Ένζυμα: Τι είναι αυτό; & Πώς λειτουργεί?

Ανά πάσα στιγμή, χωρίς καμία συνειδητή σκέψη από εσάς, τα τρισεκατομμύρια κύτταρα στο σώμα σας υφίστανται τεράστιο αριθμό χημικών αντιδράσεων που σας κρατούν ζωντανούς και ισορροπημένους. Ενώ αυτές οι αντιδράσεις μπορεί να συμβούν μόνοι τους δεδομένου αρκετού χρόνου, αυτός ο ρυθμός δεν θα ήταν αρκετά γρήγορος για τις απαιτήσεις του ανθρώπινου σώματος.

Ως αποτέλεσμα, σχεδόν όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις υποβοηθούνται από εξειδικευμένες πρωτεΐνες που ονομάζονται ένζυμα, τα οποία είναι βιολογικά καταλύτες που μπορούν να κάνουν αντιδράσεις πάνω από ένα εκατομμύριο φορές πιο γρήγορα.

Η προσαρμογή των ενζύμων είναι πολύ υψηλή. τα περισσότερα από τα εκατοντάδες γνωστά ένζυμα μπορούν να καταλύσουν μόνο μία αντίδραση και οι περισσότερες αντιδράσεις μπορούν να καταλύονται μόνο από ένα συγκεκριμένο ένζυμο.

παρόλο που το νουκλεϊκό οξύ Το μόριο RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) μπορεί μερικές φορές να δρα ως καταλύτης χωρίς ενζύμους, όπως είναι τα πραγματικά ένζυμα πρωτεΐνες, που σημαίνει ότι αποτελούνται από μεγάλες αλυσίδες

Το σώμα σας μπορεί να παράγει περίπου τα μισά από αυτά, ενώ τα άλλα πρέπει να καταναλώνονται στη διατροφή. Αυτά που πρέπει να φάτε ονομάζονται απαραίτητα αμινοξέα.

Όλα τα αμινοξέα έχουν ένα κεντρικό άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος (-COOH), ένα αμινο (-NH₂) ομάδα, και μια πλευρική αλυσίδα, που συνήθως ονομάζεται "-R" σε χημικά διαγράμματα.

Η πλευρική αλυσίδα καθορίζει τη μοναδική συμπεριφορά του αμινοξέος. Η σειρά των αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη ονομάζεται πρωτογενής δομή. Μια σειρά αμινοξέων ονομάζεται α πολυπεπτίδιο; Συνήθως όταν ένα μόριο αναφέρεται ως τέτοιο, δεν είναι μια πλήρης, λειτουργική πρωτεΐνη, αλλά ένα κομμάτι μιας.

Οι χορδές αμινοξέων μπορούν να τακτοποιηθούν σε σχηματισμούς σπειροειδούς ή φύλλου. αυτό αναφέρεται ως πρωτεΐνη δευτερεύουσα δομή. Πώς τελικά το μόριο τακτοποιείται σε τρεις διαστάσεις, κυρίως ως αποτέλεσμα ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ αμινοξέων σε διαφορετικά μέρη του μορίου, ονομάζεται τριτοβάθμια δομή.

Όπως με τόσα πολλά πράγματα στον φυσικό κόσμο, η φόρμα ταιριάζει στη λειτουργία. Δηλαδή, το σχήμα ενός ενζύμου καθορίζει την ακριβή συμπεριφορά του, συμπεριλαμβανομένου του πόσο έντονα «επιδιώκει» ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα (δηλαδή, το μόριο στο οποίο δρα ένα ένζυμο).

Πώς τα ένζυμα ασκούν καταλυτική δραστηριότητα; Αυτή η ερώτηση μπορεί να χωριστεί σε δύο σχετικές έρευνες.

Ένα: πώς, από την άποψη της βασικής μετακίνησης των ατόμων, τα ένζυμα επιταχύνουν τις αντιδράσεις; Και δύο: ποια ειδικά χαρακτηριστικά σχετικά με τη δομή των ενζύμων επιτρέπει αυτό να συμβεί;

Ο τρόπος με τον οποίο ένα ένζυμο επιταχύνει τον ρυθμό αντίδρασης είναι εξομαλύνοντας τη διαδρομή μεταξύ της έναρξης και του τέλους της αντίδρασης. Σε τέτοιου είδους αντιδράσεις, το προϊόντα (τα μόρια που απομένουν μετά το πέρας της αντίδρασης) έχουν χαμηλότερη συνολική ενέργεια από την αντιδραστήρια (τα μόρια που μετατρέπονται σε προϊόντα κατά τη διάρκεια της αντίδρασης).

Ωστόσο, για να κυλήσει η αντίδραση, τα προϊόντα πρέπει να ξεπεράσουν μια «εξοικονόμηση ενέργειας», που ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης (ΜΙ_ένα).

Φανταστείτε να βρίσκεστε σε ποδήλατο μισό μίλι από το σπίτι σας, ένα σημείο που είναι 100 κάθετα πόδια πάνω από το δρόμο σας. Εάν ο δρόμος ανέβει πρώτα 50 πόδια πριν πέσει γρήγορα 150 πόδια για να φτάσει στο δρόμο, προφανώς πρέπει να πετάξετε για λίγο πριν μπορέσετε να ξεκινήσετε την ακτοπλοΐα. Αλλά εάν το τέντωμα του δρόμου αποτελείται απλώς από μια ομοιόμορφη απαλή υποβάθμιση μήκους μισού μιλίων, μπορείτε να κάνετε ακτογραμμή ολόκληρη.

Ένα ένζυμο, στην πραγματικότητα, μετατρέπει το πρώτο σενάριο στο δεύτερο. η διαφορά υψομέτρου είναι ακόμα 100 πόδια, αλλά η συνολική διάταξη δεν είναι η ίδια.

Στο επίπεδο της μοριακής συνεργασίας, το σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος περιγράφεται συχνά ως α Σχέση "κλειδώματος και κλειδιού": Το μέρος του ενζύμου μορίου που συνδέεται με το υπόστρωμα, που ονομάζεται ενεργή τοποθεσία, έχει σχήμα έτσι ώστε να ταιριάζει σχεδόν τέλεια στο μόριο του υποστρώματος.

Ακριβώς όπως σύροντας ένα κλειδί σε κλειδαριά και γυρίζοντας προκαλεί αλλαγές στην κλειδαριά (όπως η κίνηση του a deadbolt), ένας καταλύτης επιτυγχάνει ενζυματική δράση προκαλώντας την αλλαγή του μορίου του υποστρώματος σχήμα.

Αυτές οι αλλαγές μπορούν να οδηγήσουν σε αποδυνάμωση των χημικών δεσμών στο υπόστρωμα μέσω μηχανικής παραμόρφωσης, δίνοντας στο μόριο αρκετό «σπρώξιμο» ή «στρίψιμο» για να κινηθεί προς το σχήμα του τελικού προϊόντος.

Συχνά, το προϊόν-να-υπάρχει σε ένα μεταβατικό στάδιο Εν τω μεταξύ, που μοιάζει κάπως με το αντιδραστήριο και κάπως σαν το προϊόν.

Ένα σχετικό μοντέλο είναι το προκαλούμενη εφαρμογή έννοια. Σε αυτό το σενάριο, το ένζυμο και το υπόστρωμα δεν κάνουν αρχικά τέλεια εφαρμογή κλειδώματος και κλειδιού, αλλά το ίδιο το η επαφή προκαλεί αλλαγές στο σχήμα του υποστρώματος που βελτιστοποιεί το φυσικό ένζυμο-υπόστρωμα ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ.

Η αλλαγή στο υπόστρωμα το κάνει να μοιάζει περισσότερο με ένα μόριο μεταβατικής κατάστασης, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται στο τελικό προϊόν καθώς η αντίδραση προχωρά.

Αν και είναι ισχυρά, τα ένζυμα, όπως όλα τα βιολογικά μόρια, δεν είναι ανίκητα. Πολλές από τις ίδιες καταστάσεις που καταστρέφουν ή καταστρέφουν άλλα μόρια, καθώς και ολόκληρα κύτταρα και ιστούς, μπορούν να επιβραδύνουν τη δραστηριότητα των ενζύμων ή να τα εμποδίσουν να λειτουργήσουν εντελώς.

Όπως ίσως γνωρίζετε, το δικό σας θερμοκρασία σώματος πρέπει να παραμείνετε σε στενό εύρος (συνήθως περίπου 97,5 έως 98,8 βαθμούς Φαρενάιτ) για να παραμείνετε υγιείς. Ένας λόγος για αυτό είναι ότι τα ένζυμα σταματούν να λειτουργούν σωστά εάν η θερμοκρασία του σώματος αυξηθεί πάνω από αυτό το επίπεδο - αυτό που αντιλαμβάνεστε ως πυρετό.

Επίσης, εξαιρετικά όξινες συνθήκες μπορούν να διαταράξουν τους χημικούς δεσμούς του ενζύμου. Μια τέτοια ζημία που σχετίζεται με τη θερμοκρασία και το pH ονομάζεται μετουσίωση του ενζύμου.

Επιπλέον, όπως θα περίμενε κανείς, η αύξηση της ποσότητας του ενζύμου τείνει να επιταχύνει ακόμη περισσότερο μια αντίδραση, ενώ η μείωση της συγκέντρωσης του ενζύμου την επιβραδύνει.

Παρομοίως, η προσθήκη περισσότερου υποστρώματος διατηρώντας ταυτόχρονα την ποσότητα του ενζύμου επιταχύνει την αντίδραση έως ότου το ένζυμο "μεγιστοποιηθεί" και δεν μπορεί να αντιμετωπίσει το παρόν υπόστρωμα.

Ας υποθέσουμε ότι πηγαίνετε σε ένα ταξίδι ποδηλασίας για έρανο για έρανο και υποστηρίζονται από φίλους που σας προσφέρουν ποτά και φρέσκα ρούχα από ένα βαν.

Οι φίλοι σας θα χρειαστούν τη δική τους υποστήριξη κατά τη διάρκεια του ταξιδιού, όπως αέριο για το όχημα και φαγητό για το πλήρωμα.

Εάν το ταξίδι σας μπορεί να θεωρηθεί ως «αντίδραση» και το πλήρωμα φορτηγών είναι το «ένζυμο» που «καταλύει» το ταξίδι σας, τότε τα καταστήματα τροφίμων στη διαδρομή μπορούν να θεωρηθούν ως συνένζυμα - σε βιοχημεία, ουσίες που δεν είναι ένζυμα, αλλά χρειάζονται για τα ένζυμα για την καλύτερη εκτέλεση της εργασίας τους.

Όπως τα υποστρώματα, τα συνένζυμα συνδέονται με τη δραστική θέση των ενζύμων, όπου το υπόστρωμα δεσμεύεται, αλλά δεν θεωρούνται τα ίδια τα υποστρώματα.

Τα συνένζυμα λειτουργούν συχνά ως φορείς ηλεκτρονίων ή προσωρινές θέσεις πρόσδεσης ατόμων ή λειτουργικών ομάδων που μεταφέρονται μεταξύ μορίων στη συνολική αντίδραση. Συνεργάτες είναι ανόργανα μόρια όπως ο ψευδάργυρος που βοηθούν τα ένζυμα στους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά σε αντίθεση με τα συνένζυμα, δεν συνδέονται με τη δραστική θέση ενός ενζύμου.

Παραδείγματα κοινών συνένζυμα περιλαμβάνω:

• συνένζυμο Α, ή CoA, που συνδέεται με το οξικό για να σχηματίσει ακετύλιο CoA, σημαντικό για την κυτταρική αναπνοή, το οποίο παράγει ενέργεια για κύτταρα από τη γλυκόζη σακχάρου.
• νικοτιναμίδη αδενίνη δινουκελοτίδη (NAD) και δινουκελοτίδιο φλαβίνης αδενίνης (FAD), που είναι φορείς υψηλής ενέργειας ηλεκτρονίων που συμβάλλουν επίσης στην κυτταρική αναπνοή.
• φωσφορικό πυριδοξάλη, ή βιταμίνη Β6, η οποία κινεί αμινομάδες μεταξύ μορίων.