Aliens

Fermenti, enzīmi, fermentoloģija

No  latīņu vārdiem fermentum ("ieraugs") un fermentare - "raudzēt."
Enzīmi - en ("iekšpus" - grieķu val.) + zymē ("ieraugs" - grieķu val.).

Specifiskas katalītisku īpašību olbaltumvielas, kas ir dzīvnieku un augu organismos un kas paātrina tajos notiekošos ķīmiskos procesus ar biokatalīzes palīdzību.

Fermentiem ir ļoti svarīga nozīme vielmaiņā, tie veic biosintēzi, kā arī regulē visus vielmaiņas procesus. Tie ir visos dzīvajos organismos

Osmotrofajā barošanas tipā gremošanas fermenti izdalās apkārtējā vidē un sagremotas organiskas vielas tiek iesūktas šūnās.

Vēsture. L.Pastēra (Francija) un E.Būhnera (Vācija) veiktā fermentācijas procesu pētniecība lika pamatus fermentoloģijai.
Kā pirmo fermentu kristāliska veidā ieguva ureāzi un pierādīja, ka tā ir olbaltumviela, Dž.Samners (ASV) 1926.gadā.

Fermentu darbība. Raksturīga fermentu īpašība ir darbības efektivitāte un specifiskums. Apoferments nosaka fermentu specifisko iespēju iedarboties tikai uz noteiktu savienojumu (substrātu) vai uz dažām pēc savas ķīmiskās struktūras radniecīgām vielām, bet koferments katalizējamā reakcijā visbiežāk pārnes atsevišķus atomus vai atomu grupas. Sunstrāta saistīšanai fermenta molekulā ir īpašs aktīvais centrs - telpiski satuvinātas aminoskābju atlikumu funkcionālās grupas ar paaugstinātu reakcijas spēju. Daļai fermentu aktīvais centrs ir olbaltumvielu fragments, bet citiem fermentu katalīzes spēja rodas pēc kofermenta pievienošanas. Reakcijā rodas nestabils fermenta un substrāta komplekss, kas sadalās, veidojot reakcijas galaproduktu un atbrīvojot nemainītu fermentu, kurš spēfīgs darboties atkārtoti.
Fermentu darbība ir atkarīga no vides reakcijas, temperatūras, reāģējošo vielu koncentrācijas. Temperatūrā, kas augstāka par 37oC, vairums fermentu zaudē savu aktivitāti. Fermentu darbību ietekmē arī vairākas ķīmiskās vielas: dažas no tām palielina aktivitāti (aktivatori), bet citas samazina (inhibitori). Aktivatori ir galvenokārt metālu joni (Ca2+, Mn2+, Mg2+), bet inhibitori ir vielas (piemēram, zilskābe, tvana gāze), kas ķīmiski saista fermentu aktīvos centrus.
Fermenti var darboties arī ārpus organisma.  

Fermenti uz bioloģiskās membrānas. Šūnas bioloģiskā membrāna darbojas kā matrice, uz kuras noteiktā kārtībā sakārtoti fermenti. Šāda fermentu sistēma darbojas mitohondrijos un hloroplastos un nodrošina elektronu pārnesi t.s. elektronpārneses ķēdēs. Saskaņā ar Mičela ķīmiski osmotiskās pārneses modeli elektronu pārnese fermentu ķēdē ir saistīta ar vienlaicīgu protonu pārnesi caur membrānu. 

Acetilholīns sintezējas no holīna un etiķskābes fermenta holīnacetilāzes ietekmē.

Acetilholīnu noārda holīnesterāze.

Fermentu uzbūve. Pazīstami vairāki tūkstoši fermentu. daudzi no tiem izdalīti no dzīvajām šūnām un iegūti kristāliskā veidā.
Vienkāršo fermentu - pepsīna, tripsīna u.c. sastāvā ietilpst tikai olbaltumvielas, bet saliktajos fermentos bez olbaltumvielām (t.s. apofermentiem) ietilpst arī mazmolekulāri neolbaltumvielu dabas savienojumi - kofermenti, piemēram, vitamīnu atvasinājumi, glutations.

Fermentu kinētika. Pētniecības nozare, kas pēta fermentatīvo reakciju ātrumu, tā atkarību no temperatūras, reaģējošo vielu koncentrācijas u.c. faktoriem. Tā nosaka fermentatīvo reakciju virzību, stadiju skaitu un secību, pēta reakcijas starpproduktu veidošanos, fermentu darbības kavēšanu un aktivēšanu, kofermentu lomu. balstoties uz kinētiskajiem pētījumiem, tiek izdarīti secinājumi par fermentu darbības mehānismu.

Pēc katalizējamās reakcijas tipa fermentus iedala  6 klasēs:
      -  oksidoreduktāzes, katalizē oksidēšanās un reducēšanās reakcijas;
      -  transferāzes, katalizē funkcionālo grupu pārnesi;
      -  hidrolāzes, katalizē dažādu savienojumu hidrolītisku šķelšanu;
      -  liāzes, katalizē nehidrolītiskas šķelšanās un pievienošanās reakcijas;
      -  izomerāzes, katalizē izomerizācijas reakcijas;
      -  ligāzes, katalizē reakcijas, kas saistītas ar ķīmisko saišu veidošanos.

Fermentu izmantošana. Tos plaši izmanto vielmaiņas procesu pētīšanā, eksperimentālajā un klīniskajā medicīnā slimību diagnosticēšanai un ārstēšanai, ķīmiskajā, pārtikas un vieglajā rūpniecībā, dažādu vielu sintēzei un pārveidošanai. Perspektīva ir imobilizēto fermentu izmantošana.

Latvijā ar fermentu pētīšanu nodarbojas ZA Mikrobioloģijas institūtā, Organiskās sintēzes institūtā, Rīgas Medicīnas institūtā.

Fermentu nosaukumus visbiežāk veido pēc substrātiem, kuru pārvēršanu tie veicina: vielas latīniskā nosaukuma saknei pievieno galotni "-āze," piemēram, fermenti, kas hidrolizē celulozi, nosaukti par "celulāzēm." Daļai fermentu ir t.s. triviālie (darba) nosaukumi, piemēram, pepsīns, tripsīns. 

      Amīnoksidāzes.
      Citohroms.

Hidrolāžu klase.
      Celulāze.
      Esterāzes.

Oksidoreduktāžu klase.
      Citohromoksidāze.
      Citohromreduktāzes.

      Holīnacetilāze. Palīdz acetilholīna sintēzē.
      Holīnesterāze. Noārda acetilholīnu.
      Kaspāzes.
      Luciferāze.
      Proteolītiskie fermenti. To uzdevums ir iznīcināt savu laiku nodzīvojušās olbaltumvielu molekulas.
      Telomerāzes.
      Ureāze.

Noteiktos apstākļos fermenti var darboties arī ārpus organisma - alus un vīna raudzēšanā, maizes cepšanā, ādu apstrādē. 

Raksti.
Sens ferments apstiprina hipotēzi par dzīvības izcelšanos karstajos avotos.

Saites.
Biokatalīze.
Fermentu preparāti.
Olbaltumvielas, proteīni.
Bioķīmija un bioķīmiķi.