де KM – константа Міхаеліса, характеризуюча активність ферменту, V – максимальна швидкість реакції при даній сумарній концентрації ферменту. З цього рівняння виходить, що при малих [S] швидкість реакції зростає пропорційно концентрації субстрата. Проте при достатньо великому збільшенні останній ця пропорційність зникає: швидкість реакції перестає залежати від [S] – наступає насичення, коли всі молекули ферменту виявляються зайнятими субстратом.

З'ясування механізмів дії ферментів у всіх деталях – справа майбутнього, проте деякі важливі їх особливості вже встановлені. Кожний фермент має один або декілька активних центрів, з якими і зв'язується субстрат. Ці центри високоспецифічні, тобто «взнають» тільки «свій субстрат» або близькоспоріднені з'єднання. Активний центр формують особливі хімічні групи в молекулі ферменту, орієнтовані один щодо одного певним чином. Що відбувається так легко втрата ферментативної активності пов'язана саме із зміною взаємної орієнтації цих груп. Молекула субстрата, пов'язаного з ферментом, зазнає зміни, в результаті яких розриваються одні і утворюються інші хімічні зв'язки. Щоб цей процес відбувся, необхідна енергія; роль ферменту полягає в зниженні енергетичного бар'єру, який потрібно подолати субстрату для перетворення в продукт. Як саме забезпечується таке зниження – до кінця не встановлено.

Ферментатівниє реакції і енергія. Той, що вивільняється енергії при метаболізмі живильних речовин, наприклад при окисленні шестивуглецевого цукру глюкози з утворенням діоксиду вуглецю і води, відбувається в результаті послідовних злагоджених ферментативних реакцій. В тваринних клітках в перетвореннях глюкози в піровиноградну кислоту (пируват) або молочну кислоту (лактат) беруть участь 10 різних ферментів. Цей процес називається гліколізом. Перша реакція – фосфорилування глюкози – вимагає участі АТФ. На перетворення кожної молекули глюкози в дві молекули піровиноградної кислоти витрачаються дві молекули АТФ, але при цьому на проміжних етапах з аденозиндифосфата (АДФ) утворюються 4 молекули АТФ, так що весь процес в цілому дає 2 молекули АТФ.

Далі піровиноградна кислота окислюється до діоксиду вуглецю і води за участю ферментів, асоційованих з мітохондріями. Ці перетворення утворюють цикл, званий циклом трикарбонових кислот, або циклом лимонної кислоти.

Окислення однієї речовини завжди зв'язано з відновленням іншого: перше віддає атом водню, а друге його приєднує. Каталізують ці процеси дегідрогенази, що забезпечують перенесення атомів водню від субстратів до коферментам. В циклі трикарбонових кислот одні специфічні дегідрогенази окисляють субстрати з утворенням відновленої форми кофермента (нікотинаміддинуклеотіда, що позначається НАД), а інші окисляють відновлений кофермент (НАДЧН), відновлюючи інші дихальні ферменти, у тому числі цитохроми (залізоутворюючі гемопротеини), в яких атом заліза поперемінно то окислюється, то відновлюється. Зрештою відновлена форма цитохромоксидази, одного з ключових залізо містких ферментів, окислюється киснем, що потрапляє в наш організм з вдихаючим повітрям. Коли відбувається горіння цукру (окислення киснем повітря), що входять в його склад атоми вуглецю безпосередньо взаємодіють з киснем, утворюючи діоксид вуглецю. На відміну від горіння, при окисленні цукру в організмі кисень окисляє власне залізо цитохромоксидази, але зрештою його окислювальний потенціал використовується для повного окислення цукрів в ході багатоступінчатого процесу, опосередкованого ферментами.

На окремих етапах окислення енергія, укладена в живильних речовинах, вивільняється в основному маленькими порціями і може запасатися у фосфатних зв'язках АТФ. В цьому беруть участь чудові ферменти, які сполучають окислювальні реакції (даючі енергію) з реакціями освіти АТФ (запасаючими енергію). Цей процес сполучення відомий як окислювальне фосфорилування. Не будь зв'язаних ферментативних реакцій, життя у відомих нам формах би було неможливе.

Ферменти виконують і безліч інших функцій. Вони каталізують різноманітні реакції синтезу, включаючи утворення тканинних білків, жирів і вуглеводів. Для синтезу всієї величезної безлічі хімічних з'єднань, знайдених в складних організмах, використовуються цілі ферментні системи. Для цього потрібна енергія, і у всіх випадках її джерелом служать фосфорування з'єднання, такі, як АТФ.

Ферменти і травлення. Ферменти – необхідні учасники процесу травлення. Тільки низькомолекулярні з'єднання можуть проходити через стінку кишечника і потрапляти в кровотік, тому компоненти їжі повинні бути заздалегідь розщеплений до невеликих молекул. Це відбувається в ході ферментативного гідролізу (розщеплювання) білків до амінокислот, крохмалю до цукрів, жирів до жирних кислот і гліцерину. Гідроліз білків каталізує фермент пепсин, що міститься в шлунку. Ряд високоефективних травних ферментів секретирує в кишечник підшлункова залоза. Це трипсин і хімотрипсин, білки, що гідролізують; ліпаза, що розщеплює жири; амілаза, що каталізує розщеплювання крохмалю. Пепсин, трипсин і хімотрипсин секретируєтся в неактивній формі, у вигляді т.з. зимогенів (проферментів), і переходять в активний стан тільки в шлунку і кишечнику. Це пояснює, чому вказані ферменти не руйнують клітки підшлункової залози і шлунку. Стінки шлунку і кишечника захищає від травних ферментів і шар слизу. Деякі важливі травні ферменти секретируются клітками тонкого кишечника.

Велика частина енергії, запасеної в рослинній їжі, такий, як трава або сіно, зосереджена в целюлозі, яку розщеплює фермент целлюлаза. В організмі травоїдних тварин цей фермент не синтезується, і жуйні, наприклад велика рогата худоба і вівці, можуть харчуватися що містить целюлозу їжею тільки тому що целлюлазу виробляють мікроорганізми, що заселяють перший відділ шлунку – рубець. За допомогою мікроорганізмів відбувається переварення їжі і у термітів.

Ферменти знаходять застосування в харчовій, фармацевтичній, хімічній і текстильній промисловості. Можна навести як приклад рослинний фермент, одержуваний з папаї і що використовується для розм'якшення м'яса. Ферменти додають також в пральні порошки.

Ферменти в медицині і сільському господарстві. Усвідомлення ключової ролі ферментів у всіх клітинних