Postoje mnoge kemijske reakcije u svakoj živoj stanici. Enzimi (enzimi) su proteini s posebnim i iznimno važnim funkcijama. Zovu se biokatalizatori. Glavna funkcija proteinskih enzima u tijelu je ubrzavanje biokemijskih reakcija. Početni reagensi, čiju interakciju kataliziraju ove molekule, nazivaju se supstrati, a konačni spojevi nazivaju se produkti.
U prirodi, enzimski proteini djeluju samo u živim sustavima. Ali u suvremenoj biotehnologiji, kliničkoj dijagnostici, farmaciji i medicini koriste se pročišćeni enzimi ili njihovi kompleksi, kao i dodatne komponente potrebne za rad sustava i vizualizaciju podataka za istraživača.
Biološki značaj i svojstva enzima
Bez ovih molekula, živi organizam ne bi mogao funkcionirati. Svi životni procesi rade skladno zahvaljujući enzimima. Glavna funkcija proteina enzima u tijelu je regulacija metabolizma. Bez njih je nemoguć normalan metabolizam. Molekularnu aktivnost regulirajuaktivatori (induktori) ili inhibitori. Kontrola djeluje na različitim razinama sinteze proteina. Također "radi" u odnosu na gotovu molekulu.
Glavno svojstvo proteinskih enzima je specifičnost za određeni supstrat. I, sukladno tome, sposobnost kataliziranja samo jedne ili rjeđe niza reakcija. Obično su takvi procesi reverzibilni. Za obje funkcije odgovoran je jedan enzim. Ali to nije sve.
Uloga proteina enzima je bitna. Bez njih, biokemijske reakcije se ne odvijaju. Djelovanjem enzima postaje moguće da reagensi prevladaju aktivacijsku barijeru bez značajnog utroška energije. U tijelu se ne može zagrijati temperatura preko 100°C ili koristiti agresivne komponente poput kemijskog laboratorija. Enzimski protein se veže za supstrat. U vezanom stanju dolazi do modifikacije s naknadnim otpuštanjem potonjeg. Ovako rade svi katalizatori koji se koriste u kemijskoj sintezi.
Koje su razine organizacije proteinske molekule enzima?
Obično ove molekule imaju tercijarnu (globula) ili kvartarnu (nekoliko povezanih globula) proteinsku strukturu. Prvo, oni se sintetiziraju u linearnom obliku. A zatim se presavijaju u potrebnu strukturu. Da bi se osigurala aktivnost, biokatalizator treba određenu strukturu.
Enzimi, kao i drugi proteini, uništavaju se toplinom, ekstremnim pH vrijednostima, agresivnim kemijskim spojevima.
Dodatna svojstvaenzimi
Među njima se razlikuju sljedeće karakteristike komponenti:
- Stereospecific - formiranje samo jednog proizvoda.
- Regioselektivnost - razbijanje kemijske veze ili modificiranje grupe u samo jednom položaju.
- Kemoselektivnost - kataliza samo jedne reakcije.
Obilježja posla
Specifičnost enzima varira. Ali svaki enzim je uvijek aktivan u odnosu na određeni supstrat ili skupinu spojeva slične strukture. Neproteinski katalizatori nemaju ovo svojstvo. Specifičnost se mjeri konstantom vezanja (mol/l), koja može biti čak 10−10 mol/l. Rad aktivnog enzima je brz. Jedna molekula katalizira tisuće do milijune operacija u sekundi. Stupanj ubrzanja biokemijskih reakcija značajno je (1000-100000 puta) veći od onog kod konvencionalnih katalizatora.
Djelovanje enzima temelji se na nekoliko mehanizama. Najjednostavnija interakcija događa se s jednom molekulom supstrata, nakon čega slijedi stvaranje produkta. Većina enzima može vezati 2-3 različite molekule koje reagiraju. Na primjer, prijenos skupine ili atoma s jednog spoja na drugi, ili dvostruka supstitucija prema "ping-pong" principu. U tim reakcijama obično je jedan supstrat povezan, a drugi je povezan preko funkcionalne skupine s enzimom.
Proučavanje mehanizma djelovanja enzima odvija se korištenjem metoda:
- Definicije međuproizvoda i finalnih proizvoda.
- Studije geometrije strukture i funkcionalnih skupina povezanih ssupstrat i pružaju visoku stopu reakcije.
- Mutacija gena enzima i određivanje promjena u njegovoj sintezi i aktivnosti.
Aktivan i povezujući centar
Molekula supstrata je mnogo manja od enzima proteina. Stoga do vezanja dolazi zbog malog broja funkcionalnih skupina biokatalizatora. Oni čine aktivni centar, koji se sastoji od specifičnog skupa aminokiselina. U složenim proteinima u strukturi je prisutna prostetička skupina neproteinske prirode, koja također može biti dio aktivnog centra.
Neophodno je izdvojiti posebnu skupinu enzima. Njihova molekula sadrži koenzim koji se stalno veže za molekulu i iz nje se oslobađa. Potpuno formirani enzimski protein naziva se holoenzim, a kada se kofaktor ukloni, naziva se apoenzim. Vitamini, metali, derivati dušičnih baza često djeluju kao koenzimi (NAD - nikotinamid adenin dinukleotid, FAD - flavin adenin dinukleotid, FMN - flavin mononukleotid).
Vezivno mjesto pruža specifičnost supstrata. Zbog njega nastaje stabilan kompleks supstrat-enzim. Struktura globule je konstruirana tako da na površini ima nišu (prorez ili udubljenje) određene veličine koja osigurava vezivanje podloge. Ova zona se obično nalazi nedaleko od aktivnog centra. Neki enzimi imaju mjesta za vezanje za kofaktore ili metalne ione.
Zaključak
Protein-Enzim igra važnu ulogu u tijelu. Takve tvari kataliziraju kemijske reakcije, odgovorne su za proces metabolizma - metabolizam. U svakoj živoj stanici neprestano se odvijaju stotine biokemijskih procesa, uključujući reakcije redukcije, cijepanje i sintezu spojeva. Oksidacija tvari se stalno događa uz veliko oslobađanje energije. On se, pak, troši na stvaranje ugljikohidrata, proteina, masti i njihovih kompleksa. Proizvodi cijepanja su građevni blokovi za sintezu potrebnih organskih spojeva.
