Περιεχόμενο
Τα ένζυμα είναι ζωτικά πρωτεϊνικά μόρια σε ζωντανά συστήματα τα οποία, όταν συντίθενται, συνήθως δεν μετασχηματίζονται σε κάποιο άλλο είδος μορίου, όπως και οι ουσίες που λαμβάνονται ως καύσιμο για πεπτικές και αναπνευστικές διεργασίες (π.χ. σάκχαρα, λίπη, μοριακό οξυγόνο). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ένζυμα είναι καταλύτες, που σημαίνει ότι μπορούν να λάβουν μέρος σε χημικές αντιδράσεις χωρίς να αλλάξουν οι ίδιοι, λίγο σαν τον συντονιστή μιας δημόσιας συζήτησης που μετακινεί ιδανικά τους συμμετέχοντες και το κοινό προς ένα συμπέρασμα, υπαγορεύοντας τους όρους του επιχειρήματος χωρίς να προσθέτει μοναδικές πληροφορίες.
Πάνω από 2.000 ένζυμα έχουν ταυτοποιηθεί και κάθε ένα από αυτά εμπλέκεται με μία συγκεκριμένη χημική αντίδραση. Τα ένζυμα είναι συνεπώς ειδικά για το υπόστρωμα. Ομαδοποιούνται σε μισή τάξη με βάση τις αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν.
Ένζυμα Βασικά
Τα ένζυμα επιτρέπουν να πραγματοποιηθεί ένας μεγάλος αριθμός αντιδράσεων στον οργανισμό υπό συνθήκες ομοιοσταση, ή συνολική βιοχημική ισορροπία. Για παράδειγμα, πολλά ένζυμα λειτουργούν καλύτερα σε επίπεδο ρΗ (οξύτητας) κοντά στο ρΗ που διατηρεί κανονικά το σώμα, το οποίο κυμαίνεται από 7 (δηλαδή δεν είναι ούτε αλκαλικό ούτε όξινο). Άλλα ένζυμα λειτουργούν καλύτερα σε χαμηλό pH (υψηλή οξύτητα) λόγω των απαιτήσεων του περιβάλλοντος τους. για παράδειγμα, το εσωτερικό του στομάχου, όπου λειτουργούν κάποια πεπτικά ένζυμα, είναι πολύ όξινο.
Τα ένζυμα συμμετέχουν σε διαδικασίες που κυμαίνονται από την πήξη του αίματος μέχρι τη σύνθεση του DNA μέχρι την πέψη. Ορισμένα βρίσκονται μόνο μέσα στα κύτταρα και συμμετέχουν σε διαδικασίες που περιλαμβάνουν μικρά μόρια, όπως η γλυκόλυση. άλλοι εκκρίνονται κατευθείαν στο έντερο και δρουν σε χύδην ύλη όπως τα καταπιούμενα τρόφιμα.
Επειδή τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες με αρκετά μεγάλες μοριακές μάζες, κάθε ένα έχει ένα ξεχωριστό τρισδιάστατο σχήμα. Αυτό καθορίζει τα συγκεκριμένα μόρια στα οποία ενεργούν. Εκτός από το ότι εξαρτάται από το pH, το σχήμα των περισσότερων ενζύμων εξαρτάται από τη θερμοκρασία, πράγμα που σημαίνει ότι λειτουργούν καλύτερα σε ένα αρκετά στενό εύρος θερμοκρασίας.
Πώς λειτουργούν τα ένζυμα
Τα περισσότερα ένζυμα λειτουργούν μειώνοντας το ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης. Μερικές φορές, το σχήμα τους φέρνει τα αντιδραστήρια φυσικά κοντά στο στυλ, ίσως, από έναν προπονητή αθλητικής ομάδας ή από έναν διευθυντή ομάδας εργασίας που επιδιώκει να πάρει μια εργασία πιο γρήγορα. Πιστεύεται ότι όταν τα ένζυμα συνδέονται με ένα αντιδραστήριο, το σχήμα τους αλλάζει με τρόπο που αποσταθεροποιεί το αντιδραστήριο και τον καθιστά πιο ευαίσθητο στις οποιεσδήποτε χημικές αλλαγές που περιλαμβάνει η αντίδραση.
Οι αντιδράσεις που μπορούν να προχωρήσουν χωρίς την εισροή ενέργειας ονομάζονται εξωθερμικές αντιδράσεις. Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα προϊόντα ή τα χημικά που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης έχουν χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας από τις χημικές ουσίες που χρησιμεύουν ως συστατικά αντιδράσεων. Με αυτόν τον τρόπο, τα μόρια, όπως το νερό, "αναζητούν" το δικό τους (ενεργειακό) επίπεδο. άτομα "προτιμούν" να είναι σε ρυθμίσεις με χαμηλότερη συνολική ενέργεια, ακριβώς όπως το νερό ρέει προς τα κάτω στο χαμηλότερο διαθέσιμο φυσικό σημείο. Κάνοντας όλα αυτά μαζί, είναι σαφές ότι οι εξώθερμες αντιδράσεις προχωρούν πάντα φυσικά.
Ωστόσο, το γεγονός ότι μια αντίδραση θα συμβεί ακόμη και χωρίς εισροή δεν λέει τίποτα για το ρυθμό με τον οποίο θα συμβεί. Εάν μια ουσία που εισάγεται στο σώμα φυσικά θα μετατραπεί σε δύο παράγωγες ουσίες που μπορούν να χρησιμεύσουν ως άμεσες πηγές κυτταρικής ενέργειας, αυτό δεν είναι καλό εάν η αντίδραση φυσικά διαρκεί ώρες ή ημέρες για να ολοκληρωθεί. Επίσης, ακόμη και όταν η συνολική ενέργεια των προϊόντων είναι υψηλότερη από αυτή των αντιδραστηρίων, η ενεργειακή διαδρομή δεν είναι μια ομαλή κλίση προς τα κάτω σε ένα γράφημα. Αντίθετα, τα προϊόντα πρέπει να επιτυγχάνουν ένα υψηλότερο επίπεδο ενέργειας από εκείνο με το οποίο ξεκίνησαν έτσι ώστε να μπορούν να «ξεπεράσουν τον κάμπο» και η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει. Αυτή η αρχική επένδυση ενέργειας στα αντιδραστήρια που αποδίδεται με τη μορφή προϊόντων είναι τα προαναφερθέντα ενέργεια ενεργοποίησης, ή Εένα.
Τύποι ενζύμων
Το ανθρώπινο σώμα περιλαμβάνει έξι κύριες ομάδες ή τάξεις ενζύμων.
Οξειδορεδουκτάσες να ενισχύσει το ρυθμό των αντιδράσεων οξείδωσης και μείωσης. Σε αυτές τις αντιδράσεις, που ονομάζονται επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ένα από τα αντιδραστήρια δίνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων που αποκτά ένα άλλο αντιδραστήριο. Ο δότης ηλεκτρονίων ζεύγους λέγεται ότι οξειδώνεται και δρα ως αναγωγικός παράγοντας, ενώ ο αποδέκτης ζεύγους ηλεκτρονίων είναι μειωμένος ονομάζεται οξειδωτικός παράγοντας. Ένας πιο απλός τρόπος για να το θέσουμε είναι ότι σε αυτές τις αντιδράσεις, τα άτομα οξυγόνου, τα άτομα υδρογόνου ή και τα δύο κινούνται. Παραδείγματα περιλαμβάνουν κυτοχρωμική οξειδάση και γαλακτική αφυδρογονάση.
Μεταβιβάσεις ταχύτητα κατά μήκος της μεταφοράς ομάδων ατόμων, όπως το μεθύλιο (CH3), ακετυλ (CH3CO) ή αμινο (ΝΗ2), από ένα μόριο σε άλλο μόριο. Η οξεική κινάση και η αμινανάση αλανίνης είναι παραδείγματα τρανσφεράσεων.
Υδρολάσες επιταχύνουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης. Οι αντιδράσεις υδρολύσεως χρησιμοποιούν νερό (Η2Ο) για να διασπάσει έναν δεσμό σε ένα μόριο για να δημιουργήσει δύο θυγατρικά προϊόντα, συνήθως τοποθετώντας την -ΟΗ (ομάδα υδροξυλίου) από το νερό σε ένα από τα προϊόντα και ένα μόνο -Η (άτομο υδρογόνου) στο άλλο. Εν τω μεταξύ, σχηματίζεται ένα νέο μόριο από τα άτομα που εκτοπίζονται από τα συστατικά -Η και -ΟΗ. Τα πεπτικά ένζυμα λιπάση και σακχαράση είναι υδρολάσες.
Λύσεις να ενισχύσει το ρυθμό προσθήκης μίας μοριακής ομάδας σε διπλό δεσμό ή την απομάκρυνση δύο ομάδων από κοντινά άτομα για να δημιουργηθεί ένας διπλός δεσμός. Αυτά λειτουργούν σαν υδρολάσες, εκτός από το ότι το αφαιρούμενο συστατικό δεν μετατοπίζεται από νερό ή μερίδες νερού. Αυτή η κατηγορία ενζύμων περιλαμβάνει την οξαλική δεκαρβοξυλάση και την ισοκυτταρική λυάση.
Ισομεράσες επιταχύνουν τις αντιδράσεις ισομερισμού. Αυτές είναι αντιδράσεις στις οποίες όλα τα αρχικά άτομα στο αντιδραστήριο διατηρούνται, αλλά αναδιατάσσονται για να σχηματίσουν ένα ισομερές του αντιδραστηρίου. (Τα ισομερή είναι μόρια με τον ίδιο χημικό τύπο, αλλά διαφορετικές διατάξεις). Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν ισομεράση φωσφορικής γλυκόζης και ρακεμάση αλανίνης.
Ligases (που ονομάζονται επίσης συνθετάσες) ενισχύουν την ταχύτητα της σύνδεσης δύο μορίων. Συνήθως επιτυγχάνουν αυτό χρησιμοποιώντας την ενέργεια που προέρχεται από τη διάσπαση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Παραδείγματα λιγάσεων περιλαμβάνουν ακετυλ-ΟοΑ συνθετάση και λιγάση ϋΝΑ.
Ενζυμική αναστολή
Εκτός από τις αλλαγές θερμοκρασίας και ρΗ, άλλοι παράγοντες μπορούν να οδηγήσουν σε μείωση ή διακοπή της δραστηριότητας των ενζύμων. Σε μια διαδικασία που ονομάζεται αλλοστερική αλληλεπίδραση, το σχήμα του ενζύμου μεταβάλλεται προσωρινά όταν ένα μόριο δεσμεύεται σε ένα τμήμα του μακριά από εκεί που ενώνει το αντιδραστήριο. Αυτό οδηγεί σε απώλεια λειτουργίας. Μερικές φορές αυτό είναι χρήσιμο όταν το ίδιο το προϊόν χρησιμεύει ως ο αλλοστερικός αναστολέας, επειδή αυτό είναι συνήθως ένα σημάδι της αντίδρασης που έχει προχωρήσει στο σημείο όπου δεν απαιτείται πλέον πρόσθετο προϊόν.
Σε ανταγωνιστική αναστολή, μια ουσία που ονομάζεται ρυθμιστική ένωση ανταγωνίζεται το αντιδραστήριο για τη θέση πρόσδεσης. Αυτό μοιάζει με την προσπάθεια να τοποθετήσετε ταυτόχρονα πολλά κλειδιά εργασίας στην ίδια κλειδαριά. Εάν αρκετές από αυτές τις ρυθμιστικές ενώσεις ενωθούν σε μία αρκετά υψηλή ποσότητα του ενζύμου που υπάρχει, επιβραδύνει ή διακόπτει την οδό αντίδρασης. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο στη φαρμακολογία επειδή οι μικροβιολόγοι μπορούν να σχεδιάσουν ενώσεις που ανταγωνίζονται με τις θέσεις πρόσδεσης των βακτηριακών ενζύμων, καθιστώντας πολύ πιο δύσκολο για τα βακτήρια να προκαλέσουν ασθένεια ή να επιβιώσουν στο ανθρώπινο σώμα, περίοδο.
Σε μη ανταγωνιστική αναστολή, ένα ανασταλτικό μόριο δεσμεύεται στο ένζυμο σε ένα σημείο διαφορετικό από το ενεργό σημείο, παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει σε μια αλλοστερική αλληλεπίδραση. Η μη αναστρέψιμη αναστολή συμβαίνει όταν ο αναστολέας συνδέεται μόνιμα με το ένζυμο ή υποβαθμίζει σημαντικά το ένζυμο, έτσι ώστε η λειτουργία του να μην μπορεί να ανακάμψει. Το νευρικό αέριο και η πενικιλλίνη κάνουν χρήση αυτού του τύπου αναστολής, αν και με πολύ διαφορετικές προθέσεις στο μυαλό.