Encimi: Kaj je to? & Kako deluje?

Ves čas, brez kakršne koli vaše zavestne misli, bilijoni celic v vašem telesu doživljajo ogromno kemičnih reakcij, ki vas ohranjajo žive in v ravnovesju. Čeprav bi se te reakcije lahko zgodile same od sebe, pa ta hitrost ne bi bila dovolj hitra za potrebe človeškega telesa.

Posledično skoraj vsem biokemijskim reakcijam pomagajo specializirani proteini, imenovani encimi, ki so biološke katalizatorji ki lahko pospešijo reakcije več kot milijonkrat.

Prikrojevanje encimov je zelo veliko; večina stotin znanih encimov lahko katalizira samo eno reakcijo, večino reakcij pa lahko katalizira samo en specifičen encim.

Čeprav je nukleinska kislina molekula RNA (ribonukleinska kislina) lahko včasih deluje kot ne-encimski katalizator, pravi encimi so beljakovin, kar pomeni, da so sestavljeni iz dolgih verig amino kisline ki so zloženi v določeno obliko. V naravi je 20 aminokislin, ki jih telo potrebuje v določeni količini.

Telo jih lahko naredi približno polovico, druge pa je treba zaužiti s prehrano. Kličejo se tisti, ki jih moraš jesti esencialne aminokisline.

Vse aminokisline imajo osrednji ogljikov atom, povezan s skupino karboksilne kisline (-COOH), amino (-NH₂) skupina in stranska veriga, ki je v kemijskih diagramih običajno označena z "-R".

Stranska veriga določa edinstveno vedenje aminokisline. Vrstni red aminokislin v beljakovinah se imenuje njegov primarna struktura. Niz aminokislin se imenuje a polipeptid; ponavadi, ko molekulo označimo kot tako, to ni popoln, funkcionalen protein, ampak njegov del.

Strune aminokislin se lahko razvrstijo v spiralne ali listnate oblike; to se imenuje beljakovine sekundarna struktura. Kako se molekula na koncu razporedi v treh dimenzijah, predvsem zaradi električnih interakcij med aminokislinami v različnih delih molekule, se imenuje terciarna struktura.

Kot pri mnogih stvareh v naravnem svetu oblika ustreza funkciji; to pomeni, da oblika encima določa njegovo natančno vedenje, vključno s tem, kako močno "išče" določenega substrat (to je molekula, na katero deluje encim).

Kako encimi izvajajo katalitično aktivnost? To vprašanje lahko ločimo na dve povezani poizvedbi.

Eno: kako encimi pospešujejo reakcije v smislu osnovnega gibanja atomov? In dve: katere posebnosti v strukturi encimov omogočajo, da se to zgodi?

Encim pospeši reakcijsko hitrost tako, da zgladi pot med začetkom in koncem reakcije. Pri tovrstnih reakcijah izdelkov (molekule, ki ostanejo po končani reakciji) imajo manjšo skupno energijo kot reaktanti (molekule, ki se med reakcijo spremenijo v produkte).

Vendar pa morajo proizvodi, da se reakcija zavije, premagati energijsko "grbino", imenovano aktivacijska energija (E_a).

Predstavljajte si, da ste na kolesu pol milje od vaše hiše, točke, ki je 100 navpičnih metrov nad vašim dovozom. Če se cesta najprej povzpne 50 čevljev, preden se hitro spusti 150 čevljev, da pridete do dovoza, morate očitno nekaj časa pedalirati, preden se lahko začnete voziti. Če pa odsek ceste preprosto sestavlja enakomerna nežna pol milje dolga nižja stopnja, lahko ves čas plujete.

Encim dejansko spremeni prvi scenarij v drugega; višinska razlika je še vedno 100 čevljev, vendar celotna postavitev ni enaka.

Na ravni molekularnega sodelovanja je encimsko-substratni kompleks pogosto opisan kot a razmerje "ključavnica": del molekule encima, ki se veže na substrat, imenovan aktivno spletno mesto, je oblikovan tako, da se skoraj popolnoma prilega molekuli substrata.

Tako kot potiskanje ključa v ključavnico in njegovo obračanje povzroči spremembe na ključavnici (na primer premikanje katalizator doseže encimsko aktivnost tako, da povzroči spremembo molekule substrata obliko.

Te spremembe lahko povzročijo oslabitev kemijskih vezi v substratu z mehanskim izkrivljanjem, daje molekuli ravno dovolj "potiska" ali "zasuka", da se premakne k obliki končnega izdelka.

Pogosto obstoječi izdelek obstaja v a prehodno stanje medtem pa je videti nekoliko kot reaktant in nekoliko kot izdelek.

Sorodni model je inducirano prileganje koncept. V tem scenariju se encim in substrat na začetku ne prilegata popolnoma, ampak že samo dejstvo, stik povzroči spremembe oblike substrata, ki optimizira fizični encim-substrat interakcija.

Sprememba substrata je bolj podobna molekuli v prehodnem stanju, ki se nato spremeni v končni produkt, ko se reakcija premika naprej.

Čeprav so močni, encimi, tako kot vse biološke molekule, niso nepremagljivi. Mnogo enakih stanj, ki poškodujejo ali uničijo druge molekule, pa tudi celotne celice in tkiva, lahko upočasni aktivnost encimov ali jim prepreči, da bi sploh delovale.

Kot verjetno veste, vaš telesna temperatura mora ostati v ozkem območju (običajno približno 97,5 do 98,8 stopinj Fahrenheita), da boste lahko ostali zdravi. Eden od razlogov za to je, da encimi prenehajo pravilno delovati, če se telesna temperatura dvigne nad to raven - kar pojmujete kot vročino.

Tudi zelo kisle razmere lahko motijo ​​kemične vezi encima. Takšna temperatura, povezana s pH, se imenuje denaturiranje encima.

Poleg tega, kot bi lahko pričakovali, povečanje količine encima ponavadi še bolj pospeši reakcijo, medtem ko jo znižanje koncentracije encimov upočasni.

Podobno dodajanje več substrata ob ohranjanju enake količine encima pospeši reakcijo, dokler se encim ne "maksimira" in ne more upoštevati vsega prisotnega substrata.

Recimo, da se odpravite na kolesarsko potovanje po tekih in vas med potjo podpirajo prijatelji, ki vam dajejo pijačo in sveža oblačila iz kombija.

Vaši prijatelji bodo med potovanjem potrebovali lastno podporo, na primer bencin za vozilo in hrano za posadko.

Če je vaše potovanje mogoče razumeti kot "reakcijo" in je posadka kombija "encim", ki "katalizira" vaše potovanje, potem lahko zaloge hrane na tej poti obravnavamo kot koencimi - v biokemije, snovi, ki niso encimi, vendar so potrebne, da encimi najbolje opravljajo svoje delo.

Tako kot substrati se tudi koencimi vežejo na aktivno mesto encimov, kjer se substrat veže, vendar sami niso substrati.

Koencimi pogosto delujejo kot nosilci elektronov ali kot začasna mesta za združitev atomov ali funkcionalnih skupin, ki se v celotni reakciji prenašajo med molekulami. Kofaktorji so anorganske molekule, kot je cink, ki pomagajo encimom v živih organizmih, vendar se v nasprotju s koencimi ne vežejo na aktivno mesto encima.

Primeri pogostih koencimi vključujejo:

• koencim Aali CoA, ki se veže na acetat in tvori acetil CoA, pomemben pri celičnem dihanju, ki celicam ustvarja energijo iz glukoze sladkorja;
• nikotinamid adenin dinucelotid (NAD) in flavin adenin dinucelotid (FAD), ki so visokoenergijski nosilci elektronov, ki prispevajo tudi k celičnemu dihanju;
• piridoksal fosfat, ali vitamin B6, ki premika amino skupine med molekulami.