Каждая из триллионов клеток вашего тела зависит от тысяч химических реакций. Химические реакции, происходящие внутри вашего тела, могут происходить в пробирке, но они будут происходить гораздо медленнее - слишком медленно, чтобы поддерживать деятельность живого организма.
Ферменты белки в живых организмах, которые помогают протекать химическим реакциям. На их способность функционировать и скорость, с которой они работают, влияет несколько факторов. Некоторые из этих факторов - это другие химические вещества.
Как работают ферменты
Химические реакции включают разрыв и образование связей между атомами. На разрыв связей между исходными химическими веществами - реагентами - требуется энергия. Это называется энергией активации. Ферменты - это белки, которые захватывают реагенты и ориентируют их таким образом, чтобы энергия активации была ниже. Реагенты также называют субстраты.
Фермент связывает субстраты в определенных местах, называемых активными сайтами. Активные сайты имеют такую форму, которая позволяет им прикрепляться к определенным субстратам. Связанный комплекс фермент-субстрат позволяет реагентам разорвать свои связи и образовать новые в продукте.
Затем продукт освобождается от фермента.
Химические вещества, способствующие химическим реакциям: кофакторы
Форма активного центра - это то, что позволяет ферментам работать. Если активный центр искажен, субстрат не будет связываться, и реакции не будет способствовать развитию реакции. Некоторые ферменты требуют, чтобы химические вещества, называемые кофакторами, приняли правильную форму.
Кофакторы могут быть в форме неорганических атомов или органических молекул. Примеры кофакторов включают ионизированный атом цинка, потерявший пару электронов, который необходим для фермента алкогольдегидрогеназа, используемого для метаболизма алкоголя.
Молекула никотинамидадениндинуклеотида является обычным органическим молекулярным кофактором и также называется кофермент. Он часто участвует в реакциях, требующих переноса атомов или ионов водорода. Коферменты и неорганические кофакторы могут быть необходимы для работы фермента, и если их недостаточно, общая скорость реакции будет низкой.
Химические вещества, способствующие химическим реакциям: субстраты
Каждый фермент выполняет одну определенную функцию. Фермент, который расщепляет молекулу фруктозы на две части, не может использоваться для высвобождения кислорода из красные кровяные клетки. Чтобы реакция произошла, должны присутствовать и фермент, и субстрат. Скорость реакции может быть ограничена нехваткой фермента или субстрата.
Другими словами, если в клетке много субстрата и мало фермента, добавление большего количества фермента увеличит скорость реакции. И наоборот, если фермента много, а субстрата мало, добавление субстрата увеличит скорость реакции. Однако добавление большего количества субстрата, когда субстрата много, а фермента мало (или добавление большего количества фермента в противоположной ситуации) не увеличит скорость реакции.
Более высокая скорость реакции
Фактическая скорость реакции, катализируемой ферментами, не меняется. То есть время от связывания субстрата до высвобождения продукта одинаково для каждого конкретного типа фермента. Когда говорят об ускорении действия фермента, подразумевают увеличение количества ферментов, активно участвующих в химических реакциях, так что общее количество реакций возрастает.
Например, если недостаточно цинк чтобы соответствовать всем конкретным типам ферментов, обрабатывающих ДНК, в клетке, тогда добавление большего количества цинка увеличит скорость реакции, позволяя активизировать большее количество ферментов.
То же самое с добавлением большего количества субстрата или большего количества фермента: действие ускоряется, позволяя большему количеству ферментов катализировать химические реакции, а не ускоряя какой-либо конкретный фермент.