Большая Советская Энциклопедия (ФЕ)

Лит.: «Журнал Всес. химического общества им. Д. И. Менделеева», 1971, т. 16, № 4; Дженке В, П., Катализ в химии и энзимологии, пер. с англ., М., 1972: Структура и функции активных центров ферментов. Сб., посвященный 70-летию со дня рождения А. Е. Браунштейна, М., 1974.

В. А. Яковлев.

Ферментёр

Ферментёр, аппарат для глубинного выращивания (культивирования) микроорганизмов в питательной среде в условиях стерильности, интенсивного перемешивания, непрерывного продувания стерильным воздухом и постоянной температуры. Ф. представляет собой герметичный цилиндрический сосуд – корпус, снабженный барботером для подачи стерильного воздуха и мешалкой с электроприводом. Внутри Ф. вдоль его корпуса и перпендикулярно к нему закрепляют узкие металлические полосы – отбойники для повышения эффективности перемешивания. Объём Ф., предназначенных для лабораторных исследований, чаще до 30 л , для полузаводских экспериментов – 0,05–5 м³, промышленного использования – 50–100 м³. Лабораторные Ф. могут изготовляться из термостойкого стекла (их стерилизуют в автоклавах), Ф. больших размеров – из нержавеющей стали (они имеют паровую рубашку для стерилизации и поддержания температуры). Ф., как правило, оборудуются устройствами для измерения и регулирования температуры, количества продуваемого воздуха и давления внутри Ф. В случае необходимости Ф. дополнительно снабжается устройствами для измерения и регулирования pH среды, концентрации растворённого кислорода в культуральной жидкости, углекислого газа в выходящем воздухе, сигнализатором уровня пены и приспособлениями для механического или химического пеногашения. При непрерывном процессе культивирования микроорганизмов Ф. дополнительно оборудуются стерилизуемыми резервуарами для хранения компонентов питательной среды и насосами для их непрерывной подачи в Ф. Используют Ф. в промышленности при микробиологическом синтезе антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот, нуклеотидов, белково-витаминных концентратов и т.д., в научных исследованиях в области микробиологии, биохимии и др. родственных дисциплин.

Лит.: Уэбб Ф., Биохимическая технология и микробиологический синтез, пер. с англ., М., 1969; Производство антибиотиков, М., 1970.

М. А. Гильзин.

Ферментёр: 1 — корпус; 2 — паровая рубашка; 3 — барботёр; 4 — мешалка; 5 — отбойник; 6 — электропривод; 7 — загрузочный люк.

«Ферментная и спиртовая промышленность»

«Ферме'нтная и спиртова'я промы'шленность», научно-технический и производственный журнал, орган министерства пищевой промышленности СССР и центрального правления научно-технического общества пищевой промышленности. Периодичность 8 номеров в год. Издаётся в Москве с 1924: название менялось (в частности, с 1953 по 1963 назывался «Спиртовая промышленность»). Освещает достижения науки и техники в спиртовой, пивобезалкогольной, ликёро-водочной, ферментной и ацетонобутиловой промышленности, опыт передовых предприятий. Тираж (1975) 4600 экз.

Ферментные препараты

Ферме'нтные препара'ты, лекарственные средства, содержащие ферменты , оказывают направленное влияние на обмен веществ. Ф. п. получают из продуктов животного происхождения, растений и микроорганизмов. Желудочный сок, пепсин , панкреатин и др. Ф. п. и ферменты применяют при желудочно-кишечных заболеваниях с нарушением функций желёз органов пищеварения. Широкое применение в медицинской практике нашли Ф. п. протеолитического действия (см. Протеолитические ферменты ), получаемые из поджелудочной железы крупного рогатого скота (например, химотрипсин ). Они расщепляют пептидные связи в белках и пептидах. Трипсин при местном воздействии разрушает некротизированные ткани и фибринозные образования, разжижает вязкие секреты, экссудат, сгустки крови, при внутримышечном введении оказывает противовоспалительное действие. Применяют трипсин в виде ингаляций или внутримышечно для облегчения удаления секрета и экссудата при бронхитах, бронхоэктатической болезни; при лечении тромбофлебита, остеомиелита, гайморита, иридоциклита и др. заболеваний; местно – при лечении ожогов, пролежней, гнойных ран. Дезоксирибонуклеаза уменьшает вязкость гноя, задерживает развитие вирусов герпеса, аденовирусов; применяют при герпетических и аденовирусных заболеваниях глаз, абсцессах лёгких, поражениях верхних дыхательных путей. Препарат лидаза, содержащий фермент гиалуронидазу, вызывает увеличение проницаемости тканей и облегчает движение жидкостей в межтканевых пространствах; применяют при контрактурах суставов, рубцах после ожогов и операций, гематомах и др. Для лечения тромбоэмболий, тромбофлебитов, инфаркта миокарда применяют фибринолизин, растворяющий свежие тромбы. Пенициллиназа, получаемая из культуры Bacillus cereus, инактивирует препараты пенициллина, в связи с чем применяется при аллергических реакциях, вызванных этими препаратами.

В медицинской практике применяют также препараты с антиферментной активностью: антихолинэстеразные средства (угнетают холинэстеразу), некоторые антидепрессивные средства (угнетают моноаминоксидазу); в качестве мочегонных – ингибиторы карбоангидразы (например, диакарб); при острых панкреатитах – ингибиторы протеолитических ферментов (например, трасилол).

Лит.: Капланский С. Я., Применение ферментных препаратов в терапии различных заболеваний, в кн.: Актуальные вопросы современной биохимии, т. 2, М., 1962; Машковский М. Д., Лекарственные средства, 7 изд., ч. 2, М., 1972.

В. В. Чурюканов.

Ферментные яды

Ферме'нтные я'ды, вещества различной химической природы, специфически подавляющие активность определённого фермента или группы родственных ферментов. По существу Ф. я. представляют собой ингибиторы ферментов, которые даже в очень низких концентрациях угнетают жизненно важные физиологические функции организма. Многие ядовитые вещества, т. н. «нервные яды» (люизит), «дыхательные яды» (цианиды, H₂ S), пестициды (ядохимикаты) оказывают отравляющее действие в результате ингибирования отдельных ферментов (например, холинэстеразы у членистоногих). Изучение влияния Ф. я. на изолированные ферменты или ферментные системы позволяет целенаправленно искать эффективные противоядия к определённым отравляющим веществам или новые пестициды для борьбы с вредными насекомыми, клещами и т.д. и сорняками. Иногда термин «Ф. я.» применяют для обозначения ферментов, входящих в состав ядов змей, пчёл, скорпионов и др. и разрушающих клетки крови или др. тканей человека и животных.

Ферментопатии

Ферментопа'тии, энзимопатии, заболевания, обусловленные врождённым дефектом обмена веществ вследствие ферментных нарушений; относятся к группе наследственных заболеваний . В основе Ф. лежат различные виды нарушений (полное отсутствие фермента, снижение его активности, отсутствие или неправильный синтез кофермента и др.), последствия которых в виде определённых аномалий обмена веществ и определяют в каждом случае специфику клинической картины Ф. Например, аномалии углеводного обмена могут проявляться в виде сахарного диабета, галактоземии; жирового обмена – в виде болезней Тей-Сакса, Нимана-Пика; аминокислотного обмена – в виде алкаптонурии, альбинизма и т.п. Известно около 500 видов Ф. Многие из них отличаются полиморфизмом и т. н. гетерогенностью, которая заключается в том, что аномалии различных генов, регулирующих взаимодействие ферментов, могут иметь идентичные проявления, т.к. ферменты, контролирующие разные биохимические реакции, нередко дают одинаковый конечный результат метаболизма. Большинство Ф. передаётся по аутосомно-рецессивному типу наследования. Некоторые Ф. могут быть выявлены с помощью экспресс-методов в первые дни жизни ребёнка, например фенилкетонурия . Во многих случаях ранняя диагностика Ф. позволяет нормализовать обмен веществ с помощью специально подобранной диеты, введения в организм недостающего вещества (заместительная терапия), гормонов или удаления избытка продуктов метаболизма, нарушающего обмен веществ. Перспективен также метод внутриутробной диагностики (изучение культивируемых клеток околоплодной жидкости, реже – прямое исследование её). В профилактике Ф. возрастает роль медико-генетической консультации (см. также «Молекулярные болезни» , Молекулярная генетика ).

Лит.: Бадалян Л. О., Таболин В. А., Вельтищев Ю. Е., Наследственные болезни у детей, М., 1971; Харрис Г., Основы биохимической генетики человека, пер. с англ., М., 1973; Howell R. R., Moore Ch. М., Prenatal diagnosis in the prevention of genetic disease, «Texas medicine», 1974, v. 70, № 5, p. 77–84.

Ферменты

Ферме'нты (от лат. fermentum – закваска), энзимы, специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Почти все биохимические реакции, протекающие в любом организме и в своём закономерном сочетании составляющие его обмен веществ , катализируются соответствующими Ф. Направляя и регулируя обмен веществ, Ф. играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности.

Как всякие катализаторы , Ф. снижают энергию активации , необходимую для осуществления той или иной химической реакции, направляя её обходным путём – через промежуточные реакции, которые требуют значительно меньшей энергии активации. Так, реакция АБ ® А + Б в присутствии Ф. идёт следующим образом: АБ + Ф ® АБФ и далее АБФ ® БФ + А и БФ ® Б + Ф. Например, для осуществления реакции гидролиза дисахарида сахарозы, в результате которого образуются глюкоза и фруктоза, без участия катализатора требуется 32 000 кал (1 кал = 4,19 дж ) на моль сахарозы. Если же реакция катализируется Ф. b-фруктофуранозидазой, то необходимая энергия активации составляет всего 9400 кал. Подобное понижение энергии активации под влиянием Ф. – следствие перераспределения электронных плотностей и некоторой деформации молекул субстрата, происходящей при образовании промежуточного соединения – фермент-субстратного комплекса (АБФ). Эта деформация, ослабляя внутримолекулярные связи, приводит к понижению необходимой энергии активации и, следовательно, ускоряет течение реакции (см. Катализ , Ферментативный катализ ).

История изучения ферментов. В 1814 рус. химик К. Г. С. Кирхгоф открыл ферментативное действие водных вытяжек из проросшего ячменя, расщеплявших крахмал до сахара. Можно считать, что эти работы положили начало энзимологии (ферментологии) как самостоятельному разделу биологической химии. В 1833 французскими химиками А. Пайеном и Ж. Персо впервые был выделен из солода препарат фермента амилазы, что способствовало развитию препаративной химии Ф. В середины 19 в. разгорелась дискуссия о природе брожения между Л. Пастером , с одной стороны, и Ю. Либихом , П. Э. М. Бертло и К. Бернаром – с другой. Опираясь на свои классические работы, Пастер развивал представление о том, что брожение вызывается лишь живыми микроорганизмами и что процесс брожения неразрывно связан с их жизнедеятельностью. Либих и его сторонники, отстаивая химическую природу брожения, считали, что оно является следствием образования в клетках микроорганизмов растворимых Ф., подобных выделяемой из солода амилазе. Однако все попытки выделить из разрушенных дрожжевых клеток растворимый Ф., способный вызвать брожение, не удавались. Дискуссия Либиха и Пастера о природе брожения была разрешена в 1897 Э. Бухнером , который, растирая дрожжи с инфузорной землёй, выделил из них бесклеточный растворимый ферментный препарат (названный им зимазой), вызывавший спиртовое брожение. Открытие Бухнера утвердило материалистическое понимание природы брожений и имело большое значение для дальнейшего развития как энзимологии, так и всей биохимии.

В начале 20 в. Р. Вильштеттер с сотрудниками стал широко применять для выделения и очистки Ф. метод адсорбции (впервые предложен А. Я. Данилевским для разделения Ф. поджелудочной железы). Работы Вильштеттера, имевшие большое значение для характеристики свойств отдельных Ф., привели вместе с тем к принципиально неправильному выводу, что Ф. не принадлежат ни к одному из известных классов органических соединений. Выдающимся успехом в выяснении химической природы Ф. были исследования американских биохимиков Дж. Самнера , выделившего в 1926 в кристаллическом виде Ф. уреазу из семян канавалии, и Дж. Нортропа , получившего в 1930 кристаллы протеолитического Ф. пепсина. Работы Самнера и Нортропа указали путь получения высокоочищенных кристаллических препаратов Ф. и вместе с тем неопровержимо доказали белковую природу Ф.

С середине 20 в. благодаря развитию методов физико-химического анализа (главным образом хроматографии ) и методов белковой химии расшифрована первичная структура многих Ф. Так, работами американских биохимиков С. Мура, У. Стайна и К. Анфинсена показано, что Ф. рибонуклеаза из поджелудочной железы быка представляет собой полипептидную цепочку, состоящую из 124 аминокислотных остатков, соединённых в 4 местах дисульфидными связями.

С помощью рентгеноструктурного анализа расшифрована вторичная и третичная структура ряда Ф. Так, методом рентгеноструктурного анализа английский учёный Д. Филлипс в 1965 установил трёхмерную структуру Ф. лизоцима . Показано, что многие Ф. обладают также четвертичной структурой, т. е. их молекула состоит из нескольких идентичных или различных по составу и структуре белковых субъединиц (см. Биополимеры ).