Aina, ilman teidän tietoisia ajatuksia, triljoonat solut kehossanne käyvät läpi valtavan määrän kemiallisia reaktioita, jotka pitävät teidät hengissä ja tasapainossa. Vaikka nämä reaktiot saattavat tapahtua itsestään riittävän ajan kuluttua, tämä nopeus ei ole melkein tarpeeksi nopea ihmiskehon vaatimuksiin.
Tämän seurauksena melkein kaikkia biokemiallisia reaktioita avustavat erikoistuneet proteiinit, joita kutsutaan entsyymit, jotka ovat biologisia katalyytit se voi saada reaktiot yli miljoona kertaa nopeammin.
Entsyymien räätälöinti on erittäin korkea; suurin osa sadoista tunnetuista entsyymeistä voi katalysoida vain yhden reaktion, ja useimmat reaktiot voidaan katalysoida vain yhdellä erityisellä entsyymillä.
Mitä entsyymit tarkalleen ovat?
vaikkakin nukleiinihappo molekyyli RNA (ribonukleiinihappo) voi joskus toimia ei-entsyymikatalysaattorina, todelliset entsyymit ovat proteiineja, mikä tarkoittaa, että ne koostuvat pitkistä ketjuista aminohappoja jotka on taitettu tiettyyn muotoon. Luonnossa on 20 aminohappoa, joita kaikkia kehosi tarvitsee jonkin verran.
Kehosi voi tehdä noin puolet näistä, kun taas muut on syötävä ruokavalioon. Niitä, jotka sinun on syötävä, kutsutaan välttämättömät aminohapot.
Kaikilla aminohapoilla on keskeinen hiiliatomi, joka on liittynyt karboksyylihapporyhmään (-COOH), aminohappoon (-NH2) -ryhmä ja sivuketju, kemiallisissa kaavioissa yleensä merkitty "-R": llä.
Sivuketju määrittää aminohapon ainutlaatuisen käyttäytymisen. Aminohappojen järjestystä proteiinissa kutsutaan sen ensisijainen rakenne. Aminohapposarjaa kutsutaan a polypeptidi; yleensä kun molekyyliin viitataan sellaisenaan, se ei ole täydellinen, funktionaalinen proteiini, vaan osa siitä.
Aminohappoketjut voivat järjestää itsensä joko spiraalimaisiksi tai arkkimaisiksi muodostumiksi; tähän viitataan proteiineina toissijainen rakenne. Kuinka molekyyli järjestyy lopulta kolmiulotteiseksi, suurelta osin molekyylin eri osien aminohappojen sähköisten vuorovaikutusten seurauksena, kutsutaan kolmannen asteen rakenne.
Kuten niin monissa asioissa luonnossa, muoto sopii toimintaan; ts. entsyymin muoto määrää sen tarkan käyttäytymisen, mukaan lukien kuinka voimakkaasti se "etsii" tiettyä substraatti (eli molekyyli, johon entsyymi vaikuttaa).
Kuinka entsyymit toimivat?
Kuinka entsyymit suorittavat katalyyttisen aktiivisuuden? Tämä kysymys voidaan jakaa kahteen asiaan liittyvään kyselyyn.
Yksi: kuinka entsyymit nopeuttavat atomien liikkumista, nopeuttavat reaktioita? Ja kaksi: mitkä entsyymien rakenteen erityispiirteet sallivat tämän tapahtua?
Tapa, jolla entsyymi nopeuttaa reaktionopeutta, on tasoittaa polkua reaktion alkamisen ja lopun välillä. Tällaisissa reaktioissa Tuotteet (reaktion jälkeen jäljellä olevilla molekyyleillä) on pienempi kokonaisenergia kuin reagoivat aineet (molekyylit, jotka muuttuvat tuotteiksi reaktion aikana).
Saadakseen reaktion liikkeelle, tuotteiden on kuitenkin voitettava energian "kumpu", jota kutsutaan aktivointienergia (Ea).
Kuvittele olevasi polkupyörällä puolen mailin päässä talostasi, piste, joka on 100 pystysuoraa jalkaa ajotieltäsi. Jos tie kiipeää ensin 50 jalkaa ennen kuin pudotat nopeasti 150 jalkaa päästäksesi ajotieltä, joudut tietysti polkemaan jonkin aikaa, ennen kuin voit aloittaa rannikon. Mutta jos tieosuus koostuu yksinkertaisesti tasaisesta puolen mailin pituisesta alemmasta tasosta, voit kulkea koko matkan.
Entsyymi muuntaa ensimmäisen skenaarion toiseksi; korkeusero on edelleen 100 jalkaa, mutta kokonaisasettelu ei ole sama.
Lukko ja avain -malli
Molekyylisen yhteistyön tasolla entsyymisubstraattikompleksia kuvataan usein a: lla "lukko ja avain" -suhde: Entsyymimolekyylin osa, joka sitoutuu substraattiin, jota kutsutaan aktiivinen sivusto, on muotoiltu siten, että se sopii melkein täydellisesti substraattimolekyyliin.
Aivan kuten avaimen liu'uttaminen lukkoon ja sen kääntäminen aiheuttaa muutoksia lukkoon (kuten kuollut pultti), katalyytti saavuttaa entsymaattisen aktiivisuuden aiheuttamalla substraattimolekyylin muutoksen muoto.
Nämä muutokset voivat johtaa substraatin kemiallisten sidosten heikentymiseen mekaanisten vääristymien, antamalla molekyylille vain tarpeeksi "työntöä" tai "kiertymistä" liikkua kohti lopullisen tuotteen muotoa.
Usein tuleva tuote on olemassa a siirtymätila sillä välin, joka näyttää hieman reaktantilta ja hieman tuotteelta.
Liittyvä malli on aiheuttama sopivuus konsepti. Tässä skenaariossa entsyymi ja substraatti eivät aluksi sovi täydellisesti lukko ja avain -sovellukseen, mutta itse niiden tosiasia kosketuksiin joutuminen aiheuttaa muutoksia substraatin muodossa, mikä optimoi fyysisen entsyymisubstraatin vuorovaikutus.
Substraatin muutos tekee siitä lähempänä siirtymätilan molekyyliä, joka muuttuu sitten lopputuotteeksi reaktion edetessä.
Mikä vaikuttaa entsyymin toimintaan?
Vaikka ne ovat voimakkaita, entsyymit, kuten kaikki biologiset molekyylit, eivät ole voittamattomia. Monet samoista olosuhteista, jotka vahingoittavat tai tuhoavat muita molekyylejä, samoin kuin kokonaiset solut ja kudokset, voivat hidastaa entsyymiaktiivisuutta tai estää niitä toimimasta kokonaan.
Kuten luultavasti tiedät, sinun ruumiinlämpö on pysyttävä kapealla alueella (yleensä noin 97,5–98,8 Fahrenheit-astetta), jotta pysyt terveenä. Yksi syy tähän on, että entsyymit lakkaavat toimimasta kunnolla, jos ruumiinlämpö nousee tämän tason yläpuolelle - mitä koet kuumeena.
Myös erittäin happamat olosuhteet voivat häiritä entsyymin kemiallisia sidoksia. Tällaisia lämpötila- ja pH-arvoon liittyviä vaurioita kutsutaan denaturoiva entsyymin.
Lisäksi, kuten saatat odottaa, entsyymimäärän kasvu pyrkii nopeuttamaan reaktiota entisestään, kun taas entsyymipitoisuuden lasku hidastaa sitä.
Vastaavasti lisäämällä lisää substraattia samalla kun entsyymimäärä pysyy samana, reaktio nopeutuu, kunnes entsyymi "maksimoidaan" eikä se voi huolehtia kaikesta läsnä olevasta substraatista.
Mitä ovat koentsyymit ja kofaktorit?
Oletetaan, että olet menossa murtomaajoukkojen varainhankintaan, ja ystävät tukevat matkan varrella juomia ja tuoreita vaatteita pakettiautosta.
Ystäväsi tarvitsevat matkan aikana omaa tukeaan, kuten ajoneuvon kaasua ja miehistön ruokaa.
Jos matkasi voidaan ajatella "reaktiona" ja pakettiautomiehistö on "entsyymi", joka "katalysoi" matkasi, niin reitin ruokakaupat voidaan ajatella koentsyymit - sisään biokemia, aineet, jotka eivät ole entsyymejä, mutta joita tarvitaan entsyymien suorittamaan työnsä parhaiten.
Kuten substraatit, koentsyymit sitoutuvat entsyymien aktiiviseen kohtaan, jossa substraatti sitoutuu, mutta niitä ei itse pidetä substraateina.
Koentsyymit toimivat usein elektronikantajina tai väliaikaisina telakointikohteina atomille tai funktionaalisille ryhmille, jotka siirtyvät molekyylien välillä kokonaisreaktiossa. Kofaktorit ovat epäorgaanisia molekyylejä, kuten sinkkiä, jotka auttavat elävien organismien entsyymejä, mutta toisin kuin koentsyymit, ne eivät sitoutu entsyymin aktiiviseen kohtaan.
Esimerkkejä tavallisista koentsyymit sisältää:
- koentsyymi Atai CoA, joka sitoutuu asetaattiin muodostaen soluhengityksessä tärkeän asetyyli-CoA: n, joka tuottaa energiaa soluille sokeriglukoosista;
- nikotiiniamidiadeniinidinukelotidi (NAD) ja flaviiniadeniinidinukelotidi (FAD), jotka ovat suurenergisiä elektronikantajia, jotka myös vaikuttavat soluhengitykseen;
- pyridoksaalifosfaatti tai B6-vitamiini, joka siirtää aminoryhmiä molekyylien välillä.