Ферментативный катализ. Строение ферментов и механизм их действия.

Оглавление

Введение……………………………………………………………………3

Ферменты: общая характеристика………………………………………..5

Структурно – функциональная организация ферментов………………..9

Механизмы специфичности ферментов…………………………………11

Ферментативный катализ………………………………………………...13

Факторы влияния на активность фермента в реакции…………………16

Применение ферментативного катализа………………………………...23

Ферментативный катализ в аналитической химии……………………..25

Ферментативный катализ в XXI веке……………………………………28

Список использованных источников……………………………………32

Введение

Основу всех жизненных процессов на Земле составляют тысячи химических реакций, катализируемых веществами биологического происхождения. Их называют ферментами (от латинского fermentum – закваска), или энзимами (от греческого en – «в» и zume – «закваска») или, просто биокатализаторами. Значение ферментов точно и образно определил И.П.Павлов, назвав их "возбудителями жизни". Жизнедеятельность организмов представляет собой одновременное и согласованное функционирование огромного количества ферментов, их ассоциатов и комплексов в различных клетках, тканях и органах организма, которые осуществляют метаболические преобразования и преобразуют энергию, создавая в результате своего функционирования необходимые метаболиты, силы и потоки [1, стр.5].

Процесс ускорения химических реакций под действием ферментов называют ферментативным катализом. Используется ферментативный катализ человечеством тысячи лет, задолго до появления самого понятия «катализ». Получение молочнокислых продуктов, сыра, приготовление теста, вина, красителей и других продуктов включало применение ферментативных процессов. Технология этих процессов передавалась из поколения в поколение и была эмпирически отработана до совершенства. Считают, что в эволюции жизни и появлении сложных биологических систем (включая человека) важную роль сыграл ферментативный катализ [1, стр.13].

В настоящее время процессы ферментативного катализа представляют большой интерес для решения ряда научных и практических задач. Уникальные свойства ферментов, способных катализировать химические превращения в мягких условиях с высокой степенью субстратной специфичности определили их применение во многих технологических и аналитических процессах, например в пищевой промышленности, фармацевтике, медицине, при создании биосенсоров, в процессах тонкого органического синтеза. Однако использование свободных ферментов имеет ряд ограничений, связанных как с высокой стоимостью и лабильностью структуры, так и с трудностями удаления ферментов из реакционной среды. С этой точки зрения более экономичным и технологичным способом проведения биокатализа является применение гетерогенных биокатализаторов, то есть ферментов, иммобилизованных на поверхности твердой фазы [2].

Ферментативные процессы являются основой биотехнологических производств любой сложности. Биохимические преобразования под управлением ферментов определяют как спектр получаемых продуктов реакций, так и эффективность биотехнологического производства в целом. Сознательное управление сложными метаболическими процессами, определяющими эффективность конкретного производства, требует от биотехнолога как четкого понимания структурно-функциональной организации ферментов, знания механизмов ферментативного катализа, так и владения основами феноменологического анализа кинетики ферментативных реакций [3].

Каталитические реакции составляют важную часть процессов «зеленой» химии. Действительно, катализатор используется в небольших количествах, обычно регенерируется, при этом применение катализатора часто позволяет существенно улучшить производительность и селективность процесса. Среди химических процессов, модифицированных по законам «зеленой» химии, очень важным является применение биокатализаторов в химических процессах [4].