Ферменты — это особые вещества белковой природы, которые присутствуют в клетках и тканях всех без исключения живых организмов. Их роль — во много раз ускорять идущие в организмах химические реакции. Они работают как катализаторы — присутствуя в небольших количествах взаимодействуют с реагирующими соединениями, но в состав образовавшихся продуктов не входят и по окончании реакции остаются неизмененными. Ферменты катализируют большую часть биохимических реакций, которые идут в организме, и играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности. Именно они направляют и регулируют обмен веществ и энергии в организмах всех живых существ любого уровня развития. Действие ферментов обеспечивает все функции живых организмов — дыхание, размножение, передачу нервного импульса, мышечное сокращение и многое, многое другое; они участвуют в синтезе, многочисленных превращениях и распаде белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов и других соединений. Жизнь без них невозможна.
Исследования Кирхгофа
Впервые открыл действие фермента российский химик К. Г. С. Кирхгоф в 1814 г. Он работал с близким нам объектом — с проростками ячменя и описал ферментативное действие водных вытяжек из проросшего ячменя, которые расщепляли крахмал до сахара. Именно эти работы положили начало науке энзимологии (ферментологии). Исследования Кирхгофа легли в основу одного из первых промышленных каталитических процессов получения патоки и глюкозы из крахмала.
В расщеплении запасных питательных веществ, которые содержатся в семенах, принимают участие ферменты, относящиеся к классу гидролаз. Эти ферменты катализируют реакции, которые идут с использованием воды (вы уже знаете, что без воды прорастание невозможно). Гидролазы расщепляют сложные органические соединения белков, жиров и углеводов, присоединяя по месту разрыва элементы молекулы воды (Н>+ и ОН>−). Содержатся они во всех живых организмах. Относящиеся к этому классу ферментов протеазы расщепляют белки и пептиды на аминокислоты, у человека они связаны с работой желудочно-кишечного тракта. Липазы расщепляют жиры с образованием жирных кислот и глицерина, у человека эти ферменты содержатся в поджелудочной железе, функционируют в кишечнике и желудке. Амилазы катализируют гидролиз резервных полисахаридов, превращая их в простые сахара. У высших растений такие ферменты обнаружены в прорастающих семенах, у человека и животных амилазы содержатся в слюне и соке поджелудочной железы. Таким образом, ферменты класса гидролаз работают и в организме растений, и в организме человека.