Biologijoje vienas iš veiksnių, skiriančių gyvą būtybę nuo negyvo objekto, yra organizmo gebėjimas atlikti chemines reakcijas, kurios yra labai svarbios jo išlikimui. Net vienaląsčiai organizmai savo ląstelių sienelėse gali atlikti šimtus cheminių reakcijų. Įsivaizduokite begalę reakcijų, kurias atlieka didelis organizmas, pavyzdžiui, žmogus. Nė viena iš šių reakcijų neįmanoma be fermentų.
Fermentai yra biologiniai katalizatoriai arba pagalbininkai. Fermentai susideda iš įvairių tipų baltymų, kurie skatina cheminę reakciją, reikalingą konkrečiam veiksmui ar maistinei medžiagai. Fermentai gali pradėti reakciją arba ją pagreitinti. Cheminės medžiagos, kurios virsta fermentų pagalba, vadinamos substratais. Jei fermentų nėra, šios cheminės medžiagos vadinamos reagentais.
Norint parodyti fermentų greitį ir efektyvumą, substratai gali būti transformuojami į tinkamus produktus dešimties kartų per sekundę greičiu. Atsižvelgiant į tai, kad žmogaus organizme yra apie 75,000 XNUMX skirtingų fermentų, šios cheminės reakcijos vyksta nuostabiu greičiu. Kita vertus, nesant fermentų, reagentai gali užtrukti šimtus metų, kol jie virsta tinkamu produktu, jei jie iš viso gali tai padaryti. Štai kodėl fermentai yra labai svarbūs gyvybės žemėje palaikymui.
Paprastai fermentai veikia substratus vienu iš trijų būdų: substrato orientacija, fizinis stresas ir substrato reaktyvumo pokyčiai. Substrato orientacija atsiranda, kai dėl fermento substrato molekulės susilygina viena su kita ir sudaro ryšį. Kai fermentas naudoja fizinį substrato įtampą, jis iš tikrųjų sugriebia substratą ir priverčia molekulę suskaidyti. Fermentas, sukeliantis substrato reaktyvumo pokyčius, keičia molekulės elektronų išsidėstymą, o tai daro įtaką molekulės gebėjimui prisijungti prie kitų molekulių.
Fermentai turi aktyvias vietas, kuriose jie liečiasi su tam tikrais substratais. Katalizinės fermentų savybės yra ciklinis procesas. Kai substratas susiliečia su aktyvia fermento vieta, fermentas jį modifikuoja, kad susidarytų galutinis produktas. Kai procesas bus baigtas, fermentas išskiria produktą ir yra pasirengęs pradėti procesą su naujais substratais. Fermentai niekada nėra švaistomi ir visada yra perdirbami.
Fermentų trūkumas yra daugelio ligų priežastis. Žmonėms tragiška liga, vadinama fenilketonurija (PKU), sukelianti sunkų protinį atsilikimą ir net mirtį kūdikiams, yra vienos rūšies fermento nebuvimo pasekmė. Tay-Sachs liga yra panašiai tragiškas fermento trūkumo rezultatas. Jis negydomas sukelia atsilikimą, paralyžių ir dažnai mirtį ankstyvoje vaikystėje.
Mūsų gebėjimas keisti fermentus slopinant jų funkcionavimą lėmė šimtus gyvybę gelbstinčių vaistų. Vienas iš pavyzdžių yra penicilinas – gerai žinomas antibiotikas, galintis išgydyti sifilį, pneumoniją ir kitas ligas. Penicilinas veikia prisijungdamas prie aktyvių ligą sukeliančių bakterijų fermentų vietų, galiausiai sunaikindamas bakterijų gebėjimą išgyventi ir daugintis.