1.5. Ферменты, играющие роль катализаторов в живых клетках, управляют сложно организованной сетью химических реакций
Клетки могут функционировать как химические машины благодаря присутствию в них ферментов - катализаторов, способных в значительной мере ускорять различные химические реакции без сколько-нибудь заметного потребления их самих.
Рис. 1-5. Ферменты во много раз повышают скорость определенных химических реакций.
Ферменты - это высокоспециализированные белки, синтезируемые в клетке из простых строительных блоков - аминокислот. Каждый тип ферментов служит катализатором химической реакции только какого-то одного типа; поэтому обмен веществ в любой клетке осуществляется при участии нескольких сотен различных типов ферментов.
Ферменты намного превосходят те катализаторы, которые синтезируют в лаборатории химики, так как они обладают значительно более высокой специфичностью и эффективностью каталитического действия, а также способны работать в относительно мягких условиях при умеренной температуре и физиологической концентрации водородных ионов. В присутствии ферментов за какие-то секунды протекают сложные последовательности реакций, для проведения которых в химической лаборатории потребовались бы дни, недели или месяцы работы. Кроме того, реакции, катализируемые ферментами, идут со 100%-ным выходом и без образования побочных продуктов. В то же время известно, что реакции, которые проводят в лаборатории химики-органики, почти всегда сопровождаются образованием одного или нескольких побочных продуктов.
Рис. 1-6. Ферменты часто катализируют последовательно протекающие химические реакции.
Поскольку каждый фермент способен ускорять лишь какую-то одну цепь реакций данного соединения, не влияя на другие возможные реакции с его участием, в живой клетке может одновременно протекать множество различных химических реакций; при этом не возникает никакой опасности, что клетка погрязнет в месиве бесполезных побочных продуктов.
Сотни протекающих в клетке химических реакций, катализируемых ферментами, организованы в виде множества различных последовательностей идущих друг за другом реакций. Такие последовательности могут состоять из нескольких реакций - от 2 до 20 и более. Одни из этих последовательностей ферментативных реакций приводят к расщеплению органических пищевых продуктов на более простые соединения, причем в процессе такого расщепления из них извлекается химическая энергия. Другие последовательности реакций, требующих затраты энергии, начинаются с малых молекул - предшественников, которые постепенно соединяются друг с другом и образуют крупные и сложные макромолекулы. Все эти цепи взаимосвязанных ферментативных реакций, составляющих в совокупности клеточный метаболизм, имеют множество узловых точек.
