Горизонты энзимологии

ВГМА им. Н.Н. Бурденко

Реферат

по Биологической Химии на тему:

«История открытия ферментов»

Выполнила:

студентка группы Л-207

Москалёва Кристина

Преподаватель:

Золотухина В.Н.

Воронеж 2011

ВВЕДЕНИЕ

Ферме́нты

(от лат. fermentum — закваска) (энзимы), биологические катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Осуществляют превращения веществ в организме, направляя и регулируя тем самым его обмен веществ. По химической природе — белки. Ферменты обладают оптимальной активностью при определённых значениях рН, нередко наличии необходимых коферментов и кофакторов, отсутствии ингибиторов. Каждый вид ферментов катализирует превращение определённых веществ (субстратов), иногда лишь единственного вещества. Поэтому многочисленные биохимические реакции в клетках осуществляет огромное число различных ферментов.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Ещё в незапамятные времена, на заре возникновения цивилизации, люди в своей практической деятельности сталкивались с различными ферментативными процессами и использовали их для своих целей. Это спиртовое и молочнокислое брожение, применение сычуга для приготовления сыров, солода и плесневых грибов - для осахаривания продуктов.

Вероятно, первым, кто попытался создать общее представление о химических процессах в живом организме, был врач и ученый Парацельс, родившийся в Швейцарии в конце XV века. Несмотря на наивность (с современной точки зрения), взгляды Парацельса во многом были прогрессивными, так как для понимания жизненных явлений он пытался привлечь реальные силы природы. Именно с этих позиций ученый и его последователи подошли к рассмотрению сущности ферментации, давно известного понятия обозначавшего разного рода брожения, главным образом спиртовое и молочнокислое. В XVI и начале XVII века уже делались попытки рассматривать ферментации как химические процессы.

Василий Валентин (первая половина XVI века), и Андрей Либавий (1550-1616 годы) считали ферменты (или дрожжи) особым веществом, хотя и подчиняли его действия неким не материальным силам.

Другим последователем Парацельса был знаменитый голландский химик Иоганн Баптиста Ван- Гельмонт (577-1644 годы).

Опровергая Аристотеля, Галена и современную медицинскую науку, создал собственную теорию для объяснения явлений в живом организме. Он допускал в человеке два невещественных начала:

1) Archeus— жизненное начало, проникающее все тело, управляющее питанием, перевариванием пищи и противящееся болезням;

2) Duumvi r at — начало разумное, или собственно душа, имеющее место не в мозгу, но в желудке и печени.

Ван Гельмонт уделил много внимания вопросам пищеварения. В своей Origin of Medicine он спорит с современными для него воззрениями, согласно которым, пищеварение происходит за счёт тепла организма и спрашивает, каким образом тогда происходит пищеварение у хладнокровных животных? Его собственное мнение заключалось в том, что пищеварение — это идущий внутри тела, например, внутри желудка, химический процесс, важнейшую роль в котором играет химический реагент, названный им «ферментом» (от лат. fermentum «брожение»). Таким образом, Ван Гельмонт подошёл близко к современному пониманию роли ферментов при пищеварении. Ван Гельмонтом также предложены и описаны шесть различных стадий пищеварения.

Качественный скачёк в развитии учения о ферментациях произошёл в связи с исследованиями великого французского химика Антуана Лоран Лавуазье, совершившего переворот в химии и впервые внедрившего в химические исследования строгие количественные методы.

К концу XVIII века уже было известно, что встречаются химические процессы, протекающие с участием какого-то агента, без которого процесс практически не идёт. Французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр поставил опыты, чтобы выяснить механизм переваривания пищи в желудке хищных птиц. Он давал хищным птицам глотать кусочки мяса, заключенные в просверленную металлическую трубочку, которая была прикреплена к тонкой цепочке. Через несколько часов трубочку вытягивали из желудка птицы и выяснилось, что мясо частично растворилось. Поскольку оно находилось в трубочке и не могло подвергаться механическому измельчению, естественно было предположить, что на него воздействовал желудочный сок.

Это предположение подтвердил итальянский естествоиспытатель Ладзаро Спалланцани. В металлическую трубочку, которую заглатывали хищные птицы, Л.Спалланцани помещал кусочек губки. После извлечения трубки из губки выжимали желудочный сок. Затем нагревали мясо в этом соке, и оно полностью в нем " растворялось".

В XIX в. Луи Пастер, изучая превращение углеводов в этиловый спирт под действием дрожжей, пришел к выводу, что этот процесс (брожение) катализируется некой жизненной силой, находящейся в дрожжевых клетках. Луи Пастер доказал, что брожение есть процесс, тесно связанный с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счет бродящей жидкости. При выяснении этого вопроса Пастеру предстояло опровергнуть господствовавший в то время взгляд Либиха на брожение, как на химический процесс. Особенно убедительны были опыты Пастера, произведенные с жидкостью, содержащей чистый сахар, различные минеральные соли, служившие пищей бродильному грибку, и аммиачную соль, доставлявшую грибку необходимый азот. Грибок развивался, увеличиваясь в весе; аммиачная соль тратилась. По теории Либиха, надо было ждать уменьшения в весе грибка и выделения аммиака, как продукта разрушения азотистого органического вещества, составляющего фермент. Вслед за тем Пастер показал, что и для молочного брожения также необходимо присутствие особого "организованного фермента" (как в то время называли живые клетки микробов), который размножается в бродящей жидкости, также увеличиваясь в весе, и при помощи которого можно вызывать ферментацию в новых порциях жидкости.

Значительные успехи были достигнуты при изучении превращения крахмала в сахар. Решающая роль в этих исследованиях принадлежит работам петербургского академика Константина Сигизмунда Кирхгофа, которые открыли новую страницу в истории и химия ферментов. В начале XIX века было открыто немало химических реакций, среди них были и некоторые ферментативные реакции.

В 1836 году Теодор Шванн впервые обнаружил в желудочном соке фермент животного происхождения, названный им пепсином.

В настоящее время получены неопровержимые экспериментальные доказательства белковой природы ферментов.

Трудно сейчас представить, что не только Р. Вильштеттер еще в 1926 г. отрицал принадлежность ферментов к белкам или к какому-либо известному классу органических веществ, но и совсем недавно высказывались сомнения на этот счет.

ЭНЗИМОЛОГИЯ СЕГОДНЯ

Горизонты энзимологии.

В литературе появляются работы, в которых делаются попытки прогнозирования дальнейшего развития энзимологии на ближайшее десятилетие. Перечислим основные направления исследований энзимологии будущего.

Во-первых, это исследования более тонких деталей молекулярного механизма и принципов действия ферментов в соответствии с законами классической органической химии и квантовой механики, а также разработка на этой основе теории ферментативного катализа.

Во-вторых, это изучение ферментов на более высоких уровнях (надмолекулярном и клеточном) структурной организации живых систем, причем не столько отдельных ферментов, сколько ферментных комплексов в сложных системах.

В-третьих, исследование механизмов регуляции активности и синтеза ферментов и вклада химической модификации в действиеферментов. В-четвертых, будут развиваться исследования в области создания искусственных низкомолекулярных ферментов – синзимов (синтетические аналоги ферментов), наделенных аналогично нативным ферментам высокой специфичностью действия и каталитическойактивностью, но лишенных побочных антигенных свойств.

В-пятых, исследования в области инженерной энзимологии (белковая инженерия), создание «гибридных» катализаторов, сочетающих свойства ферментов, антител и рецепторов, а также создание биотехнологических реакторов с участием индивидуальных ферментов или полиферментных комплексов, обеспечивающих получение и производство наиболее ценных материалов и средств для народного хозяйства и медицины.

Наконец, исследования в области медицинской энзимологии, основной целью которых является выяснение молекулярных основ наследственных и соматических болезней человека, в основе развития которых лежат дефекты синтеза ферментовили нарушения регуляции активности ферментов.

Парцельс