Postoje mnoge hemijske reakcije u svakoj živoj ćeliji. Enzimi (enzimi) su proteini sa posebnim i izuzetno važnim funkcijama. Zovu se biokatalizatori. Glavna funkcija proteinskih enzima u tijelu je ubrzavanje biokemijskih reakcija. Početni reagensi, čiju interakciju kataliziraju ovi molekuli, nazivaju se supstrati, a finalna jedinjenja se nazivaju proizvodi.
U prirodi, enzimski proteini rade samo u živim sistemima. Ali u savremenoj biotehnologiji, kliničkoj dijagnostici, farmaciji i medicini koriste se pročišćeni enzimi ili njihovi kompleksi, kao i dodatne komponente neophodne za rad sistema i vizualizaciju podataka za istraživača.
Biološki značaj i svojstva enzima
Bez ovih molekula, živi organizam ne bi mogao funkcionirati. Svi životni procesi funkcionišu skladno zahvaljujući enzimima. Glavna funkcija enzima proteina u tijelu je regulacija metabolizma. Bez njih je nemoguć normalan metabolizam. Molekularna aktivnost je regulisanaaktivatori (induktori) ili inhibitori. Kontrola djeluje na različitim nivoima sinteze proteina. Takođe "radi" u odnosu na gotov molekul.
Glavno svojstvo protein-enzima je specifičnost za određeni supstrat. I, shodno tome, sposobnost da se katalizira samo jedna ili rjeđe niz reakcija. Obično su takvi procesi reverzibilni. Za obje funkcije odgovoran je jedan enzim. Ali to nije sve.
Uloga proteina enzima je suštinska. Bez njih, biohemijske reakcije se ne odvijaju. Djelovanjem enzima postaje moguće da reagensi prevladaju aktivacijsku barijeru bez značajnog utroška energije. U tijelu ne postoji način za zagrijavanje temperature preko 100°C ili korištenje agresivnih komponenti poput kemijske laboratorije. Enzimski protein se vezuje za supstrat. U vezanom stanju dolazi do modifikacije s naknadnim oslobađanjem potonjeg. Ovako rade svi katalizatori koji se koriste u hemijskoj sintezi.
Koji su nivoi organizacije proteinske molekule enzima?
Obično ovi molekuli imaju tercijarnu (globula) ili kvartarnu (nekoliko povezanih globula) proteinsku strukturu. Prvo, oni se sintetiziraju u linearnom obliku. A zatim se presavijaju u potrebnu strukturu. Da bi se osigurala aktivnost, biokatalizatoru je potrebna određena struktura.
Enzimi, kao i drugi proteini, uništavaju se toplotom, ekstremnim pH vrednostima, agresivnim hemijskim jedinjenjima.
Dodatna svojstvaenzimi
Među njima se razlikuju sljedeće karakteristike komponenti:
- Stereospecific - formiranje samo jednog proizvoda.
- Regioselektivnost - razbijanje hemijske veze ili modifikovanje grupe na samo jednoj poziciji.
- Hemoselektivnost - kataliza samo jedne reakcije.
Karakteristike rada
Specifičnost enzima varira. Ali svaki enzim je uvijek aktivan u odnosu na određeni supstrat ili grupu spojeva slične strukture. Neproteinski katalizatori nemaju ovo svojstvo. Specifičnost se mjeri konstantom vezivanja (mol/l), koja može biti čak 10−10 mol/l. Rad aktivnog enzima je brz. Jedan molekul katalizuje hiljade do milion operacija u sekundi. Stepen ubrzanja biohemijskih reakcija je značajno (1000-100000 puta) veći od onog kod konvencionalnih katalizatora.
Dejstvo enzima se zasniva na nekoliko mehanizama. Najjednostavnija interakcija se događa s jednom molekulom supstrata, nakon čega slijedi stvaranje produkta. Većina enzima je u stanju da veže 2-3 različita molekula koji reaguju. Na primjer, prijenos grupe ili atoma iz jednog spoja u drugi, ili dvostruka supstitucija prema principu "ping-pong". U ovim reakcijama obično je jedan supstrat povezan, a drugi je povezan preko funkcionalne grupe sa enzimom.
Proučavanje mehanizma djelovanja enzima odvija se korištenjem metoda:
- Definicije međuproizvoda i finalnih proizvoda.
- Studije geometrije strukture i funkcionalnih grupa povezanih sasupstrat i pružaju visoku stopu reakcije.
- Mutacija gena enzima i određivanje promjena u njegovoj sintezi i aktivnosti.
Aktivan i povezujući centar
Molekul supstrata je mnogo manji od enzima proteina. Stoga do vezivanja dolazi zbog malog broja funkcionalnih grupa biokatalizatora. Oni čine aktivni centar koji se sastoji od specifičnog skupa aminokiselina. U kompleksnim proteinima, u strukturi je prisutna prostetička grupa neproteinske prirode, koja takođe može biti dio aktivnog centra.
Neophodno je izdvojiti posebnu grupu enzima. Njihova molekula sadrži koenzim koji se stalno vezuje za molekulu i oslobađa se iz nje. Potpuno formirani enzimski protein naziva se holoenzim, a kada se kofaktor ukloni, naziva se apoenzim. Vitamini, metali, derivati azotnih baza često djeluju kao koenzimi (NAD - nikotinamid adenin dinukleotid, FAD - flavin adenin dinukleotid, FMN - flavin mononukleotid).
Mesto vezivanja pruža specifičnost supstrata. Zbog toga se formira stabilan kompleks supstrat-enzim. Struktura globule je konstruisana tako da ima nišu (prorez ili udubljenje) na površini određene veličine, koja obezbeđuje vezivanje supstrata. Ova zona se obično nalazi nedaleko od aktivnog centra. Neki enzimi imaju mjesta za vezivanje za kofaktore ili metalne jone.
Zaključak
Protein-Enzim igra važnu ulogu u tijelu. Takve tvari kataliziraju kemijske reakcije, odgovorne su za proces metabolizma - metabolizam. U svakoj živoj ćeliji neprestano se odvijaju stotine biohemijskih procesa, uključujući reakcije redukcije, cijepanje i sintezu spojeva. Oksidacija supstanci se stalno događa uz veliko oslobađanje energije. On se, pak, troši na stvaranje ugljikohidrata, proteina, masti i njihovih kompleksa. Proizvodi cijepanja su gradivni blokovi za sintezu potrebnih organskih jedinjenja.
