Лабораторна робота № 2

Тема. Вивчення властивостей ферментів.

Мета: виявити наявність ферментів у живих клітинах, довести каталітичну дію білків-ферментів на хімічні процеси в клітині. Обладнання: штатив з пробірками, 3% розчин пероксиду гідрогену, водяна баня, лабораторні стекла, тканини рослин (шматочки сирої й вареної картоплі) і тварин (шматочки сирого і вареного м'яса чи риби), пісок, ступка, дистильована вода, фільтрувальний папір.

Хід роботи

І . Теоретична частина

Ферменти (від латинського слова ( fermentum - закваска, бродіння) - це білки, що мають каталітичну активність, утворюються й функціонують у всіх живих ор­ганізмах. Вони в мільйон разів прискорюють різноманітні хімічні перетворення із яких складається обмін речовин.

Усі фізіологічні процеси живих організмів — дихання, травлення, скорочення м'язів, фотосинтез та інші здійснюються за допомогою ферментів.

Під дією різних ферментів складові компоненті їжі: білки, жири та вуглеводи розщеплюються до більш простих сполук, з яких потім в організмі синтезуються нові макромолекули.

У будь-якій живій клітині містяться тисячі ферментів, і кожний з них регу­лює певну хімічну реакцію.

Ферменти як біологічні каталізатори мають такі основні властивості:

• усі ферменти являють собою глобулярні білки;

• більшість має четвертинну структуру;

• вони прискорюють швидкість реакції, але самі у цій реакції не витрача­ються;

• дуже мала кількість ферменту викликає перетворення великої кількості субстрату;

• активність ферменту залежить від рН (показник концентрації іонів Гідргену), температури, тиску, наявності активаторів та інгібіторів, від концентрації як субстрату, так і самого ферменту;

• для ферментів характерна висока специфічність дії, тобто один фермент каталізує лише одну реакцію;

• робота ферментів як біокаталізаторів керована;

• ферменти значно ефективніші (у 104—109 разів) небіологічних каталізаторів.

Так, одна лише молекула каталази завдяки тому, що має високу окислювальну здатність, навіть при 0°С може розщепити за секунду до 40 молекул пероксиду гідрогену (Н₂О₂), що утворюється як побічний продукт обміну речовин і є ток­сичним для клітини: (2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂↑ );

9) ферменти забезпечують одну з головних властивостей біологічних процесів - ступінчастість.

Після завершення реакції він розпадається на продукти реакції та вільний фермент.

У контакт із субстратом вступає дуже невелика частина молекули — активний центр, який складається з 3—12 амінокислот. Його структура ідеально співпадає з будовою субстрату. Зараз відомо приблизно 2 тис. ферментів. У залежності від типу реакції, яку він каталізує, ферменти розділяються на 6 класів:

1) оксиредуктази, що каталізують окислювально-відновлювальні реакції (каталаза, алкогодьдегідрогеназа);

2) трансферази — переносять різні групи: метальні, аміно - фосфогрупи (протеїн-кіназа);

3) гідролази — здійснюють гідроліз хімічних зв'язків розщеплення за участю води (амілази, протеази);

4) ліази — ферменти, що прискорюють відщеплення від страту різних груп (NН₃, СО₂, Н₂О та інші) (фумараза).

5) лігази — ферменти, які прискорюють синтез зв'язків у біологічних молекулах за участь донорів енергії, наприклад АТФ (ДНК-лігаза);

6) ізомерази — каталізують перетворення ізомерів одне в одного (глюкоізомераза).

Порушення діяльності ферментів веде до виникнення тяжких захворювань або смерті. Так, спадкова аномалія розумового розвитку дітей (галактоземія) пов'язана з відсутністю в їхньому організмі одного з ферментів обміну вуглеводу, внаслідок чого хворі діти не можуть засвоїти молочний цукор.

Ферменти зберігають свої властивості й за межами організму, тому їх успішно використовують у різних галузях промисловості — хлібопекарній, пивоварній, фармакологічній, хімічній та інших. В останні роки добуті іммобілізовані ферменти (тобто зв'язані з твердими носіями — целюлозою, глиною, полімерними

матеріалами). Вони стійкі та придатні для багаторазового використання в промислових установках. За їх допомогою отримують ліки та складні хімічні сполуки, не забруднюючи навколишнього середовища, тому що в живих організмах хімічні ферментно-каталітичні реакції відбуваються за низьких температур і тиску, не потребують реактивів, що отруюють довкілля. Наприклад, виноградний цукор (глюкозу) можна добути кип'ятінням клітковини (целюлози) у сульфатній кислоті, І а при додаванні ферменту реакція йде швидше, навіть за температури 37° С.