Ένα ένζυμο ορίζεται ως ένα μακρομόριο που καταλύει μια βιοχημική αντίδραση. Σε αυτόν τον τύπο χημικής αντίδρασης, τα αρχικά μόρια ονομάζονται υποστρώματα. Το ένζυμο αλληλεπιδρά με ένα υπόστρωμα, μετατρέποντάς το σε ένα νέο προϊόν. Τα περισσότερα ένζυμα ονομάζονται συνδυάζοντας το όνομα του υποστρώματος με το επίθημα -ase (π.χ. πρωτεάση, ουρεάση). Σχεδόν όλες οι μεταβολικές αντιδράσεις στο σώμα βασίζονται σε ένζυμα, προκειμένου οι αντιδράσεις να προχωρήσουν αρκετά γρήγορα ώστε να είναι χρήσιμες.
Χημικά ονομάζεται ενεργοποιητές μπορεί να ενισχύσει την ενζυμική δραστηριότητα, ενώ αναστολείς μείωση της ενζυμικής δραστηριότητας. Η μελέτη των ενζύμων ονομάζεται ενζυμολογία.
Για την ταξινόμηση των ενζύμων χρησιμοποιούνται έξι ευρείες κατηγορίες:
- Οξειδορεδουκτάσες - που εμπλέκονται στη μεταφορά ηλεκτρονίων
- Υδρολάσες - διασπά το υπόστρωμα με υδρόλυση (πρόσληψη μορίου νερού)
- Ισομεράσες - μεταφέρετε μια ομάδα σε ένα μόριο για να σχηματίσετε ένα ισομερές
- Οι λυγάσες (ή συνθετάσες) - ζεύγνουν τη διάσπαση ενός πυροφωσφορικού δεσμού σε ένα νουκλεοτίδιο με το σχηματισμό νέων χημικών δεσμών
- Οξειδορεδουκτάσες - ενεργούν σε μεταφορά ηλεκτρονίων
- Μεταβιβάσεις - μεταφέρετε μια χημική ομάδα από το ένα μόριο στο άλλο
Πώς λειτουργούν τα ένζυμα
Τα ένζυμα δουλεύουν κοντά μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης πρέπει να γίνει μια χημική αντίδραση συμβούν. Όπως και άλλοι καταλύτες, τα ένζυμα αλλάζουν την ισορροπία μιας αντίδρασης, αλλά δεν καταναλώνονται στη διαδικασία. Ενώ οι περισσότεροι καταλύτες μπορούν να δράσουν σε έναν αριθμό διαφορετικών τύπων αντιδράσεων, ένα βασικό χαρακτηριστικό ενός ενζύμου είναι ότι είναι συγκεκριμένο. Με άλλα λόγια, ένα ένζυμο που καταλύει μια αντίδραση δεν θα έχει καμία επίδραση σε μια διαφορετική αντίδραση.
Τα περισσότερα ένζυμα είναι σφαιρικές πρωτεΐνες που είναι πολύ μεγαλύτερες από το υπόστρωμα με το οποίο αλληλεπιδρούν. Αυτά κυμαίνονται σε μέγεθος από 62 αμινοξέα έως πάνω από 2.500 υπολείμματα αμινοξέων, αλλά μόνο ένα μέρος της δομής τους εμπλέκεται στην κατάλυση. Το ένζυμο έχει αυτό που ονομάζεται ενεργή τοποθεσία, το οποίο περιέχει μία ή περισσότερες θέσεις πρόσδεσης που προσανατολίζουν το υπόστρωμα στη σωστή διαμόρφωση, και επίσης a καταλυτικής θέσης, το οποίο είναι το τμήμα του μορίου που μειώνει την ενεργότητα ενεργοποίησης. Το υπόλοιπο της δομής του ενζύμου ενεργεί κυρίως για να παρουσιάσει την ενεργό θέση στο υπόστρωμα με τον καλύτερο τρόπο. Μπορεί επίσης να υπάρχει αλλοστερική θέση, όπου ένας ενεργοποιητής ή αναστολέας μπορεί να δεσμεύεται για να προκαλέσει μια αλλαγή διαμόρφωσης που επηρεάζει την ενζυμική δραστικότητα.
Ορισμένα ένζυμα απαιτούν μια πρόσθετη χημική ουσία, που ονομάζεται a συμπαράγοντα, για την εμφάνιση της κατάλυσης. Ο συμπαράγοντας μπορεί να είναι μεταλλικό ιόν ή οργανικό μόριο, όπως βιταμίνη. Τα συμπαράγοντα μπορούν να δεσμεύονται χαλαρά ή σφικτά στα ένζυμα. Ονομάζονται συμπαράγοντες με στενή δέσμευση προσθετικές ομάδες.
Δύο εξηγήσεις σχετικά με το πώς τα ένζυμα αλληλεπιδρούν με τα υποστρώματα είναι τα "κλειδαριά και κλειδί" μοντέλο, που προτάθηκε από τον Emil Fischer το 1894, και το επαγωγικό μοντέλο προσαρμογής, η οποία αποτελεί τροποποίηση του κλειδώματος και του βασικού μοντέλου που προτάθηκε από τον Daniel Koshland το 1958. Στο μοντέλο κλειδώματος και κλειδιού, το ένζυμο και το υπόστρωμα έχουν τρισδιάστατα σχήματα που ταιριάζουν μεταξύ τους. Το μοντέλο επαγόμενης προσαρμογής προτείνει ότι τα μόρια του ενζύμου μπορούν να αλλάξουν το σχήμα τους, ανάλογα με την αλληλεπίδραση με το υπόστρωμα. Σε αυτό το μοντέλο, το ένζυμο και μερικές φορές το υπόστρωμα αλλάζουν σχήμα καθώς αλληλεπιδρούν μέχρις ότου η δραστική θέση δεσμεύεται πλήρως.
Παραδείγματα ενζύμων
Πάνω από 5.000 βιοχημικές αντιδράσεις είναι γνωστό ότι καταλύονται από ένζυμα. Τα μόρια χρησιμοποιούνται επίσης στη βιομηχανία και στα οικιακά προϊόντα. Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται για την παρασκευή μπίρας και για την παραγωγή κρασιού και τυριού. Οι ανεπάρκειες του ενζύμου σχετίζονται με ορισμένες ασθένειες, όπως η φαινυλοκετονουρία και ο αλβινισμός. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα κοινών ενζύμων:
- Η αμυλάση στο σάλιο καταλύει την αρχική πέψη των υδατανθράκων στα τρόφιμα.
- Η παπαΐνη είναι ένα κοινό ένζυμο που βρίσκεται στην προσθήκη κρέατος, όπου δρα για να διασπάσει τους δεσμούς που κρατούν μόρια πρωτεΐνης μαζί.
- Τα ένζυμα βρίσκονται στο απορρυπαντικό πλυντηρίων ρούχων και τα μέσα αφαίρεσης λεκέδων για να βοηθήσουν στη διάσπαση των λεκέδων των πρωτεϊνών και στη διάλυση των ελαίων στα υφάσματα.
- Η ϋΝΑ πολυμεράση καταλύει μια αντίδραση όταν αντιγράφεται το DNA και στη συνέχεια ελέγχει για να βεβαιωθεί ότι χρησιμοποιούνται οι σωστές βάσεις.
Είναι όλες οι πρωτεΐνες ενζύμων;
Σχεδόν όλα τα γνωστά ένζυμα είναι πρωτεΐνες. Κάποτε, πιστεύεται ότι όλα τα ένζυμα ήταν πρωτεΐνες, αλλά έχουν βρεθεί συγκεκριμένα νουκλεϊκά οξέα, που ονομάζονται καταλυτικά RNA ή ριβοένζυμα, που έχουν καταλυτικές ιδιότητες. Οι περισσότεροι από τους σπουδαστές σπουδάζουν ένζυμα, μελετούν πραγματικά τα ένζυμα που βασίζονται σε πρωτεΐνες, αφού πολύ λίγα είναι γνωστά για το πώς το RNA μπορεί να λειτουργήσει ως καταλύτης.