Fermentas yra apibrėžiamas kaip makromolekulė, katalizuojanti biocheminę reakciją. Esant šios rūšies cheminei reakcijai, pradinės molekulės yra vadinami substratais. Fermentas sąveikauja su substratu, paverčiant jį nauju produktu. Dauguma fermentų yra įvardijami derinant substrato pavadinimą su -azės priesaga (pvz., Proteazė, ureazė). Beveik visos organizme vykstančios metabolinės reakcijos priklauso nuo fermentų, kad reakcijos vyktų pakankamai greitai, kad būtų naudingos.
Chemikalai vadinami aktyvatoriai gali sustiprinti fermentų aktyvumą, tuo tarpu inhibitoriai sumažėja fermentų aktyvumas. Fermentų tyrimas yra vadinamas enzimologija.
Fermentams klasifikuoti naudojamos šešios plačios kategorijos:
- Oksidoreduktazės - dalyvauja elektronų perdavime
- Hidrolazės - suskaido substratą hidrolizės būdu (paimdama vandens molekulę)
- Izomerazės - perkelkite grupę molekulėje, kad susidarytumėte izomerą
- Ligazės (arba sintetazės) - sujungia pirofosfato jungtį branduolyje ir susiformuoja naujos cheminės jungtys.
- Oksidoreduktazės - veikia perduodant elektronus
- Transferazės - perkelkite cheminę grupę iš vienos molekulės į kitą
Kaip veikia fermentai
Fermentus veikia sumažinant aktyvacijos energiją reikėjo pasidaryti cheminė reakcija atsirasti. Kaip ir kiti katalizatoriai, fermentai keičia reakcijos pusiausvyrą, tačiau jie nėra sunaudojami proceso metu. Nors dauguma katalizatorių gali veikti daugybę skirtingų tipų reakcijų, pagrindinis fermento bruožas yra tas, kad jis yra specifinis. Kitaip tariant, fermentas, katalizuojantis vieną reakciją, neturės jokios įtakos kitai reakcijai.
Dauguma fermentų yra kamuoliniai baltymai, daug didesni už substratą, su kuriuo jie sąveikauja. Jų dydis svyruoja nuo 62 aminorūgščių iki daugiau nei 2500 aminorūgščių liekanų, tačiau katalizėje dalyvauja tik dalis jų struktūros. Fermentas turi tai, kas vadinama aktyvi svetainė, kuriame yra viena ar daugiau rišamųjų vietų, kurios orientuoja substratą teisinga konfigūracija, taip pat a katalizinė vieta, kuri yra molekulės dalis, mažinanti aktyvacijos energiją. Likusi fermento struktūros dalis pirmiausia veikia aktyviąją vietą substratas geriausiu būdu. Taip pat gali būti alosterinė svetainė, kur aktyvatorius arba inhibitorius gali jungtis ir sukelti konformacijos pokyčius, turinčius įtakos fermento aktyvumui.
Kai kuriems fermentams reikia papildomos cheminės medžiagos, vadinamos a kofaktorius, kad vyktų katalizė. Kofaktorius gali būti metalo jonas arba organinė molekulė, tokia kaip vitaminas. Kofaktoriai gali silpnai arba stipriai jungtis su fermentais. Kviečiami sandariai surišti kofaktoriai protezavimo grupės.
Du paaiškinimai, kaip fermentai sąveikauja su substratais, yra „užrakto ir rakto“ modelis, kurį pasiūlė Emilis Fišeris 1894 m., ir sukeltas tinkamumo modelis, kuris yra spynos ir rakto modelio, kurį 1958 m. pasiūlė Danielis Koshlandas, modifikacija. Spynos ir raktų modelyje fermentas ir substratas yra trimatės formos, kurios tinka viena kitai. Sukurtas tinkamumo modelis rodo, kad fermento molekulės gali pakeisti savo formą, priklausomai nuo sąveikos su substratu. Šiame modelyje fermentas ir kartais substratas keičia savo formą, nes jie sąveikauja, kol aktyvioji vieta yra visiškai susirišusi.
Fermentų pavyzdžiai
Yra žinoma, kad fermentai katalizuoja daugiau nei 5000 biocheminių reakcijų. Molekulės taip pat naudojamos pramonėje ir buities gaminiuose. Fermentai naudojami alaus virimui, vyno ir sūrio gaminimui. Fermento trūkumas yra susijęs su kai kuriomis ligomis, tokiomis kaip fenilketonurija ir albinizmas. Čia yra keletas įprastų fermentų pavyzdžių:
- Seilėse esanti amilazė katalizuoja pradinį maisto angliavandenių virškinimą.
- Papainas yra įprastas fermentas, randamas mėsos minkštiklyje, kur jis suardo baltymų molekules laikančias jungtis.
- Fermentai randami skalbinių plovikliuose ir dėmių valikliuose, kurie padeda suskaidyti baltymų dėmes ir ištirpinti aliejus ant audinių.
- DNR polimerazė katalizuoja reakciją, kai kopijuojama DNR, tada patikrina, ar naudojamos teisingos bazės.
Ar visi fermentai yra baltymai?
Beveik visi žinomi fermentai yra baltymai. Vienu metu buvo manoma, kad visi fermentai yra baltymai, tačiau buvo atrastos tam tikros nukleino rūgštys, vadinamos katalitinėmis RNR arba ribozimais, turinčios katalizinių savybių. Dauguma laiko studentai studijuoja fermentus, jie iš tikrųjų tiria fermentus baltymų pagrindu, nes labai mažai žinoma apie tai, kaip RNR gali veikti kaip katalizatorius.