Conţinut
Enzimele sunt molecule de proteine critice în sistemele vii care, odată sintetizate, nu sunt transformate, de obicei, într-un alt tip de moleculă, așa cum sunt substanțele preluate drept combustibil pentru procesele digestive și respiratorii (de exemplu, zaharuri, grăsimi, oxigen molecular). Acest lucru se datorează faptului că enzimele sunt catalizatorii, ceea ce înseamnă că pot lua parte la reacții chimice, fără ca ei înșiși să fie schimbați, oarecum ca moderatorul unei dezbateri publice, care îndreaptă în mod ideal participanții și publicul spre o concluzie, dictând termenii argumentului, fără a adăuga informații unice.
Peste 2.000 de enzime au fost identificate și fiecare dintre ele este implicată cu o reacție chimică specifică. Prin urmare, enzimele sunt specifice substratului. Ele sunt grupate în jumătate de duzină de clase pe baza tipurilor de reacții la care participă.
Bazele enzimelor
Enzimele permit un număr mare de reacții să aibă loc în organism în condiții de homeostaziasau echilibrul biochimic general. De exemplu, multe enzime funcționează cel mai bine la un nivel de pH (aciditate) apropiat de pH-ul pe care îl menține în mod normal corpul, care se situează în intervalul 7 (adică nici alcalin, nici acid). Alte enzime funcționează cel mai bine la un pH scăzut (aciditate ridicată) datorită cerințelor mediului înconjurător; de exemplu, interiorul stomacului, unde operează unele enzime digestive, este foarte acid.
Enzimele iau parte la procesele de la coagularea sângelui până la sinteza ADN-ului până la digestie. Unele se găsesc doar în interiorul celulelor și participă la procese care implică molecule mici, cum ar fi glicoliza; altele sunt secretate direct în intestin și acționează asupra unor materii în vrac, cum ar fi mâncarea înghițită.
Deoarece enzimele sunt proteine cu mase moleculare destul de mari, ele au fiecare o formă tridimensională distinctă. Aceasta determină moleculele specifice asupra cărora acționează. Pe lângă faptul că sunt dependenți de pH, forma majorității enzimelor este dependentă de temperatură, ceea ce înseamnă că acestea funcționează cel mai bine într-un interval de temperatură destul de restrâns.
Cum funcționează enzimele
Majoritatea enzimelor funcționează prin scăderea energie activatoare a unei reacții chimice. Uneori, forma lor îi aduce pe reactanți apropiați fizic în stilul, poate, al unui antrenor al echipei sportive sau al unui manager al grupului de lucru care intenționează să îndeplinească mai repede o sarcină. Se crede că atunci când enzimele se leagă de un reactant, forma lor se schimbă într-un mod care destabilizează reactantul și îl face mai susceptibil la orice modificări chimice implicate de reacție.
Reacțiile care se pot desfășura fără aportul de energie se numesc reacții exoterme. În aceste reacții, produsele sau substanțele chimice formate în timpul reacției au un nivel de energie mai mic decât substanțele chimice care servesc ca ingrediente ale reacțiilor. În acest fel, moleculele, ca și apa, „își caută” propriul nivel (de energie); atomii „preferă” să fie în acord cu o energie totală mai mică, la fel ca apa curge în jos până la cel mai mic punct fizic disponibil. Combinând toate acestea, este clar că reacțiile exotermice au loc întotdeauna în mod natural.
Cu toate acestea, faptul că o reacție va avea loc chiar și fără aport nu spune nimic despre viteza cu care se va întâmpla. Dacă o substanță preluată în organism se va schimba în mod natural în două substanțe derivate care pot servi drept surse directe de energie celulară, acest lucru nu face prea bine dacă reacția durează în mod natural ore sau zile. De asemenea, chiar și atunci când energia totală a produselor este mai mare decât cea a reactanților, calea energetică nu este o pantă descendentă lină pe un grafic; în schimb, produsele trebuie să atingă un nivel de energie mai mare decât cel cu care au început, astfel încât să poată „trece peste cocoașă” și reacția să poată continua. Această investiție inițială de energie în reactanții care plătește sub formă de produse este cea menționată mai sus energia de activare, sau EA.
Tipuri de enzime
Corpul uman include șase grupe majore, sau clase, de enzime.
Oxidoreductazele spori rata de reacții de oxidare și reducere. În aceste reacții, numite și reacții redox, unul dintre reactanți renunță la o pereche de electroni pe care un alt reactant câștigă. Se spune că donorul de perechi de electroni este oxidat și acționează ca agent reducător, în timp ce receptorul perechei de electroni este redus se numește agent oxidant. Un mod mai simplu de a pune acest lucru este faptul că în aceste tipuri de reacții, atomi de oxigen, atomi de hidrogen sau ambii sunt mutați. Exemple includ citocrom oxidaza și lactat dehidrogenază.
transferazele viteza de-a lungul transferului de grupuri de atomi, cum ar fi metilul (CH)3), acetil (CH3CO) sau amino (NH2) se grupează, de la o moleculă la alta. Acetatul kinaza și alanina deaminază sunt exemple de transferaze.
hidrolaze accelerează reacțiile de hidroliză. Reacțiile de hidroliză folosesc apă (H2O) să împartă o legătură într-o moleculă pentru a crea două produse fiice, de obicei prin aplicarea -OH (grupa hidroxil) de la apă la unul dintre produse și un singur H (atom de hidrogen) la celălalt. Între timp, o nouă moleculă este formată din atomii deplasați de componentele -H și -OH. Enzimele digestive lipaza și sucraza sunt hidrolaze.
liazelor spori rata de adăugare a unei grupe moleculare la o dublă legătură sau îndepărtarea a două grupuri din atomii din apropiere pentru a crea o dublă legătură. Acestea acționează ca hidrolazele, cu excepția faptului că componenta eliminată nu este deplasată de apă sau porțiuni de apă. Această clasă de enzime include oxalat decarboxilază și izocitrat liza.
isomerazele accelerarea reacțiilor de izomerizare. Acestea sunt reacții în care sunt reținuți toți atomii originali din reactant, dar sunt rearanjați pentru a forma un izomer al reactantului. (Izomerii sunt molecule cu aceeași formulă chimică, dar aranjamente diferite.) Exemple includ glucoza-fosfat izomeraza și alanina racemaza.
ligases (numite și sintaze) îmbunătățesc rata de îmbinare a două molecule. De obicei, realizează acest lucru prin utilizarea energiei derivate din descompunerea adenozinei trifosfat (ATP). Exemple de ligaze includ acetil-CoA sintaza și ligază ADN.
Inhibiția enzimelor
Pe lângă modificările de temperatură și de pH, alți factori pot duce la diminuarea sau oprirea activității enzimelor. Într-un proces numit interacțiune alosterică, forma enzimei este modificată temporar când o moleculă se leagă de o porțiune a acesteia departe de locul unde se alătură reactantului. Aceasta duce la pierderea funcției. Uneori, acest lucru este util atunci când produsul însuși servește ca inhibitor alosteric, deoarece acesta este de obicei un semn al reacției care a ajuns până la punctul în care nu mai este necesar un produs suplimentar.
În inhibarea concurențială, o substanță numită compus regulator concurează cu reactantul pentru locul de legare. Aceasta este asemănătoare cu a încerca să introducă mai multe chei de lucru în aceeași blocare în același timp. Dacă o parte din acești compuși regulatori se alătură unei cantități suficient de mari de enzimă prezentă, aceasta încetinește sau închide calea de reacție. Acest lucru poate fi util în farmacologie, deoarece microbiologii pot proiecta compuși care concurează cu site-urile de legare ale enzimelor bacteriene, ceea ce face mult mai dificilă pentru ca bacteriile să producă boli sau să supraviețuiască în corpul uman, în această perioadă.
În inhibarea necompetitivă, o moleculă inhibitoare se leagă de enzimă la un loc diferit de locul activ, similar cu ceea ce se întâmplă într-o interacțiune allosterică. Inhibarea ireversibilă apare atunci când inhibitorul se leagă permanent sau degradează semnificativ enzima, astfel încât funcția sa nu se poate recupera. Gazele nervoase și penicilina folosesc atât acest tip de inhibiție, cu toate că au în vedere intenții masive diferite.