Понятие и биологическая роль ферментов
· теоретическую, строящей математические модели этих процессов;
· техническую, применяющую модели теоретической биомиметики для решения инженерных задач.
В Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке уже найдены биомиметические подходы к ферментативной фиксации азота, анаэробного окислениюя алканов (метана в метанол) и фотоокислению воды с получением кислорода (именно это делают растения в процессе фотосинтеза).
Лакокрасочное изделие Lotosan выпускаемое в Германии отличается высокой стойкостью к загрязнениям. Идея была почерпнута у цветков лотоса, растущих в болотистых районах, и, несмотря на это, сохраняющих свою белизну. Оказалось – дело в микроскопических шипах, покрывающих поверхность цветка. Они не дают частицам задерживаться на лепестках и позволяют дождевой воде легко их смывать. В настоящее время разработчики бьются над создания легких, эластичных и прочных (в 5 раз прочнее стали) материалов на основе паутины. Идеология биомиметики прочно заняла свое место в различных дисциплинах - инженерном деле, химической технологии, нанотехнологии и многих других. Учёные попытаются найти химические аналоги ферментов и на их основе создать новые промышленные процессы. И это процесс со временем будет только набирать силу.
Заключение
В данной работе рассмотрено одно из биологически активных веществ, а именно - ферменты. Ферменты являются биологическим катализатором белковой природы, ускоряющим химические реакции в живых организмов и вне их. Ферменты обладают уникальными свойствами, которые отличают их от обычных органических катализаторов. Это, прежде всего, необычно высокая каталитическая активность. Другое важнейшее свойство ферментов - это избирательность их действия.
Важным свойством ферментов, которое необходимо учитывать при их практическом пользовании, является стабильность, т.е. их способность сохранять каталитическую активность.
Благодаря высокой специфичности ферментов в организме не воцаряется хаос: каждый фермент выполняет строго отведённые ему функции, не влияя на течение многих десятков и сотен других реакций, происходящих в его окружении. Роль ферментов в жизнедеятельности организмов велика.
Будущее ферментов очень интересно. Технология обнаружения и производства новых ферментов развивается с большой скоростью. Прежде применение и производство ферментов развивалось большей частью за счет попыток и ошибок. Так как детали, влияющие на химию и действие ферментов, были известны плохо, то в препаратах использовались смеси наиболее универсальных ферментов. Благодаря новым исследованиям при производстве сбываемой продукции возможно использование более специфичных ферментов.
Сегодня развивающиеся технологии с каждым днем раскрывают все новые чудеса сотворения жизни, и "биомиметика" как наука избирает примерами превосходные системы в организмах живых существ, создавая по их образу и подобию изобретения для пользы и блага людей. Учёные попытаются найти химические аналоги ферментов и на их основе создать новые промышленные процессы.
Список литературы
1. http://www.krugosvet.ru/articles/03/1000310/1000310a1.htm
2. Габриелян О.С, Маскаев Ф.Н., Пономарев С.Ю, Теренин В.И. Учебник химия 10 класс. - М., 2005.
3. Нечаев А.П., Кочеткова А.А, Зайцев А.Н. Пищевые добавки.- М., 2001.
4. Биохимия растительного сырья/ Под ред. Щербакова В.Г. М., 1999.
5. http://www.gazeta.ru/science/2007/10/15_a_2241957.shtml?incut2
6. http://www.cleandex.ru/articles/2008/07/07/biomimetic-1
Приложение 1
Классификация ферментов[3]
Таблица 1
Классы ферментов |
Катализируемая реакция |
Примеры ферментов или их групп (даны тривиальные названия) |
Оксидоредуктазы |
Перенос атомов водорода или электронов от одного вещества к другому |
Дегидрогеназа, оксидаза |
Трансферазы |
Перенос определённой группы атомов - метильной, ацильной, фосфатной или аминогруппы – от одного вещества к другому |
Трансаминаза, киназа |
Гидролазы |
Реакции гидролиза |
Липаза, амилаза, пептидаза |
Лиазы |
Негидролитическое присоединение к субстрату |
Декарбоксилаза, фумараза, альдолаза |
Изомеразы |
Внутримолекулярная перестройка |
Изомераза, мутаза |
Лигазы |
Соединение двух молекул в результате образования новых связей С-С, С-N, С-О или С-S, сопряженное с распадом АТФ |
Синтетаза |
Приложение 2
Некоторые примеры использования ферментов в промышленности [4]
Таблица 2
Фермент |
Промышленность |
Использование | |
Амилазы (расщепляют крахмал) |
пивоваренная |
Осахаривание содержащегося в солоде крахмала | |
текстильная |
Удаление крахмала, наносимого на нити во время шлихтования | ||
хлебопекарная |
Крахмал Глюкоза. Дрожжевые клетки, сбраживая глюкозу, образуют углекислый газ, пузырьки которого разрыхляют тесто и придают хлебу пористую структуру. Хлеб лучше подрумянивается и дольше не черствеет | ||
Протеазы (расщепляют белки) |
папаин |
пивоваренная |
Этапы процесса пивоварения, регулирующие качество пены |
мясная |
Умягчение мяса. Этот фермент довольно устойчив к повышению температуры и при нагревании мяса какое-то время продолжает действовать. Потом он, конечно, инактивируется | ||
фармацевтическая |
Добавки к зубным пастам для удаления зубного налёта | ||
фицин |
фотография |
Смывание желатина с использованной плёнки для того, чтобы извлечь находящееся в нём серебро | |
пепсин |
пищевая |
Производство «готовых» каш | |
фармацевтическая |
Препараты, способствующие пищеварению (в дополнение к обычному действию пепсина в желудке) | ||
трипсин |
пищевая |
Производство продуктов для детского питания | |
реннин |
сыроделие |
Свертывание молока (получение сгустка казеина) | |
Бакте- риальные протеазы |
Стирка белья |
Стиральные порошки с ферментными добавками | |
кожевенная |
Отделение волоса – способ, при котором не повреждаются ни волос, ни шкура | ||
текстильная |
Извлечение шерсти из обрывков овечьих шкур | ||
пищевая |
Получение белковых гидролизатов (в частности, для производства кормов) | ||
Глюкозооксидаза |
пищевая |
Удаление глюкозы или кислорода | |
Каталаза |
пищевая |
Удаление пероксида водорода | |
резиновая |
Получение (из пероксида водорода) кислорода, необходимого для превращения латекса в губчатую резину | ||
Целлюлазы |
пищевая |
Осветление фруктовых соков | |
Пектиназы |