אנזימים הם מולקולות קריטיות של חלבונים במערכות חיות שלרגע שהן מסונתזות אינן הופכות בדרך כלל לכמה אחרות סוג של מולקולה, כמו גם החומרים הנלקחים כדלק לתהליכי עיכול ונשימה (למשל, סוכרים, שומנים, מולקולריים חַמצָן). הסיבה לכך היא שאנזימים הם זרזים, כלומר שהם יכולים לקחת חלק בתגובות כימיות מבלי שישתנו בעצמם, קצת כמו מנחה הדיון הציבורי מי באופן אידיאלי מעביר את המשתתפים והקהל למסקנה על ידי הכתבת תנאי הוויכוח תוך הוספת ייחודיות מֵידָע.
זוהו למעלה מ -2,000 אנזימים, וכל אחד מהם מעורב בתגובה כימית ספציפית אחת. לכן אנזימים הם ספציפיים למצע. הם מקובצים לחצי תריסר שיעורים על בסיס סוגי התגובות שהם לוקחים בהם חלק.
יסודות האנזים
אנזימים מאפשרים למספר עצום של תגובות להתרחש בגוף בתנאים של הומאוסטזיס, או איזון ביוכימי כולל. לדוגמא, אנזימים רבים מתפקדים בצורה הטובה ביותר ברמת pH (חומציות) הקרובה ל- pH שהגוף שומר בדרך כלל, שנמצאת בטווח של 7 (כלומר לא אלקליין ולא חומצי). אנזימים אחרים מתפקדים בצורה הטובה ביותר ב- pH נמוך (חומציות גבוהה) בגלל הדרישות של סביבתם; לדוגמא, החלק הפנימי של הקיבה, בו פועלים כמה אנזימי עיכול, הוא חומצי מאוד.
אנזימים לוקחים חלק בתהליכים שנעים בין קרישת דם לסינתזת DNA לעיכול. חלקם נמצאים רק בתאים ומשתתפים בתהליכים הכוללים מולקולות קטנות, כגון גליקוליזה; אחרים מופרשים ישירות למעי ופועלים על פי חומרים בתפזורת כמו מזון שנבלע.
מכיוון שאנזימים הם חלבונים עם מסות מולקולריות גבוהות למדי, לכל אחד מהם צורה תלת מימדית מובהקת. זה קובע את המולקולות הספציפיות עליהן הם פועלים. בנוסף להיותם תלויים ב- pH, צורתם של מרבית האנזימים תלויה בטמפרטורה, כלומר הם מתפקדים בצורה הטובה ביותר בתחום טמפרטורות צר למדי.
כיצד פועלים אנזימים
רוב האנזימים פועלים באמצעות הורדת ה- אנרגיית הפעלה של תגובה כימית. לפעמים, צורתם מקרבת את המגיבים פיזית בסגנון, אולי, של מאמן צוות ספורט או מנהל קבוצת עבודה בכוונה לבצע משימה מהר יותר. הוא האמין שכאשר אנזימים נקשרים למגיב, צורתם משתנה באופן שמערער את היציבות של המגיב והופך אותו לרגיש יותר לכל שינוי כימי שהתגובה כוללת.
תגובות שיכולות להמשיך ללא הזנת אנרגיה נקראות תגובות אקסותרמיות. בתגובות אלה, למוצרים, או לכימיקלים (ים) שנוצרו במהלך התגובה, רמת אנרגיה נמוכה יותר מכימיקלים המשמשים כמרכיבי התגובה. באופן זה, מולקולות, כמו מים, "מחפשות" את הרמה (האנרגטית) שלהן; אטומים "מעדיפים" להיות בסידורים עם אנרגיה כוללת נמוכה יותר, בדיוק כמו מים שזורמים במורד לנקודה הפיזית הנמוכה ביותר. אם מצרפים את כל זה, ברור שתגובות אקסותרמיות מתנהלות תמיד באופן טבעי.
עם זאת, העובדה שתגובה תתרחש גם ללא קלט אינה אומרת דבר על קצב התרחשותה. אם חומר שנלקח לגוף ישתנה באופן טבעי לשני חומרים נגזרים שיכולים לשמש כ מקורות ישירים של אנרגיה תאית, זה לא עושה טוב אם התגובה אורכת באופן טבעי שעות או ימים לְהַשְׁלִים. כמו כן, גם כאשר האנרגיה הכוללת של מוצרים גבוהה מזו של המגיבים, נתיב האנרגיה אינו מדרון חלק במורד בגרף; במקום זאת, המוצרים חייבים להגיע לרמת אנרגיה גבוהה יותר מזו בה התחילו כדי שהם יוכלו "להתגבר על הגיבנת" והתגובה יכולה להמשיך. השקעה ראשונית זו של אנרגיה למגיבים המשתלמת בצורת מוצרים היא הנ"ל אנרגיית הפעלה, או E.א.
סוגי אנזימים
גוף האדם כולל שש קבוצות עיקריות, או מחלקות, של אנזימים.
Oxidoreductases לשפר את קצב תגובות החמצון והפחתה. בתגובות אלו, הנקראות גם תגובות חיזור, אחד המגיבים מוותר על זוג אלקטרונים שמגיב אחר מרוויח. אומרים כי התורם לזוג האלקטרונים מחומצן ופועל כגורם הפחתה, בעוד שמקבל זוג האלקטרונים מצטמצם נקרא חומר המחמצן. דרך פשוטה יותר לשים זאת היא שבתגובות מסוג זה מועברים אטומי חמצן, אטומי מימן או שניהם. דוגמאות כוללות ציטוכרום אוקסידאז ודהידרוגנאז לקטט.
העברות מהירות לאורך העברת קבוצות אטומים, כגון מתיל (CH3), אצטיל (CH3CO) או אמינו (NH2) קבוצות, ממולקולה אחת למולקולה אחרת. אצטט קינאז ואלמינין דימינאז הם דוגמאות להעברות.
הידרולזות להאיץ תגובות הידרוליזה. בתגובות הידרוליזה משתמשים במים (H2O) לפצל קשר במולקולה ליצירת שני מוצרי בת, בדרך כלל על ידי הצמדת ה- -OH (קבוצת הידרוקסיל) מהמים לאחד התוצרים ואחד -H (אטום מימן) לשני. בינתיים, מולקולה חדשה נוצרת מהאטומים העקורים על ידי רכיבי -H ו- -OH. אנזימי העיכול ליפאז וסוכרז הם הידרולזות.
Lyases הגבירו את קצב התוספת של קבוצה מולקולרית אחת לקשר כפול או הסרת שתי קבוצות מאטומים סמוכים ליצירת קשר כפול. אלה פועלים כמו הידרולזות, אלא שהרכיב שהוסר לא נעקר על ידי מים או חלקי מים. סוג אנזימים זה כולל אוקסלט דקארבוקסילאז ואיזוציטראט ליאז.
איזומרזות לזרז את תגובות האיזומריזציה. אלה תגובות בהן כל האטומים המקוריים במגיב נשמרים, אך הם מסודרים מחדש ליצירת איזומר של המגיב. (איזומרים הם מולקולות בעלות אותה נוסחה כימית, אך סידורים שונים.) דוגמאות כוללות איזומרז גלוקוז-פוספט וראזמז אלנין.
ליגדות (המכונה גם סינתטאזות) משפר את קצב ההצטרפות של שתי מולקולות. הם בדרך כלל משיגים זאת על ידי שימוש באנרגיה המופקת מפירוק אדנוזין טריפוספט (ATP). דוגמאות לליגזות כוללות סינתטאז אצטיל-CoA ו- DNA ליגזה.
עיכוב אנזים
בנוסף לשינויים בטמפרטורה וב- pH, גורמים אחרים עלולים לגרום להפחתה או כיבוי של פעילות האנזים. בתהליך הנקרא אינטראקציה אלוסטרית, צורת האנזים משתנה באופן זמני כאשר מולקולה נקשרת לחלק ממנה הרחק מהמקום בו היא מצטרפת למגיב. זה מוביל לאובדן תפקוד. לפעמים זה שימושי כאשר המוצר עצמו משמש כמעכב אלוסטרי, מכיוון שזהו בדרך כלל סימן לתגובה שהחל עד לנקודה שבה מוצר נוסף כבר לא נמצא נדרש.
בעיכוב תחרותי, חומר הנקרא תרכובת רגולטורית מתחרה עם המגיב על אתר הכריכה. זה דומה לניסיון להכניס כמה מפתחות עבודה לאותו מנעול בו זמנית. אם מספיק מתרכובות ויסות אלה מצטרפות לכמות מספיק גבוהה של האנזים הקיים, הוא מאט את מסלול התגובה או מכבה אותו. זה יכול להועיל בפרמקולוגיה מכיוון שמיקרוביולוגים יכולים לתכנן תרכובות המתחרות בקשירה אתרים של אנזימים חיידקיים, מה שמקשה הרבה יותר על החיידקים לגרום למחלות או לשרוד בגוף האדם, פרק זמן.
בעיכוב לא תחרותי, מולקולה מעכבת נקשרת לאנזים בנקודה שונה מהאתר הפעיל, בדומה למה שקורה באינטראקציה אלוסטרית. עיכוב בלתי הפיך מתרחש כאשר המעכב נקשר לצמיתות או משפיל את האנזים כך שתפקודו אינו יכול להתאושש. גז עצבי ופניצילין עושים שימוש בסוג זה של עיכוב, אם כי עם כוונות שונות מאוד.