Что такое обмен веществ?
Метаболизм является основой всей жизнедеятельности организмов, а обмен веществ неотделим от катализа ферментов. Ферменты — это каталитически активные организмы, продуцируемые живыми клетками. По сути, подавляющее большинство ферментов — это белки, некоторые — РНК, то есть рибонуклеиновая кислота, носитель генетической информации.
Белки с ферментативной активностью подразделяются на простые белки и связывающие белки. Простые белковые ферменты состоят из аминокислот и не содержат других веществ (таких как пепсин). Белковые ферменты состоят из простых белков и кофакторов, таких как лактатдегидрогеназа, трансаминаза и так далее. Простая белковая часть, из которой состоит фермент, называется ферментным белком или основным ферментом, а простетическая часть называется коферментами. Связывающий фермент обычно представляет собой комбинацию первичного фермента и кофермента и становится целым ферментом, который функционирует как фермент.
Роль ферментов в организме
Ферменты могут использоваться в различных областях: ферменты для исследований, ферменты для диагностики, промышленные ферменты и ферменты для повседневного использования. Благодаря действию фермента химическая реакция в организме может эффективно осуществляться в достаточно «мягких» условиях, что позволяет организму переваривать пищу, поглощать питательные вещества и поддерживать внутренние функции: противовоспалительная детоксикация, метаболизм, иммунитет, производство и продвижение крови, кровообращение и прочее.
В организме содержится множество ферментов, которые контролируют многие метаболические процессы: метаболизм, питание и преобразование биоэнергии. Большинство реакций, тесно связанных с жизненными процессами, являются реакциями, катализируемыми ферментами.
Роль ферментов в катализе
Самая важная роль фермента — катализ. Он позволяет упорядоченно осуществлять сложный метаболизм веществ в клетках, адаптируя метаболизм веществ к нормальным физиологическим функциям. Если дефицит или активность фермента ослаблены из-за генетических дефектов или по другим причинам, каталитическая реакция фермента может быть ненормальной, что приведет к нарушению метаболизма вещества или даже к заболеванию.
Каталитический механизм фермента в основном включает кислотно-основной катализ и ковалентный катализ. Кислотно-основной катализ относится к каталитическому действию переноса протона для ускорения реакции. Ковалентный катализ означает, что субстрат или часть субстрата образует ковалентную связь с катализатором и затем переносится на второй субстрат. Многие реакции переноса группы, катализируемые ферментами, осуществляются путем ковалентного катализа.
В организме человека имеется большое количество ферментов, которые сложны по структуре и разнообразны. Например, когда люди жуют рис и приготовленные на пару булочки, то чем дольше они жуют, тем слаще вкус. Это обьясняется следующим образом: крахмал в рисе гидролизуется до мальтозы под действием амилазы слюны, секретируемой ротовой полостью.
Следовательно, люди, которые больше жуют во время еды, могут хорошо смешивать пищу и слюну, что полезно для пищеварения. Кроме того, белок, который человеческое тело принимает из пищи, должен быть гидролизован до аминокислот с помощью различных протеолитических ферментов в пищевой промышленности, таких как пепсин, а затем конкретные аминокислоты выбираются другими ферментами для восстановления необходимых белков в определенном порядке. Здесь происходит множество сложных химических реакций.
Как ферменты снижают энергию активации реакции?
Каталитический механизм фермента заключается в снижении энергии активации реакции. Химическая реакция может быть проведена, потому что часть молекул субстрата была активирована, чтобы стать активированными молекулами, и чем больше активированных молекул, тем выше скорость реакции. Комплекс фермент-субстрат реагирует с образованием продукта, высвобождая фермент, который связывается с другой молекулой субстрата и увеличивает скорость химической реакции за счет уменьшения активации реакции.
Ферменты могут ускорить химическую реакцию, но не могут изменить точку равновесия химической реакции. Это означает, что фермент способствует прямой реакции и обратной реакции в той же пропорции, поэтому роль фермента заключается в сокращении времени, необходимого для достижения равновесия.