Η λέξη "ένζυμο" έχει λατινικές ρίζες. Στη μετάφραση σημαίνει «ζύμι». Στα αγγλικά χρησιμοποιείται η έννοια «ένζυμο», που προέρχεται από τον ελληνικό όρο, που σημαίνει το ίδιο πράγμα. Τα ένζυμα είναι εξειδικευμένες πρωτεΐνες. Σχηματίζονται σε κύτταρα και έχουν την ικανότητα να επιταχύνουν την πορεία των βιοχημικών διεργασιών. Με άλλα λόγια, δρουν ως βιολογικοί καταλύτες. Ας εξετάσουμε περαιτέρω τι συνιστά την ειδικότητα της δράσης των ενζύμων. Οι τύποι ειδικότητας θα περιγραφούν επίσης στο άρθρο.
Γενικά χαρακτηριστικά
Η εκδήλωση της καταλυτικής δραστηριότητας ορισμένων ενζύμων οφείλεται στην παρουσία ενός αριθμού μη πρωτεϊνικών ενώσεων. Ονομάζονται συμπαράγοντες. Χωρίζονται σε 2 ομάδες: ιόντα μετάλλων και πλήθος ανόργανων ουσιών, καθώς και συνένζυμα (οργανικές ενώσεις).
Μηχανισμός Δραστηριότητας
Από τη χημική τους φύση, τα ένζυμα ανήκουν στην ομάδα των πρωτεϊνών. Ωστόσο, σε αντίθεση με το τελευταίο, τα υπό εξέταση στοιχεία περιέχουν μια ενεργή τοποθεσία. Είναι ένα μοναδικό σύμπλεγμα λειτουργικών ομάδων υπολειμμάτων αμινοξέων. Είναι αυστηρά προσανατολισμένα στο χώρο λόγω της τριτοταγούς ή τεταρτοταγούς δομής του ενζύμου. Σε ενεργότο κέντρο είναι απομονωμένες καταλυτικές θέσεις και θέσεις υποστρώματος. Το τελευταίο είναι που καθορίζει την ειδικότητα των ενζύμων. Το υπόστρωμα είναι η ουσία πάνω στην οποία δρα η πρωτεΐνη. Προηγουμένως, πιστευόταν ότι η αλληλεπίδρασή τους πραγματοποιείται με την αρχή του "κλειδιού για το κάστρο". Με άλλα λόγια, η ενεργή θέση πρέπει σαφώς να αντιστοιχεί στο υπόστρωμα. Προς το παρόν, επικρατεί μια διαφορετική υπόθεση. Πιστεύεται ότι αρχικά δεν υπάρχει ακριβής αντιστοιχία, αλλά εμφανίζεται στην πορεία της αλληλεπίδρασης των ουσιών. Η δεύτερη - καταλυτική - θέση επηρεάζει την ειδικότητα της δράσης. Με άλλα λόγια, καθορίζει τη φύση της επιταχυνόμενης αντίδρασης.
Κτίριο
Όλα τα ένζυμα χωρίζονται σε ενός και δύο συστατικών. Οι πρώτες έχουν δομή παρόμοια με τη δομή των απλών πρωτεϊνών. Περιέχουν μόνο αμινοξέα. Η δεύτερη ομάδα - πρωτεΐνες - περιλαμβάνει πρωτεϊνικά και μη πρωτεϊνικά μέρη. Το τελευταίο είναι το συνένζυμο, το πρώτο είναι το αποένζυμο. Το τελευταίο καθορίζει την ειδικότητα του υποστρώματος του ενζύμου. Δηλαδή, εκτελεί τη λειτουργία μιας θέσης υποστρώματος στο ενεργό κέντρο. Το συνένζυμο, κατά συνέπεια, δρα ως καταλυτική περιοχή. Σχετίζεται με την ιδιαιτερότητα της δράσης. Οι βιταμίνες, τα μέταλλα και άλλες ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους μπορούν να λειτουργήσουν ως συνένζυμα.
Κατάλυση
Η εμφάνιση οποιασδήποτε χημικής αντίδρασης σχετίζεται με τη σύγκρουση μορίων ουσιών που αλληλεπιδρούν. Η κίνησή τους στο σύστημα καθορίζεται από την παρουσία δυνητικής ελεύθερης ενέργειας. Για μια χημική αντίδραση, είναι απαραίτητο τα μόρια να κάνουν μια μετάβασηκατάσταση. Με άλλα λόγια, πρέπει να έχουν αρκετή δύναμη για να περάσουν από το ενεργειακό φράγμα. Αντιπροσωπεύει την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας για να γίνουν όλα τα μόρια αντιδραστικά. Όλοι οι καταλύτες, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων, είναι ικανοί να μειώσουν το ενεργειακό φράγμα. Αυτό συμβάλλει στην επιταχυνόμενη πορεία της αντίδρασης.
Ποια είναι η ειδικότητα των ενζύμων;
Αυτή η ικανότητα εκφράζεται στην επιτάχυνση μόνο μιας ορισμένης αντίδρασης. Τα ένζυμα μπορούν να δράσουν στο ίδιο υπόστρωμα. Ωστόσο, καθένα από αυτά θα επιταχύνει μόνο μια συγκεκριμένη αντίδραση. Η αντιδραστική ειδικότητα του ενζύμου μπορεί να ανιχνευθεί με το παράδειγμα του συμπλόκου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης. Περιλαμβάνει πρωτεΐνες που επηρεάζουν την PVK. Τα κυριότερα είναι: πυροσταφυλική αφυδρογονάση, πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση, ακετυλοτρανσφεράση. Η ίδια η αντίδραση ονομάζεται οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του PVC. Το προϊόν της είναι ενεργό οξικό οξύ.
Ταξινόμηση
Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι ενζυμικής εξειδίκευσης:
- Στερεοχημικό. Εκφράζεται στην ικανότητα μιας ουσίας να επηρεάζει ένα από τα πιθανά στερεοϊσομερή υποστρώματος. Για παράδειγμα, η φουμαρική υδρόταση μπορεί να δράσει στο φουμαρικό. Ωστόσο, δεν επηρεάζει το cis ισομερές - μηλεϊνικό οξύ.
- Απόλυτο. Η ειδικότητα των ενζύμων αυτού του τύπου εκφράζεται στην ικανότητα μιας ουσίας να επηρεάζει μόνο ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα. Για παράδειγμα, η σακχαράση αντιδρά αποκλειστικά με σακχαρόζη, η αργινάση με αργινίνη κ.ο.κ.
- Σχετικός. Η ειδικότητα των ενζύμων σε αυτόΗ περίπτωση εκφράζεται στην ικανότητα μιας ουσίας να επηρεάζει μια ομάδα υποστρωμάτων που έχουν δεσμό του ίδιου τύπου. Για παράδειγμα, η άλφα-αμυλάση αντιδρά με το γλυκογόνο και το άμυλο. Έχουν δεσμό γλυκοσιδικού τύπου. Η θρυψίνη, η πεψίνη, η χυμοθρυψίνη επηρεάζουν πολλές πρωτεΐνες της πεπτιδικής ομάδας.
Θερμοκρασία
Τα ένζυμα έχουν ειδικότητα υπό ορισμένες συνθήκες. Για τα περισσότερα από αυτά, μια θερμοκρασία + 35 … + 45 μοίρες θεωρείται η βέλτιστη. Όταν μια ουσία τοποθετείται σε συνθήκες με χαμηλότερους ρυθμούς, η δραστηριότητά της θα μειωθεί. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται αναστρέψιμη αδρανοποίηση. Όταν ανέβει η θερμοκρασία, οι ικανότητές του θα αποκατασταθούν. Αξίζει να πούμε ότι όταν τοποθετείται σε συνθήκες όπου το t είναι υψηλότερο από τις υποδεικνυόμενες τιμές, θα συμβεί επίσης απενεργοποίηση. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, θα είναι μη αναστρέψιμο, αφού δεν θα αποκατασταθεί όταν πέσει η θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στη μετουσίωση του μορίου.
Επίδραση του pH
Το φορτίο του μορίου εξαρτάται από την οξύτητα. Κατά συνέπεια, το pH επηρεάζει τη δραστηριότητα της ενεργού θέσης και την ειδικότητα του ενζύμου. Ο βέλτιστος δείκτης οξύτητας για κάθε ουσία είναι διαφορετικός. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις είναι 4-7. Για παράδειγμα, για την άλφα-αμυλάση του σάλιου, η βέλτιστη οξύτητα είναι 6,8. Εν τω μεταξύ, υπάρχουν ορισμένες εξαιρέσεις. Η βέλτιστη οξύτητα της πεψίνης, για παράδειγμα, είναι 1,5-2,0, η χυμοθρυψίνη και η θρυψίνη είναι 8-9.
Συγκέντρωση
Όσο περισσότερο υπάρχει ένζυμο, τόσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός αντίδρασης. Παρόμοιοςσυμπέρασμα μπορεί να γίνει και σχετικά με τη συγκέντρωση του υποστρώματος. Ωστόσο, η περιεκτικότητα κορεσμού του στόχου καθορίζεται θεωρητικά για κάθε ουσία. Με αυτό, όλα τα ενεργά κέντρα θα καταληφθούν από το διαθέσιμο υπόστρωμα. Σε αυτή την περίπτωση, η ειδικότητα του ενζύμου θα είναι μέγιστη, ανεξάρτητα από την επακόλουθη προσθήκη στόχων.
Ρυθμιστικές Ουσίες
Μπορούν να χωριστούν σε αναστολείς και ενεργοποιητές. Και οι δύο αυτές κατηγορίες χωρίζονται σε μη ειδικές και ειδικές. Ο τελευταίος τύπος ενεργοποιητών περιλαμβάνει χολικά άλατα (για λιπάση στο πάγκρεας), ιόντα χλωρίου (για άλφα-αμυλάση), υδροχλωρικό οξύ (για πεψίνη). Οι μη ειδικοί ενεργοποιητές είναι ιόντα μαγνησίου που επηρεάζουν τις κινάσες και τις φωσφατάσες και οι ειδικοί αναστολείς είναι τερματικά πεπτίδια των προενζύμων. Οι τελευταίες είναι ανενεργές μορφές ουσιών. Ενεργοποιούνται κατά τη διάσπαση των τερματικών πεπτιδίων. Οι συγκεκριμένοι τύποι τους αντιστοιχούν σε κάθε μεμονωμένο προένζυμο. Για παράδειγμα, σε μια ανενεργή μορφή, η θρυψίνη παράγεται με τη μορφή θρυψινογόνου. Το ενεργό κέντρο του κλείνει από ένα τερματικό εξαπεπτίδιο, το οποίο είναι ένας ειδικός αναστολέας. Κατά τη διαδικασία ενεργοποίησης, χωρίζεται. Ως αποτέλεσμα, η ενεργή θέση της θρυψίνης ανοίγει. Οι μη ειδικοί αναστολείς είναι άλατα από βαρέα μέταλλα. Για παράδειγμα, θειικός χαλκός. Προκαλούν τη μετουσίωση των ενώσεων.
Αναστολή
Μπορεί να είναι ανταγωνιστικό. Αυτό το φαινόμενο εκφράζεται με την εμφάνιση μιας δομικής ομοιότητας μεταξύ του αναστολέα και του υποστρώματος. Αυτοί είναιμπαίνουν σε αγώνα επικοινωνίας με το ενεργό κέντρο. Εάν η περιεκτικότητα σε αναστολέα είναι μεγαλύτερη από αυτή του υποστρώματος, σχηματίζεται ένας σύνθετος αναστολέας ενζύμου. Όταν προστεθεί μια ουσία στόχος, η αναλογία θα αλλάξει. Ως αποτέλεσμα, ο αναστολέας θα εξαναγκαστεί να βγει. Για παράδειγμα, το ηλεκτρικό δρα ως υπόστρωμα για την ηλεκτρική αφυδρογονάση. Οι αναστολείς είναι το οξαλοξικό ή μηλονικό. Οι ανταγωνιστικές επιρροές θεωρούνται προϊόντα αντίδρασης. Συχνά είναι παρόμοια με τα υποστρώματα. Για παράδειγμα, για τη γλυκόζη-6-φωσφορική, το προϊόν είναι γλυκόζη. Το υπόστρωμα θα είναι φωσφορική γλυκόζη-6. Η μη ανταγωνιστική αναστολή δεν συνεπάγεται δομική ομοιότητα μεταξύ των ουσιών. Τόσο ο αναστολέας όσο και το υπόστρωμα μπορούν να συνδεθούν με το ένζυμο ταυτόχρονα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται μια νέα ένωση. Είναι ένα σύμπλοκο-ένζυμο-υπόστρωμα-αναστολέας. Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, το ενεργό κέντρο μπλοκάρεται. Αυτό οφείλεται στη δέσμευση του αναστολέα στην καταλυτική θέση του AC. Ένα παράδειγμα είναι η οξειδάση του κυτοχρώματος. Για αυτό το ένζυμο, το οξυγόνο δρα ως υπόστρωμα. Τα άλατα υδροκυανικού οξέος είναι αναστολείς της οξειδάσης του κυτοχρώματος.
Αλλοστερική ρύθμιση
Σε ορισμένες περιπτώσεις, εκτός από το ενεργό κέντρο που καθορίζει την ειδικότητα του ενζύμου, υπάρχει ακόμη ένας σύνδεσμος. Είναι αλλοστερικό συστατικό. Εάν ο ενεργοποιητής με το ίδιο όνομα συνδεθεί με αυτό, η αποτελεσματικότητα του ενζύμου αυξάνεται. Εάν ένας αναστολέας αντιδράσει με το αλλοστερικό κέντρο, τότε η δραστηριότητα της ουσίας μειώνεται ανάλογα. Για παράδειγμα, αδενυλική κυκλάση καιΗ γουανυλική κυκλάση είναι ένζυμα με ρύθμιση αλλοστερικού τύπου.
