На чем основан ферментативный катализ?

Основу всех жизненных процессов составляют тысячи химических реакций, катализируемых ферментами. Значение ферментов точно и образно определил И.П.Павлов, назвав их "возбудителями жизни". Нарушения в работе ферментов ведут к возникновению тяжелых заболеваний – фенилкетонурия, гликогенозы, галактоземия, тирозинемия или существенному снижению качества жизни – дислипопротеинемии, гемофилия.

Известно, что для осуществления химической реакции необходимо, чтобы реагирующие вещества имели суммарную энергию выше, чем величина, называемая энергетическим барьером реакции. Для характеристики величины энергетического барьера Аррениус ввел понятие энергии активации. Преодоление энергии активации в химической реакции достигается либо увеличением энергии взаимодействующих молекул, например нагреванием, облучением, повышением давления, либо снижением требуемых для реакции затрат энергии (т.е. энергии активации) при помощи катализаторов.

Величина энергии активации с ферментои и без него
Величина энергии активации с ферментом и без него

По своей функции ферменты являются биологическими катализаторами. Сущность действия ферментов, так же как неорганических катализаторов, заключается:

  • в активации молекул реагирующих веществ,
  • в разбиении реакции на несколько стадий, энергетический барьер каждой из которых ниже такового общей реакции.

Однако энергетически невозможные реакции ферменты катализировать не будут, они ускоряют только те реакции, которые могут идти в данных условиях.

Сходство и отличия ферментов и неорганических катализаторов

Сходство

Отличия

1. Катализируют только энергетически возможные реакции.
2. Не изменяют направления реакции.
3. Ускоряют наступление равновесия реакции, но не сдвигают его.
4. Не расходуются в процессе реакции.
1. Скорость ферментативной реакции намного выше.
2. Высокая специфичность.
3. Мягкие условия работы (внутриклеточные).
4. Возможность регулирования скорости реакции.
5. Скорость ферментативной реакции пропорциональна количеству фермента.

 

Ускорение реакций при помощи ферментов весьма значительно, например:

А. Уреаза ускоряет реакцию разложения вполне устойчивой мочевины до аммиака и воды в 1013 раз, поэтому при инфекции мочевых путей (появление бактериальной уреазы) моча приобретает аммиачный запах.

Б. Рассмотрим реакцию разложения пероксида водорода:

2О2 → О2 + 2Н2О

Если скорость реакции без катализатора принять за единицу, то в присутствии платиновой черни скорость реакции увеличивается в 2×104 раза и энергия активации снижается с 18 до 12 ккал/моль, в присутствии фермента каталазы скорость реакции возрастает в 2×1011 раза с энергией активации 2 ккал/моль.

 
  Скорость реакции, отн.ед. Энергия активации, ккал/моль
  Без катализатора 1 18
  С платиновой чернью 2×104  12
  С ферментом каталаза 2×1011 2
'
    '

    Вы можете спросить или оставить свое мнение.