ФЕРМЕНТЫ, или ЭНЗИМЫ — это еще одна разновидность белков, которые нам жизненно необходимы. Они бывают очень разными, находятся в разных клетках или даже в полостях нашего тела (таких, как рот или желудок), работают с самыми разными веществами. Объединяет их функция: найти какую-нибудь молекулу и раскусить ее на части. Или наоборот: взять пару молекул и слепить из них одну, новую.
В отсутствии живых существ или производимых ими ферментов разные объединения-разрушения молекул протекают с неспешной плавностью. Например, сахар может спокойно лежать на полке годами (если до него не добираются какие-нибудь мыши, а ты до полки не достаешь, потому что еще маленькая), и ничего ему не будет (мышам — тоже). Но если ты подтащила стул, дотянулась до полки и засунула сахар в рот, то твой дорвавшийся до сладкого организм тут же начнет его расщеплять. Молекулы сахара будут безжалостно разорваны, в результате чего:
1. выделится углекислый газ — СО2 (теперь ты знаешь, кто виноват во всемирном потеплении)
2. выделится вода — Н2О (главное — успеть добежать)
3. выделится энергия, которую твой организм захватит и употребит на самые разные штуки. Ведь для того, чтобы двигаться, думать, видеть, визжать… да вообще для любого твоего действия нужна энергия.
Или те же самые СО2 и Н2О могут спокойно летать в воздухе, сталкиваясь и разлетаясь, и никогда не стать чем-то иным. Но если их захватит какой-нибудь зеленый лист, он тут же прекратит это бесцельное парение и сделает из них что-нибудь нужное. Например, молекулу, которую встроит в клеточную стенку.
И в твоем организме, и в растении эти превращения происходят в результате деятельности ферментов. Если просто сказать, что ферменты отвечают за протекание химических реакций со скоростью, на несколько порядков превышающей скорость той же реакции в их отсутствие, это не вызовет падения челюсти. А вот если уточнить, что среднее ускорение реакций с помощью фермента находится в промежутке от десяти тысяч раз до десяти в восемнадцатой степени раз.. Десять в восемнадцатой степени — это единица с восемнадцатью нулями. Вот во столько раз присутствие фермента ускорит какую-нибудь реакцию — в миллиард миллиардов раз. Можешь подбирать челюсть, она тебе еще пригодится.
На картинке к посту фермент присоединяет к себе и моментально расщепляет молекулу, которая в противном случае, без вмешательства фермента, еще долго плавала бы в таком виде и не приносила бы пользу клетке.
Сначала молекула притягивается к ферменту и попадает в ямку, имеющую ту же форму, что и форма молекулы. Почему она притягивается? Потому что молекулы на разных своих частях имеют очень небольшие по нашим меркам, но весьма существенные для них электрические заряды. И фермент устроен так, чтобы не только форма ямки, но и электрические заряды в ней идеально подходили к притягиваемой молекуле: если какая-то выпуклость молекулы имеет положительный заряд, то ей соответствует впуклость ямки фермента, имеющая отрицательный заряд.
После попадания молекулы в ямку обнаруживается, что все-таки ямка не совсем идеально соответствует форме молекулы. Если бы соответствие было идеальным, молекула бы просто засела в ямке и успокоилась, и фермент бы ее никогда не отпустил. Но так как что-то где-то неудобно торчит, или заряды каких-то участков молекулы и фермента начинают конфликтовать (ты когда-нибудь пробовала поднести два сопротивляющихся магнита одинаковыми полюсами друг к другу? Вот и тут возникает отталкивающая сила, если в каких-то местах заряды одноименные), и молекула с ферментом пытаются извернуться так, чтобы это исправить.
Фермент обычно гораздо крупнее и стабильнее молекулы, так что в основном изгибается именно последняя. И за счет этого изгиба она в итоге расщепляется на два куска. В момент изгиба соответствие молекулы ямке было идеальным, но такой выверт был слишком неудобным для молекулы, поэтому она и расщепилась. Опять же — если бы она могла так вывернуться и не развалиться, то никакой химической реакции бы не произошло, никакой выгоды живому существу бы от такого соединения молекулы и фермента не было. А значит, такие недостаточно изгибающие молекулы ферменты не выдерживают естественный отбор, а выживают те, которые успешно разрывают молекулы в нужных местах.
После этого расщепления отдельные куски молекулы обнаруживают, что теперь они совсем не подходят к ямке фермента, поэтому они оттуда быстро вываливаются. Дальнейшая их судьба зависит от того, что за куски получились: они могут быть подхвачены другими ферментами и расщеплены на еще более мелкие куски, или использованы как составные части для построения других молекул. Или вообще выведены из организма как ненужные.
Созданием или СИНТЕЗОМ сложных молекул из нескольких частей тоже занимаются ферменты, с похожим способом действия: есть ямка в ферменте, куда удобно угнездиваются пара молекул, и фермент их так притискивает друг к другу, что они объединяются в одну, более крупную молекулу.
Это объяснение предельно упрощенное, и в нем не учитывается расход или выделение энергии. Пока достаточно знать, что на расщепление или создание молекул фермент может тратить запасенную клеткой энергию. А некоторые ферменты наоборот участвуют в запасании энергии, добывая ее в процессе расщепления молекул.
То, что наши клетки вообще-то работают с энергией, тратя ее или создавая, не означает что мы все биороботы. Или означает?… Это неотъемлемое свойство живых организмов, и чем больше ты будешь узнавать о клеточных процессах, тем более привычными будут становиться такие вещи. Привычными — но не менее удивительными.
Прямо сейчас для того, чтобы ты могла прочитать и понять этот текст, в твоих клетках разрезаются бесчисленные молекулы, энергия, выделяющаяся при их распаде, улавливается и направляется на поддержание твоих психических процессов и на их физическое выражение. Например, на создание новых связей между нейронами в мозге, которые позволят тебе запомнить слово «фермент».
Деятельность ферментов по ускорению реакций синтеза или распада обозначается словом КАТАЛИЗ, а сам фермент при этом называется КАТАЛИЗАТОРОМ, то есть «ускорителем». Характерная особенность катализаторов состоит в том, что они, осуществляя такие сложные химические реакции, сами по себе в итоге остаются неизменными и могут работать очень и очень долго. Выпустивший расщепленную молекулу фермент возвращается в прежнюю конфигурацию и готов обрабатывать следующую молекулу.
Например, всем известные ВИТАМИНЫ являются такими катализаторами, без которых мы жить не смогли бы — так безнадежно сильно замедлились бы жизненно важные процессы в организме. И поскольку ты теперь знаешь, что при осуществлении катализа сами катализаторы почти не тратятся, ты можешь сделать простой вывод: не надо бездумно жрать витамины. Организму их надо столько, сколько надо, а не больше, и излишнее их поглощение способно даже отравить наше тело.