Свойства ферментов как биологических катализаторов

Ферменты используются в производстве моющих средств и бумаги, а также в технологических процессах по производству кожи и текстилей, фармацевтической промышленности (фестал, мезимфорте). В настоящее время стало возможным их применение в кормах животных.

Используемые в пищевой промышленности ферменты имеют широкий спектр применения, включающий функции синтеза и разложения (деградации). При выборе фермента для конкретного пищевого процесса следует принимать во внимание его источник и биохимические характеристики, что важно при сертификации.

Подобно другим пищевым добавкам использование ферментов в пищевых продуктах нормируется законом.

 

 

2. Факторы, влияющие  на реакции фермента

На активность ферментов, а следовательно и на скорость реакций ферментативного катализа оказывают влияние различные факторы: :

· Концентрация и доступность субстрата . При постоянном количестве фермента скорость возрастает с увеличением концентрации субстрата. Эта реакция подчинена закону действующих масс и рассматривается в свете теории Михаэлиса – Ментона.

· Концентрация фермента . Концентрация ферментов всегда относительно невелика. Скорость любого ферментативного процесса в значительной степени зависит от концентрации фермента. Для большинства пищевых применений скорость реакций пропорциональна концентрации ферментов. Исключение составляют те случаи, когда реакции доводят до очень низких уровней субстрата.

· Температура реакции . До некоторого значения температуры (в среднем до 5О°С) каталитическая активность растет, причем на каждые 10°С примерно в 2 раза повышается скорость преобразования субстрата. В общем для ферментов животного происхождения он лежит между 40 и 50°С, а растительного - между 50 и 60°С. Самой оптимальной температурой является 37 o С, при которой в живом организме процессы протекают быстро, сберегая большое количество энергии. Однако есть ферменты с более высоким температурным оптимумом, например, у папаина оптимум находится при 8О°С. В то же время у каталазы оптимальная температура действия находится между 0 и -10°С.

· рН реакции . Для каждого фермента характерна определённая область значения рН, при которых фермент проявляет максимальную активность. Однако наилучшими условиями их функционирования являются близкое к нейтральному значение величины рН. В резко кислой или резко щелочной среде хорошо работают лишь некоторые ферменты. Влияние рН среды на действия ферментов основано на том, что происходит изменение заряда различных групп белка в активном центре фермента, вызывающее существенное изменение конформации полипептидной цепи.

· Продолжительность процесса . Для реакции ферментативного катализа первого порядка скорость реакции со временем уменьшается, так как уменьшается доступность субстрата. Такие реакции ферментативного катализа требуют достаточно много времени для её завершения.

· Наличие ингибиторов или активаторов . Химические вещества, способные оказывать вредное воздействие на реакцию ферментации, получили названия «ингибиторы». В качестве таких веществ могут выступать металлы (медь, железо, кальций) или соединения из субстратов. Некоторые вещества способны активировать или стабилизировать ферменты. Присутствие в реакционной среде некоторых ионов может активировать образование активного субстрат ферментного комплекса, и в этом случае скорость ферментативной реакции будет увеличивается. Такие вещества получили название активаторов.

3. Особенности  биомиметики

Знания, получаемые людьми из природы, используются в современном мире повсюду, начиная от строительства и кончая медициной. Сегодня эти знания уже составили новую область науки: биомиметику. Этот термин, впервые ввел американский писатель-натуралист Джанин Бениус.

Биомиметика - область химии, которая моделирует процессы, происходящие в живой природе. Открытия в области биомиметических систем готовят революционный переворот в области синтеза новых материалов. Различают:

· биологическую, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;

· теоретическую, строящей математические модели этих процессов;

· техническую, применяющую модели теоретической биомиметики для решения инженерных задач.

В Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке уже найдены биомиметические подходы к ферментативной фиксации азота, анаэробного окислениюя алканов (метана в метанол) и фотоокислению воды с получением кислорода (именно это делают растения в процессе фотосинтеза).

Лакокрасочное изделие Lotosan выпускаемое в Германии отличается высокой стойкостью к загрязнениям. Идея была почерпнута у цветков лотоса, растущих в болотистых районах, и, несмотря на это, сохраняющих свою белизну. Оказалось – дело в микроскопических шипах, покрывающих поверхность цветка. Они не дают частицам задерживаться на лепестках и позволяют дождевой воде легко их смывать. В настоящее время разработчики бьются над создания легких, эластичных и прочных(в 5 раз прочнее стали) материалов на основе паутины. Идеология биомиметики прочно заняла свое место в различных дисциплинах - инженерном деле, химической технологии, нанотехнологии и многих других. Учёные попытаются найти химические аналоги ферментов и на их основе создать новые промышленные процессы. И это процесс со временем будет только набирать силу.

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение:

В данной работе рассмотрено одно из биологически активных веществ, а именно - ферменты. Ферменты являются биологическим катализатором белковой природы, ускоряющим химические реакции в живых организмов и вне их. Ферменты обладают уникальными свойствами, которые отличают их от обычных органических катализаторов. Это, прежде всего, необычно высокая каталитическая активность. Другое важнейшее свойство ферментов - это избирательность их действия.

Важным свойством ферментов, которое необходимо учитывать при их практическом пользовании, является стабильность, т.е. их способность сохранять каталитическую активность.

Благодаря высокой специфичности ферментов в организме не воцаряется хаос: каждый фермент выполняет строго отведённые ему функции, не влияя на течение многих десятков и сотен других реакций, происходящих в его окружении. Роль ферментов в жизнедеятельности организмов велика.

Будущее ферментов очень интересно. Технология обнаружения и производства новых ферментов развивается с большой скоростью. Прежде применение и производство ферментов развивалось большей частью за счет попыток и ошибок. Так как детали, влияющие на химию и действие ферментов, были известны плохо, то в препаратах использовались смеси наиболее универсальных ферментов. Благодаря новым исследованиям при производстве сбываемой продукции возможно использование более специфичных ферментов.

Сегодня развивающиеся технологии с каждым днем раскрывают все новые чудеса сотворения жизни, и "биомиметика" как наука избирает примерами превосходные системы в организмах живых существ, создавая по их образу и подобию изобретения для пользы и блага людей. Учёные попытаются найти химические аналоги ферментов и на их основе создать новые промышленные процессы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников:

1. Блюгер А.Ф. "Ферменты в медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве". Киев, 1968г.
2. Ф.И. Комаров "Биологические обследование в клинике" - 1981г. - Ленинград.
3. Проф. М.А. Базарнова «Клиническая биохимия»
4. Габриелян О.С, Маскаев Ф.Н., Пономарев С.Ю, Теренин В.И. Учебник химия 10 класс. - М., 2005.