Miljoene chemiese reaksies vind in die sel van enige lewende organisme plaas. Elkeen van hulle is van groot belang, daarom is dit belangrik om die spoed van biologiese prosesse op 'n hoë vlak te handhaaf. Byna elke reaksie word deur sy eie ensiem gekataliseer. Wat is ensieme? Wat is hul rol in die hok?
Ensieme. Definisie
Die term "ensiem" kom van die Latynse fermentum - suurdeeg. Hulle kan ook ensieme genoem word, van die Griekse ensieme, "in gis".
Ensieme is biologies aktiewe stowwe, so enige reaksie wat in 'n sel plaasvind, kan nie sonder hul deelname nie. Hierdie stowwe dien as katalisators. Gevolglik het enige ensiem twee hoofeienskappe:
1) Die ensiem versnel die biochemiese reaksie, maar word nie verbruik nie.
2) Die waarde van die ewewigskonstante verander nie, maar versnel net die bereiking van hierdie waarde.
Ensieme versnel biochemiese reaksies met 'n duisend, en in sommige gevalle 'n miljoen keer. Dit beteken dat in die afwesigheid van 'n ensiematiese apparaat, sal alle intrasellulêre prosesse feitlik stop, en die sel self sal sterf. Daarom is die rol van ensieme as biologies aktiewe stowwe groot.
Diversiteit van ensieme laat jou toe om die regulering van selmetabolisme te diversifiseer. In enige kaskade van reaksies neem baie ensieme van verskillende klasse deel. Biologiese katalisators is hoogs selektief as gevolg van die spesifieke konformasie van die molekule. Aangesien ensieme in die meeste gevalle van 'n proteïenaard is, is hulle in 'n tersiêre of kwaternêre struktuur. Dit word weer verklaar deur die spesifisiteit van die molekule.
Funksies van ensieme in die sel
Die hooftaak van 'n ensiem is om die ooreenstemmende reaksie te versnel. Enige kaskade van prosesse, van die ontbinding van waterstofperoksied tot glikolise, vereis die teenwoordigheid van 'n biologiese katalisator.
Behoorlike funksionering van ensieme word verkry deur hoë spesifisiteit vir 'n spesifieke substraat. Dit beteken dat 'n katalisator slegs 'n sekere reaksie kan versnel en geen ander nie, selfs 'n baie soortgelyke een. Volgens die graad van spesifisiteit word die volgende groepe ensieme onderskei:
1) Ensieme met absolute spesifisiteit, wanneer slegs een enkele reaksie gekataliseer word. Kollagenase breek byvoorbeeld kollageen af en m altase breek m altose af.
2) Ensieme met relatiewe spesifisiteit. Dit sluit stowwe in wat 'n sekere klas reaksies kan kataliseer, soos hidrolitiese splitsing.
Die werk van 'n biokatalisator begin vanaf die oomblik dat sy aktiewe middelpunt aan die substraat geheg is. In hierdie geval praat 'n mens van 'n komplementêre interaksie soos 'n slot en 'n sleutel. Dit verwys na die volledige sameloop van die vorm van die aktiewe sentrum met die substraat, wat dit moontlik maak om die reaksie te versnel.
Die volgende stap is die reaksie self. Die spoed daarvan neem toe as gevolg van die werking van die ensiematiese kompleks. Op die ou end kry ons 'n ensiem wat met die produkte van die reaksie geassosieer word.
Die finale stadium is die losmaak van die reaksieprodukte van die ensiem, waarna die aktiewe sentrum weer vry word vir die volgende werk.
Skematies kan die werk van die ensiem in elke stadium soos volg geskryf word:
1) S + E --> SE
2) SE --> SP
3) SP --> S + P waar S die substraat is, E die ensiem is, en P die produk is.
Klassifikasie van ensieme
In die menslike liggaam kan jy 'n groot hoeveelheid ensieme vind. Alle kennis oor hul funksies en werk is gesistematiseer, en as gevolg hiervan het 'n enkele klassifikasie verskyn, waardeur dit maklik is om te bepaal waarvoor hierdie of daardie katalisator bedoel is. Hier is die 6 hoofklasse ensieme, asook voorbeelde van sommige van die subgroepe.
Oxidoreductases
Ensieme van hierdie klas kataliseer redoksreaksies. Daar is altesaam 17 subgroepe. Oksidoreduktase het gewoonlik 'n nie-proteïendeel, voorgestel deur 'n vitamien of heem.
Die volgende subgroepe word dikwels onder oksidoreduktase aangetref:
a) Dehidrogenases. Die biochemie van dehidrogenase-ensieme bestaan uit die eliminasie van waterstofatome en hul oordrag na 'n ander substraat. Hierdie subgroep word meestal gevind in respiratoriese reaksies,fotosintese. Die samestelling van dehidrogenases bevat noodwendig 'n koënsiem in die vorm van NAD / NADP of flavoproteïene FAD / FMN. Dikwels is daar metaalione. Voorbeelde sluit in ensieme soos sitochroomreduktase, piruvaatdehidrogenase, isositraatdehidrogenase en baie lewerensieme (laktaatdehidrogenase, glutamaatdehidrogenase, ens.).
b) Oksidase. 'n Aantal ensieme kataliseer die byvoeging van suurstof tot waterstof, as gevolg waarvan die reaksieprodukte water of waterstofperoksied kan wees (H20, H2 0 2). Voorbeelde van ensieme: sitochroomoksidase, tyrosinase.
c) Peroksidases en katalase is ensieme wat die afbreek van H2O2 in suurstof en water kataliseer.
d) Suurstofases. Hierdie biokatalisators versnel die byvoeging van suurstof tot die substraat. Dopamienhidroksilase is een voorbeeld van sulke ensieme.
2. Oordragte.
Die taak van die ensieme van hierdie groep is om radikale van die skenkerstof na die ontvangerstof oor te dra.
a) Metieltransferase. DNA-metieltransferases is die hoofensieme wat die proses van DNA-replikasie beheer. Nukleotiedmetilering speel 'n belangrike rol in die regulering van nukleïensuurfunksie.
b) Asieltransferases. Ensieme van hierdie subgroep vervoer die asielgroep van een molekule na 'n ander. Voorbeelde van asieltransferases: lesitincholesterol asieltransferase (dra 'n funksionele groep van 'n vetsuur na cholesterol oor), lisofosfatidielcholien asieltransferase (asielgroep word na lisofosfatidielcholien oorgedra).
c) Aminotransferases is ensieme wat betrokke is by die omskakeling van aminosure. Voorbeelde van ensieme: alanien aminotransferase, wat die sintese van alanien uit piruvaat en glutamaat kataliseer deur aminogroepoordrag.
d) Fosfotransferases. Ensieme van hierdie subgroep kataliseer die byvoeging van 'n fosfaatgroep. Nog 'n naam vir fosfotransferases, kinases, is baie meer algemeen. Voorbeelde is ensieme soos heksokinases en aspartaatkinases, wat onderskeidelik fosforresidu by heksoses (meestal glukose) en asparaginsuur voeg.
3. Hidrolase is 'n klas ensieme wat die splitsing van bindings in 'n molekule kataliseer, gevolg deur die byvoeging van water. Stowwe wat aan hierdie groep behoort, is die hoofensieme van vertering.
a) Esterases - breek eteriese bindings. 'n Voorbeeld is lipases, wat vette afbreek.
b) Glikosidases. Die biochemie van ensieme van hierdie reeks bestaan uit die vernietiging van glikosidiese bindings van polimere (polisakkariede en oligosakkariede). Voorbeelde: amilase, sukrase, m altase.
c) Peptidases is ensieme wat die afbreek van proteïene in aminosure kataliseer. Peptidases sluit ensieme in soos pepsiene, tripsien, chymotrypsien, karboksipeptase.
d) Amidases - gesplete amiedbindings. Voorbeelde: arginase, urease, glutaminase, ens. Baie amidase-ensieme kom in die ornitiensiklus voor.
4. Liases is ensieme soortgelyk in funksie aan hidrolases, maar water word nie verbruik tydens die splitsing van bindings in molekules nie. Ensieme van hierdie klas bevat altyd 'n nie-proteïendeel, byvoorbeeld in die vorm van vitamiene B1 of B6.
a) Dekarboksilases. Hierdie ensieme werk op die C-C-binding. Voorbeelde isdien as glutamaat dekarboksilase of piruvaat dekarboksilase.
b) Hidratases en dehidrases is ensieme wat die reaksie van splitsende C-O-bindings kataliseer.
c) Amidien-liases - vernietig C-N-bindings. Voorbeeld: arginiensuksinaat liase.
d) P-O-lyase. Sulke ensieme sny as 'n reël die fosfaatgroep van die substraatstof af. Voorbeeld: adenilaatsiklase.
Die biochemie van ensieme is gebaseer op hul struktuur
Die vermoëns van elke ensiem word bepaal deur sy individuele, unieke struktuur. 'n Ensiem is in die eerste plek 'n proteïen, en die struktuur en mate van vou speel 'n deurslaggewende rol in die bepaling van sy funksie.
Elke biokatalisator word gekenmerk deur die teenwoordigheid van 'n aktiewe sentrum, wat op sy beurt in verskeie onafhanklike funksionele areas verdeel is:
1) Die katalitiese sentrum is 'n spesiale streek van die proteïen waardeur die ensiem aan die substraat geheg is. Afhangende van die konformasie van die proteïenmolekule, kan die katalitiese sentrum 'n verskeidenheid vorms aanneem, wat die substraat moet pas op dieselfde manier as 'n slot aan 'n sleutel. So 'n komplekse struktuur verklaar waarom die ensiematiese proteïen in 'n tersiêre of kwaternêre toestand is.
2) Adsorpsiesentrum - tree op as 'n "houer". Hier is daar eerstens 'n verband tussen die ensiemmolekule en die substraatmolekule. Die bindings wat deur die adsorpsiesentrum gevorm word, is egter baie swak, wat beteken dat die katalitiese reaksie op hierdie stadium omkeerbaar is.
3) Allosteriese sentrums kan geleë wees asin die aktiewe plek, en oor die hele oppervlak van die ensiem as geheel. Hulle funksie is om die werking van die ensiem te reguleer. Regulering vind plaas met behulp van inhibeerdermolekules en aktiveerdermolekules.
Aktivatorproteïene, wat aan die ensiemmolekule bind, bespoedig sy werk. Inhibeerders, inteendeel, inhibeer katalitiese aktiwiteit, en dit kan op twee maniere voorkom: óf die molekule bind aan die allosteriese plek in die area van die aktiewe plek van die ensiem (mededingende inhibisie), of dit heg aan 'n ander streek van die proteïen. (nie-mededingende inhibisie). Mededingende inhibisie word as meer effektief beskou. Dit sluit immers die plek vir die binding van die substraat aan die ensiem toe, en hierdie proses is slegs moontlik in die geval van byna volledige sameloop van die vorm van die inhibeerdermolekule en die aktiewe sentrum.
'n Ensiem bestaan dikwels nie net uit aminosure nie, maar ook uit ander organiese en anorganiese stowwe. Gevolglik word die apoënsiem geïsoleer - die proteïendeel, die koënsiem - die organiese deel, en die kofaktor - die anorganiese deel. Die koënsiem kan verteenwoordig word deur koolhidrate, vette, nukleïensure, vitamiene. Op sy beurt is die kofaktor meestal hulpmetaalione. Die aktiwiteit van ensieme word bepaal deur die struktuur daarvan: bykomende stowwe waaruit die samestelling bestaan, verander die katalitiese eienskappe. Verskeie tipes ensieme is die resultaat van 'n kombinasie van al die bogenoemde komplekse vormingsfaktore.
Regulering van ensieme
Ensieme as biologies aktiewe stowwe is nie altyd nodig vir die liggaam nie. Die biochemie van ensieme is sodanig dat hulle 'n lewende sel kan beskadig in geval van oormatige katalise. Om die skadelike uitwerking van ensieme op die liggaam te voorkom, is dit nodig om hul werk op een of ander manier te reguleer.
T. Aangesien ensieme van 'n proteïenaard is, word hulle maklik by hoë temperature vernietig. Die denatureringsproses is omkeerbaar, maar dit kan die werking van stowwe aansienlik beïnvloed.
pH speel ook 'n groot rol in regulering. Die hoogste aktiwiteit van ensieme word as 'n reël waargeneem by neutrale pH-waardes (7.0-7.2). Daar is ook ensieme wat slegs in 'n suur omgewing of slegs in 'n alkaliese een werk. Dus, in sellisosome word 'n lae pH gehandhaaf, waarteen die aktiwiteit van hidrolitiese ensieme maksimum is. As hulle per ongeluk die sitoplasma binnegaan, waar die omgewing reeds nader aan neutraal is, sal hul aktiwiteit afneem. Sulke beskerming teen "self-eet" is gebaseer op die eienaardighede van die werk van hidrolase.
Dit is die moeite werd om die belangrikheid van koënsiem en kofaktor in die samestelling van ensieme te noem. Die teenwoordigheid van vitamiene of metaalione beïnvloed die funksionering van sekere spesifieke ensieme aansienlik.
Ensiemnomenklatuur
Alle ensieme van die liggaam word gewoonlik benoem na gelang van hulle behoort aan enige van die klasse, sowel as van die substraat waarmee hulle reageer. Soms, volgens die sistematiese nomenklatuur, word nie een nie, maar twee substrate in die naam gebruik.
Voorbeelde van die name van sommige ensieme:
- Lewerensieme: laktaat-dehidrogenase, glutamaat dehidrogenase.
- Vol sistematiese naam van die ensiem: laktaat-NAD+-oksidoreduk-ase.
Daar is ook onbenullige name wat nie aan die reëls van nomenklatuur voldoen nie. Voorbeelde is verteringsensieme: tripsien, chymotrypsien, pepsien.
Ensiemsinteseproses
Die funksies van ensieme word op die genetiese vlak bepaal. Aangesien 'n molekule oor die algemeen 'n proteïen is, herhaal die sintese daarvan presies die prosesse van transkripsie en translasie.
Die sintese van ensieme vind volgens die volgende skema plaas. Eerstens word inligting oor die verlangde ensiem uit DNA gelees, waardeur mRNA gevorm word. Boodskapper-RNA kodeer vir al die aminosure waaruit die ensiem bestaan. Regulering van ensieme kan ook op DNS-vlak plaasvind: as die produk van die gekataliseerde reaksie voldoende is, stop geentranskripsie en omgekeerd, as daar 'n behoefte aan 'n produk is, word die transkripsieproses geaktiveer.
Nadat die mRNA die sitoplasma van die sel binnegegaan het, begin die volgende stadium – vertaling. Op die ribosome van die endoplasmiese retikulum word 'n primêre ketting gesintetiseer, bestaande uit aminosure wat deur peptiedbindings verbind word. Die proteïenmolekule in die primêre struktuur kan egter nog nie sy ensiematiese funksies verrig nie.
Die aktiwiteit van ensieme hang af van die struktuur van die proteïen. Op dieselfde ER vind proteïenverdraaiing plaas, waardeur eers sekondêre en dan tersiêre strukture gevorm word. Die sintese van sommige ensieme stop reeds op hierdie stadium, maar om die katalitiese aktiwiteit te aktiveer, is dit dikwels nodigbyvoeging van koënsiem en kofaktor.
In sekere areas van die endoplasmiese retikulum is die organiese komponente van die ensiem geheg: monosakkariede, nukleïensure, vette, vitamiene. Sommige ensieme kan nie werk sonder die teenwoordigheid van 'n koënsiem nie.
Cofactor speel 'n deurslaggewende rol in die vorming van die Kwaternêre struktuur van die proteïen. Sommige funksies van ensieme is slegs beskikbaar wanneer die proteïen die domeinorganisasie bereik. Daarom is die teenwoordigheid van 'n kwaternêre struktuur vir hulle baie belangrik, waarin die verbindende skakel tussen verskeie proteïenbolletjies 'n metaalioon is.
Veelvuldige vorme van ensieme
Daar is situasies wanneer dit nodig is om verskeie ensieme te hê wat dieselfde reaksie kataliseer, maar in sommige parameters van mekaar verskil.’n Ensiem kan byvoorbeeld by 20 grade werk, maar by 0 grade sal dit nie meer sy funksies kan verrig nie. Wat moet 'n lewende organisme in so 'n situasie by lae omgewingstemperature doen?
Hierdie probleem word maklik opgelos deur die teenwoordigheid van verskeie ensieme gelyktydig, wat dieselfde reaksie kataliseer, maar onder verskillende toestande werk. Daar is twee tipes veelvuldige vorme van ensieme:
- Isoensieme. Sulke proteïene word deur verskillende gene gekodeer, bestaan uit verskillende aminosure, maar kataliseer dieselfde reaksie.
- Ware meervoudsvorme. Hierdie proteïene word vanaf dieselfde geen getranskribeer, maar peptiede word op die ribosome gemodifiseer. Die uitset is verskeie vorme van dieselfde ensiem.
BGevolglik word die eerste tipe veelvuldige vorms op die genetiese vlak gevorm, terwyl die tweede tipe op die post-translasievlak gevorm word.
Belangrikheid van ensieme
Die gebruik van ensieme in medisyne word verminder tot die vrystelling van nuwe middels, waarin die stowwe reeds in die regte hoeveelhede is. Wetenskaplikes het nog nie 'n manier gevind om die sintese van ontbrekende ensieme in die liggaam te stimuleer nie, maar vandag is dwelms wyd beskikbaar wat tydelik vir hul tekort kan vergoed.
Verskillende ensieme in die sel kataliseer 'n wye verskeidenheid lewensonderhoudende reaksies. Een van hierdie enismes is verteenwoordigers van die groep nukleases: endonukleases en eksonukleases. Hulle werk is om 'n konstante vlak van nukleïensure in die sel te handhaaf, om beskadigde DNA en RNA te verwyder.
Moenie van so 'n verskynsel soos bloedstolling vergeet nie. Aangesien dit 'n doeltreffende maatstaf van beskerming is, is hierdie proses onder die beheer van 'n aantal ensieme. Die belangrikste een is trombien, wat die onaktiewe proteïen fibrinogeen in aktiewe fibrien omskakel. Die drade daarvan skep 'n soort netwerk wat die plek van skade aan die vaartuig verstop en sodoende oormatige bloedverlies voorkom.
Ensieme word gebruik in wynmaak, brouery, die verkryging van baie gefermenteerde melkprodukte. Gis kan gebruik word om alkohol uit glukose te vervaardig, maar 'n uittreksel daaruit is voldoende vir die suksesvolle vloei van hierdie proses.
Interessante feite wat jy nie geweet het nie
- Alle ensieme van die liggaam het 'n groot massa - van 5000 tot1000000 Ja. Dit is as gevolg van die teenwoordigheid van proteïen in die molekule. Ter vergelyking: die molekulêre gewig van glukose is 180 Da, en koolstofdioksied is slegs 44 Da.
- Tot op hede is meer as 2000 ensieme ontdek wat in die selle van verskeie organismes gevind is. Die meeste van hierdie stowwe word egter nog nie ten volle verstaan nie.
- Ensiemaktiwiteit word gebruik om effektiewe wasmiddels te vervaardig. Hier speel ensieme dieselfde rol as in die liggaam: hulle breek organiese materiaal af, en hierdie eienskap help in die stryd teen vlekke. Dit word aanbeveel om 'n soortgelyke waspoeier te gebruik by 'n temperatuur nie hoër as 50 grade nie, anders kan die denaturasieproses plaasvind.
- Volgens statistieke ly 20% van mense regoor die wêreld aan 'n gebrek aan enige van die ensieme.
- Die eienskappe van ensieme is al baie lank bekend, maar eers in 1897 het mense besef dat nie die gis self nie, maar die uittreksel uit hul selle gebruik kan word om suiker in alkohol te fermenteer.
