Enzimi su globularni proteini koji pomažu da se odvijaju svi stanični procesi. Kao i svi katalizatori, oni ne mogu preokrenuti reakciju, već služe da je ubrzaju.
Lokalizacija enzima u stanici
Unutar stanice, pojedinačni enzimi obično su sadržani i djeluju u strogo definiranim organelama. Lokalizacija enzima izravno je povezana s funkcijom koju ovaj dio stanice obično obavlja.
Gotovo svi enzimi glikolize nalaze se u citoplazmi. Enzimi ciklusa trikarboksilne kiseline nalaze se u mitohondrijskom matriksu. Aktivne tvari hidrolize sadržane su u lizosomima.
Pojedina tkiva i organi životinja i biljaka razlikuju se ne samo po skupu enzima, već i po svojoj aktivnosti. Ova karakteristika tkiva se koristi u klinici u dijagnostici određenih bolesti.
U aktivnosti i skupu enzima u tkivima također postoje značajke vezane za dob. Najjasnije su vidljivi tijekom embrionalnog razvoja tijekom diferencijacije tkiva.
Nomenklatura enzima
Postoji nekoliko sustava imenovanja, od kojih svaki uzima u obzir svojstva enzima u različitoj mjeri.
- Bašno. Nazivi tvari su nasumično dati. Na primjer, pepsin (pepsis - "probava", grčki) i tripsin (tripsis - "tanak", grčki)
- Racionalno. Naziv enzima sastoji se od supstrata i završetka "-ase". Na primjer, amilaza ubrzava hidrolizu škroba (amilo - "škrob", grčki).
- Moskva. Usvojila ga je 1961. Međunarodna komisija za nomenklaturu enzima na 5. međunarodnom biokemijskom kongresu. Naziv tvari sastoji se od supstrata i reakcije koju enzim katalizira (ubrzava). Ako je funkcija enzima prijenos skupine atoma s jedne molekule (supstrata) na drugu (akceptor), naziv katalizatora uključuje kemijski naziv akceptora. Na primjer, u reakciji prijenosa amino skupine s alanina na 2-hidroksiglutarnu kiselinu sudjeluje enzim alanin: 2-oksoglutarat aminotransferaza. Ime odražava:
- supstrat - alanin;
- akceptor - 2-oksoglutarna kiselina;
- amino skupina se prenosi u reakciji.
Međunarodna komisija sastavila je popis svih poznatih enzima, koji se stalno ažurira. To je zbog otkrića novih tvari.
Klasifikacija enzima
Postoje dva načina za podjelu enzima u skupine. Prvi nudi dvije klase ovih tvari:
- jednostavno - sastoji se samo od proteina;
- kompleks - sadrži proteinski dio (apoenzim) i neproteinski dio koji se naziva koenzim.
U ne-proteinski diosloženi enzim može uključivati vitamine. Interakcija s drugim tvarima odvija se kroz aktivni centar. Cijela molekula enzima ne sudjeluje u procesu.
Svojstva enzima, kao i drugih proteina, određena su njihovom strukturom. Ovisno o tome, katalizatori ubrzavaju samo svoje reakcije.
Druga metoda klasifikacije dijeli tvari prema funkciji enzima. Rezultat je šest razreda:
- oksidoreduktaza;
- transferaze;
- hidrolaze;
- izomeraza;
- lyases;
- ligaze.
Ovo su općeprihvaćene skupine, ne razlikuju se samo po vrstama reakcija koje reguliraju enzime u njima. Tvari različitih skupina imaju različite strukture. A funkcije enzima u stanici, dakle, ne mogu biti iste.
Oksidoreduktaze - redoks
Glavna funkcija enzima prve skupine je ubrzanje redoks reakcija. Karakteristična značajka: sposobnost stvaranja lanaca oksidativnih enzima u kojima se elektroni ili atomi vodika prenose od prvog supstrata do konačnog akceptora. Te se tvari odvajaju prema principu rada ili mjestu rada u reakciji.
- Aerobne dehidrogenaze (oksidaze) ubrzavaju prijenos elektrona ili protona izravno na atome kisika. Anaerobni izvode iste radnje, ali u reakcijama koje se odvijaju bez prijenosa elektrona ili atoma vodika na atome kisika.
- Primarnodehidrogenaze kataliziraju proces odstranjivanja atoma vodika iz oksidirane tvari (primarni supstrat). Sekundarni - ubrzavaju uklanjanje vodikovih atoma iz sekundarnog supstrata, dobiveni su primjenom primarne dehidrogenaze.
Još jedna značajka: kao dvokomponentni katalizatori s vrlo ograničenim skupom koenzima (aktivnih skupina), oni mogu ubrzati širok raspon redoks reakcija. To se postiže velikim brojem opcija: isti koenzim može se pridružiti različitim apoenzimima. U svakom slučaju dobiva se posebna oksidoreduktaza s vlastitim svojstvima.
Postoji još jedna funkcija enzima ove skupine, koja se ne može zanemariti - oni ubrzavaju tijek kemijskih procesa povezanih s oslobađanjem energije. Takve se reakcije nazivaju egzotermnim.
Prijenos - prijevoznici
Ovi enzimi obavljaju funkciju ubrzavanja reakcija prijenosa molekularnih ostataka i funkcionalnih skupina. Na primjer, fosfofruktokinaza.
Osam skupina katalizatora razlikuje se na temelju prenesene skupine. Pogledajmo samo neke od njih.
- Fosfotransferaze - pomažu u prijenosu ostataka fosforne kiseline. Dijele se u podrazrede prema odredištu (alkohol, karboksil i drugi).
- Aminotransferaze – ubrzavaju reakcije transaminacije aminokiselina.
- Glikoziltransferaze - prenose ostatke glikozila s molekula fosfornog estera u molekule mono- i polisaharida. Navedite reakcijerazgradnju i sintezu oligo- ili polisaharida u biljkama i životinjama. Na primjer, oni su uključeni u razgradnju saharoze.
- Aciltransferaze prenose ostatke karboksilne kiseline u amine, alkohole i aminokiseline. Acil-koenzim-A je univerzalni izvor acilnih skupina. Može se smatrati aktivnom skupinom aciltransferaza. Acil octene kiseline se najčešće podnosi.
Hidrolaze - razdvojiti se vodom
U ovoj skupini enzimi djeluju kao katalizatori za reakcije cijepanja (rjeđe sinteze) organskih spojeva, u kojima sudjeluje voda. Tvari ove skupine sadržane su u stanicama i u probavnom soku. Molekule katalizatora u gastrointestinalnom traktu sastoje se od jedne komponente.
Lokacija ovih enzima su lizosomi. Oni obavljaju zaštitne funkcije enzima u stanici: razgrađuju strane tvari koje su prošle kroz membranu. Oni također uništavaju one tvari koje više nisu potrebne stanici, zbog čega su lizosomi dobili nadimak bolničara.
Njihov drugi "nadimak" su samoubojstva stanica, jer su oni glavni alat za autolizu stanica. Ako dođe do infekcije, započinju upalni procesi, membrana lizosoma postaje propusna i hidrolaze ulaze u citoplazmu uništavajući sve na svom putu i uništavajući stanicu.
Odvojite nekoliko vrsta katalizatora iz ove grupe:
- esteraze - odgovorne za hidrolizu alkoholnih estera;
- glikozidaze - ubrzavaju hidrolizu glikozida, ovisno ona koji izomer djeluju, luče α- ili β-glikozidaze;
- peptidne hidrolaze su odgovorne za hidrolizu peptidnih veza u proteinima i pod određenim uvjetima za njihovu sintezu, ali se ova metoda sinteze proteina ne koristi u živoj stanici;
- amidaze - odgovorne za hidrolizu amida kiselina, na primjer, ureaza katalizira razgradnju uree u amonijak i vodu.
Izomeraze - transformacija molekule
Ove tvari ubrzavaju promjene unutar jedne molekule. Mogu biti geometrijski ili strukturni. To se može dogoditi na mnogo načina:
- prijenos vodikovih atoma;
- pomicanje fosfatne grupe;
- promjena rasporeda atomskih grupa u prostoru;
- pomicanje dvostruke veze.
Izomerizacija može biti organske kiseline, ugljikohidrati ili aminokiseline. Izomeraze mogu pretvoriti aldehide u ketone i, obrnuto, preurediti cis oblik u trans oblik i obrnuto. Da bismo bolje razumjeli koju funkciju obavljaju enzimi ove skupine, potrebno je poznavati razlike u izomerima.
Liases prekinule veze
Ovi enzimi ubrzavaju nehidrolitičku razgradnju organskih spojeva vezama:
- ugljik-ugljik;
- fosfor-kisik;
- ugljik-sumpor;
- ugljik-dušik;
- ugljik-kisik.
U ovom slučaju se oslobađaju jednostavni proizvodi poput ugljičnog dioksida, vode, amonijaka i zatvaraju se dvostruke veze. Malo od tih reakcija može ići u suprotnom smjeru, odgovarajući enzimi u odgovarajućempod tim uvjetima kataliziraju procese ne samo propadanja, već i sinteze.
Liases se klasificiraju prema vrsti veze koju prekidaju. Oni su složeni enzimi.
Ligase crosslinks
Glavna funkcija enzima ove skupine je ubrzanje reakcija sinteze. Njihova je značajka konjugacija stvaranja s raspadom tvari koje su u stanju osigurati energiju za provedbu biosintetskog procesa. Postoji šest podklasa prema vrsti formirane veze. Pet ih je identično podskupinama liza, a šesta je odgovorna za stvaranje veze dušik-metal.
Neke ligaze su uključene u posebno važne stanične procese. Na primjer, DNA ligaza je uključena u replikaciju deoksiribonukleinske kiseline. Poprečno povezuje jednolančane prekide, stvarajući nove fosfodiesterske veze. Ona je ta koja povezuje fragmente Okazaki.
Isti enzim se aktivno koristi u genetskom inženjeringu. Omogućuje znanstvenicima da spoje molekule DNK od dijelova koji su im potrebni, stvarajući jedinstvene lance deoksiribonukleinske kiseline. U njih se može staviti bilo koja informacija, stvarajući tako tvornicu za proizvodnju potrebnih proteina. Na primjer, možete ušiti u DNK bakterije komadić koji je odgovoran za sintezu inzulina. A kada će stanica prevesti vlastite proteine, istovremeno će napraviti korisnu tvar potrebnu u medicinske svrhe. Ostaje samo to očistiti i pomoći će mnogim bolesnicima.
Ogromna uloga enzima u tijelu
Mogupovećati brzinu reakcije za više od deset puta. Jednostavno je potrebno za normalno funkcioniranje stanice. A enzimi su uključeni u svaku reakciju. Stoga su funkcije enzima u tijelu raznolike, kao i svi tekući procesi. A neuspjeh ovih katalizatora dovodi do ozbiljnih posljedica.
Enzimi se široko koriste u prehrambenoj, lakoj industriji, medicini: koriste se za proizvodnju sireva, kobasica, konzervirane hrane i dio su prašaka za pranje rublja. Također se koriste u proizvodnji fotografskih materijala.
