Διαφορετικοί τύποι ενζύμων

Τα ένζυμα είναι κρίσιμα πρωτεϊνικά μόρια σε ζωντανά συστήματα που, αφού συντεθούν, συνήθως δεν μετατρέπονται σε κάποιο άλλο είδος μορίου, όπως και οι ουσίες που λαμβάνονται ως καύσιμο για πεπτικές και αναπνευστικές διεργασίες (π.χ. σάκχαρα, λίπη, μοριακό οξυγόνο). Αυτό συμβαίνει επειδή τα ένζυμα είναι καταλύτες , πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να λάβουν μέρος σε χημικές αντιδράσεις χωρίς να αλλάξουν οι ίδιοι, λίγο σαν τον συντονιστή μιας δημόσιας συζήτησης που ιδανικά οδηγεί τους συμμετέχοντες και το κοινό προς ένα συμπέρασμα υπαγορεύοντας τους όρους του επιχειρήματος χωρίς να προσθέτει καμία μοναδική πληροφορία.

Πάνω από 2.000 ένζυμα έχουν ταυτοποιηθεί και καθένα από αυτά εμπλέκεται σε μία συγκεκριμένη χημική αντίδραση. Τα ένζυμα είναι επομένως ειδικά για το υπόστρωμα. Ομαδοποιούνται σε μισή ντουζίνα τάξεις με βάση το είδος των αντιδράσεων στις οποίες συμμετέχουν.

Βασικά ένζυμα

Τα ένζυμα επιτρέπουν να λάβει χώρα ένας τεράστιος αριθμός αντιδράσεων στο σώμα υπό συνθήκες ομοιόστασης ή τη συνολική βιοχημική ισορροπία. Για παράδειγμα, πολλά ένζυμα λειτουργούν καλύτερα σε επίπεδο pH (οξύτητα) κοντά στο pH που διατηρεί κανονικά το σώμα, το οποίο κυμαίνεται στο 7 (δηλαδή, ούτε αλκαλικό ούτε όξινο). Άλλα ένζυμα λειτουργούν καλύτερα σε χαμηλό pH (υψηλή οξύτητα) λόγω των απαιτήσεων του περιβάλλοντός τους. για παράδειγμα, το εσωτερικό του στομάχου, όπου λειτουργούν ορισμένα πεπτικά ένζυμα, είναι πολύ όξινο.

Τα ένζυμα συμμετέχουν σε διαδικασίες που κυμαίνονται από την πήξη του αίματος έως τη σύνθεση DNA έως την πέψη. Μερικά βρίσκονται μόνο μέσα στα κύτταρα και συμμετέχουν σε διαδικασίες που περιλαμβάνουν μικρά μόρια, όπως η γλυκόλυση. Άλλα εκκρίνονται απευθείας στο έντερο και δρουν σε μαζική ύλη, όπως η κατάποση τροφής.

Επειδή τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες με αρκετά υψηλές μοριακές μάζες, το καθένα έχει ένα ξεχωριστό τρισδιάστατο σχήμα. Αυτό καθορίζει τα συγκεκριμένα μόρια στα οποία δρουν. Εκτός από το ότι εξαρτάται από το pH, το σχήμα των περισσότερων ενζύμων εξαρτάται από τη θερμοκρασία, πράγμα που σημαίνει ότι λειτουργούν καλύτερα σε ένα αρκετά στενό εύρος θερμοκρασίας.

Πώς λειτουργούν τα ένζυμα

Τα περισσότερα ένζυμα λειτουργούν μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης μιας χημικής αντίδρασης. Μερικές φορές, το σχήμα τους φέρνει τα αντιδρώντα σωματικά κοντά μεταξύ τους με το στυλ, ίσως, ενός προπονητή αθλητικής ομάδας ή ενός διευθυντή ομάδας εργασίας που σκοπεύει να κάνει μια εργασία πιο γρήγορα. Πιστεύεται ότι όταν τα ένζυμα συνδέονται με ένα αντιδρών, το σχήμα τους αλλάζει με τρόπο που αποσταθεροποιεί το αντιδρών και το καθιστά πιο ευαίσθητο σε όποιες χημικές αλλαγές περιλαμβάνει η αντίδραση.

Οι αντιδράσεις που μπορούν να εξελιχθούν χωρίς την εισαγωγή ενέργειας ονομάζονται εξώθερμες αντιδράσεις. Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα προϊόντα ή οι χημικές ουσίες που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης έχουν χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο από τις χημικές ουσίες που χρησιμεύουν ως συστατικά της αντίδρασης. Με αυτόν τον τρόπο, τα μόρια, όπως το νερό, «αναζητούν» το δικό τους (ενεργειακό) επίπεδο. Τα άτομα «προτιμούν» να βρίσκονται σε διευθετήσεις με χαμηλότερη συνολική ενέργεια, όπως ακριβώς το νερό ρέει κατηφορικά προς το χαμηλότερο διαθέσιμο φυσικό σημείο. Συνδυάζοντας όλα αυτά, είναι σαφές ότι οι εξώθερμες αντιδράσεις προχωρούν πάντα φυσικά.

Ωστόσο, το γεγονός ότι μια αντίδραση θα συμβεί ακόμη και χωρίς είσοδο δεν λέει τίποτα για το ρυθμό με τον οποίο θα συμβεί. Εάν μια ουσία που λαμβάνεται στο σώμα μεταβάλλεται φυσικά σε δύο παράγωγες ουσίες που μπορούν να χρησιμεύσουν ως άμεσες πηγές κυτταρικής ενέργειας, αυτό δεν κάνει καλό εάν η αντίδραση φυσικά διαρκεί ώρες ή ημέρες για να ολοκληρωθεί. Επίσης, ακόμη και όταν η συνολική ενέργεια των προϊόντων είναι μεγαλύτερη από αυτή των αντιδρώντων, η ενεργειακή διαδρομή δεν είναι μια ομαλή κατηφορική κλίση σε ένα γράφημα. Αντίθετα, τα προϊόντα πρέπει να αποκτήσουν υψηλότερο επίπεδο ενέργειας από αυτό με το οποίο ξεκίνησαν, έτσι ώστε να μπορούν να «ξεπεράσουν την καμπούρα» και να προχωρήσει η αντίδραση. Αυτή η αρχική επένδυση ενέργειας στα αντιδρώντα που αποδίδει με τη μορφή προϊόντων είναι η προαναφερθείσα ενέργεια ενεργοποίησης , ή E_a .

Τύποι ενζύμων

Το ανθρώπινο σώμα περιλαμβάνει έξι κύριες ομάδες ή κατηγορίες ενζύμων.

Οξειδορεδουκτάσες ενισχύουν τον ρυθμό των αντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής. Σε αυτές τις αντιδράσεις, που ονομάζονται επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ένα από τα αντιδρώντα δίνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων που κερδίζει ένα άλλο αντιδρόν. Ο δότης ζεύγους ηλεκτρονίων λέγεται ότι είναι οξειδωμένος και δρα ως αναγωγικός παράγοντας, ενώ ο δέκτης ζεύγους ηλεκτρονίων που ανάγεται ονομάζεται οξειδωτικός παράγοντας. Ένας πιο απλός τρόπος για να το θέσουμε αυτό είναι ότι σε αυτού του είδους τις αντιδράσεις, μετακινούνται άτομα οξυγόνου, άτομα υδρογόνου ή και τα δύο. Παραδείγματα περιλαμβάνουν οξειδάση κυτοχρώματος και γαλακτική αφυδρογονάση.

Μεταφορές ταχύτητα κατά τη μεταφορά ομάδων ατόμων, όπως το μεθύλιο (CH₃ ), ακετύλιο (CH₃ CO) ή αμινο (NH₂). ) ομάδες, από ένα μόριο σε ένα άλλο μόριο. Η οξική κινάση και η απαμινάση της αλανίνης είναι παραδείγματα τρανσφερασών.

Υδρολάσες επιταχύνουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης. Οι αντιδράσεις υδρόλυσης χρησιμοποιούν νερό (H₂ Ο) να διασπαστεί ένας δεσμός σε ένα μόριο για να δημιουργηθούν δύο θυγατρικά προϊόντα, συνήθως με προσάρτηση του -ΟΗ (υδροξυλική ομάδα) από το νερό σε ένα από τα προϊόντα και ενός μόνο -Η (άτομο υδρογόνου) στο άλλο. Στο μεταξύ, ένα νέο μόριο σχηματίζεται από τα άτομα που εκτοπίζονται από τα συστατικά -Η και -ΟΗ. Τα πεπτικά ένζυμα λιπάση και σακχαράση είναι υδρολάσες.

Λυάσες να ενισχύσει τον ρυθμό προσθήκης μιας μοριακής ομάδας σε διπλό δεσμό ή την αφαίρεση δύο ομάδων από κοντινά άτομα για τη δημιουργία διπλού δεσμού. Αυτές δρουν σαν υδρολάσες, με τη διαφορά ότι το αφαιρούμενο συστατικό δεν μετατοπίζεται από νερό ή τμήματα νερού. Αυτή η κατηγορία ενζύμων περιλαμβάνει οξαλική αποκαρβοξυλάση και ισοσιτρική λυάση.

Ισομεράσες επιταχύνουν τις αντιδράσεις ισομερισμού. Αυτές είναι αντιδράσεις στις οποίες όλα τα αρχικά άτομα του αντιδρώντος διατηρούνται, αλλά αναδιατάσσονται για να σχηματίσουν ένα ισομερές του αντιδρώντος. (Τα ισομερή είναι μόρια με τον ίδιο χημικό τύπο, αλλά διαφορετικές διευθετήσεις.) Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν την ισομεράση γλυκόζης-φωσφορικής και ρακεμάση αλανίνης.

Λιγάσες (ονομάζονται επίσης συνθετάσες) ενισχύουν τον ρυθμό ένωσης δύο μορίων. Συνήθως το επιτυγχάνουν αυτό κάνοντας χρήση ενέργειας που προέρχεται από τη διάσπαση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Παραδείγματα λιγασών περιλαμβάνουν ακετυλο-CoA συνθετάση και DNA λιγάση.

Αναστολή ενζύμου

Εκτός από τις αλλαγές θερμοκρασίας και pH, άλλοι παράγοντες μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση ή τη διακοπή της δραστηριότητας ενός ενζύμου. Σε μια διαδικασία που ονομάζεται αλλοστερική αλληλεπίδραση, το σχήμα του ενζύμου αλλάζει προσωρινά όταν ένα μόριο συνδέεται σε ένα τμήμα του μακριά από το σημείο που ενώνεται με το αντιδρών. Αυτό οδηγεί σε απώλεια λειτουργικότητας. Μερικές φορές αυτό είναι χρήσιμο όταν το ίδιο το προϊόν χρησιμεύει ως αλλοστερικός αναστολέας, επειδή αυτό είναι συνήθως σημάδι ότι η αντίδραση έχει προχωρήσει στο σημείο όπου δεν απαιτείται πλέον πρόσθετο προϊόν.

Στην ανταγωνιστική αναστολή, μια ουσία που ονομάζεται ρυθμιστική ένωση ανταγωνίζεται το αντιδρών για τη θέση δέσμευσης. Αυτό μοιάζει με την προσπάθεια να τοποθετήσετε πολλά κλειδιά εργασίας στην ίδια κλειδαριά ταυτόχρονα. Εάν αρκετές από αυτές τις ρυθμιστικές ενώσεις ενωθούν με μια αρκετά υψηλή ποσότητα του ενζύμου που υπάρχει, επιβραδύνει ή διακόπτει την οδό αντίδρασης. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο στη φαρμακολογία, επειδή οι μικροβιολόγοι μπορούν να σχεδιάσουν ενώσεις που ανταγωνίζονται τις θέσεις δέσμευσης των βακτηριακών ενζύμων, καθιστώντας πολύ πιο δύσκολο για τα βακτήρια να προκαλέσουν ασθένεια ή να επιβιώσουν στο ανθρώπινο σώμα.

Στη μη ανταγωνιστική αναστολή, ένα ανασταλτικό μόριο συνδέεται με το ένζυμο σε σημείο διαφορετικό από το ενεργό σημείο, παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει σε μια αλλοστερική αλληλεπίδραση. Η μη αναστρέψιμη αναστολή συμβαίνει όταν ο αναστολέας δεσμεύεται μόνιμα ή αποικοδομεί σημαντικά το ένζυμο, έτσι ώστε η λειτουργία του να μην μπορεί να ανακάμψει. Το νευρικό αέριο και η πενικιλίνη κάνουν χρήση αυτού του τύπου αναστολής, αν και με πολύ διαφορετικές προθέσεις στο μυαλό.