Ферменти (лат. Fermentum бродіння. Бродильне початок; синонім ензими)
специфічні речовини білкової природи, присутні в тканинах і клітинах всіх живих організмів і здатні у багато разів прискорювати протікають в них хімічні реакції. Речовини, в невеликих кількостях прискорюють хімічні реакції в результаті взаємодії з реагують сполуками (субстратами), але не входять до складу продуктів, що утворилися і залишаються незміненими після закінчення реакції, називають каталізаторами. Ферменти являють собою біокаталізатори білкової природи. Каталізує переважна більшість біохімічних реакцій в організмі, Ф. регулюють Обмін речовин і енергії, граючи тим самим важливу роль у всіх процесах життєдіяльності. Всі функціональні прояви живих організмів (дихання. М'язове скорочення, передача нервового імпульсу, розмноження і т.д.) забезпечуються дією ферментних систем. Сукупністю каталізуються Ф. реакцій є синтез. розпад і інші перетворення білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, гормонів та інших з'єднань.
Всі ферменти мають білкову природу. Вони являють собою або прості білки. цілком побудовані з поліпептидних ланцюгів і розпадаються при гідролізі тільки на амінокислоти (наприклад, гідролітичні ферменти трипсин і пепсин, уреаза), або - в більшості випадків - складні білки, що містять поряд з білкової частиною (апоферментом) небілковий компонент (кофермент або простетичної групу).
За субстратної специфічності - здатності вибірково прискорювати певну реакцію - розрізняють Ф. володіють абсолютною специфічністю (тобто діючі тільки на одне конкретне речовина і каталізують тільки певне перетворення цієї речовини), і Ф. володіють відносною або груповий специфічністю (тобто каталізують перетворення молекул, що володіють певним схожістю). До першої групи належать, зокрема, Ф. використовують як субстрат певні стереоізомери (наприклад, цукру і амінокислоти L або D ряду). Прикладами Ф. характеризуються абсолютною специфічністю, є уреаза, що каталізує гідроліз сечовини до NH3 і СО2. Лактатдегидрогеназа, оксидази D і L амінокислот. Відносна специфічність характерна для багатьох ферментів, в т.ч. для ферментів класу гідролаз: протеаз, естераз, фосфатаз.
Від неорганічних каталізаторів Ф. відрізняються не тільки хімічною природою і субстратной специфічністю, але і здатністю прискорювати реакції в фізіологічних умовах, характерних для життєдіяльності живих клітин, тканин і органів. Швидкість каталізуються Ф. реакцій залежить від ряду факторів, в першу чергу - від природи ферменту, що володіє низькою або високою активністю, а також від концентрації субстрату, наявності в середовищі активаторів або інгібіторів, температури і реакції середовища (рН). У певних межах швидкість реакції прямо пропорційна концентрації субстрату, а починаючи з певної (насичує) його концентрації швидкість реакції не змінюється зі зростанням концентрації субстрату. Однією з важливих характеристик Ф. є константа Міхаеліса (Км) - міра спорідненості між Ф. і субстратом, відповідна концентрації субстрату в моль / л, при якій швидкість реакції складає половину максимальної, а в комплексі з субстратом знаходиться половина молекул Ф. Іншою характеристикою ферментативної реакції є величина «число оборотів ферменту», що показує, скільки молекул субстрату піддається перетворенню за одиницю часу в розрахунку на одну молекулу Ф.
Подібно звичайним хімічним реакціям, ферментативні реакції прискорюються при підвищенні температури. Оптимальна температура для активності ферментів становить зазвичай 40-50 °. При більш низькій температурі швидкість ферментативної реакції, як правило, знижується, а при 0 ° функціонування Ф. припиняється. При перевищенні оптимальної температури швидкість реакції знижується, а потім реакція повністю припиняється внаслідок поступової денатурації білків і інактіваціп Ф. Відомі, однак, поодинокі Ф. стійку до теплової денатурації. Окремі Ф. розрізняються по оптимальному для їх дії значенням рН. Багато Ф. найбільш активні при величині рН, близькою до нейтральної (рН близько 7.0), але ряд Ф. має оптимум рН поза цією областю. Так, пепсин основну активність виявляє в сильнокислой середовищі (рН 1,0-2,0), а трипсин - в слабощелочной (рН 8,0-9,0).
Істотний вплив на активність Ф. надає наявність в середовищі певних хімічних речовин: активаторів, що підвищують активність Ф. і інгібіторів, що пригнічують її. Часто один і той же речовина служить активатором одних Ф. і інгібітором інших. Інгібування Ф. може бути оборотним і необоротним. Як інгібіторів або активаторів часто можуть виступати іони металів. Іноді іон металу є постійним, міцно пов'язаних компонентом активного центру Ф. тобто Ф. відноситься до металовмісних складних білок, або Металопротеїни. Активація деяких Ф. може відбуватися з використанням іншого механізму, що передбачає протеолітичну розщеплення неактивних попередників Ф. (проферментов або зімогенов) з утворенням активних Ф. (наприклад, трипсину).
Більшість Ф. функціонує в тих клітинах, в яких відбувається їх біосинтез. Виняток становлять травні ферменти, що секретуються в травний тракт. Ф. плазми крові, які беруть участь в процесі згортання крові, і деякі інші.
Багато Ф. характеризуються наявністю ізоферментів - молекулярних різновидів ферментів. Каталізує одну і ту ж реакцію, ізоферменти певного Ф. можуть розрізнятися за рядом фізико-хімічних властивостей (по первинній структурі, субодиничних складу, оптимуму рН, термостабильности, чутливості до активаторам і інгібіторів, спорідненості до субстрату і т.д.). Множинні форми Ф. включають генетично детерміновані ізоферменти (наприклад, лактатдегидрогеназа) і негенетичні ізоферменти, що утворюються в результаті хімічної модифікації вихідного ферменту або його часткового протеолізу (наприклад, ізоферменти піруваткінази). Різні ізоформи одного Ф. можуть бути специфічні для різних органів і тканин або субклітинних фракцій. Як правило, багато Ф. присутні в тканинах в різних концентраціях і часто в різних ізоформах, хоча відомі і Ф. специфічні для певних органів.
Регуляція активності ферментативних реакцій різноманітна. Вона може здійснюватися за рахунок зміни факторів, що впливають на активність Ф. в т.ч. рН, температури, концентрації субстратів, активаторів і інгібіторів. Так звані аллостерічеськіє Ф. здатні в результаті приєднання до їх некаталітичні ділянкам метаболітів - активаторів і інгібіторів - змінювати стерическую конфігурацію білкової молекули (конформацію). За рахунок цього змінюється взаємодія активного центру з субстратом і, отже, активність Ф. Можлива регуляція активності Ф. за рахунок зміни кількості його молекул в результаті модуляції швидкості його біосинтезу або деградації, а також за рахунок функціонування різних ізоферментів.
Дослідження Ф. безпосередньо пов'язано з проблемами клінічної медицини. Широко використовуються прийоми ензимодіагностики (Ензимодіагностика) - визначення активності Ф. в біологічному матеріалі (крові, сечі, цереброспинальной рідини та ін.) Для діагностики різних захворювань. Ензимотерапія передбачає застосування Ф. їх активаторів та інгібіторів в якості лікарських препаратів. При цьому застосовують як нативні Ф. або їх суміші (наприклад, препарати, що містять травні ферменти), так і іммобілізовані ферменти. К. теперішнього часу відомо кілька сотень спадкових захворювань, обумовлених спадковими порушеннями (як правило, недостатністю) певних Ф. що призводить до дефектів обміну речовин (див. Хвороби накопичення, Глікогенози, Спадкові хвороби, Ферментопатії). Поряд зі спадковими дефектами Ф. ензімопатії (стійкі зміни Ф. органів і тканин, що призводять до розвитку патологічного процесу) спостерігаються при багатьох інших захворюваннях.
Принципи визначення ферментативної активності різноманітні і залежать від завдання дослідження властивостей ферменту і природи катализируемой їм реакції. Іноді перед визначенням активності проводять часткове виділення Ф. з тканини, яке може включати руйнування тканини і фракціонування. Методи кількісної оцінки ферментативних реакцій, як правило, зводяться до створення оптимальних умов для проведення реакції in vivo і реєстрації зміни концентрації субстрату, продукту або коферменту (безпосередньо в реакційній середовищі або шляхом відбору проб). Широко застосовуються спектрофотометричні, флюоріметріческіе, манометричні, поляриметричні, електродні, цито- і гістохімічні методи дослідження.