Главная >> Химия 10 класс. ГДЗ. Габриелян

Кислород- и азотсодержащие органические соединения и их природные источники

§ 19. Ферменты

• Ферменты. Ответы

С этими биологически активными веществами вы встречались не раз: и в курсе химии 8 класса, когда знакомились с ферментативным катализом, и в курсе биологии 9 класса, изучая пищеварительные ферменты. Поэтому определение понятия «ферменты» вам уже известно. Итак, повторим.

Сейчас химикам известно более 2000 ферментов. Все они обладают рядом специфических свойств, отличающих их от неорганических катализаторов.

Понятно, что, будучи по своей природе белками, ферменты должны иметь большие значения относительной молекулярной массы. Действительно, она может колебаться в пределах от 10⁵ до 10⁷.

Каждый фермент ускоряет только одну какую-либо реакцию или группу однотипных реакций. Эту их особенность называют селективностью (избирательностью действия). Она позволяет организму быстро и точно выполнить четкую программу синтеза нужных ему соединений на основе молекул, содержащихся в пище, или продуктов их превращений. Располагая большим набором ферментов, клетка разлагает молекулы белков, жиров и углеводов до небольших фрагментов (аминокислот, глицерина и жирных кислот, моносахаридов соответственно) и из них заново строит белковые и иные молекулы, которые будут точно соответствовать потребностям данного организма. Недаром великий русский физиолог, нобелевский лауреат И. П. Павлов назвал ферменты носителями жизни.

Специфичность, или избирательность, ферментов столь велика, что их сравнивают с ключом, который подходит только к одному замку. Ферменты, как правило, ускоряют однотипные реакции, и лишь немногие из них действуют только на одну-единственную реакцию.

В процессах обмена веществ, протекающих в живых организмах с помощью ферментов, большое значение имеет оптическая изомерия. Как вам известно из курса биологии, эти процессы идут при помощи белков-ферментов, молекулы которых хиральны. И так же, как нельзя натянуть левую перчатку на правую руку, так же невозможно заставить работать ферменты, если конфигурация катализируемого им оптического изомера не соответствует конфигурации активного центра фермента, а потому контакт между ними невозможен.

Этим и объясняется тот факт, что в живой природе хиральные соединения представлены, как правило, одной формой. На основании такого рода наблюдений Луи Пастер еще в 1860 г. подчеркивал: «Асимметрия молекулярного строения, быть может, образует единственную четкую границу, разделяющую химию живой и неживой природы».

Большинство ферментов обладает очень высокой эффективностью. Скорость некоторых ферментативных реакций может быть в 10¹⁵ раз больше скорости реакций, протекающих в их отсутствие. Такая высокая эффективность ферментов объясняется тем, что их молекулы в процессе «работы» очень быстро восстанавливаются (регенерируют). Типичная молекула фермента может регенерировать миллионы раз за минуту, например широко используемый в сыроделии фермент реннин способен вызывать коагуляцию (свертывание) белков молока в количествах, в миллионы раз превышающих его собственную массу. Этот фермент вырабатывается слизистой оболочкой особого отдела желудка жвачных животных — сычуга.

Многие ферменты обладают наибольшей эффективностью при температуре человеческого тела, т. е. приблизительно при 37 °С. Человек погибает, когда его температура ниже 35 °С и выше 42 °С, не столько из-за того, что его убила болезнь, а в первую очередь из-за того, что перестают действовать ферменты, а следовательно, прекращаются обменные процессы, которые и определяют сам процесс жизни.

Ферменты наиболее эффективно действуют на биохимическую реакцию при строго определенной среде раствора, при определенных значениях так называемого водородного показателя pH. Величина pH, как показано на схеме, характеризует кислотность и основность растворов и может принимать значения от 1,0 до 14,0.

Фермент желудочного сока пепсин наиболее активен при pH от 1,5 до 2,0 (сильнокислотная среда), каталаза крови — при pH, равном 7,0 (нейтральная среда), и т. д.

Кислотность или основность среды физиологических жидкостей определяет биологическую активность клеток организма, которая, в свою очередь, зависит от «работы» действующих в них ферментов (табл. 6). Каждая из физиологических жидкостей имеет определенное значение pH, и отклонение от нормы может быть причиной тяжелых заболеваний.

Ферменты играют важную роль и в проведении многих технологических процессов.

Их используют, например, в процессах приготовления пищи, в производстве пищевых продуктов и напитков (рис. 81), фармацевтических препаратов, моющих средств, текстиля, кожи и бумаги (табл. 7).

1. Какие вещества называют ферментами?

2. Каков механизм действия ферментов?

3. Сравните «работу» ферментов с действием неорганических катализаторов. В чем их особенности?

4. Почему при повышении температуры до 42 °С ферменты перестают «работать»? Что с ними при этом происходит?

5. Вспомните из курса биологии известные вам пищеварительные ферменты и расскажите об их «работе».

6. На основании информации таблицы 7, приведенной в параграфе, подготовьте сообщение об использовании ферментов на производстве.

7. Попросите у учителя полоску индикаторной бумаги и исследуйте значения pH слюны и мочи. В случае обнаружения отклонений от нормы немедленно обратитесь к врачу.

8. Проделайте дома такой опыт. Попробуйте поджечь в ложечке кусочек сахара. У вас ничего не получится: сахар будет плавиться, дымить, обугливаться, но не загорится. Если же на кусочек сахара поместить немного свежего сигаретного пепла (не вздумайте курить сами — пусть за вас это сделают заядлые курильщики) и поджечь, кусочек сахара загорится ровным синеватым пламенем. Дайте объяснение наблюдаемого явления. Как этот опыт связан с темой «Ферменты»?

• Ферменты. Ответы