Съдържание
Ензимите са критични протеинови молекули в живите системи, които веднъж синтезирани, обикновено не се трансформират в някакъв друг вид молекула, както и веществата, приемани като гориво за храносмилателни и дихателни процеси (например захари, мазнини, молекулен кислород). Това е така, защото ензимите са катализатори, което означава, че те могат да участват в химични реакции, без сами да бъдат променени, малко като модератора на публичен дебат, който в идеалния случай придвижва участниците и публиката към заключение, като диктува условията на аргумента, като не добавя никаква уникална информация.
Идентифицирани са над 2000 ензима и всеки от тях участва в една специфична химическа реакция. Следователно ензимите са специфични за субстрата. Те се групират в класове от половин дузина въз основа на видовете реакции, в които участват.
Основи на ензима
Ензимите позволяват голям брой реакции да се провеждат в организма при условия на хомеостазаили общ биохимичен баланс. Например, много ензими функционират най-добре на ниво на pH (киселинност), близко до pH, което тялото поддържа нормално, което е в диапазона от 7 (тоест нито алкални, нито киселинни). Други ензими функционират най-добре при ниско pH (висока киселинност) поради нуждите на средата им; например вътрешността на стомаха, където действат някои храносмилателни ензими, е силно кисела.
Ензимите участват в процеси, вариращи от съсирването на кръвта до синтеза на ДНК до храносмилането. Някои се намират само в клетките и участват в процеси, включващи малки молекули, като гликолиза; други се секретират директно в червата и действат върху насипни вещества, като погълната храна.
Тъй като ензимите са протеини с доста висока молекулна маса, всеки от тях има ясно изразена триизмерна форма. Това определя специфичните молекули, върху които те действат. Освен, че са зависими от рН, формата на повечето ензими е зависима от температурата, което означава, че те функционират най-добре в доста тесен температурен диапазон.
Как работят ензимите
Повечето ензими действат чрез понижаване на енергия за активиране на химическа реакция. Понякога тяхната форма довежда реагентите физически близо в стил, може би на треньор на спортен отбор или ръководител на работната група, с намерение да постигнат по-бързо задача. Смята се, че когато ензимите се свързват с реагент, тяхната форма се променя по начин, който дестабилизира реактанта и го прави по-податлив на каквито и да са химични промени, които включва реакцията.
Реакциите, които могат да протичат без въвеждането на енергия, се наричат екзотермични реакции. При тези реакции продуктите или химикалите (ите), образувани по време на реакцията, имат по-ниско енергийно ниво от химикалите, които служат като съставки на реакцията. По този начин молекулите, подобно на водата, „търсят“ собственото си (енергийно) ниво; атомите "предпочитат" да бъдат в режим с по-ниска обща енергия, точно както водата тече надолу до най-ниската налична физическа точка. Събирайки всичко това заедно, ясно е, че екзотермичните реакции винаги протичат естествено.
Фактът, че реакция ще се случи дори и без въвеждане, не говори за скоростта, с която ще се случи. Ако веществото, постъпило в организма, естествено ще се промени в две производни вещества, които могат да служат като директни източници на клетъчна енергия, това не прави много полезно, ако реакцията естествено отнема часове или дни. Също така, дори когато общата енергия на продуктите е по-висока от тази на реагентите, енергийният път не е гладък наклон на спускане на графика; Вместо това продуктите трябва да постигнат по-високо ниво на енергия от това, с което са започнали, така че да могат да „прекарат гърбицата“ и реакцията може да протече. Тази първоначална инвестиция на енергия в реагентите, която се изплаща под формата на продукти, е горепосоченото енергия на активиране, рудаа.
Видове ензими
Човешкото тяло включва шест основни групи или класове ензими.
Оксидоредуктази повишаване на скоростта на реакциите на окисляване и редукция. В тези реакции, наричани също редокс-реакции, един от реагентите се отдава на двойка електрони, които друг реагент получава. Казва се, че донорът на електронна двойка се окислява и действа като редуциращ агент, докато реципиентът на електронната двойка се нарича окислител. По-лесен начин за това е, че при тези реакции се преместват кислородни атоми, водородни атоми или и двете. Примерите включват цитохром оксидаза и лактат дехидрогеназа.
трансферази скорост по време на прехвърлянето на групи от атоми, като например метил (СН3), ацетил (СН3СО) или амино (NH2) групи, от една молекула до друга молекула. Ацетат киназа и аланин дезаминаза са примери за трансферази.
хидролази ускоряват реакциите на хидролизата. Реакциите на хидролиза използват вода (H2О) да се раздели връзка в молекула, за да се създадат два дъщерни продукта, обикновено чрез прикрепване на -ОН (хидроксилна група) от водата към един от продуктите и един -Н (водороден атом) към другия. Междувременно от атомите, изместени от компонентите -Н и -ОН, се образува нова молекула. Храносмилателните ензими липаза и сукраза са хидролази.
лиази повишаване на скоростта на добавяне на една молекулна група към двойна връзка или отстраняване на две групи от близките атоми, за да се създаде двойна връзка. Те действат като хидролази, с изключение на това, че отстраненият компонент не се измества от вода или части от вода. Този клас ензими включва оксалатна декарбоксилаза и изоцитратна лиаза.
изомерази ускоряване на реакциите на изомеризация. Това са реакции, при които всички първоначални атоми в реагента се задържат, но се пренареждат така, че да образуват изомер на реагента. (Изомерите са молекули с една и съща химична формула, но различни подредби.) Примерите включват глюкозо-фосфатна изомераза и аланин рацемаза.
лигази (наричани още синтетази) повишават скоростта на присъединяване на две молекули. Те обикновено постигат това, като използват енергия, получена от разграждането на аденозин трифосфат (АТФ). Примерите за лигази включват ацетил-CoA синтетаза и ДНК лигаза.
Ензимно инхибиране
В допълнение към промените в температурата и рН, други фактори могат да доведат до намаляване или спиране на активността на ензимите. В процес, наречен алостерично взаимодействие, формата на ензима временно се променя, когато молекула се свърже с част от нея далеч от мястото, където се присъединява към реагента. Това води до загуба на функция. Понякога това е полезно, когато самият продукт служи като алостеричен инхибитор, тъй като това обикновено е знак за реакцията, която е преминала до момента, в който вече не е необходим допълнителен продукт.
При конкурентно инхибиране, вещество, наречено регулаторно съединение, се конкурира с реагента за мястото на свързване. Това е сходно с опита да се поставят няколко работни ключа в едно и също заключване едновременно. Ако достатъчно от тези регулаторни съединения се присъединят към достатъчно високо количество от наличния ензим, това забавя или спира реакционния път. Това може да бъде полезно във фармакологията, защото микробиолозите могат да проектират съединения, които се конкурират със местата на свързване на бактериалните ензими, което прави много по-трудно бактериите да причинят заболяване или да оцелеят в човешкото тяло, период.
При неконкурентно инхибиране, инхибиторна молекула се свързва с ензима на място, различно от активното място, подобно на това, което се случва при алостерично взаимодействие. Необратимото инхибиране възниква, когато инхибиторът се свързва трайно или значително разгражда ензима, така че неговата функция да не може да се възстанови. Нервният газ и пеницилинът използват този тип инхибиране, макар и с масово различни намерения.