Υπάρχουν πολλές χημικές αντιδράσεις σε κάθε ζωντανό κύτταρο. Τα ένζυμα (ένζυμα) είναι πρωτεΐνες με ειδικές και εξαιρετικά σημαντικές λειτουργίες. Ονομάζονται βιοκαταλύτες. Η κύρια λειτουργία των πρωτεϊνικών ενζύμων στο σώμα είναι να επιταχύνουν τις βιοχημικές αντιδράσεις. Τα αρχικά αντιδραστήρια, η αλληλεπίδραση των οποίων καταλύεται από αυτά τα μόρια, ονομάζονται υποστρώματα και οι τελικές ενώσεις ονομάζονται προϊόντα.
Στη φύση, οι ενζυμικές πρωτεΐνες λειτουργούν μόνο σε ζωντανά συστήματα. Όμως, στη σύγχρονη βιοτεχνολογία, την κλινική διάγνωση, τα φαρμακευτικά προϊόντα και την ιατρική, χρησιμοποιούνται καθαρισμένα ένζυμα ή τα σύμπλοκά τους, καθώς και πρόσθετα συστατικά απαραίτητα για τη λειτουργία του συστήματος και την οπτικοποίηση δεδομένων για τον ερευνητή.
Βιολογική σημασία και ιδιότητες των ενζύμων
Χωρίς αυτά τα μόρια, ένας ζωντανός οργανισμός δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει. Όλες οι διαδικασίες της ζωής λειτουργούν αρμονικά χάρη στα ένζυμα. Η κύρια λειτουργία των ενζυμικών πρωτεϊνών στο σώμα είναι η ρύθμιση του μεταβολισμού. Χωρίς αυτά, ο φυσιολογικός μεταβολισμός είναι αδύνατος. Η μοριακή δραστηριότητα ρυθμίζεται απόενεργοποιητές (επαγωγείς) ή αναστολείς. Ο έλεγχος δρα σε διαφορετικά επίπεδα πρωτεϊνοσύνθεσης. «Λειτουργεί» και σε σχέση με το έτοιμο μόριο.
Η κύρια ιδιότητα των πρωτεϊνικών ενζύμων είναι η εξειδίκευση σε ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα. Και, κατά συνέπεια, η ικανότητα να καταλύει μόνο μία ή λιγότερο συχνά έναν αριθμό αντιδράσεων. Συνήθως τέτοιες διαδικασίες είναι αναστρέψιμες. Ένα ένζυμο είναι υπεύθυνο και για τις δύο λειτουργίες. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό.
Ο ρόλος των ενζυμικών πρωτεϊνών είναι ουσιαστικός. Χωρίς αυτά, οι βιοχημικές αντιδράσεις δεν προχωρούν. Λόγω της δράσης των ενζύμων, καθίσταται δυνατό για τα αντιδραστήρια να ξεπεράσουν το φράγμα ενεργοποίησης χωρίς σημαντική δαπάνη ενέργειας. Στο σώμα δεν υπάρχει τρόπος να θερμάνετε τη θερμοκρασία πάνω από 100 ° C ή να χρησιμοποιήσετε επιθετικά συστατικά όπως ένα χημικό εργαστήριο. Η ενζυμική πρωτεΐνη συνδέεται με το υπόστρωμα. Στην δεσμευμένη κατάσταση, η τροποποίηση λαμβάνει χώρα με την επακόλουθη απελευθέρωση του τελευταίου. Έτσι λειτουργούν όλοι οι καταλύτες που χρησιμοποιούνται στη χημική σύνθεση.
Ποια είναι τα επίπεδα οργάνωσης ενός μορίου ενζυμικής πρωτεΐνης;
Συνήθως αυτά τα μόρια έχουν τριτοταγή (σφαιρίδια) ή τεταρτοταγή (πολλά συνδεδεμένα σφαιρίδια) πρωτεϊνική δομή. Πρώτον, συντίθενται σε γραμμική μορφή. Και στη συνέχεια διπλώνονται στην απαιτούμενη δομή. Για να εξασφαλιστεί δραστηριότητα, ο βιοκαταλύτης χρειάζεται μια συγκεκριμένη δομή.
Τα ένζυμα, όπως και άλλες πρωτεΐνες, καταστρέφονται από τη θερμότητα, τις ακραίες τιμές pH, τις επιθετικές χημικές ενώσεις.
Πρόσθετες ιδιότητεςένζυμα
Μεταξύ αυτών, διακρίνονται τα ακόλουθα χαρακτηριστικά των εξαρτημάτων:
- Στερεοειδικό - ο σχηματισμός μόνο ενός προϊόντος.
- Τοποεπιλεκτικότητα - σπάσιμο ενός χημικού δεσμού ή τροποποίηση μιας ομάδας μόνο σε μία θέση.
- Χημειοεκλεκτικότητα - κατάλυση μίας μόνο αντίδρασης.
χαρακτηριστικά εργασίας
Η εξειδίκευση του ενζύμου ποικίλλει. Αλλά οποιοδήποτε ένζυμο είναι πάντα ενεργό σε σχέση με ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα ή ομάδα ενώσεων παρόμοιας δομής. Οι μη πρωτεϊνικοί καταλύτες δεν έχουν αυτή την ιδιότητα. Η εξειδίκευση μετράται από τη σταθερά δέσμευσης (mol/l), η οποία μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 10−10 mol/l. Η δράση του ενεργού ενζύμου είναι ταχεία. Ένα μόριο καταλύει χιλιάδες έως εκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο. Ο βαθμός επιτάχυνσης των βιοχημικών αντιδράσεων είναι σημαντικά (1000-100000 φορές) υψηλότερος από αυτόν των συμβατικών καταλυτών.
Η δράση των ενζύμων βασίζεται σε διάφορους μηχανισμούς. Η απλούστερη αλληλεπίδραση συμβαίνει με ένα μόριο υποστρώματος, ακολουθούμενη από το σχηματισμό ενός προϊόντος. Τα περισσότερα ένζυμα είναι σε θέση να δεσμεύουν 2-3 διαφορετικά μόρια που αντιδρούν. Για παράδειγμα, η μεταφορά μιας ομάδας ή ατόμου από μια ένωση σε μια άλλη, ή διπλή υποκατάσταση σύμφωνα με την αρχή του «πινγκ-πονγκ». Σε αυτές τις αντιδράσεις, ένα υπόστρωμα συνήθως συνδέεται και το δεύτερο συνδέεται μέσω μιας λειτουργικής ομάδας με το ένζυμο.
Η μελέτη του μηχανισμού δράσης των ενζύμων γίνεται με μεθόδους:
- Ορισμοί των ενδιάμεσων και τελικών προϊόντων.
- Μελέτες της γεωμετρίας της δομής και των λειτουργικών ομάδων που σχετίζονται μευπόστρωμα και παρέχουν υψηλό ρυθμό αντίδρασης.
- Μετάλλαξη γονιδίων ενζύμου και προσδιορισμός αλλαγών στη σύνθεση και τη δραστηριότητά του.
Ενεργό και συνδετικό κέντρο
Ένα μόριο υποστρώματος είναι πολύ μικρότερο από μια πρωτεΐνη ενζύμου. Επομένως, η δέσμευση συμβαίνει λόγω ενός μικρού αριθμού λειτουργικών ομάδων του βιοκαταλύτη. Αποτελούν ένα ενεργό κέντρο, που αποτελείται από ένα συγκεκριμένο σύνολο αμινοξέων. Στις σύνθετες πρωτεΐνες, μια προσθετική ομάδα μη πρωτεϊνικής φύσης υπάρχει στη δομή, η οποία μπορεί επίσης να είναι μέρος του ενεργού κέντρου.
Είναι απαραίτητο να ξεχωρίσουμε μια ξεχωριστή ομάδα ενζύμων. Το μόριο τους περιέχει ένα συνένζυμο που συνδέεται συνεχώς με το μόριο και απελευθερώνεται από αυτό. Μια πλήρως σχηματισμένη ενζυμική πρωτεΐνη ονομάζεται ολοένζυμο και όταν αφαιρεθεί ο συμπαράγοντας, ονομάζεται αποένζυμο. Βιταμίνες, μέταλλα, παράγωγα αζωτούχων βάσεων συχνά δρουν ως συνένζυμα (NAD - nicotinamide adenine dinucleotide, FAD - flavin adenine dinucleotide, FMN - flavin mononucleotide).
Η θέση δέσμευσης παρέχει ειδικότητα υποστρώματος. Λόγω αυτού, σχηματίζεται ένα σταθερό σύμπλεγμα υποστρώματος-ενζύμου. Η δομή του σφαιριδίου είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να έχει μια κόγχη (σχισμή ή κοιλότητα) στην επιφάνεια συγκεκριμένου μεγέθους, η οποία εξασφαλίζει τη δέσμευση του υποστρώματος. Αυτή η ζώνη βρίσκεται συνήθως όχι μακριά από το ενεργό κέντρο. Ορισμένα ένζυμα έχουν θέσεις δέσμευσης σε συμπαράγοντες ή μεταλλικά ιόντα.
Συμπέρασμα
Πρωτεΐνη-Το ένζυμο παίζει σημαντικό ρόλο στο σώμα. Τέτοιες ουσίες καταλύουν χημικές αντιδράσεις, είναι υπεύθυνες για τη διαδικασία του μεταβολισμού - μεταβολισμού. Σε κάθε ζωντανό κύτταρο, λαμβάνουν χώρα συνεχώς εκατοντάδες βιοχημικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των αντιδράσεων αναγωγής, της διάσπασης και της σύνθεσης ενώσεων. Η οξείδωση των ουσιών συμβαίνει συνεχώς με μεγάλη απελευθέρωση ενέργειας. Με τη σειρά του, δαπανάται για το σχηματισμό υδατανθράκων, πρωτεϊνών, λιπών και των συμπλεγμάτων τους. Τα προϊόντα διάσπασης είναι τα δομικά στοιχεία για τη σύνθεση των απαραίτητων οργανικών ενώσεων.
