Διαφορετικοί τύποι ενζύμων

Τα ένζυμα είναι κρίσιμα μόρια πρωτεΐνης σε ζωντανά συστήματα που, αφού συντεθούν, συνήθως δεν μετατρέπονται σε κάποια άλλα είδος μορίου, όπως και οι ουσίες που λαμβάνονται ως καύσιμο για πεπτικές και αναπνευστικές διεργασίες (π.χ. σάκχαρα, λίπη, μοριακά οξυγόνο). Αυτό συμβαίνει επειδή τα ένζυμα είναι καταλύτες, που σημαίνει ότι μπορούν να λάβουν μέρος σε χημικές αντιδράσεις χωρίς να αλλάξουν, όπως ο συντονιστής μιας δημόσιας συζήτησης που κινεί ιδανικά τους συμμετέχοντες και το κοινό προς ένα συμπέρασμα υπαγορεύοντας τους όρους του επιχειρήματος, ενώ δεν προσθέτει κανένα μοναδικό πληροφορίες.

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

Τα ένζυμα επιτρέπουν την πραγματοποίηση μεγάλου αριθμού αντιδράσεων στο σώμα υπό συνθήκες ομοιοστασηή συνολική βιοχημική ισορροπία. Για παράδειγμα, πολλά ένζυμα λειτουργούν καλύτερα σε επίπεδο pH (οξύτητα) κοντά στο pH που συνήθως διατηρεί το σώμα, το οποίο κυμαίνεται μεταξύ 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 του DNA έως την πέψη. Μερικά βρίσκονται μόνο στα κύτταρα και συμμετέχουν σε διαδικασίες που περιλαμβάνουν μικρά μόρια, όπως η γλυκόλυση. Άλλοι εκκρίνονται απευθείας στο έντερο και δρουν σε χύμα υλικά, όπως κατάποση τροφής.

Επειδή τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες με αρκετά υψηλές μοριακές μάζες, το καθένα έχει 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.

Τα περισσότερα ένζυμα λειτουργούν μειώνοντας το ενέργεια ενεργοποίησης χημικής αντίδρασης. Μερικές φορές, το σχήμα τους φέρνει τα αντιδρώντα σωματικά κοντά στο στυλ, ίσως, ενός προπονητή αθλητικών ομάδων ή ενός διευθυντή ομάδας εργασίας που προτίθεται να κάνει μια εργασία πιο γρήγορα. Πιστεύεται ότι όταν τα ένζυμα συνδέονται με ένα αντιδραστήριο, το σχήμα τους αλλάζει με τρόπο που αποσταθεροποιεί το αντιδραστήριο και το καθιστά πιο ευαίσθητο σε οποιεσδήποτε χημικές αλλαγές συνεπάγεται η αντίδραση.

Οι αντιδράσεις που μπορούν να προχωρήσουν χωρίς την εισαγωγή ενέργειας ονομάζονται εξώθερμες αντιδράσεις. Σε αυτές τις αντιδράσεις, τα προϊόντα ή τα χημικά που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, έχουν χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας από τα χημικά 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 ρυθμίσεις με χαμηλότερη συνολική ενέργεια, όπως ακριβώς το νερό ρέει προς τα κάτω στο χαμηλότερο διαθέσιμο φυσικό σημείο. Συγκεντρώνοντας όλα αυτά, είναι σαφές ότι οι εξώθερμες αντιδράσεις συνεχίζονται 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 φυσικά θα αλλάξει σε δύο παράγωγα συστατικά που μπορούν να χρησιμεύσουν ως άμεσες πηγές κυτταρικής ενέργειας, αυτό δεν κάνει καλό αν η αντίδραση απαιτεί φυσικά ώρες ή ημέρες πλήρης. Επίσης, ακόμη και όταν η συνολική ενέργεια των προϊόντων είναι υψηλότερη από εκείνη των αντιδρώντων, η ενεργειακή διαδρομή δεν είναι μια ομαλή κατηφόρα σε ένα γράφημα. Αντ 'αυτού, τα προϊόντα πρέπει να επιτύχουν υψηλότερο επίπεδο ενέργειας από αυτό με το οποίο ξεκίνησαν, ώστε να μπορούν να «ξεπεράσουν την καμπούρα» και η αντίδραση μπορεί να προχωρήσει. Αυτή η αρχική επένδυση ενέργειας στα αντιδραστήρια που αποδίδει με τη μορφή προϊόντων είναι η προαναφερθείσα ενέργεια ενεργοποίησης, ή Ε_ένα.

Το ανθρώπινο σώμα περιλαμβάνει έξι μεγάλες ομάδες ή κατηγορίες ενζύμων.

Οξειδωδοδουκτάσες ενισχύουν το ρυθμό οξείδωσης και μείωσης των αντιδράσεων Σε αυτές τις αντιδράσεις, που ονομάζονται επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ένα από τα αντιδραστήρια δίνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων που κερδίζει ένα άλλο αντιδραστήριο. Ο δότης ζεύγους ηλεκτρονίων λέγεται ότι οξειδώνεται και δρα ως αναγωγικός παράγοντας, ενώ ο αποδέκτης ζευγών ηλεκτρονίων ονομάζεται οξειδωτικός παράγοντας. Ένας πιο απλός τρόπος για να γίνει αυτό είναι ότι σε τέτοιου είδους αντιδράσεις, μετακινούνται άτομα οξυγόνου, άτομα υδρογόνου ή και τα δύο. Παραδείγματα περιλαμβάνουν κυτοχρωματική οξειδάση και γαλακτική αφυδρογονάση.

Τρανσφεράσες ταχύτητα κατά τη μεταφορά ομάδων ατόμων, όπως μεθύλιο (CH₃), ακετύλιο (CH₃CO) ή αμινο (NH)₂) ομάδες, από ένα μόριο σε άλλο μόριο. Η οξική κινάση και η αλαμινοαμινάση είναι παραδείγματα τρανσφεράσης.

Υδρολάσες επιταχύνει τις αντιδράσεις υδρόλυσης. Οι αντιδράσεις υδρόλυσης χρησιμοποιούν νερό (H₂Ο) για να χωρίσουμε έναν δεσμό σε ένα μόριο για να δημιουργήσουμε δύο θυγατρικά προϊόντα, συνήθως τοποθετώντας το -ΟΗ (υδροξυλομάδα) από το νερό σε ένα από τα προϊόντα και ένα μόνο -Η (άτομο υδρογόνου) στο άλλο. Εν τω 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 ενίσχυση του ρυθμού προσθήκης μιας μοριακής ομάδας σε έναν διπλό δεσμό ή την απομάκρυνση δύο ομάδων από τα κοντινά άτομα για τη δημιουργία ενός διπλού δεσμού. Αυτά δρουν σαν υδρολάσες, εκτός του ότι το αφαιρεθέν συστατικό δεν μετατοπίζεται από νερό ή τμήματα νερού. Αυτή η κατηγορία ενζύμων περιλαμβάνει οξαλική αποκαρβοξυλάση και ισοκυτρική λυάση.

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

Λιγκάσες (ονομάζονται επίσης συνθετάσες) ενισχύουν τον ρυθμό σύνδεσης δύο μορίων. Συνήθως το επιτυγχάνουν χρησιμοποιώντας ενέργεια που προέρχεται από τη διάσπαση της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP). Παραδείγματα λιγκασών περιλαμβάνουν ακετυλο-ΟοΑ συνθετάση και DNA λιγάση.

Εκτός από τις αλλαγές θερμοκρασίας και pH, άλλοι παράγοντες μπορούν να οδηγήσουν σε μείωση ή διακοπή της δραστηριότητας ενός ενζύμου. Σε μια διαδικασία που ονομάζεται αλλοστερική αλληλεπίδραση, το σχήμα του ενζύμου αλλάζει προσωρινά όταν ένα μόριο δεσμεύεται σε ένα μέρος του μακριά από το σημείο όπου ενώνεται το αντιδραστήριο. Αυτό οδηγεί σε απώλεια λειτουργίας. Μερικές φορές αυτό είναι χρήσιμο όταν το ίδιο το προϊόν χρησιμεύει ως ο αλλοστερικός αναστολέας, επειδή αυτό είναι συνήθως ένα σημάδι της αντίδρασης έχει προχωρήσει στο σημείο όπου το πρόσθετο προϊόν δεν είναι πλέον απαιτείται.

Σε ανταγωνιστική αναστολή, μια ουσία που ονομάζεται ρυθμιστική ένωση ανταγωνίζεται με το αντιδραστήριο για τη θέση σύνδεσης. Αυτό μοιάζει με την προσπάθεια τοποθέτησης πολλών κλειδιών εργασίας στην ίδια κλειδαριά ταυτόχρονα. Εάν αρκετές από αυτές τις ρυθμιστικές ενώσεις ενωθούν σε μια αρκετά υψηλή ποσότητα του ενζύμου που υπάρχει, επιβραδύνει ή διακόπτει την οδό της αντίδρασης. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο στη φαρμακολογία, επειδή μικροβιολόγοι μπορούν να σχεδιάσουν ενώσεις που ανταγωνίζονται τη δέσμευση τοποθεσίες βακτηριακών ενζύμων, καθιστώντας πολύ πιο δύσκολο για τα βακτήρια να προκαλέσουν ασθένειες ή να επιβιώσουν στο ανθρώπινο σώμα, περίοδος.

Σε 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. Μη αναστρέψιμη αναστολή συμβαίνει όταν ο αναστολέας συνδέεται μόνιμα ή υποβαθμίζει 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 στο μυαλό μας έχουν διαφορετικές προθέσεις.