Περιεχόμενο
- Ποια είναι τα ένζυμα, ακριβώς;
- Πώς λειτουργούν τα ένζυμα;
- Το μοντέλο κλειδώματος και κλειδιού
- Τι επηρεάζει τη λειτουργία του ενζύμου;
- Ποια είναι τα συνένζυμα και οι συμπαράγοντες;
Διαρκώς, χωρίς καμία συνειδητή σκέψη από εσάς, τα τρισεκατομμύρια των κυττάρων στο σώμα σας υποβάλλονται σε τεράστιο αριθμό χημικών αντιδράσεων που σας κρατούν ζωντανούς και ισορροπημένους. Παρόλο που οι αντιδράσεις αυτές θα μπορούσαν να συμβούν μόνοι τους δεδομένου αρκετού χρόνου, ο ρυθμός αυτός δεν θα ήταν αρκετά γρήγορος για τις ανάγκες του ανθρώπινου σώματος.
Ως αποτέλεσμα, σχεδόν όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις βοηθούνται από εξειδικευμένες πρωτεΐνες που ονομάζονται ένζυμα, τα οποία είναι βιολογικά καταλύτες που μπορεί να κάνει αντιδράσεις πάνω από ένα εκατομμύριο φορές πιο γρήγορα.
Η προσαρμογή των ενζύμων είναι πολύ υψηλή. οι περισσότερες εκατοντάδες γνωστών ενζύμων μπορούν να καταλύουν μόνο μία αντίδραση και οι περισσότερες αντιδράσεις μπορούν να καταλυθούν μόνο από ένα συγκεκριμένο ένζυμο.
Ποια είναι τα ένζυμα, ακριβώς;
παρόλο που το νουκλεϊκό οξύ το μόριο RNA (ριβονουκλεϊνικό οξύ) μπορεί μερικές φορές να δράσει ως μη ενζυμικός καταλύτης, είναι αληθινά ένζυμα πρωτεΐνες, που σημαίνει ότι αποτελούνται από μεγάλες αλυσίδες αμινοξέα που είναι διπλωμένα σε ένα συγκεκριμένο σχήμα. Υπάρχουν 20 αμινοξέα στη φύση, τα οποία το σώμα σας απαιτεί σε κάποιο βαθμό.
Το σώμα σας μπορεί να κάνει περίπου τις μισές από αυτές, ενώ οι άλλοι πρέπει να καταπιούν στη διατροφή. Αυτά που πρέπει να φάτε καλούνται απαραίτητα αμινοξέα.
Τα αμινοξέα έχουν όλα ένα κεντρικό άτομο άνθρακα ενωμένο με μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος (-COOH), μια αμινο (-ΝΗ2) και μία πλευρική αλυσίδα, συνήθως χαρακτηριζόμενη ως "-R" σε χημικά διαγράμματα.
Η πλευρική αλυσίδα καθορίζει τη μοναδική συμπεριφορά του αμινοξέος. Η σειρά των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη ονομάζεται της πρωτογενή δομή. Μια σειρά αμινοξέων ονομάζεται α πολυπεπτίδιο. συνήθως όταν ένα μόριο αναφέρεται ως τέτοιο, δεν είναι μια πλήρης, λειτουργική πρωτεΐνη, αλλά ένα κομμάτι ενός.
Οι χορδές αμινοξέων μπορούν να τοποθετηθούν είτε σε σχηματισμούς τύπου σπιράλ είτε σε φύλλα. αυτό αναφέρεται ως πρωτεΐνες δευτερεύουσα δομή. Ο τρόπος με τον οποίο το μόριο καταλήγει τελικά σε τρεις διαστάσεις, σε μεγάλο βαθμό ως αποτέλεσμα ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ αμινοξέων σε διάφορα μέρη του μορίου, καλείται τριτοταγούς δομής.
Όπως συμβαίνει με τόσα πράγματα στον φυσικό κόσμο, η μορφή ταιριάζει με τη λειτουργία. δηλαδή το σχήμα ενός ενζύμου καθορίζει την ακριβή συμπεριφορά του, συμπεριλαμβανομένου του πόσο σθεναρά «επιδιώκει» ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα (δηλαδή, το μόριο στο οποίο δρα ένα ένζυμο).
Πώς λειτουργούν τα ένζυμα;
Πώς τα ένζυμα ασκούν καταλυτική δραστηριότητα; Αυτή η ερώτηση μπορεί να χωριστεί σε δύο σχετικές έρευνες.
Ένα: πώς, από την άποψη της βασικής κίνησης γύρω από τα άτομα, τα ένζυμα επιταχύνουν τις αντιδράσεις; Και δύο: ποια ειδικά χαρακτηριστικά για τη δομή των ενζύμων επιτρέπουν αυτό να συμβεί;
Ο τρόπος με τον οποίο ένα ένζυμο επιταχύνει ένα ρυθμό αντίδρασης είναι με την εξομάλυνση της διαδρομής μεταξύ της έναρξης και του τέλους της αντίδρασης. Σε αυτά τα είδη αντιδράσεων, το προϊόντα (τα μόρια που απομένουν μετά την ολοκλήρωση της αντίδρασης) έχουν χαμηλότερη συνολική ενέργεια από την αντιδραστήρια (τα μόρια που μετατρέπονται σε προϊόντα κατά τη διάρκεια της αντίδρασης).
Για να πάρουμε την κυλίνδριση της αντίδρασης, όμως, τα προϊόντα πρέπει να ξεπεράσουν ένα "εξογκικό" ενέργειας, που ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης (ΜΙένα).
Φανταστείτε να είστε σε ένα ποδήλατο μισό μίλι από το σπίτι σας, ένα σημείο που είναι 100 κάθετα πόδια πάνω από το δρόμο σας. Εάν ο δρόμος αρχίσει να ανεβαίνει πρώτα 50 πόδια πριν πέσει γρήγορα 150 πόδια για να φτάσετε στο δρόμο, πρέπει προφανώς να πετάξετε για λίγο, για να μπορέσετε να ξεκινήσετε την ακτή. Αλλά αν το τέντωμα του δρόμου αποτελείται απλώς από μια ομοιόμορφη ήπια υποβαθμισμένη απόσταση μισού μιλίου, μπορείτε να ακουμπήσετε ολόκληρο τον δρόμο.
Ένα ένζυμο, στην πραγματικότητα, μετατρέπει το πρώτο σενάριο στο δεύτερο. η διαφορά ύψους είναι ακόμα 100 πόδια, αλλά η συνολική διάταξη δεν είναι η ίδια.
Το μοντέλο κλειδώματος και κλειδιού
Στο επίπεδο της μοριακής συνεργασίας, το σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος συχνά περιγράφεται με όρους σχέσης κλειδαριάς και κλειδιού: Το τμήμα του μορίου του ενζύμου που δεσμεύεται στο υπόστρωμα, που ονομάζεται ενεργή τοποθεσία, διαμορφώνεται έτσι ώστε να ταιριάζει σχεδόν τέλεια στο μόριο του υποστρώματος.
Ακριβώς όπως ολισθαίνει ένα κλειδί σε μια κλειδαριά και γυρίζει αυτό προκαλεί αλλαγές στην κλειδαριά (όπως η κίνηση ενός deadbolt), ένας καταλύτης επιτυγχάνει ενζυματική δραστηριότητα προκαλώντας το μόριο του υποστρώματος να αλλάξει το σχήμα.
Αυτές οι αλλαγές μπορούν να οδηγήσουν σε αποδυνάμωση των χημικών δεσμών στο υπόστρωμα μέσω μηχανικής παραμόρφωσης, δίνοντας στο μόριο απλώς μια "ώθηση" ή μια "συστροφή" για να κινηθεί προς το σχήμα του τελικού προϊόντος.
Συχνά, το προϊόν που πρόκειται να υπάρξει υπάρχει σε a μεταβατικό στάδιο στο μεταξύ, που μοιάζει κάπως με το αντιδραστήριο και κάπως σαν το προϊόν.
Ένα σχετικό μοντέλο είναι το επαγωγική προσαρμογή έννοια. Σε αυτό το σενάριο, το ένζυμο και το υπόστρωμα δεν κάνουν αρχικά μια τέλεια εφαρμογή κλειδώματος και κλειδιού, αλλά το ίδιο το γεγονός ότι έρχονται σε επαφή προκαλεί αλλαγές στο σχήμα του υποστρώματος που βελτιστοποιεί την αλληλεπίδραση φυσικού ενζύμου-υποστρώματος.
Η αλλαγή στο υπόστρωμα το κάνει να μοιάζει περισσότερο με ένα μόριο μεταβατικής κατάστασης, το οποίο στη συνέχεια μεταβάλλεται στο τελικό προϊόν καθώς η αντίδραση κινείται προς τα εμπρός.
Τι επηρεάζει τη λειτουργία του ενζύμου;
Αν και είναι ισχυρά, τα ένζυμα, όπως όλα τα βιολογικά μόρια, δεν είναι αήττητοι. Πολλές από τις ίδιες καταστάσεις που καταστρέφουν ή καταστρέφουν άλλα μόρια, καθώς και ολόκληρα κύτταρα και ιστούς, μπορούν να επιβραδύνουν την ενζυμική δραστηριότητα ή να τους εμποδίσουν να εργαστούν εντελώς.
Όπως ίσως γνωρίζετε, η θερμοκρασία του σώματος σας πρέπει να παραμείνει σε μια στενή περιοχή (συνήθως περίπου 97,5 έως 98,8 βαθμούς Φαρενάιτ) για να παραμείνετε υγιείς. Ένας λόγος γι 'αυτό είναι ότι τα ένζυμα σταματούν να λειτουργούν σωστά αν η θερμοκρασία του σώματος αυξηθεί πάνω από αυτό το επίπεδο - αυτό που αντιλαμβάνεστε ως πυρετό.
Επίσης, εξαιρετικά όξινες συνθήκες μπορούν να διαταράξουν τους χημικούς δεσμούς του ενζύμου. Τέτοιες βλάβες που σχετίζονται με τη θερμοκρασία και το ρΗ καλούνται μετουσίωσης του ενζύμου.
Επιπλέον, όπως ίσως αναμένετε, μια αύξηση στην ποσότητα του ενζύμου τείνει να επιταχύνει ακόμη περισσότερο την αντίδραση, ενώ μια μείωση της συγκέντρωσης ενζύμων επιβραδύνει την αντίδραση.
Παρομοίως, η προσθήκη περισσότερου υποστρώματος διατηρώντας παράλληλα την ποσότητα του ενζύμου το ίδιο επιταχύνει μια αντίδραση μέχρις ότου το ένζυμο «φτάσει στο μέγιστο» και δεν μπορεί να παρακολουθήσει το σύνολο του υπάρχοντος υποστρώματος.
Ποια είναι τα συνένζυμα και οι συμπαράγοντες;
Πείτε ότι πηγαίνετε σε ένα cross-country ταξίδι με ποδηλασία και υποστηρίζετε στην πορεία σας από φίλους που σας δίνουν ποτά και φρέσκα ρούχα από ένα φορτηγάκι.
Οι φίλοι σας θα χρειαστούν τη δική τους υποστήριξη κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, όπως το αέριο για το όχημα και τα τρόφιμα για το πλήρωμα.
Αν το ταξίδι σας μπορεί να θεωρηθεί ως «αντίδραση» και το πλήρωμα van είναι το «ένζυμο» που «καταλύει» το ταξίδι σας, τότε τα καταστήματα τροφίμων στη διαδρομή μπορούν να θεωρηθούν ως συνένζυμα - στη βιοχημεία, ουσίες που δεν είναι ένζυμα, αλλά είναι απαραίτητες για τα ένζυμα να εκτελούν καλύτερα το έργο τους.
Όπως τα υποστρώματα, τα συνένζυμα δεσμεύονται στην ενεργό θέση των ενζύμων, όπου δεσμεύεται το υπόστρωμα, αλλά δεν θεωρούνται τα ίδια τα υποστρώματα.
Τα συνένζυμα συχνά λειτουργούν ως φορείς ηλεκτρονίων ή προσωρινές θέσεις σύνδεσης για άτομα ή λειτουργικές ομάδες που μεταφέρονται μεταξύ μορίων στη συνολική αντίδραση. Συμπαράγοντες είναι ανόργανα μόρια όπως ο ψευδάργυρος που βοηθούν τα ένζυμα σε ζωντανούς οργανισμούς, αλλά σε αντίθεση με τα συνένζυμα, δεν δεσμεύονται στην ενεργό θέση ενός ενζύμου.
Παραδείγματα κοινών συνενζύμων περιλαμβάνουν: