Тема № 7. Ферменти
Коротка історія вчення про ферменти
Біосинтез і клітинна локалізація ферментів
Методи виділення і очищення ферментів
Загальні властивості ферментів
Хімічна природа ферментів
Коферменти. Простетичні групи
Ізоферменти
Механізм дії ферментів
Номенклатура і класифікація ферментів
Взаємозв’язок між ферментами
Ферменти в народному господарстві, медицині, ветеринарії і зоотехнії
Ферменти
Коротка історія вчення про ферменти
Ферменти (ензими) – це біологічні каталізатори білкової природи, які утворюються в живих клітинах і володіють здатністю прискорювати хімічні процеси в організмі. І.П. Павлов назвав ферменти істинними двигунами всіх життєвих процесів.
Історія біохімії в значній мірі є історією вивчення ферментів. Розвиток вчення про ферменти можна умовно розбити на декілька етапів. Перший етап охоплює період до XVII ст. і характеризується використанням ферментів в практичній діяльності людини (випічка хліба, виготовлення вин, різних сортів сиру, шкіри та ін.).
Другий етап включає період з XVII ст. до середини XIX ст. і зв’язаний з іменем Я.Б. ван Гельмонта, який вивчав бродіння цукристих речовин. Я.Б. ван Гельмонт запропонував і ввів у науку термін ферменти (від лат. fermentum – закваска). В 1814 р. російський вчений К. Кірхгоф у солоді відкрив амілазу, під впливом якої крохмаль перетворюється на мальтозу. В 1836 р. T. Шванн у шлунковому соку виявив пепсин. У 1862 р. О.Я. Данилевський з соку підшлункової залози виділив амілазу, ліпазу і трипсин. Ним і його учнями встановлена оборотність перебігу ферментативних реакцій.
Третій етап починається з другої половини XIX ст. і продовжується до 30-х років XX ст. У другій половині XIX ст. ферменти почали цікавити технологів і клініцистів. Виникла суперечка між Л. Пастером і Ю. Лібіхом відносно природи ферментів. Л. Пастер всі ферменти розділив на „організовані” і „неорганізовані”. До перших він відніс ферменти, які діють на субстрати в живих клітинах (наприклад, ферменти дріжджів, що викликають спиртне бродіння). До других були віднесені ферменти, які проявляли свою дію зовні клітин, які утворили їх (наприклад, пепсин в порожнині шлунку). Ю. Лібіх вважав, що всі ферменти можуть проявляти свою каталітичну дію як у середині клітин так і зовні них. Суперечка була вирішена російським лікарем M.M. Манасєїною в 1871 р. Вона отримала дріжджовий сік, який зброджує вуглеводи так само, як і дріжджові клітини. Досліди були підтверджені Е. Бухнером. Тим самим було доведено, що ферменти можуть функціонувати незалежно від клітинної структури.
Число відомих ферментів зростало. До кінця XIX ст. виникла необхідність в систематизації їх назв. Е. Дюкло запропонував при найменуванні ферментів до кореня слова, що означає субстрат, додавати суфікс – аза (наприклад, субстрат сахароза – фермент сахараза). Г. Бертран у 1897 р. виділив з молекул багатьох ферментів речовину, здатну до діалізу, кофермент, або коензим. С. Серенсен у 1909 р. прийшов до висновку, що активність будь-якого ферменту залежить від рН середовища. В цей час Е. Фішер створює перші уявлення про механізм дії ферментів і субстратів („ключ до замка”), А. Броун у 1902 р. приходить до висновку, що під час каталізу виникає фермент–субстратний комплекс. В. Анрі обґрунтовує цей висновок математично. Л. Міхаеліс і M. Ментан у 1913 р. створюють основи сучасної кінетики ферментативного каталізу.
Детально вивчається структура молекул ферментів. P. Вільштеттер встановлює одно- і двокомпонентні ферменти. В першому випадку молекула ферменту складається тільки з білка, в другому – з білкового носія – апофермента і небілкової групи – кофермента. Апоферменти і кофермент разом складають холофермент, або активний фермент. Дж. Самнер у 1926 р. виділяє перший фермент в кристалічному вигляді – уреазу. Його роботи успішно продовжує Д.X. Нортроп, який у 1930 р. виділяє кристалічний пепсин, у 1931 р. – трипсин та інші ферменти. З того часу починається четвертий етап в розвитку ферментології.
У ці роки вивчається структура молекул коферментів і реакції їх з’єднання з білковими носіями. О. Варбург і його учні вивчають структуру молекул дихальних ферментів, НАД і ФАД. Досліджується різноманіття функцій ферментів і деталі будови їх молекул. В.О. Енгельгардт і M.М. Любімова в 1939 р. встановлюють, що багато структурних білків (наприклад, міозин) можуть виконувати ферментативні функції. До 50 років XX ст. ферментологія стала одним з розділів біохімії. В цей час встановлено участь у ферментативних реакціях, як коферментів, багатьох вітамінів. У 1955 р. С. Очоа зі співробітниками здійснив синтез РНК під впливом ферменту полінуклеотидфосфорилази. В 1958 р. А. Корнберг виділив полімеразу, під впливом якої синтезується ДНК.
Сучасний етап в розвитку ферментології характеризується одним з блискучих досягнень учених-ферментологів – встановленням структури панкреатичної рибонуклеази (К. Хірс, С. Мур, В. Стейн, 1960). У 1976 р. X.Г. Корана синтезує ген з 196 нуклеотидів. За образним виразом В.Л. Кретовича, всі ці відкриття в області ферментології підвели завісу над найпотаємнішими таємницями живої матерії і розкривають блискучі перспективи для подальшого розвитку науки і застосування її досягнень на практиці.
