Τι είναι τα ένζυμα; και πώς λειτουργούν;
Για να κατανοήσουμε τη δομή και τη λειτουργία των ενζύμων, είναι σημαντικό πρώτα να μάθουμε τι ακριβώς είναι τα ένζυμα. Με απλά λόγια, τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που συμμετέχουν σε κυτταρικές μεταβολικές διεργασίες με την ικανότητα να αυξάνουν το ρυθμό αντίδρασης μεταξύ των βιομορίων. Η ζωή δεν θα υπήρχε χωρίς την παρουσία ενζύμων.
Τι είναι τα ένζυμα και τι τους καθιστά ειδικούς ;
Τα ένζυμα συνηθέστερα καταλύουν τις χημικές αντιδράσεις που μπορεί να μην εμφανιστούν αλλιώς μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης σε ένα πιο "προσιτό" επίπεδο για το κύτταρο.
Ορισμένα ένζυμα μπορούν ακόμη και να αναστρέψουν μια αντίδραση (ή αντιδραστήρια) από την κατεύθυνση που θα πάρει κανονικά μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης (Ea) στο βαθμό που η αντίδραση ευνοεί την αντίστροφη κατεύθυνση.
Τα ένζυμα μπορούν να απομονωθούν χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους καθαρισμού πρωτεϊνών . Η καθαρότητα ενός παρασκευάσματος ενζύμου μετράται με προσδιορισμό της ειδικής δραστικότητας του.
Η σύνθεση των ενζύμων
Τα ένζυμα μπορούν να έχουν μοριακά βάρη που κυμαίνονται από περίπου 10.000 έως περισσότερα από 1 εκατομμύριο. Το μοριακό βάρος είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών των ατόμων ενός μορίου. Στη χημεία, ο όρος τείνει να χρησιμοποιείται εναλλακτικά με τη μοριακή μάζα. Ορισμένα ένζυμα έχουν μοριακά βάρη που πέφτουν κάτω από την περιοχή που αναφέρεται παραπάνω.
Ένας μικρός αριθμός ενζύμων δεν είναι πρωτεΐνες αλλά αποτελείται από μικρά μόρια καταλυτικού RNA. Συχνά, τα ένζυμα είναι σύμπλοκα πολλαπλών πρωτεϊνών που αποτελούνται από έναν αριθμό επιμέρους υπομονάδων πρωτεϊνών.
Πολλά ένζυμα καταλύουν αντιδράσεις χωρίς βοήθεια, αλλά μερικοί απαιτούν ένα επιπλέον μη πρωτεϊνικό συστατικό που ονομάζεται συν-παράγοντας.
Οι συν-παράγοντες μπορεί να είναι ανόργανα ιόντα όπως το Fe2 + , το Mg2 + , το Mn2 + ή το Zn2 + , ή να αποτελούνται από οργανικά ή μεταλλο-οργανικά μόρια γνωστά ως συνένζυμα.
Πώς τα ένζυμα είναι ταξινομημένα
Τα ένζυμα ταξινομούνται ανάλογα με τις αντιδράσεις που καταλύουν. Οι έξι κατηγορίες είναι οι εξής: οξειδορεδουκτάσες, τρανσφεράσες, υδρολάσες, λυάσες, ισομεράσες και λιγάσες.
Οι υδρολάσες, οι οξειδορεδουκτάσες και οι τρανσφεράσες είναι οι πολυάριθμες μορφές των ενζύμων, ενώ οι υπόλοιπες μορφές των ενζύμων είναι λιγότερο συχνές.
Οι οξειδοαναγωγές καταλύουν τις αντιδράσεις οξείδωσης στις οποίες τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα μόριο στο άλλο. Οι τρανσφεράσες καταλύουν τη μεταφορά μιας λειτουργικής ομάδας από το ένα μόριο στο άλλο. Τα ένζυμα υδρολάσης καταλύουν την υδρόλυση ή τη διαδικασία με την οποία οι απλοί δεσμοί διασπώνται κατά την έκθεση στο νερό.
Οι λυάσες είναι ένζυμα που καταλύουν τη θραύση διαφόρων χημικών δεσμών με άλλα μέσα εκτός από την υδρόλυση και την οξείδωση, σχηματίζοντας συχνά ένα νέο διπλό δεσμό ή μια νέα δομή δακτυλίου. Οι ισομεράσες καταλύουν δομικές μετατοπίσεις σε ένα μόριο, προκαλώντας μια αλλαγή στο σχήμα. Οι λυγάσες είναι υπεύθυνες για την κατάλυση της σύνδεσης, επίσης γνωστή ως ο συνδυασμός ενός ζεύγους υποστρωμάτων ή αντιδραστηρίων.
Παραδείγματα ενζύμων
Η αλκοολική αφυδρογονάση είναι ένα ένζυμο οξειδορεδουκτάσης το οποίο μετατρέπει αλκοόλες σε αλδεΰδες ή κετόνες. Αυτό το ένζυμο καθιστά το αλκοόλ λιγότερο τοξικό καθώς το σπάει. Παίζει επίσης βασικό ρόλο στη διαδικασία ζύμωσης.
Οι αμινοτρανσφεράσες είναι τρανσφεράσες που καταλύουν την αποικοδόμηση αμινοξέων με απομάκρυνση αμινομάδων.
Η γλυκόζη-6-φωσφατάση είναι μια υδρολάση η οποία απομακρύνει την φωσφορική ομάδα από 6-φωσφορική γλυκόζη, αφήνοντας γλυκόζη και Η3ΡΟ4.
Η πυροσταφυλική αποκαρβοξυλάση είναι μια λυάση που απομακρύνει το CO 2 από το πυροσταφυλικό.
Η επιμεράση φωσφορικής ριβουλόζης είναι μία ισομεράση που καταλύει την ενδομετατροπή 5-φωσφορικής ριβουλόζης και 5-φωσφορικής ξυλουλόζης. Και, τέλος, η εξοκινάση είναι μια λιγάση που καταλύει την ενδομετατροπή της γλυκόζης και της ΑΤΡ με 6-φωσφορική γλυκόζη και ADP.