Εξηγούμε τι είναι τα ένζυμα και τη δομή τους.Επίσης, πώς ταξινομούνται αυτές οι πρωτεΐνες και πώς δρουν.
Τι είναι τα ένζυμα;
Τα ένζυμα είναι ένα σύνολο από πρωτεΐνη επιφορτισμένος με την κατάλυση (πυροδότηση, επιτάχυνση, τροποποίηση, επιβράδυνση και ακόμη και διακοπή) διαφόρων χημικές αντιδράσεις, με την προϋπόθεση ότι είναι θερμοδυναμικά εφικτές. Αυτό σημαίνει ότι είναι ρυθμιστικές ουσίες στο σώμα του ζωντανά όντα, συνήθως μειώνοντας το Ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη της αντίδρασης.
Τα ένζυμα είναι απαραίτητα για την ΖΩΗ και καταλύουν περίπου 4.000 γνωστές χημικές αντιδράσεις, υπό τις συνθήκες της pH, θερμοκρασία ή χημική συγκέντρωση, αφού τα ένζυμα, ως πρωτεΐνες, μπορούν επίσης να μετουσιωθούν και να χάσουν την αποτελεσματικότητά τους.
Το πρώτο ένζυμο ανακαλύφθηκε στα μέσα του 19ου αιώνα από τους Anselme Payen και Jean-Francois Persoz, αν και τα πειράματα γύρω από ζύμωση Ο Λουί Παστέρ είχε ήδη διαισθανθεί την παρουσία κάποιας οργανικής «επιταχυντικής» ουσίας σε αυτές τις διαδικασίες, οι οποίες εκείνη την εποχή θεωρούνταν καθαρά χημικές.
Τα ένζυμα σήμερα είναι ευρέως γνωστά και στην πραγματικότητα χρησιμοποιούνται από διάφορες ανθρώπινες βιομηχανίες (τροφή, χημικά, γεωργία, λάδι κ.λπ.), εκτός από αναπόσπαστο μέρος των συστατικών που διατηρούν την εσωτερική ισορροπία του σώματός μας, επιταχύνοντας τις απαραίτητες αντιδράσεις (όπως αυτές που παρέχουν ενέργεια), ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας άλλες επιλεκτικά (όπως κάνουν οι ορμόνες) και ένα ετερόκλητο και ούτω καθεξής.
Δομή των ενζύμων
Τα περισσότερα ένζυμα αποτελούνται από σφαιρικές πρωτεΐνες εξαιρετικά ποικίλου μεγέθους: από μονομερή 62 αμινοξέων έως τεράστιες αλυσίδες περίπου 2.500. Ωστόσο, μόνο λίγα από αυτά εμπλέκονται άμεσα στην κατάλυση της αντίδρασης, γνωστή ωςενεργό κέντρο.
Η αλληλουχία με την οποία συναρμολογούνται όλα αυτά τα αμινοξέα καθορίζει την τρισδιάστατη δομή του ενζύμου, η οποία υπαγορεύει επίσης τη συγκεκριμένη λειτουργία του. Μερικές φορές αυτή η δομή έχει επίσης θέσεις για να προσελκύει συμπαράγοντες, δηλαδή άλλες ουσίες των οποίων η παρέμβαση είναι απαραίτητη για να παραχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα.
Τα ένζυμα είναι ιδιαίτερα συγκεκριμένα, δηλαδή δεν αντιδρούν με τίποτα ούτε συμμετέχουν σε καμία αντίδραση. Έχουν ένα πολύ συγκεκριμένο και ακριβές βιοχημικό έργο, το οποίο πραγματοποιούν με πολύ χαμηλό ποσοστό σφαλμάτων.
Ταξινόμηση ενζύμων
Τα ένζυμα ταξινομούνται με βάση την ειδική αντίδραση που καταλύουν, ως εξής:
- Οξειδορεδουκτάσες. Καταλύουν αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής, δηλαδή μεταφορά ηλεκτρόνια ή από άτομα υδρογόνου από το ένα υπόστρωμα στο άλλο. Παραδείγματα αυτών είναι τα ένζυμα αφυδρογονάση καιντο οξειδάση.
- Μεταγραφές. Καταλύουν τη μεταφορά μιας συγκεκριμένης χημικής ομάδας εκτός του υδρογόνου, από το ένα υπόστρωμα στο άλλο. Ένα παράδειγμα αυτού είναι το ένζυμο γλυκοκινάση.
- Υδρολάσες. Ασχολούνται με τις αντιδράσεις των υδρόλυση (ρήξη του μόρια οργανικό από μόρια του Νερό). Για παράδειγμα, λακτάση.
- Λιάσας. Ένζυμα που καταλύουν το σπάσιμο ή τη συγκόλληση υποστρωμάτων. Για παράδειγμα, οξική αποκαρβοξυλάση.
- Ισομεράσες. Καταλύουν την αλληλομετατροπή ισομερών, δηλαδή μετατρέπουν ένα μόριο στην τρισδιάστατη γεωμετρική του παραλλαγή.
- Ζαρτιέρες. Αυτά τα ένζυμα καταλύουν συγκεκριμένες αντιδράσεις δέσμευσης υποστρώματος μέσω της ταυτόχρονης υδρόλυσης τριφωσφορικών νουκλεοτιδίων (όπως π.χ. ATP ή το GTP). Για παράδειγμα, το ένζυμο ιδιωτική καρβοξυλάση.
Πώς λειτουργούν τα ένζυμα;
Η δράση του ενζύμου μπορεί να επιταχυνθεί με αύξηση των επιπέδων θερμιδικής ενέργειας.
Τα ένζυμα μπορούν να λειτουργήσουν με διαφορετικούς τρόπους, αν και πάντα μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης, δηλαδή την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την εκκίνησή της. Αυτοί οι διαφορετικοί τρόποι λειτουργίας είναι:
- Περιβάλλων. Η ενέργεια ενεργοποίησης μειώνεται δημιουργώντας ένα περιβάλλον που ευνοεί τη διεξαγωγή της αντίδρασης, για παράδειγμα, τροποποιώντας τις χημικές ιδιότητες του υποστρώματος μέσω αντιδράσεων με το δικό του στρώμα αμινοξέων.
- Διευκολύνετε τη μετάβαση. Η ενέργεια μετάβασης μειώνεται χωρίς τροποποίηση του υποστρώματος, δηλαδή δημιουργώντας ένα περιβάλλον με βέλτιστα φορτία για να πραγματοποιηθεί η αντίδραση.
- Δώστε μια εναλλακτική διαδρομή. Σε αυτή την περίπτωση, τα ένζυμα αντιδρούν με το υπόστρωμα για να δημιουργήσουν ένα σύμπλεγμα ES (Ένζυμο / Υπόστρωμα) που «παρακάμπτει βήματα» στη συνηθισμένη διαδρομή της αντίδρασης, μειώνοντας τον απαραίτητο χρόνο για να συμβεί.
- Αυξήστε τη θερμοκρασία. Μέσα σε ορισμένες παραμέτρους, η δράση του ενζύμου μπορεί να επιταχυνθεί με την αύξηση των επιπέδων του θερμιδική ενέργεια, δίνεται από εξώθερμες αντιδράσεις παράλληλο.