Биологическая химия - [23]
Для подтверждения высокой скорости реакций, катализируемых ферментами, снова обратимся к нашему примеру с перекисью водорода. В организме разложение Н>2О>2 катализируется ферментом каталазой со скоростью, в 2*10>11 раз превышающей скорость некатализируемой реакции и в 10>7 раз в случае с платиновой чернью. Энергия активации при ферментативной реакции снижается соответственно в 9 и 6 раз. Из других примеров можно указать на следующие. В желудке человека вырабатывается фермент пепсин, который расщепляет белки. Один грамм пепсина за час способен гидролизовать 50 кг яичного белка, а 1,6 г амилазы, синтезируемой в поджелудочной и слюнных железах, за час может расщепить 175 кг крахмала.
Сложность структуры ферментов обусловлена тем, что все они являются белками (см. Структура белков), т. е. высокомолекулярными соединениями с большим молекулярным весом.
Высокая специфичность действия ферментов проявляется в том, что, как правило, каждый фермент катализирует только одну или несколько близких химических реакций.
Действие ферментов как биологических катализаторов можно изобразить следующей формулой:
S + E
ES → Е + Р,где Е — фермент; S — субстрат — вещество, на которое действует фермент; ES — фермент-субстратный комплекс, промежуточное соединение, образующееся в ходе реакции типа АК (2); Р — продукты реакции.
Рис. 38. Схема взаимодействия фермента с субстратом (объяснение в тексте)
И в этом случае действие фермента на субстрат приводит к активированию субстрата, в результате чего снижается энергия активации и повышается скорость реакции. Основное значение в этом имеет образование промежуточного продукта — фермент-субстратного комплекса — ES, скорость образования которого определяет скорость всей реакции. Фермент-субстратный комплекс распадается на фермент и продукты реакции. На рис. 38 дано схематичное изображение хода ферментативной реакции.
Химическая природа ферментов
При изучении ферментов было установлено, что все они являются белками и поэтому обладают всеми свойствами белков. Ферменты имеют аналогичную белкам сложную структуру (рис. 39), подвергаются расщеплению под действием протеолитических ферментов, при растворении в воде образуют коллоидные растворы, при кипячении денатурируются и т. д. Молекулярный вес ферментов колеблется в пределах сотен тысяч и миллионов единиц молекулярного веса.
Рис. 39. Гипотетическая модель третичной структуры молекулы химотрипсиногена (по Нейрату). Черное кольцо (обозначено стрелкой) показывает пептидную связь между 15 и 16 аминокислотными остатками. Видны 5 дисульфидных связей (изображены желтым цветом), стягивающим отдельные участки полипептидной цепи% функциональные группы активного центра показаны красным цветом
Молекулярный вес рибонуклеазы составляет 12 700, пепсина — 35 500, каталазы крови — 248 000, глютаматдегидро-геназы — 1 000 000.
По структуре все ферменты делятся на простые и сложные.
Простые ферменты — ферменты-протеины — состоят только из аминокислот, а сложные ферменты — ферменты-протеиды — в своем составе имеют белковую часть — апофермент, состоящую из одних аминокислот, и небелковую часть — кофермент, или простетическую группу. Небелковая часть может быть представлена минеральными веществами, витаминами и т. д.
К ферментам-протеинам относятся, например, гидролитические ферменты желудочно-кишечного тракта, которые расщепляют пищевые продукты с участием воды, к ферментам-протеидам принадлежит большая часть окислительно-восстановительных ферментов.
Методы выделения и количественного определения активности ферментов
Для изучения свойств и клинического применения ферментов необходимы высокоочищенные препараты ферментов. Поэтому были разработаны различные методы выделения ферментов. К ним относятся разрушение клеток и получение клеточного сока, в котором содержатся ферменты; экстрагирование ферментов из высушенных тканей слабыми растворами солей, кислот и оснований. Из растворов ферменты можно осаждать добавлением солей [(NH>4)>2SО>4, NaCl] и различных органических растворителей типа ацетона, смеси спирта и эфира и др.
Выделение ферментов также осуществляется методом адсорбции. Адсорбенты типа окиси кремния, активированного угля, гидрата окиси железа, различных синтетических смол и др. обладают способностью обратимо связывать определенные ферменты. Извлечение ферментов при этом достигается промыванием адсорбентов различными специфическими растворителями, которые переводят ферменты в раствор. В настоящее время для выделения ферментов используют хроматографическое фракционирование на колонках с синтетическими смолами, разделение ферментов при помощи электрофореза и др. Получение ферментов в кристаллическом виде достигают путем высушивания очищенных ферментов при низких температурах и вакууме (лиофилизация).
О присутствии ферментов в растворе судят по производимому ими действию. Так, наличие пепсина, который катализирует расщепление белка, определяют по появлению свободных аминокислот, входящих в состав этого белка, о действии каталазы узнают по выделению кислорода при разложении перекиси водорода. Активность фермента выражают количеством распавшегося под действием фермента субстрата или образовавшихся продуктов реакции за единицу времени, в расчете на
Все мы знаем, насколько важны для правильной диагностики анализы крови. Однако когда видим результаты, часто не понимаем, что они означают. Благодаря этой книге вы научитесь трактовать результаты анализов и делать конкретные выводы, узнаете, на что обращать внимание, как снизить риск развития заболеваний и выработать полезные привычки для поддержания здоровья всех систем организма.
Развитая медицина сохраняет жизнь миллионам людей, однако ее обратная сторона – злоупотребление технологиями и лекарствами – снова ставит под удар наше здоровье. От эпидемии ожирения страдает до 30% американцев; количество детей с аутоимунным диабетом в Финляндии за полвека использования антбиотиков выросло на 550%. Доктор Мартин Блейзер более 30 лет изучает микробиому человека – живущих с нами в симбиозе бактерий и точно знает: устойчивые штаммы, вызывающие смертельные заболевания, рост болезней у детей и такие недуги развитых стран, как астма, аллергии, ожирение, диабет, некоторые формы рака, возникают из-за нарушения микробиомы. Чтобы уберечь детей и самим не стать частью печальной статистики, нужно знать: чем патогенные бактерии отличаются от полезных и какую выгоду мы получаем от симбиоза с последними; как именно подрывают наше здоровье антибиотики и в каких случаях их использование обоснованно; что угрожает нашей микрофлоре и как восстановить ее, а вместе с ней – здоровье.
Не надо лечиться «на всякий случай» и попадать на удочку популярных медицинских мифов. В этом уверена Мария Евдокимова, потомственный врач, соучредитель первого в России медицинского центра, работающего по принципам доказательной медицины. Она развенчивает модные сегодня представления о том, как сохранить здоровье. Стоит ли верить всему, что пишут в интернете? Полагаться ли на Инста-докторов и как найти на самом деле знающего врача? К чему может привести бездумное применение витаминных добавок? Так ли страшен глютен, как им пугают? Можно ли пить молоко взрослым? Все о том, как без вреда сделать так, чтобы жить долго и отлично себя чувствовать, — профессионально, популярно, легко.
Наше тело — удивительная и сложная машина, все части которой работают слаженно, взаимодействуют с окружающей средой и даже учатся у нее.Эта книга подробно рассказывает об устройстве и работе тела, помогая понять, как развивались наши знания о нем. Она дает представление обо всех системах организма, объясняет медицинскую терминологию и отвечает на важнейшие вопросы. Дочитав до конца, вы заглянете не только в прошлое, настоящее и будущее, но и внутрь себя.
Чабрец, тимьян, богородская трава. Издавна люди знали о поистине чудодейственных свойствах этого растения. С его помощью отгоняли злых духов, его цветами украшали иконы, им лечили множество болезней. Пришла пора вспомнить секреты древних знахарей. Если вы готовы принять помощь природы, эта книга для вас: чабрец излечит простуду и бронхит, утолит боль при радикулите и невралгии.
«Все сознают, что нормальная и полезная еда есть еда с аппетитом, всякая другая еда, еда по приказу, по расчету признается уже в большей или меньшей степени злом», — писал академик И. П. Павлов. Перед вами необычная книга. Главная ее особенность состоит в том, что желудок, его заболевания, а также их профилактика и лечение рассматриваются в «контексте» всего организма, в тесной связи с образом жизни и мыслями человека. Автор обращает внимание читателей на множество «мелочей», которым мы обычно не придаем никакого значения, не замечаем их влияния на состояние желудочно-кишечного тракта и здоровье в целом. Книга — не сухое повествование о болезнях, а увлекательное путешествие в мир под названием «человеческий организм». Для широкого круга читателей.