Белки в медицине

чистом виде и хорошо изучены. Их молекулярные массы колеблются в широких пре-делах; часто они относятся к сложным белкам - гликопротеидам, вто-рым компонентом которых является углевод.

Если белки классифицировать только по их функциям, то та-кую систематизацию нельзя было бы считать завершенной, так как но-вые исследования дают много фактов, позволяющих выделять новые группы белков с новыми функциями. Среди них уникальные вещества - нейропептиды (ответственные за важнейшие жизненные процессы: сна, памяти, боли, чувства страха, тревоги).

Биологические катализаторы.

В основе всех жизненных процессов лежат тысячи химиче-ских реакций. Они идут в организме без применения высокой темпера-туры и давления, т. е. в мягких условиях. Вещества, которые окисля-ются в клетках человека и животных, сгорают быстро и эффективно, обогащая организм энергией и строительным материалом. Но те же вещества могут годами храниться как в консервированном (изолирова-ном от воздуха) виде, так и на воздухе в присутствие кислорода. Воз-можность быстрого переваривания продуктов в живом организме осу-ществляется благодаря присутствию в клетках особых биологических катализаторов - ферментов.

Ферменты - это специфические белки, входящие в состав всех клеток и тканей живых организмов играющие роль биологических катализаторов. О ферментах люди узнали давно. Еще в начале прошло-го века в Петербурге К.С.Кирхгоф выяснил, что проросший ячмень способен превращать полисахарид крахмал в дисахарид мальтозу, а экстракт дрожжей расщеплял свекловичный сахар на моносахариды - глюкозу и фруктозу. Это были первые исследования в ферментологии. Хотя на практике применеие ферментативных процессов было извест-но с незапямятных времен (сбраживание винограда, сыроварение и др.).

В разных изданиях примняются два понятия : "фер-менты" и "энзимы". Эти названия эдентичны. Они обозначают одно и тоже - биологические катализаторы. Первое слово переводится как "за-кваска", второе - "в дрожжах".

Долгое время не представляли, что же происходит в дрож-жах, какая сила, присутствующая в них, заставляет вещества разру-шаться и превращаться в более простые. Только после изобретения микроскопа было установлено, что дрожжи - это скопление большого количества микрорганизмов, которые используют сахар в качестве своего основного питательного вещества. Иными словами, каждая дрожжевая клетка "начинена" ферментами способными разлагать са-хар. Но в то же время были известны и другие биологические катали-заторы, не заключенные в живую клетку, а свободно "обитающие" вне ее. Например, они были найдены в составе желудочных соков, клеточ-ных экстрактов. В связи с этим в прошлом различали два типа катали-заторов: считалось, что собственно ферменты неотделимы от клетки и вне ее не могут функционировать, т.е. они "организованы". А "неорга-низованные" катализаторы, которые могут работать вне клетки, назы-вали энзимами. Такое противопоставление "живых" ферментов и "не-живых" энзимов объяснялось влиянием виталистов, борьбой идеализма и матермализма в естествознании. Точки зрения ученых разделились. Основоположник микробиологии Л. Пастер утверждал, что деятель-ность ферментов определяется жизнью клетки. Если клетку разрушить, то прекратиться и действие фермента. Химики во главе с Ю. Лбихом развивали чисто химическую теорию брожения, доказывая, что актив-ность ферментов не зависит от существования клетки.

В 1871 г. русский врач М.М. Манассеина разрушила дрож-жевые клетки, растирая их речным песком. Клеточный сок, отделен-ный от остатков клеток, сохранял свою способность сбраживать сахар. Через четверть века немецкий ученый Э. Бухнер получил бесклеточ-ный сок прессованием живых дрожжей под давлением до 5*10 Па. Этот сок, подобно живым дрожжам, сбраживал сахар с образованием спирта и оксида углерода (IV):

фермент

C6H12O6--->2C2H5OH + 2CO2

Работы А.Н. Лебедева по исследованию дрожжевых клеток и труды других ученых положили конец виталистическим представле-ния в теории биологического катализа, а термины "фермент" и "энзим" стали применять как равнозначные.

В наши дни ферментология - это самостоятельная наука. Выделено и изучено около 2 тыс. ферментов.

Свойства ферментов.

Важнейшим свойством ферментов является преимущест-венное одной из нескольких теоретически возможных реакций. В зави-симости от условий ферменты способны катализировать как прямую так и обратную реакцию. Это свойство ферментов имеет большое практическое значение.

Другое важнейшее свойство ферментов - термолабиль-ность, т. е. высокая чувствительность к изменениям температуры. Так как ферменты являются белками, то для большенства из них темпера-тура свыше 70 C приводит к денатурации и потере активности. При увелечении температуры до 10 С реакция ускоряется в 2-3 раза, а при температурах близких к 0 С скорость ферментативных реакций замед-ляется до минимума.

Следующим важным свойством является то, что ферменты находятся в тканях и клетках в неактивной форме (проферменте). Классическими его примерами являются неактивные формы пепсина и трипсина. Существование неактивных форм ферментов имеет большое биологическое значение. Если бы пепсин вырабатывался сразу в ак-тивной форме, то пепсин "переваривал" стенку желудка, т. е. желудок "переваривал" сам себя.

Классификация ферментов.

----------------------------------------

На Международном биохимическом съезде было принято, что ферменты должны классифицироваться по типу реакции, катали-зируемой ими. В названии фермента обязательно присутствует назва-ние субстрата, т. е. того соединения, на которое воздействует данный фермент, и окончание -аза. (Аргиназа катализирует гидролиз аргинина и т.д.)

По этому принципу все ферменты были разделены на 6 признаков:

1.Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислитель-но-восстановительные реакции, например каталаза:

2H2O2-->O2+2H2O

2.Трансферазы - ферменты, катализирующие перенос атомов или радикалов.

3.Гидролазы - ферменты, разрывающие внутримолекулярные связи путем присоединения молекул воды, например фосфатаза:

OH

/

R - O - P = O + H2O --> ROH + H3PO4

OH

4.Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу без присоединения воды, негидролитическим путем.

Например: отщепление карбоксильной группы декарбоксилазой:

O O

// /

CH3 - C - C ---->CO2 + CH3 - C

||

O OH H

5.Изомеразы - ферменты, катализирующие превращение одного изомера в другой:

глюкозо-6-фосфат --> глюкозо-1-фосфат

6.Синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза.

Ферментология - молодая и преспективная наука, отделившаяся от биологии и химии и обещающая много удивительных открытий тем, кто решит заняться ею все-рьез.

Литература:

Справочник школьника “ХИМИЯ” М.,”СЛОВО” 1995.

Г.Е.Рудзитис, Ф.Г.Фельдман “Химия 11. Органическая химия”

М., “Просвещение”,1993.

А.И.Артеменко, И.В. Тикунова М., “Просвещение” 1993.

“Химия 10-11. Органическая химия”