Enzimi su globularni proteini koji pomažu da se odvijaju svi ćelijski procesi. Kao i svi katalizatori, oni ne mogu preokrenuti reakciju, već služe da je ubrzaju.
Lokalizacija enzima u ćeliji
Unutar ćelije, pojedinačni enzimi su obično sadržani i djeluju u strogo definiranim organelama. Lokalizacija enzima je direktno povezana sa funkcijom koju ovaj dio ćelije obično obavlja.
Gotovo svi enzimi glikolize nalaze se u citoplazmi. Enzimi ciklusa trikarboksilne kiseline nalaze se u mitohondrijskom matriksu. Aktivne supstance hidrolize sadržane su u lizosomima.
Pojedina tkiva i organi životinja i biljaka razlikuju se ne samo po skupu enzima, već i po njihovoj aktivnosti. Ova karakteristika tkiva se koristi u klinici u dijagnostici određenih bolesti.
U aktivnosti i skupu enzima u tkivima postoje i starosne karakteristike. Oni su najjasnije vidljivi tokom embrionalnog razvoja tokom diferencijacije tkiva.
Nomenklatura enzima
Postoji nekoliko sistema imenovanja, od kojih svaki uzima u obzir svojstva enzima u različitoj mjeri.
- Trivijalno. Imena supstanci su data nasumično. Na primjer, pepsin (pepsis - "probava", grčki) i tripsin (tripsis - "tanak", grčki)
- Rational. Naziv enzima sastoji se od supstrata i završetka "-ase". Na primjer, amilaza ubrzava hidrolizu škroba (amilo - "škrob", grčki).
- Moskva. Usvojen je 1961. godine od strane Međunarodne komisije za nomenklaturu enzima na 5. međunarodnom biohemijskom kongresu. Naziv supstance sastoji se od supstrata i reakcije koju enzim katalizira (ubrzava). Ako je funkcija enzima da prenesu grupu atoma sa jednog molekula (supstrata) na drugi (akceptor), naziv katalizatora uključuje hemijsko ime akceptora. Na primjer, u reakciji prijenosa amino grupe sa alanina na 2-hidroksiglutarnu kiselinu uključen je enzim alanin: 2-oksoglutarat aminotransferaza. Ime odražava:
- supstrat - alanin;
- akceptor - 2-oksoglutarna kiselina;
- amino grupa se prenosi u reakciji.
Međunarodna komisija je sastavila listu svih poznatih enzima, koja se stalno ažurira. To je zbog otkrića novih supstanci.
Klasifikacija enzima
Postoje dva načina za podjelu enzima u grupe. Prvi nudi dvije klase ovih supstanci:
- jednostavno - sastoji se samo od proteina;
- kompleks - sadrži proteinski dio (apoenzim) i neproteinski dio koji se zove koenzim.
U ne-proteinski diokompleksni enzim može uključivati vitamine. Interakcija sa drugim supstancama odvija se preko aktivnog centra. Cijeli molekul enzima ne učestvuje u procesu.
Svojstva enzima, kao i drugih proteina, određena su njihovom strukturom. U zavisnosti od toga, katalizatori ubrzavaju samo svoje reakcije.
Drugi metod klasifikacije deli supstance prema funkciji enzima. Rezultat je šest klasa:
- oksidoreduktaza;
- transferaze;
- hidrolaze;
- izomeraza;
- lyases;
- ligaze.
Ovo su opšteprihvaćene grupe, ne razlikuju se samo po tipovima reakcija koje regulišu enzime u njima. Supstance različitih grupa imaju različite strukture. I funkcije enzima u ćeliji, dakle, ne mogu biti iste.
Oksidoreduktaze - redoks
Glavna funkcija enzima prve grupe je ubrzanje redoks reakcija. Karakteristična karakteristika: sposobnost formiranja lanaca oksidativnih enzima u kojima se elektroni ili atomi vodika prenose od prvog supstrata do konačnog akceptora. Ove supstance se odvajaju prema principu rada ili mestu rada u reakciji.
- Aerobne dehidrogenaze (oksidaze) ubrzavaju transfer elektrona ili protona direktno na atome kiseonika. Anaerobni vrše iste radnje, ali u reakcijama koje se odvijaju bez prijenosa elektrona ili atoma vodika na atome kisika.
- Primarnidehidrogenaze kataliziraju proces uklanjanja atoma vodika iz oksidirane tvari (primarni supstrat). Sekundarni - ubrzati uklanjanje atoma vodika sa sekundarnog supstrata, oni su dobijeni pomoću primarne dehidrogenaze.
Još jedna karakteristika: kao dvokomponentni katalizatori sa vrlo ograničenim skupom koenzima (aktivnih grupa), oni mogu ubrzati širok spektar redoks reakcija. To se postiže velikim brojem opcija: isti koenzim može spojiti različite apoenzime. U svakom slučaju, dobija se posebna oksidoreduktaza sa sopstvenim svojstvima.
Postoji još jedna funkcija enzima ove grupe, koja se ne može zanemariti - oni ubrzavaju tok hemijskih procesa povezanih sa oslobađanjem energije. Takve reakcije se nazivaju egzotermne.
Transferasi - prevoznici
Ovi enzimi obavljaju funkciju ubrzavanja reakcija prijenosa molekularnih ostataka i funkcionalnih grupa. Na primjer, fosfofruktokinaza.
Osam grupa katalizatora se razlikuje na osnovu prebačene grupe. Pogledajmo samo neke od njih.
- Fosfotransferaze - pomažu u prijenosu ostataka fosforne kiseline. Dijele se u podklase prema odredištu (alkohol, karboksil i drugi).
- Aminotransferaze – ubrzavaju reakcije transaminacije aminokiselina.
- Glikoziltransferaze - prenose ostatke glikozila sa molekula fosfornog estera u molekule mono- i polisaharida. Dajte reakcijerazgradnja i sinteza oligo- ili polisaharida u biljkama i životinjama. Na primjer, oni su uključeni u razgradnju saharoze.
- Aciltransferaze prenose ostatke karboksilne kiseline u amine, alkohole i aminokiseline. Acil-koenzim-A je univerzalni izvor acil grupa. Može se smatrati aktivnom grupom aciltransferaza. Acil octene kiseline se najčešće toleriše.
Hidrolaze - razdvojene vodom
U ovoj grupi enzimi djeluju kao katalizatori za reakcije cijepanja (rjeđe sinteze) organskih jedinjenja, u kojima je uključena voda. Supstance ove grupe sadržane su u ćelijama i u probavnom soku. Molekuli katalizatora u gastrointestinalnom traktu sastoje se od jedne komponente.
Lokacija ovih enzima su lizozomi. Oni obavljaju zaštitne funkcije enzima u ćeliji: razgrađuju strane tvari koje su prošle kroz membranu. Oni također uništavaju one supstance koje više nisu potrebne ćeliji, zbog čega su lizozomi dobili nadimak bolničara.
Njihov drugi "nadimak" su samoubistva ćelija, jer su oni glavni alat za autolizu ćelije. Ako dođe do infekcije, počinju upalni procesi, membrana lizosoma postaje propusna i hidrolaze ulaze u citoplazmu uništavajući sve na svom putu i uništavajući ćeliju.
Odvojite nekoliko tipova katalizatora iz ove grupe:
- esteraze - odgovorne za hidrolizu estera alkohola;
- glikozidaze - ubrzavaju hidrolizu glikozida, ovisno ona koji izomer djeluju, luče α- ili β-glikozidaze;
- peptidne hidrolaze su odgovorne za hidrolizu peptidnih veza u proteinima, a pod određenim uslovima i za njihovu sintezu, ali se ova metoda sinteze proteina ne koristi u živoj ćeliji;
- amidaze - odgovorne za hidrolizu amida kiselina, na primjer, ureaza katalizira razgradnju uree u amonijak i vodu.
Izomeraze - transformacija molekula
Ove supstance ubrzavaju promene unutar jednog molekula. Mogu biti geometrijske ili strukturalne. Ovo se može dogoditi na mnogo načina:
- transfer atoma vodika;
- premještanje fosfatne grupe;
- promjena rasporeda atomskih grupa u prostoru;
- premještanje dvostruke veze.
Izomerizacija može biti organske kiseline, ugljikohidrati ili aminokiseline. Izomeraze mogu pretvoriti aldehide u ketone i, obrnuto, preurediti cis formu u trans formu i obrnuto. Da bismo bolje razumjeli koju funkciju obavljaju enzimi ove grupe, potrebno je poznavati razlike u izomerima.
Liases prekinule veze
Ovi enzimi ubrzavaju nehidrolitičku razgradnju organskih jedinjenja vezama:
- carbon-carbon;
- fosfor-kiseonik;
- ugljik-sumpor;
- ugljik-azot;
- ugljik-kiseonik.
U ovom slučaju se oslobađaju jednostavni proizvodi kao što su ugljični dioksid, voda, amonijak i zatvaraju se dvostruke veze. Nekoliko od ovih reakcija može ići u suprotnom smjeru, a odgovarajući enzimi u odgovarajućempod ovim uslovima kataliziraju procese ne samo raspadanja, već i sinteze.
Liases se klasifikuju prema vrsti veze koju prekidaju. Oni su složeni enzimi.
Ligase crosslinks
Glavna funkcija enzima ove grupe je ubrzanje reakcija sinteze. Njihova karakteristika je konjugacija stvaranja sa raspadom supstanci koje su u stanju da obezbede energiju za sprovođenje procesa biosinteze. Postoji šest podklasa prema vrsti formirane veze. Pet od njih je identično podgrupama liaze, a šesta je odgovorna za stvaranje veze azot-metal.
Neke ligaze su uključene u posebno važne ćelijske procese. Na primjer, DNK ligaza je uključena u replikaciju deoksiribonukleinske kiseline. On povezuje jednolančane prekide, stvarajući nove fosfodiestarske veze. Ona je ta koja povezuje fragmente Okazaki.
Isti enzim se aktivno koristi u genetskom inženjeringu. Omogućava naučnicima da spoje molekule DNK od dijelova koji su im potrebni, stvarajući jedinstvene lance deoksiribonukleinske kiseline. U njih se može ubaciti bilo koja informacija, stvarajući tako fabriku za proizvodnju potrebnih proteina. Na primjer, možete ušiti u DNK bakterije komadić koji je odgovoran za sintezu inzulina. A kada će ćelija prevesti vlastite proteine, istovremeno će napraviti korisnu supstancu potrebnu u medicinske svrhe. Ostaje samo da se očisti i pomoći će mnogim bolesnicima.
Ogromna uloga enzima u tijelu
Mogupovećati brzinu reakcije za više od deset puta. Jednostavno je neophodan za normalno funkcionisanje ćelije. A enzimi su uključeni u svaku reakciju. Stoga su funkcije enzima u tijelu raznolike, kao i svi tekući procesi. A neuspjeh ovih katalizatora dovodi do ozbiljnih posljedica.
Enzimi se široko koriste u prehrambenoj, lakoj industriji, medicini: koriste se za proizvodnju sireva, kobasica, konzervirane hrane i dio su praškova za pranje rublja. Koriste se i u proizvodnji fotografskih materijala.
