Τα ένζυμα είναι σφαιρικές πρωτεΐνες που βοηθούν όλες τις κυτταρικές διεργασίες να προχωρήσουν. Όπως όλοι οι καταλύτες, δεν μπορούν να αντιστρέψουν την αντίδραση, αλλά χρησιμεύουν για την επιτάχυνσή της.
Εντοπισμός ενζύμων στο κύτταρο
Μέσα στο κύτταρο, μεμονωμένα ένζυμα συνήθως περιέχονται και δρουν σε αυστηρά καθορισμένα οργανίδια. Ο εντοπισμός των ενζύμων σχετίζεται άμεσα με τη λειτουργία που συνήθως εκτελεί αυτό το τμήμα του κυττάρου.
Σχεδόν όλα τα ένζυμα γλυκόλυσης βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα. Τα ένζυμα του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος βρίσκονται στη μιτοχονδριακή μήτρα. Οι δραστικές ουσίες της υδρόλυσης περιέχονται στα λυσοσώματα.
Οι μεμονωμένοι ιστοί και όργανα ζώων και φυτών διαφέρουν όχι μόνο ως προς το σύνολο των ενζύμων, αλλά και ως προς τη δραστηριότητά τους. Αυτό το χαρακτηριστικό των ιστών χρησιμοποιείται στην κλινική για τη διάγνωση ορισμένων ασθενειών.
Υπάρχουν επίσης χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την ηλικία στη δραστηριότητα και το σύνολο των ενζύμων στους ιστούς. Είναι πιο ευδιάκριτα κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη κατά τη διαφοροποίηση των ιστών.
Ονοματολογία ενζύμων
Υπάρχουν πολλά συστήματα ονοματοδοσίας, καθένα από τα οποία λαμβάνει υπόψη τις ιδιότητες των ενζύμων σε διαφορετικό βαθμό.
- Ασήμαντο. Τα ονόματα των ουσιών δίνονται τυχαία. Για παράδειγμα, πεψίνη (pepsis - "πέψη", ελληνικά) και θρυψίνη (tripsis - "λεπτή", ελληνική)
- Ορθολογικό. Το όνομα του ενζύμου αποτελείται από το υπόστρωμα και την κατάληξη "-ase". Για παράδειγμα, η αμυλάση επιταχύνει την υδρόλυση του αμύλου (amylo - "άμυλο", ελληνικά).
- Μόσχα. Εγκρίθηκε το 1961 από τη Διεθνή Επιτροπή για την Ονοματολογία των Ενζύμων στο 5ο Διεθνές Συνέδριο Βιοχημείας. Το όνομα της ουσίας αποτελείται από το υπόστρωμα και την αντίδραση που καταλύεται (επιταχύνεται) από το ένζυμο. Εάν η λειτουργία των ενζύμων είναι να μεταφέρουν μια ομάδα ατόμων από ένα μόριο (υπόστρωμα) σε ένα άλλο (δέκτης), το όνομα του καταλύτη περιλαμβάνει το χημικό όνομα του δέκτη. Για παράδειγμα, στην αντίδραση μεταφοράς μιας αμινομάδας από αλανίνη σε 2-υδροξυγλουταρικό οξύ, εμπλέκεται το ένζυμο αλανίνη: 2-οξογλουταρική αμινοτρανσφεράση. Το όνομα αντικατοπτρίζει:
- υπόστρωμα - αλανίνη;
- δέκτης - 2-οξογλουταρικό οξύ;
- μια αμινομάδα μεταφέρεται στην αντίδραση.
Η Διεθνής Επιτροπή έχει συντάξει μια λίστα με όλα τα γνωστά ένζυμα, η οποία ενημερώνεται συνεχώς. Αυτό οφείλεται στην ανακάλυψη νέων ουσιών.
Ταξινόμηση ενζύμων
Υπάρχουν δύο τρόποι για να χωρίσετε τα ένζυμα σε ομάδες. Η πρώτη προσφέρει δύο κατηγορίες ουσιών:
- απλό - αποτελείται μόνο από πρωτεΐνη;
- σύμπλεγμα - περιέχει ένα μέρος πρωτεΐνης (αποένζυμο) και ένα μη πρωτεϊνικό μέρος που ονομάζεται συνένζυμο.
Στο μη πρωτεϊνικό μέροςσύνθετο ένζυμο μπορεί να περιλαμβάνει βιταμίνες. Η αλληλεπίδραση με άλλες ουσίες λαμβάνει χώρα μέσω του ενεργού κέντρου. Ολόκληρο το μόριο του ενζύμου δεν συμμετέχει στη διαδικασία.
Οι ιδιότητες των ενζύμων, όπως και άλλων πρωτεϊνών, καθορίζονται από τη δομή τους. Ανάλογα με αυτό, οι καταλύτες επιταχύνουν μόνο τις αντιδράσεις τους.
Η δεύτερη μέθοδος ταξινόμησης διαιρεί τις ουσίες ανάλογα με τη λειτουργία των ενζύμων. Το αποτέλεσμα είναι έξι τάξεις:
- οξειδορεξαγωγάση;
- transferases;
- υδρολάσες;
- ισομεράση;
- λυάσες;
- λιγάσες.
Αυτές είναι γενικά αποδεκτές ομάδες, δεν διαφέρουν μόνο στους τύπους των αντιδράσεων που ρυθμίζουν τα ένζυμα σε αυτές. Οι ουσίες διαφορετικών ομάδων έχουν διαφορετικές δομές. Και οι λειτουργίες των ενζύμων σε ένα κύτταρο, επομένως, δεν μπορούν να είναι ίδιες.
Οξειδοαναγωγάσες - οξειδοαναγωγικές
Η κύρια λειτουργία των ενζύμων της πρώτης ομάδας είναι η επιτάχυνση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Χαρακτηριστικό γνώρισμα: η ικανότητα σχηματισμού αλυσίδων οξειδωτικών ενζύμων στα οποία μεταφέρονται ηλεκτρόνια ή άτομα υδρογόνου από το πρώτο κιόλας υπόστρωμα στον τελικό δέκτη. Αυτές οι ουσίες διαχωρίζονται σύμφωνα με την αρχή της εργασίας ή τον τόπο εργασίας στην αντίδραση.
- Οι αερόβιες αφυδρογονάσες (οξειδάσες) επιταχύνουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων ή πρωτονίων απευθείας στα άτομα οξυγόνου. Τα αναερόβια εκτελούν τις ίδιες ενέργειες, αλλά σε αντιδράσεις που προχωρούν χωρίς τη μεταφορά ηλεκτρονίων ή ατόμων υδρογόνου σε άτομα οξυγόνου.
- Πρωτοβάθμιαοι αφυδρογονάσες καταλύουν τη διαδικασία απομάκρυνσης των ατόμων υδρογόνου από την οξειδωμένη ουσία (πρωτεύον υπόστρωμα). Δευτερογενής - επιταχύνετε την απομάκρυνση των ατόμων υδρογόνου από το δευτερεύον υπόστρωμα, ελήφθησαν χρησιμοποιώντας πρωτογενή αφυδρογονάση.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό: είναι καταλύτες δύο συστατικών με πολύ περιορισμένο σύνολο συνενζύμων (δραστικές ομάδες), μπορούν να επιταχύνουν μια μεγάλη ποικιλία αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Αυτό επιτυγχάνεται με μεγάλο αριθμό επιλογών: το ίδιο συνένζυμο μπορεί να ενώσει διαφορετικά αποένζυμα. Σε κάθε περίπτωση, λαμβάνεται μια ειδική οξειδορεδουκτάση με τις δικές της ιδιότητες.
Υπάρχει μια άλλη λειτουργία των ενζύμων αυτής της ομάδας, η οποία δεν μπορεί να αγνοηθεί - επιταχύνουν την πορεία των χημικών διεργασιών που σχετίζονται με την απελευθέρωση ενέργειας. Τέτοιες αντιδράσεις ονομάζονται εξώθερμες.
Transferases - carriers
Αυτά τα ένζυμα επιτελούν τη λειτουργία της επιτάχυνσης των αντιδράσεων μεταφοράς μοριακών υπολειμμάτων και λειτουργικών ομάδων. Για παράδειγμα, φωσφοφρουκτοκινάση.
Οκτώ ομάδες καταλυτών διακρίνονται με βάση τη μεταφερόμενη ομάδα. Ας δούμε μόνο μερικά από αυτά.
- Φωσφοτρανσφεράσες - βοηθούν στη μεταφορά των υπολειμμάτων φωσφορικού οξέος. Χωρίζονται σε υποκατηγορίες ανάλογα με τον προορισμό (οινόπνευμα, καρβοξυλικό και άλλα).
- Αμινοτρανσφεράσες – επιταχύνουν τις αντιδράσεις τρανσαμινώσεως αμινοξέων.
- Γλυκοσυλοτρανσφεράσες - μεταφέρουν υπολείμματα γλυκοζυλίου από μόρια εστέρα φωσφόρου σε μόρια μονο- και πολυσακχαριτών. Παρέχετε αντιδράσειςδιάσπαση και σύνθεση ολιγο- ή πολυσακχαριτών σε φυτά και ζώα. Για παράδειγμα, εμπλέκονται στη διάσπαση της σακχαρόζης.
- Οι ακυλοτρανσφεράσες μεταφέρουν υπολείμματα καρβοξυλικού οξέος σε αμίνες, αλκοόλες και αμινοξέα. Το ακυλο-συνένζυμο-Α είναι μια καθολική πηγή ακυλομάδων. Μπορεί να θεωρηθεί ως ενεργή ομάδα ακυλοτρανσφερασών. Το ακύλιο οξικού οξέος είναι πιο συχνά ανεκτή.
Υδρολάσες - χωρισμένο με νερό
Σε αυτήν την ομάδα, τα ένζυμα δρουν ως καταλύτες για τις αντιδράσεις διάσπασης (λιγότερο συχνά σύνθεσης) οργανικών ενώσεων, στις οποίες εμπλέκεται το νερό. Ουσίες αυτής της ομάδας περιέχονται στα κύτταρα και στον πεπτικό χυμό. Τα μόρια των καταλυτών στο γαστρεντερικό σωλήνα αποτελούνται από ένα συστατικό.
Η θέση αυτών των ενζύμων είναι τα λυσοσώματα. Εκτελούν τις προστατευτικές λειτουργίες των ενζύμων στο κύτταρο: διασπούν ξένες ουσίες που έχουν περάσει από τη μεμβράνη. Καταστρέφουν επίσης εκείνες τις ουσίες που δεν χρειάζονται πλέον το κύτταρο, για τις οποίες τα λυσοσώματα ονομάστηκαν τακτοποιημένα.
Το άλλο «παρατσούκλι» τους είναι οι αυτοκτονίες κυττάρων, καθώς αποτελούν το κύριο εργαλείο για την κυτταρική αυτόλυση. Εάν συμβεί μόλυνση, αρχίζουν φλεγμονώδεις διεργασίες, η μεμβράνη του λυσοσώματος γίνεται διαπερατή και οι υδρολάσες εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα, καταστρέφοντας τα πάντα στο πέρασμά της και καταστρέφοντας το κύτταρο.
Διαχωρίστε πολλούς τύπους καταλυτών από αυτήν την ομάδα:
- εστεράσες - υπεύθυνες για την υδρόλυση των αλκοολικών εστέρων;
- γλυκοσιδάσες - επιταχύνουν την υδρόλυση των γλυκοσιδών, ανάλογα μετι ισομερές δρουν, εκκρίνουν α- ή β-γλυκοσιδάσες;
- Οι πεπτιδικές υδρολάσες είναι υπεύθυνες για την υδρόλυση των πεπτιδικών δεσμών στις πρωτεΐνες και υπό ορισμένες συνθήκες για τη σύνθεσή τους, αλλά αυτή η μέθοδος πρωτεϊνοσύνθεσης δεν χρησιμοποιείται σε ζωντανό κύτταρο.
- αμιδάσες - υπεύθυνες για την υδρόλυση των αμιδίων οξέος, για παράδειγμα, η ουρεάση καταλύει τη διάσπαση της ουρίας σε αμμωνία και νερό.
Ισομεράσες - μετασχηματισμός του μορίου
Αυτές οι ουσίες επιταχύνουν τις αλλαγές μέσα σε ένα μόνο μόριο. Μπορούν να είναι γεωμετρικά ή δομικά. Αυτό μπορεί να συμβεί με πολλούς τρόπους:
- μεταφορά ατόμων υδρογόνου;
- μετακίνηση της ομάδας φωσφορικών αλάτων;
- αλλαγή της διάταξης των ατομικών ομάδων στο διάστημα;
- μετακίνηση του διπλού δεσμού.
Ο ισομερισμός μπορεί να είναι οργανικά οξέα, υδατάνθρακες ή αμινοξέα. Οι ισομεράσες μπορούν να μετατρέψουν τις αλδεΰδες σε κετόνες και, αντιστρόφως, να αναδιατάξουν τη μορφή cis στη μορφή trans και αντίστροφα. Για να κατανοήσουμε καλύτερα τη λειτουργία των ενζύμων αυτής της ομάδας, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τις διαφορές στα ισομερή.
Οι δεσμοί έκοψαν τις σχέσεις
Αυτά τα ένζυμα επιταχύνουν τη μη υδρολυτική διάσπαση οργανικών ενώσεων με δεσμούς:
- carbon-carbon;
- φωσφόρος-οξυγόνο;
- άνθρακας-θείο;
- άνθρακας-άζωτο;
- carbon-oxygen.
Σε αυτήν την περίπτωση, τέτοια απλά προϊόντα όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό, η αμμωνία απελευθερώνονται και οι διπλοί δεσμοί κλείνουν. Λίγες από αυτές τις αντιδράσεις μπορούν να πάνε προς την αντίθετη κατεύθυνση, τα αντίστοιχα ένζυμα στην κατάλληληυπό αυτές τις συνθήκες καταλύουν τις διαδικασίες όχι μόνο αποσύνθεσης, αλλά και σύνθεσης.
Τα Liase ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο του δεσμού που σπάνε. Είναι πολύπλοκα ένζυμα.
Διασυνδέσεις Ligase
Η κύρια λειτουργία των ενζύμων αυτής της ομάδας είναι η επιτάχυνση των αντιδράσεων σύνθεσης. Χαρακτηριστικό τους είναι η σύζευξη της δημιουργίας με την αποσύνθεση ουσιών που είναι ικανές να παρέχουν ενέργεια για την υλοποίηση της βιοσυνθετικής διαδικασίας. Υπάρχουν έξι υποκατηγορίες ανάλογα με τον τύπο της σύνδεσης που σχηματίζεται. Πέντε από αυτές είναι πανομοιότυπες με τις υποομάδες λυάσης και η έκτη είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία του δεσμού αζώτου-μετάλλου.
Ορισμένες λιγάσες εμπλέκονται σε ιδιαίτερα σημαντικές κυτταρικές διεργασίες. Για παράδειγμα, η DNA λιγάση εμπλέκεται στην αντιγραφή του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Συνδέει σταυροειδείς ρήξεις μονής έλικας, δημιουργώντας νέους φωσφοδιεστερικούς δεσμούς. Είναι αυτή που συνδέει τα θραύσματα Okazaki.
Το ίδιο ένζυμο χρησιμοποιείται ενεργά στη γενετική μηχανική. Επιτρέπει στους επιστήμονες να συρράψουν μόρια DNA από τα κομμάτια που χρειάζονται, δημιουργώντας μοναδικές αλυσίδες δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Οποιαδήποτε πληροφορία μπορεί να μπει σε αυτά, δημιουργώντας έτσι ένα εργοστάσιο για την παραγωγή των απαραίτητων πρωτεϊνών. Για παράδειγμα, μπορείτε να ράψετε στο DNA ενός βακτηρίου ένα κομμάτι που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση της ινσουλίνης. Και όταν το κύτταρο θα μεταφράσει τις δικές του πρωτεΐνες, την ίδια στιγμή θα φτιάξει μια χρήσιμη ουσία απαραίτητη για ιατρικούς σκοπούς. Το μόνο που μένει είναι να το καθαρίσουμε και θα βοηθήσει πολλούς άρρωστους.
Ο τεράστιος ρόλος των ενζύμων στο σώμα
Μπορούναυξάνουν τον ρυθμό αντίδρασης πάνω από δέκα φορές. Είναι απλώς απαραίτητο για τη φυσιολογική λειτουργία του κυττάρου. Και τα ένζυμα εμπλέκονται σε κάθε αντίδραση. Επομένως, οι λειτουργίες των ενζύμων στο σώμα είναι ποικίλες, όπως όλες οι συνεχιζόμενες διαδικασίες. Και η αποτυχία αυτών των καταλυτών οδηγεί σε σοβαρές συνέπειες.
Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται ευρέως στα τρόφιμα, την ελαφριά βιομηχανία, την ιατρική: χρησιμοποιούνται για την παρασκευή τυριών, λουκάνικων, κονσερβοποιημένων τροφίμων και αποτελούν μέρος σκόνης πλυσίματος. Χρησιμοποιούνται επίσης στην κατασκευή φωτογραφικών υλικών.
