Κάθε ένα από τα τρισεκατομμύρια κύτταρα του σώματός σας εξαρτάται από χιλιάδες χημικές αντιδράσεις. Οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στο σώμα σας θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα, αλλά θα συνέβαλαν πολύ πιο αργά - πολύ αργά για να υποστηρίξουν τις δραστηριότητες ενός ζωντανού οργανισμού.
Ένζυμα είναι πρωτεΐνες εντός ζωντανών οργανισμών που βοηθούν τις χημικές αντιδράσεις. Η ικανότητά τους να λειτουργούν και η ταχύτητα με την οποία επηρεάζονται επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες. Μερικοί από αυτούς τους παράγοντες είναι άλλες χημικές ουσίες.
Πώς λειτουργούν τα ένζυμα
Οι χημικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν τη διάσπαση και το σχηματισμό δεσμών μεταξύ ατόμων. Το σπάσιμο των δεσμών των αρχικών χημικών - τα αντιδραστήρια - παίρνει ενέργεια. Αυτό ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης. Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που προσκολλούνται στα αντιδραστήρια και τα προσανατολίζουν με τέτοιο τρόπο ώστε η ενέργεια ενεργοποίησης να είναι χαμηλότερη. Τα αντιδραστήρια καλούνται επίσης υποστρώματα.
Ένα ένζυμο δρα για τη δέσμευση υποστρωμάτων σε συγκεκριμένες τοποθεσίες που ονομάζονται ενεργές τοποθεσίες. Οι ενεργές τοποθεσίες διαμορφώνονται με τρόπο που τους επιτρέπει να κολλάνε σε συγκεκριμένα υποστρώματα. Το δεσμευμένο σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος διευκολύνει τα αντιδραστήρια να σπάσουν τους δεσμούς τους και να σχηματίσουν νέους στο προϊόν.
Στη συνέχεια το προϊόν απελευθερώνεται από το ένζυμο.
Χημικές ουσίες που βοηθούν τις χημικές αντιδράσεις: συμπαράγοντες
Το σχήμα του ενεργού ιστότοπου είναι αυτό που επιτρέπει στα ένζυμα να λειτουργούν. Εάν η ενεργή τοποθεσία παραμορφωθεί, το υπόστρωμα δεν θα δεσμευτεί και η αντίδραση δεν θα βοηθήσει. Ορισμένα ένζυμα απαιτούν είδη χημικών ουσιών που ονομάζονται συμπαράγοντες για να πάρουν το σωστό σχήμα.
Οι συμπαράγοντες μπορούν να έχουν τη μορφή ανόργανων ατόμων ή οργανικών μορίων. Παραδείγματα συμπαράγοντων περιλαμβάνουν ένα άτομο ιονισμένου ψευδαργύρου - ένα που έχει χάσει μερικά ηλεκτρόνια - το οποίο είναι απαραίτητο στο ένζυμο αφυδρογονάση αλκοόλης, που χρησιμοποιείται για τον μεταβολισμό του αλκοόλ.
Το μόριο νικοτιναμίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης είναι ένας κοινός οργανικός μοριακός συμπαράγοντας, και ονομάζεται επίσης συνένζυμο. Συμμετέχει συχνά σε αντιδράσεις που απαιτούν τη μεταφορά ατόμων υδρογόνου ή ιόντων. Τα συνένζυμα και οι ανόργανοι συμπαράγοντες μπορεί να είναι απαραίτητα για να λειτουργήσει ένα ένζυμο και εάν δεν υπάρχουν αρκετά από αυτά, τότε ο συνολικός ρυθμός αντίδρασης θα είναι αργός.
Χημικές ουσίες που βοηθούν τις χημικές αντιδράσεις: Υποστρώματα
Κάθε ένζυμο έχει μια συγκεκριμένη λειτουργία. Ένα ένζυμο που χωρίζει ένα μόριο φρουκτόζης σε δύο μέρη δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απελευθέρωση οξυγόνου ερυθρά αιμοσφαίρια. Για να συμβεί μια αντίδραση, πρέπει να υπάρχουν τόσο το ένζυμο όσο και το υπόστρωμα. Ο ρυθμός αντίδρασης μπορεί να περιορίζεται από έλλειψη είτε ενζύμου είτε υποστρώματος.
Με άλλα λόγια, εάν υπάρχει πολύ υπόστρωμα σε ένα κύτταρο και όχι πολύ ένζυμο, η προσθήκη περισσότερου ενζύμου θα αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης. Αντίθετα, εάν υπάρχει πολύ ένζυμο και όχι πολύ υπόστρωμα, η προσθήκη υποστρώματος θα αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης. Ωστόσο, η προσθήκη περισσότερου υποστρώματος όταν υπάρχει πολύ υπόστρωμα και όχι πολύ ένζυμο (ή η προσθήκη περισσότερου ενζύμου στην αντίθετη κατάσταση) δεν θα αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης.
Ταχύτερα ποσοστά αντίδρασης
Η πραγματική ταχύτητα μιας καταλυόμενης από ένζυμο αντίδρασης δεν αλλάζει. Δηλαδή, ο χρόνος από τη σύνδεση του υποστρώματος έως την απελευθέρωση του προϊόντος είναι ο ίδιος για κάθε συγκεκριμένο τύπο ενζύμου. Όταν κάποιος μιλάει για επιτάχυνση της δράσης ενός ενζύμου, σημαίνει αύξηση του αριθμού των ενζύμων που συμμετέχουν ενεργά σε χημικές αντιδράσεις, έτσι ώστε ο συνολικός αριθμός αντιδράσεων να αυξάνεται.
Για παράδειγμα, εάν δεν υπάρχει αρκετό ψευδάργυρος για να ταιριάζει με ένα συγκεκριμένο τύπο ενζύμου επεξεργασίας DNA σε ένα κύτταρο, τότε η προσθήκη περισσότερου ψευδαργύρου θα αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης καθιστώντας δυνατή την ενεργοποίηση περισσότερων ενζύμων.
Το ίδιο με την προσθήκη περισσότερου υποστρώματος ή περισσότερου ενζύμου: Η δράση επιταχύνεται επιτρέποντας σε περισσότερα ένζυμα να καταλύουν χημικές αντιδράσεις, όχι επιταχύνοντας οποιοδήποτε συγκεκριμένο ένζυμο.