карбоксиангидраза, активность которой составляет 32 000 000 оборота в минуту, т.е. образуется 32 млн молекул H₂CO₃ в минуту.

В принципе клетка использует те же самые химические реакции, что и химик в своей лаборатории.

Однако на условия протекания реакций в клетке накладываются жесткие ограничения:

1) все реакции в клетке протекают в водном растворе;

2) при постоянной температуре (~ 37°С);

3) при постоянном давлении (~ 1 атм.);

4) при значениях pH, близких к нейтральным (pH 6,5 - 7,5).

Именно поэтому очень часто реакции, которые в лабораторных условиях можно провести в одну стадию, в живой клетке протекают через множество стадий.

Например, проведение в естественных условиях реакции образования воды из водорода и кислорода:

2H₂ + O₂ → 2H₂O + взрыв (гремучий газ);

сопровождается взрывом из-за огромного количества выделившейся энергии. Избежать взрыва можно при проведении реакции в следующих условиях:

- в несколько стадий,

- в присутствии катализаторов;

- и при постоянном отведении теплоты от системы.

Это позволяет в значительной мере снизить энергию активации и провести реакцию при нормальных условиях.

Именно благодаря разделению на стадии в клетке эта же реакция протекает при постоянной температуре (~37°С). При этом выделяющаяся энергия реакции запасается в виде молекул АТФ.

Дата добавления: 2014-01-20