Każda z bilionów komórek twojego ciała zależy od tysięcy reakcji chemicznych. Reakcje chemiczne zachodzące w twoim ciele mogą zachodzić w probówce, ale zachodzą znacznie wolniej – zbyt wolno, by wspierać czynności żywego organizmu.
Enzymy to białka w żywych organizmach, które wspomagają reakcje chemiczne. Na ich zdolność do funkcjonowania i szybkość pracy wpływa kilka czynników. Niektóre z tych czynników to inne chemikalia.
Jak działają enzymy
Reakcje chemiczne polegają na zerwaniu i tworzeniu wiązań między atomami. Zerwanie wiązań początkowych substancji chemicznych – reagentów – wymaga energii. To się nazywa energia aktywacji. Enzymy to białka, które chwytają reagenty i orientują je w taki sposób, że energia aktywacji jest niższa. Reagenty są również nazywane podłoża.
Enzym działa w celu wiązania substratów w określonych miejscach zwanych miejscami aktywnymi. Miejsca aktywne są ukształtowane w sposób umożliwiający im przyczepienie się do określonych podłoży. Związany kompleks enzym-substrat ułatwia reagentom zerwanie wiązań i tworzenie nowych w produkcie.
Następnie produkt jest uwalniany z enzymu.
Substancje chemiczne, które pomagają w reakcjach chemicznych: kofaktory
Kształt miejsca aktywnego umożliwia działanie enzymów. Jeśli miejsce aktywne jest zniekształcone, substrat nie będzie się wiązał i reakcja nie będzie wspomagana. Niektóre enzymy wymagają rodzaju substancji chemicznych zwanych kofaktorami, aby uzyskać odpowiedni kształt.
Kofaktory mogą mieć postać atomów nieorganicznych lub cząsteczek organicznych. Przykłady kofaktorów obejmują zjonizowany atom cynku – taki, który utracił kilka elektronów – który jest niezbędny w enzymie dehydrogenazy alkoholowej, używanej do metabolizowania alkoholu.
Cząsteczka dinukleotydu nikotynamidoadeninowego jest powszechnym organicznym kofaktorem molekularnym i jest również nazywana a koenzym. Często uczestniczy w reakcjach wymagających przeniesienia atomów lub jonów wodoru. Koenzymy i kofaktory nieorganiczne mogą być niezbędne do działania enzymu, a jeśli nie ma ich wystarczająco dużo, ogólna szybkość reakcji będzie powolna.
Substancje chemiczne, które pomagają w reakcjach chemicznych: substraty
Każdy enzym ma jedną określoną funkcję. Enzym, który dzieli cząsteczkę fruktozy na dwie części, nie może być użyty do uwolnienia tlenu z Czerwone krwinki. Aby reakcja zaszła, muszą być obecne zarówno enzym, jak i substrat. Szybkość reakcji może być ograniczona przez niedobór enzymu lub substratu.
Innymi słowy, jeśli w komórce jest dużo substratu, a mało enzymu, dodanie większej ilości enzymu zwiększy szybkość reakcji. I odwrotnie, jeśli jest dużo enzymu, a mało substratu, dodanie substratu zwiększy szybkość reakcji. Jednak dodanie większej ilości substratu, gdy jest dużo substratu i mało enzymu (lub dodanie większej ilości enzymu w sytuacji odwrotnej) nie zwiększy szybkości reakcji.
Szybsze tempo reakcji
Rzeczywista szybkość reakcji katalizowanej enzymami nie ulega zmianie. Oznacza to, że czas od związania substratu do uwolnienia produktu jest taki sam dla każdego konkretnego typu enzymu. Mówiąc o przyspieszeniu działania enzymu, mamy na myśli zwiększenie liczby enzymów aktywnie uczestniczących w reakcjach chemicznych, tak aby łączna liczba reakcji wzrosła.
Na przykład, jeśli nie wystarczy cynk aby dopasować się do wszystkich określonych typów enzymów przetwarzających DNA w komórce, dodanie większej ilości cynku zwiększy szybkość reakcji, umożliwiając aktywność większej liczby enzymów.
To samo dotyczy dodawania większej ilości substratu lub większej ilości enzymu: Akcja zostaje przyspieszona poprzez umożliwienie większej ilości enzymów katalizowania reakcji chemicznych, a nie przez przyspieszenie jednego konkretnego enzymu.