Энзимы

Энзимы, ферменты, каталитически действующие вещества (или системы веществ), образующиеся в живой клетке и играющие исключительно важную роль в жизни организмов. В основе всех главнейших жизненных явлений, как то: дыхание, брожение, питание, рост, размножение и т. д., лежат химич. превращения тех органич. веществ, из которых построена живая клетка. Эти вещества в пробирке и колбе химика реагируют между собой со сравнительно очень малой скоростью. Напротив, в живом организме указанные реакции протекают весьма быстро, что и обусловливает собой высокие темпы жизненных процессов. Жизнь, в том виде как мы ее знаем, возможна лишь в силу наличия в живой клетке ряда факторов, ускоряющих ход химич. превращений. Главнейшим из этих факторов безусловно является наличие Э., которые во много раз увеличивают скорость химич. превращений в живой клетке. Во всех без исключения организмах— в растениях, животных и микробах—находится целый ряд разнообразных Э. Однако действие Э. можно обнаружить и вне живой клетки. Пользуясь сравнительно простыми приемами, их можно выделить из организмов и получить в виде стойких, легко растворимых в воде препаратов. При помощи этих растворов in vitro можно осуществлять те же реакции, которые протекают в результате действия Э. в живой клетке. В прежнее время Э., или экзогенными ферментами, назывались только такие каталитически действующие вещества, которые выделяются живой клеткой во внешнюю среду (например Э. желудочно-кишечного тракта животных, некоторые Э. микроорганизмов и т. д.) или которые легко м. б. экстрагированы из убитой клетки водой (например Э. солода—диастаз). Э. противопоставлялись эндогенные ферменты, по отношению к которым считалось, что они теснейшим образом связаны с живой протоплазмой и не м. б. от нее отделены. По уже в начале 20-го века было показано, что такого рода противопоставление неправильно. Не существует прин-

дипиального различия между экзогенными и эндогенными ферментами. И те и другие м. б. выделены из живой клетки, и все дело сводится только к применению надлежащих методов изолирования. Поэтому в настоящее время понятия Э. и фермент являются синонимами; они в равной мере употребляются в литературе для обозначения каталитически действующих веществ живой клетки. Хотя Э. уже давно были получены в виде растворимых в воде препаратов, однако химич. природа этих веществ и по настоящий день остается неясной. Повидимому Э. являются не индивидуальными веществами, а комплексом, состоящим из нескольких соединений. Все учение об Э. в основном сводится к исследованию их специфич. действия. В этом отношении Э. являются типичными катализаторами. Они чрезвычайно сильно повышают скорость химич. реакций, причем в процессе самой реакции их количество не изменяется. В результате этого при наличии весьма небольших количеств Э. можно осуществить превращение очень значительной массы субстрата. Изучение кинетики энзиматич. реакций делает весьма вероятным образование промежуточных соединений: энзим+субстрат. Эти соединения быстро разлагаются, причем Э. вновь регенерируется в своем первоначальном виде и может вступить в новые соединения с новыми порциями субстрата. Среди других катализаторов Э. выделяются исключительно высокой активностью, превышающей каталитич. активность известных нам органич. и неорганич. соединений в десятки, сотни и тысячи раз. Наряду с этим должен быть отмечена строгая специфичность энзиматич. действия. В то время как известные нам неорганич. катализаторы могут ускорять целый ряд химич. превращений, каждый Э. действует только на определенный Субстрат или весьма ограниченную группу веществ. Так например, водородный ион (неорганич. катализатор) может гидролизовать крахмал, тростниковый сахар, белки и прочие, а энзим инвертаза разлагает только тростниковый сахар (смотрите Инверсия и Инвертиый сахар) и не действует ни на какие другие соединения. Точно так же крахмал или белок гидролитически разлагается своими специфич. Э.—амилазой, протеиназбй и прочие На этой специфичности энзиматич. действия основана классификация Э.

Различают две основные группы Э.: г и д рола з ы и десмол азы.К первой группе относятся Э., ускоряющие гидролиз различных органич. веществ, в частности жиров, углеводов и белков. Гидролиз жиров осуществляется весьма распространенными в животном и растительном царстве Э., липазами. Хорошо изучена липаза поджелудочной железы животных, а также семян масличных. Различается большое количество Э., действующих на разнообразные углеводы; они объединяются под общим названием карбогидраз. К карбогидразам принадлежат Э., гидролитически расщепляющие ди- и полисахариды. Так например, инвертаза, или сахараза, расщепляет тростниковый сахар на глюкозу и фруктозу. Мал ь-т а з а разлагает дисахарид мальтозу на 2 молекулы глюкозы, амилаза гидролизует крахмал, и т. д. В качестве третьей подгруппы гидролаз надо указать на протеолитич. Э., действующие на белки и продукты их распада; в настоящее время различают протеиназы, действующие на натуральные белки, и п о л и-пептидазы, гидролизующие пептоны и полипептиды. Вторая группа—десмолазы—ох ватывает собой Э. дыхания и брожения. Сюда прежде всего относятся окислительные Э., способствующие окислению, идущему за счет кислорода воздуха (о к с и д а з ы) и перекиси водорода (п е р о к с и д а з ы). Наряду с этим чрезвычайно важная роль в живой клетке принадлежит о ксиредуказам, действие которых сводится к сопряженным окислительно-восстановительным реакциям, совершающимся за счет элементов воды. Затем здесь нужно назвать карбоксилаз у—Э., в результате действия которого происходит разрыв связи между углеродными атомами. Действием этого Э. обусловливается образование всей той углекислоты, которая выделяется живыми организмами при брожении и дыхании. Особняком стоит Э. каталаза. Этот Э. разлагает перекись водорода на воду и инертный кислород. Физиология. значение каталазы пока остается еще далеко не ясным. Но этот Э. чрезвычайно распространен; он присутствует буквально во всех живых клетках.

Э. имеют не только биологии., но и громадное технологии, значение. В ряде производств (текстильном, бродильном, мукомольно-хлебопекарном, сахарном, табачном, чайном, мясном, рыбном, кожевенном и т. д.) мы имеем дело с сырьем растительного или животного происхождения. Вместе с этим сырьем в производство вводятся заключенные в растительных и животных объектах Э. После той или иной разрушающей живую клетку механич. обработки (помола, скручивания, подсушивания, растирания и прочие) Э. не уничтожаются, но в активном состоянии переходят в производственную смесь. Все дальнейшие химич. превращения, идущие в таких смесях, в значительной степени определяются действием попавших туда Э. Так например, при помоле в муку переходят в активном состоянии все те ферменты, которые были заключены в зерне. При смешивании муки и воды, при «ведении теста» эти Э. начинают действовать гидролитически, расщепляя крахмал, белки и прочие вещества муки. В зависимости от того, в каких размерах протекают эти энзиматич. процессы в тесте, мы получаем то или иное качество хлеба. Мука, лишенная Э.—«мертвая мука»,—дает хлеб ненадлежащего качества, т. к. при его изготовлении в тесте не происходят необходимые химич. превращения крахмала и белков. Точно так же и при избыточном содержании Э., при слишком ускоренном гидролизе, мы получим хлеб плохого качества. Т. о. именно содержание Э. определяет собою хлебопекарные качества зерна и муки. То же самое мы имеем и в других случаях, например в производстве чая или табака. Лист табачного растения подвергается подсушиванию, при этом живые клетки листа разрушаются, но Э., в нем заключенные, полностью сохраняют свою активность, и после того, как табак сложен в кипы, они начинают осуществлять те химич. изменения табачного листа, которые в технике обозначаются термином ферментации табака. В зависимости от количества и силы действия энзимов мы получаем готовый продукт того или иного качества. Итак, те химические процессы, которые протекают в производственных смесях (в тесте, в ферментирующемся табаке, в сусле, в созревающей при засоле рыбе к т. д.), определяются действием тех Э., которые невольно вносятся в эти смеси вместе с растительным и животным материалом. В зависимости от наличия того или иного энзиматического комплекса производственные процессы идут с различной скоростью и с неодинаковыми конечными результатами. Изучение действия Э. за последнее время позволило до известной степени управлять этими процессами, а следовательно и рационализировать производство. Наряду с этим в ряде производств: текстильном, кожевенном, мыловаренном, сыроваренном и других, нашли уже широкое применение специальные препараты энзимов. Эти препараты, обусловливая быстрое течение определенных реакций, вызывают в сырье нужные для производства изменения (облагораживают сырье). Преимущество такого метода работы состоит в том, что вносимый энзим специфически действует только на определенные вещества и не затрагивает других соединений, находящихся в обрабатываемом материале. Так например, при расшлихтовке тканей при помощи специфических Э. гидролитическому разложению подвергается только крахмал и совершенно не затрагивается, не ослабляется само волокно тканей. Таким образом изучение Э. дает в руки производственника мощное орудие, удобный механизм, при помощи которого он может избирательно направлять химические реакции, идущие в производственных смесях, в нужную для него сторону.

Лит.: Бейлис В., Природа действия энзимов, пер. о англ., М., 1927; Вальдшмид т-Л ейтц Е., Фео-менты, их действие и свойства, пер. с нем., Л., 1929; Пронин С., Ферменты и их применение в пищевой нром-сти, М.—Л., 1931; Опарин А., Технич. биохимия и ее роль в производстве, «СОРЕНА», вып. 1, М., 19 31; Euler Н., Cliemie der Enzyme, Мей., 1920; Oppen-2i e i m e r C., Die Fermente u. ilire Wirkungen, 5 AufL, В., В. 1—2, Lpz., 1924—26; О ppenheimer C., Die Technologic, der Fermente, B. 4, Lpz., 1929. А. Опарин.