Вода, как известно, состоит из водорода и кислорода. Но придется ждать долгие годы ее появления, если смешать эти два газа. Однако достаточно бросить в колбу, наполненную смесью этих газов, микроскопическую крупинку платины, как произойдет бурная реакция (взрыв) и образуется вода. Платина оказалась катализатором: это она заставила газы вступить в реакцию. Катализаторы применяются в промышленности при изготовлении кислот, удобрений, красок, полимеров.
Исследуя работу пищеварительных органов, ученые заметили, что сложные молекулы жиров, углеводов, белков, составляющих нашу пищу, расщепляются на более мелкие части под действием особых веществ — ферментов. Это катализаторы, без которых все превращения в организме шли бы настолько медленно, что жизнь была бы невозможной.
Ферменты в природе встречаются только в живых организмах; этим они отличаются от катализаторов, применяемых в технике. Ферменты — двигатели жизненных процессов, они помогают дышать, строить клетки и ткани. Если в организме не будет ферментов, он погибнет от истощения даже при избытке самых лучших питательных веществ, так как пища без ферментов не будет усваиваться.
При попадании пищи в желудок фермент пепсин ускоряет расщепление белков — разбивает их на полипептиды, а в кишечнике трипсин «рубит» их на еще более мелкие части — аминокислоты. Другие ферменты расщепляют углеводы на отдельные сахара, а жиры — на глицерин и жирные кислоты.
Для нормальной жизнедеятельности людей и животных нужна не только пища, но и воздух. Для дыхания также нужны ферменты.
В человеческом организме находятся тысячи различных ферментов и каждый из них имеет свою «специальность». Одни отщепляют фосфорную кислоту (фосфатазы), другие — водород (дегидрогеназы), третьи доставляют и присоединяют молекулу кислорода к окисляемому веществу (оксидазы).
«Природа ревниво оберегает свои тайны, — писал еще двести с лишним лет назад М. В. Ломоносов, — и ни малейшему в ней не должно приписывать чуду». Многое уже сделано в области изучения строения ферментов, однако ученым предстоит еще большая работа. Раскрыть строение молекул многих еще не исследованных ферментов — одна из серьезных задач современной науки.
Как же устроены ферменты? Одни из них — белки, другие же имеют в составе своих молекул кроме белков микроэлементы: железо, марганец, медь, цинк, серу.
Микроэлементы не всегда входят в состав ферментов, являясь вместе с ними «рулевыми» удивительных превращений. Но многие из них усиливают действие ферментов, т. е. являются их активаторами. Это молибден, ванадий, цинк, кобальт и др.
Однако есть и такие химические соединения, которые ведут себя по-разному: в одних случаях помогают ферментам, в других, наоборот, мешают, т. е. ингибируют процесс. Например, цианиды почти полностью блокируют дыхательный фермент, но повышают активность катепсина и некоторых других ферментов.
В крови человека и животных, в клетках растений имеется фермент, в молекулах которого присутствуют атомы цинка — карбоангидраза. Это вещество ускоряет выделение углекислого газа из легких и тканей, тем самым облегчает дыхание.
Дыхательный фермент содержит железо. Если его не будет, человек или животное погибает от удушья. Так бывает при отравлении цианистым калием, Он соединяется с железом, и человек моментально задыхается.
Фермент, помогающий переносу фосфора в наших тканях, содержит магний. Он не теряет своей чудодейственной силы, если вместо атомов магния в его молекуле появятся марганец или кобальт, железо или кальций. Доказано, что в некоторых ферментах один микроэлемент можно заменять другим.
Многие заболевания вызываются нарушением правильной работы ферментов или недостаточным их количеством в организме, поэтому при некоторых заболеваниях нужно блокировать фермент, т. е. уменьшить его активность с помощью каких-либо химических препаратов. Например, диакарб и гипотиазид угнетают активность карбоангидразы в почках, в связи с чем применяются в качестве мочегонных средств.
При некоторых заболеваниях, наоборот, нужно усилить действие ферментов. При расстройствах пищеварения, например, уже много лет пользуются пепсином и амилазой. Фибринолизин (плазмин), выделяемый из плазмы человеческой крови, применяют для лечения тромбоза коронарных артерий, тромбофлебитов. Не менее известен и фермент гиалуронидаза, увеличивающий проницаемость тканей и применяемый для рассасывания рубцов после ожогов и операций, при склеродермии.