מה תפקיד האנזימים במטבוליזם?

מטבוליזם מתייחס לכל תהליך כימי המתרחש בתוך או בין תאים. ישנם שני סוגים של חילוף חומרים: אנבוליזם, שבו מולקולות קטנות יותר מסונתזות כדי להפוך גדולות יותר; וקטבוליזם, שם מולקולות גדולות יותר מתפרקות לקטנות יותר. רוב התגובות הכימיות בתאים דורשות זרז כדי להתחיל. אנזימים, שהם מולקולות חלבון גדולות המצויים בגוף, מספקים את הזרז המושלם מכיוון שהם יכולים לשנות את הכימיקלים בתאים מבלי לשנות את עצמם.

מטבוליזם הוא מונח מטריה המתייחס לכל תהליך סלולרי הכרוך בתגובה כימית. גליקוליזה היא דוגמה לתהליך תא קטבולי; בתהליך זה גלוקוז מתפרק לפירובט. כאשר חמצן ומימן מתאחדים ליצירת מים בקצה שרשרת הובלת האלקטרונים, זו דוגמה לתהליך אנאבולי, שבו מולקולות קטנות יותר מתאחדות ליצירת מולקולה גדולה יותר.

רוב התגובות הכימיות בתוך התאים אינן מתרחשות באופן ספונטני. במקום זאת, הם זקוקים לזרז כדי להתחיל אותם. במקרים רבים, חום עשוי להיות זרז, אך זה אינו יעיל מכיוון שלא ניתן להחיל חום על מולקולות בצורה מבוקרת. לפיכך, רוב התגובות הכימיות דורשות אינטראקציה עם אנזים. אנזימים נקשרים עם מגיבים מסוימים עד להתרחשות התגובה הכימית ואז משחררים את עצמם. האנזימים עצמם אינם משתנים על ידי התגובה הכימית.

אנזימים אינם נקשרים ללא הבחנה למולקולות; במקום זאת, כל אנזים מתוכנן להיקשר רק למולקולה מסוימת, המכונה מצע. על המצע יש קבוצה מקופלת של שרשראות פוליפפטיד, היוצרות חריץ. לאנזים הנכון תהיה קבוצה דומה של שרשראות פוליפפטיד, המאפשרת לו להיקשר למצע. אנזימים אחרים יכילו שרשראות פוליפפטיד שאינן תואמות.

בשנת 1894, המדען אמיל פישר כינה את המודל הזה כמודל הנעילה והמפתח מכיוון שהאנזים והמצע משתלבים זה בזה כמו מפתח במנעול. על פי קטע על חילוף חומרים שפרסם טיטאן חינוך, זה לא לגמרי מדויק מכיוון שחלק מהאנזימים מתפרקים בצורה לא אחידה בסוף התהליך הקטליטי.

דוגמה אחת לאנזים המתאים למודל הנעילה והמפתח הוא סוכרזיה. סוכרס מכיל שרשראות פוליפפטיד המאפשרות לה להיקשר לסוכרוז. לאחר שהסוכרזיה והסוכרוז נקשרים, הם מגיבים עם מים והסוכרוז מתפרק לגלוקוז ופרוקטוז. לאחר מכן משחררים את האנזים וניתן לעשות בו שימוש חוזר כדי לפרק מולקולה נוספת של סוכרוז.

ליפאז בלבלב משמש כזרז לפרק טריגליצרידים. בניגוד לסוכרוז, טריגליצרידים אינם מתפרקים באופן שווה לשתי מולקולות של חומרים שונים. במקום זאת, טריגליצרידים מתפרקים לשני מונוגליצרידים וחומצת שומן אחת.