Δομή και λειτουργία ενός ενζύμου

Για να κατανοήσουμε τη δομή και τη λειτουργία των ενζύμων, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πρώτα τι είναι. Με απλά λόγια, τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που διευκολύνουν τις κυτταρικές μεταβολικές διεργασίες επιταχύνοντας το ρυθμό αντίδρασης μεταξύ βιομορίων. Η ζωή δεν θα υπήρχε χωρίς την παρουσία ενζύμων.

Τα ένζυμα συνηθέστερα καταλύουν χημικές αντιδράσεις οι οποίες διαφορετικά δεν θα μπορούσαν να συμβούν μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης σε ένα πιο "προσιτό" επίπεδο για το κύτταρο. Ορισμένα ένζυμα μπορούν ακόμη και να αναστρέψουν μια αντίδραση (ή αντιδραστήρια) από την κατεύθυνση που κανονικά θα έπαιρνε μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης (Ε3) στο βαθμό που η αντίδραση ευνοεί την αντίστροφη κατεύθυνση. Μέρος των ειδικών ενζύμων είναι ότι είναι σε θέση να διευκολύνουν αυτές τις αντιδράσεις χωρίς να μεταβάλλουν τον τρόπο καύσης του καυσίμου όταν χρησιμοποιείται.

Μπορούν να διευκολύνουν συνεχώς την αντίδραση μετά την αντίδραση.

Τα ένζυμα μπορούν να απομονωθούν χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους καθαρισμού πρωτεϊνών. Η καθαρότητα ενός παρασκευάσματος ενζύμου μετράται με προσδιορισμό της ειδικής δραστικότητας του.

Πώς λειτουργούν

Για να συμβεί χημική αντίδραση, τα εμπλεκόμενα μόρια πρέπει να συγκρούονται μεταξύ τους υπό κατάλληλες συνθήκες και είναι ένζυμα που συμβάλλουν στη δημιουργία κατάλληλων συνθηκών όταν εισάγονται σε αυτές τις συγκρούσεις. Για παράδειγμα, υπό φυσιολογικές συνθήκες, χωρίς την παρουσία ενός κατάλληλου ενζύμου, τα μόρια γλυκόζης και τα μόρια φωσφορικών στο 6-φωσφορικό γλυκόζη θα παραμείνουν συνδεδεμένα το ένα με το άλλο. Εισάγετε το ένζυμο υδρολάσης, γλυκόζη-6-φωσφατάση και τα μόρια γλυκόζης και φωσφορικού θα διαχωριστούν το ένα από το άλλο.

Σύνθεση

Τα ένζυμα μπορούν να έχουν μοριακά βάρη που κυμαίνονται από περίπου 10.000 έως περισσότερα από 1 εκατομμύριο. Το μοριακό βάρος είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών των ατόμων ενός μορίου. Στη χημεία, ο όρος τείνει να χρησιμοποιείται εναλλακτικά με τη μοριακή μάζα. Ορισμένα ένζυμα έχουν μοριακά βάρη που πέφτουν κάτω από την περιοχή που αναφέρεται παραπάνω.

Ένας μικρός αριθμός ενζύμων δεν είναι πρωτεΐνες αλλά αποτελείται από μικρά μόρια καταλυτικού RNA. Συχνά, τα ένζυμα είναι πολυπρωτεϊνικά σύμπλοκα αποτελούμενα από έναν αριθμό μεμονωμένων υπομονάδων πρωτεΐνης.

Πολλά ένζυμα καταλύουν αντιδράσεις χωρίς βοήθεια, αλλά μερικοί απαιτούν ένα επιπλέον μη πρωτεϊνικό συστατικό που ονομάζεται συμπαράγοντας. Τα συμπαράγοντα μπορούν να είναι ανόργανα ιόντα όπως το Fe²⁺, Mg²⁺, Μη²⁺, ή Zn²⁺, ή αποτελούνται από οργανικά ή μεταλλο-οργανικά μόρια γνωστά ως συνένζυμα.

Ταξινόμηση

Τα ένζυμα ταξινομούνται σε έξι κατηγορίες ανάλογα με τις αντιδράσεις που καταλύουν. Τα πιο συνηθισμένα από τα έξι είναι αυτά τα τρία:

• Οξειδορεδουκτάσες καταλύουν τις αντιδράσεις οξείδωσης στις οποίες τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα μόριο στο άλλο. Ένα παράδειγμα είναι η αλκοολική αφυδρογονάση, η οποία μετατρέπει αλκοόλες σε αλδεΰδες ή κετόνες. Αυτό το ένζυμο καθιστά το αλκοόλ λιγότερο τοξικό καθώς το σπάει. Παίζει επίσης βασικό ρόλο στη διαδικασία ζύμωσης.
• Μεταφορές καταλύουν τη μεταφορά μιας λειτουργικής ομάδας από το ένα μόριο στο άλλο. Οι αμινοτρανσφεράσες είναι ένα καλό παράδειγμα. Καταλύουν την αποδόμηση αμινοξέων με απομάκρυνση των αμινομάδων.
• Υδρολάση τα ένζυμα καταλύουν την υδρόλυση ή τη διαδικασία με την οποία οι απλοί δεσμοί διασπώνται κατά την έκθεση στο νερό. Η γλυκόζη-6-φωσφατάση είναι ένα παράδειγμα μιας υδρολάσης που απομακρύνει την φωσφορική ομάδα από 6-φωσφορική γλυκόζη αφήνοντας τη γλυκόζη και το Η3ΡΟ4 (φωσφορικό οξύ).

Τρία λιγότερο κοινά ένζυμα είναι:

• Λύσεις καταλύουν τη θραύση διαφόρων χημικών δεσμών με άλλα μέσα εκτός από την υδρόλυση και την οξείδωση, σχηματίζοντας συχνά ένα νέο διπλό δεσμό ή μια νέα δομή δακτυλίου.Η πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση είναι ένα παράδειγμα μιας λυάσης που απομακρύνει το CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) από το πυροσταφυλικό.
• Ισομεράσες καταλύουν δομικές μετατοπίσεις στα μόρια, προκαλώντας μια αλλαγή στο σχήμα. Ένα παράδειγμα είναι η επιμεράση φωσφορικής ριβουλόζης, η οποία καταλύει την ενδομετατροπή 5-φωσφορικής ριβουλόζης και 5-φωσφορικής ξυλουλόζης.
• Ligases είναι υπεύθυνοι για την κατάλυση της απολίνωσης, επίσης γνωστή ως ο συνδυασμός ενός ζεύγους υποστρωμάτων ή αντιδραστηρίων. Ένα καλό παράδειγμα είναι οι εξοκινάσες, μία λιγάση που καταλύει την ενδομετατροπή της γλυκόζης και της ΑΤΡ με 6-φωσφορική γλυκόζη και ADP.

Παραδείγματα στην καθημερινή ζωή

Ένα από τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα για το πώς τα ένζυμα επηρεάζουν στοιχεία της καθημερινής ζωής έρχεται με τη μορφή σαπουνιών και απορρυπαντικών. Τα ένζυμα στα απορρυπαντικά ρούχων αποικοδομούν τις πρωτεΐνες που προκαλούν χρώση και οι λιπάσες βοηθούν στη διάλυση των λεκέδων του λίπους. Τα ένζυμα θερμοαπορροφητικά και κρυοτοξικά λειτουργούν σε ακραίες θερμοκρασίες - ζεστές ή κρύες - και είναι χρήσιμες για βιομηχανικές διεργασίες όπου απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες ή για βιοαποκατάσταση υπό δύσκολες συνθήκες, όπως αυτές στην Αρκτική.

Στη βιομηχανία τροφίμων, τα ένζυμα χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή του αμύλου σε ζάχαρη, εξοικονομώντας χρήματα επιτρέποντας την ανάπτυξη γλυκαντικών από περισσότερο από ζαχαροκάλαμο. Στη βιομηχανία ενδυμάτων, τα ένζυμα βοηθούν στη μείωση των ακαθαρσιών στο βαμβάκι και μειώνουν την ανάγκη για δυνητικά επιβλαβείς χημικές ουσίες κατά τη δέψη δέρματος.

Η βιομηχανία πλαστικών αναζητά επίσης συνεχώς τρόπους για την ανάπτυξη βιοαποικοδομήσιμων προϊόντων που μπορούν να κατανεμηθούν ευκολότερα.