Δομή και λειτουργία ενός ενζύμου

Ένα ένζυμα είναι μια πρωτεΐνη που διευκολύνει μια κυτταρική μεταβολική διαδικασία μειώνοντας τα επίπεδα ενέργειας ενεργοποίησης (Ea) προκειμένου να καταλύσει τις χημικές αντιδράσεις μεταξύ βιομορίων. Ορισμένα ένζυμα μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης σε τόσο χαμηλά επίπεδα ώστε πραγματικά να αντιστρέφουν τις κυτταρικές αντιδράσεις. Αλλά σε όλες τις περιπτώσεις, τα ένζυμα διευκολύνουν τις αντιδράσεις χωρίς να μεταβάλλονται, όπως ο καύσος που καίει όταν χρησιμοποιείται.

Για να εμφανιστούν χημικές αντιδράσεις, τα μόρια πρέπει να συγκρούονται υπό κατάλληλες συνθήκες που τα ένζυμα μπορούν να βοηθήσουν στη δημιουργία. Για παράδειγμα, χωρίς την παρουσία ενός κατάλληλου ενζύμου, τα μόρια γλυκόζης και τα μόρια φωσφορικών στο 6-φωσφορικό γλυκόζη θα παραμείνουν συνδεδεμένα. Αλλά όταν εισάγετε το ένζυμο υδρολάσης, τα μόρια γλυκόζης και φωσφορικών διαχωρίζονται.

Το τυπικό μοριακό βάρος ενός ενζύμου (τα συνολικά ατομικά βάρη των ατόμων ενός μορίου) κυμαίνεται από περίπου 10.000 έως περισσότερο από 1 εκατομμύριο. Ένας μικρός αριθμός ενζύμων δεν είναι στην πραγματικότητα πρωτεΐνες, αλλά αντ 'αυτού αποτελούνται από μικρά μόρια καταλυτικού RNA. Άλλα ένζυμα είναι πολυπρωτεϊνικά σύμπλοκα που περιλαμβάνουν πολλαπλές ατομικές πρωτεϊνικές υπομονάδες.

Ενώ πολλοί τα ένζυμα καταλύουν τις αντιδράσεις από μόνοι τους, μερικοί απαιτούν επιπλέον συστατικά μη πρωτεϊνών που ονομάζονται "συμπαράγοντες", τα οποία μπορεί να είναι ανόργανα ιόντα όπως το Fe²⁺, Mg²⁺, Μη²⁺, ή Zn²⁺, ή μπορούν να αποτελούνται από οργανικά ή μεταλλο-οργανικά μόρια γνωστά ως "συνένζυμα".

Τα περισσότερα ένζυμα ταξινομούνται στις ακόλουθες τρεις κύριες κατηγορίες, με βάση τις αντιδράσεις που καταλύουν:

• Οξειδορεδουκτάσες καταλύουν αντιδράσεις οξείδωσης στις οποίες τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν από το ένα μόριο στο άλλο. Ένα παράδειγμα: αλκοολική αφυδρογονάση, η οποία μετατρέπει τις αλκοόλες σε αλδεΰδες ή κετόνες. Αυτό το ένζυμο καθιστά το αλκοόλ λιγότερο τοξικό καθώς το διασπάει και παίζει επίσης βασικό ρόλο στη διαδικασία ζύμωσης.
• Μεταβιβάσεις καταλύουν τη μεταφορά μιας λειτουργικής ομάδας από το ένα μόριο στο άλλο. Πρωταρχικά παραδείγματα περιλαμβάνουν αμινοτρανσφεράσες, οι οποίες καταλύουν αποικοδόμηση αμινοξέων με απομάκρυνση αμινομάδων.
• Υδρολάση τα ένζυμα καταλύουν την υδρόλυση, όπου οι απλοί δεσμοί διασπώνται κατά την έκθεση στο νερό. Για παράδειγμα, η γλυκόζη-6-φωσφατάση είναι μια υδρολάση η οποία απομακρύνει την φωσφορική ομάδα από την 6-φωσφορική γλυκόζη αφήνοντας τη γλυκόζη και το Η3ΡΟ4 (φωσφορικό οξύ).

Τρία λιγότερο κοινά ένζυμα έχουν ως εξής:

• Λύσεις καταλύουν την διάσπαση διαφόρων χημικών δεσμών με άλλα μέσα εκτός από την υδρόλυση και την οξείδωση, σχηματίζοντας συχνά νέους διπλούς δεσμούς ή δομές δακτυλίων. Η πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση είναι ένα παράδειγμα μιας λυάσης που απομακρύνει το διοξείδιο του άνθρακα από το πυροσταφυλικό.
• Ισομεράσες καταλύουν δομικές μετατοπίσεις στα μόρια, προκαλώντας αλλαγές στο σχήμα. Ένα παράδειγμα: επιμεράση φωσφορικής ριβουλόζης, η οποία καταλύει την ενδομετατροπή 5-φωσφορικής ριβουλόζης και 5-φωσφορικής ξυλουλόζης.
• Ligases καταλύτη σύνδεση - ο συνδυασμός των ζευγών των υποστρωμάτων. Για παράδειγμα, οι εξοκινάσες είναι μια λιγάση που καταλύει την ενδομετατροπή της γλυκόζης και της ΑΤΡ με φωσφορική γλυκόζη-6 και ADP.

Τα ένζυμα επηρεάζουν την καθημερινή ζωή. Για παράδειγμα, τα ένζυμα που βρίσκονται στα απορρυπαντικά πλυντηρίων ρούχων βοηθούν στην αποδόμηση των πρωτεϊνών που προκαλούν χρώση, ενώ οι λιπάσες βοηθούν στη διάλυση των λεκέδων του λίπους. Τα θερμοτηχανολογικά και κρυοτοξικά ένζυμα λειτουργούν σε ακραίες θερμοκρασίες και συνεπώς είναι χρήσιμα για βιομηχανικές χρήσεις διεργασίες όπου απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες ή για βιοαποκατάσταση, οι οποίες συμβαίνουν σε δύσκολες συνθήκες, η αρκτική.

Στη βιομηχανία τροφίμων, τα ένζυμα μετατρέπουν το άμυλο στη ζάχαρη, προκειμένου να γίνουν γλυκαντικά από άλλες πηγές εκτός από το ζαχαροκάλαμο. Στη βιομηχανία ενδυμάτων, τα ένζυμα μειώνουν τις ακαθαρσίες στο βαμβάκι και καταστέλλουν την ανάγκη για πιθανώς επιβλαβείς χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία δερμάτινου μαυρίσματος.

Τέλος, η βιομηχανία πλαστικών αναζητά συνεχώς τρόπους χρήσης ενζύμων για την ανάπτυξη βιοαποικοδομήσιμων προϊόντων.