Az enzimek globuláris fehérjék, amelyek elősegítik az összes sejtfolyamat lezajlását. Mint minden katalizátor, ezek sem tudják megfordítani a reakciót, hanem felgyorsítják azt.
Enzimek lokalizációja a sejtben
A sejt belsejében az egyes enzimek általában szigorúan meghatározott organellumokban vannak, és hatnak. Az enzimek lokalizációja közvetlenül összefügg azzal a funkcióval, amelyet a sejtnek ez a része általában ellát.
Szinte az összes glikolízis enzim a citoplazmában található. A trikarbonsav ciklus enzimei a mitokondriális mátrixban vannak. A hidrolízis hatóanyagait a lizoszómák tartalmazzák.
Az állatok és növények egyes szövetei és szervei nemcsak az enzimkészletben, hanem aktivitásukban is különböznek egymástól. A szövetek ezt a tulajdonságát a klinikán használják bizonyos betegségek diagnosztizálására.
Az életkorral összefüggő sajátosságok is vannak a szövetekben lévő enzimaktivitásban és -készletben. Legtisztábban az embrionális fejlődés során, a szöveti differenciálódás során láthatók.
Enzim-nómenklatúra
Több elnevezési rendszer létezik, amelyek mindegyike más-más mértékben veszi figyelembe az enzimek tulajdonságait.
- Triviális. Az anyagok neveit véletlenszerűen adjuk meg. Például pepszin (pepsis - "emésztés", görögül) és tripszin (tripsis - "vékony", görög)
- Racionális. Az enzim neve a szubsztrátumból és a "-ase" végződésből áll. Például az amiláz felgyorsítja a keményítő hidrolízisét (amilo – „keményítő”, görögül).
- Moszkva. 1961-ben fogadta el az Enzimnómenklatúra Nemzetközi Bizottsága az 5. Nemzetközi Biokémiai Kongresszuson. Az anyag neve a szubsztrátumból és az enzim által katalizált (gyorsított) reakcióból áll. Ha az enzimek feladata egy atomcsoport átvitele egyik molekuláról (szubsztrátról) a másikra (akceptorra), akkor a katalizátor neve tartalmazza az akceptor kémiai nevét. Például egy aminocsoport alaninról 2-hidroxi-glutársavra történő átvitelében az alanin: 2-oxoglutarát aminotranszferáz enzim vesz részt. A név ezt tükrözi:
- szubsztrát - alanin;
- akceptor - 2-oxoglutársav;
- egy aminocsoport átkerül a reakcióba.
A Nemzetközi Bizottság összeállított egy listát az összes ismert enzimről, amelyet folyamatosan frissítenek. Ez az új anyagok felfedezésének köszönhető.
Az enzimek osztályozása
Kétféleképpen lehet az enzimeket csoportokra osztani. Az első két osztályt kínál ezeknek az anyagoknak:
- egyszerű - csak fehérjéből áll;
- komplex – tartalmaz egy fehérje részt (apoenzimet) és egy nem fehérje részt, amelyet koenzimnek neveznek.
A nem fehérje részbekomplex enzim tartalmazhat vitaminokat. Más anyagokkal való kölcsönhatás az aktív központon keresztül történik. A teljes enzimmolekula nem vesz részt a folyamatban.
Az enzimek tulajdonságait, más fehérjékhez hasonlóan, szerkezetük határozza meg. Ettől függően a katalizátorok csak a reakcióikat gyorsítják fel.
A második osztályozási módszer az anyagokat az enzimek funkciója szerint osztja fel. Az eredmény hat osztály:
- oxidoreduktáz;
- transzferák;
- hidrolázok;
- izomeráz;
- lyases;
- ligázok.
Ezek általánosan elfogadott csoportok, nemcsak a bennük lévő enzimeket szabályozó reakciók típusaiban különböznek egymástól. A különböző csoportokba tartozó anyagok eltérő szerkezettel rendelkeznek. Ezért az enzimek funkciói a sejtben nem lehetnek azonosak.
Oxidoreduktázok – redox
Az első csoportba tartozó enzimek fő funkciója a redox reakciók felgyorsítása. Jellemző tulajdonsága: oxidatív enzimek láncainak kialakítása, amelyekben az elektronok vagy hidrogénatomok a legelső szubsztráttól a végső akceptorhoz kerülnek. Ezeket az anyagokat a munka elve vagy a reakcióban a munkavégzés helye szerint választják el.
- Az aerob dehidrogenázok (oxidázok) felgyorsítják az elektronok vagy protonok átvitelét közvetlenül az oxigénatomokhoz. Az anaerobok ugyanazokat a műveleteket hajtják végre, de olyan reakciókban, amelyek az elektronok vagy a hidrogénatomok oxigénatomokká történő átvitele nélkül mennek végbe.
- Elsődlegesdehidrogenázok katalizálják a hidrogénatomok eltávolításának folyamatát az oxidált anyagból (elsődleges szubsztrátból). Másodlagos - felgyorsítja a hidrogénatomok eltávolítását a másodlagos szubsztrátról, ezeket primer dehidrogenáz segítségével kapták.
Másik jellemző: mivel kétkomponensű katalizátorok nagyon korlátozott koenzimkészlettel (aktív csoportokkal), sokféle redoxreakciót képesek felgyorsítani. Ez számos lehetőséggel érhető el: ugyanaz a koenzim csatlakozhat különböző apoenzimekhez. Mindegyik esetben egy speciális oxidoreduktázt kapunk, amelynek saját tulajdonságai vannak.
Ebbe a csoportba tartozó enzimeknek van egy másik funkciója is, amelyet nem lehet figyelmen kívül hagyni - felgyorsítják az energiafelszabaduláshoz kapcsolódó kémiai folyamatok lefolyását. Az ilyen reakciókat exotermnek nevezik.
Átutalás – fuvarozók
Ezek az enzimek a molekulamaradékok és funkciós csoportok átviteli reakcióinak felgyorsítását látják el. Például foszfofruktokináz.
Nyolc katalizátorcsoportot különböztetünk meg az átvitt csoport alapján. Nézzünk csak néhányat közülük.
- Foszfotranszferázok – segítik a foszforsavmaradékok átvitelét. A rendeltetési hely szerint alosztályokra vannak osztva (alkohol, karboxil és mások).
- Aminotranszferázok – felgyorsítják az aminosav transzaminációs reakciókat.
- Glikozil-transzferázok – a glikozil-maradékokat a foszfor-észter-molekulákból mono- és poliszacharid-molekulákba szállítják. Adjon reakciókatoligo- vagy poliszacharidok lebontása és szintézise növényekben és állatokban. Például részt vesznek a szacharóz lebontásában.
- Az aciltranszferázok a karbonsavmaradékokat aminokká, alkoholokká és aminosavakká alakítják át. Az acil-koenzim-A az acilcsoportok univerzális forrása. Az aciltranszferázok aktív csoportjának tekinthető. Az ecetsav-acilt leggyakrabban tolerálják.
Hidrolázok – vízzel hasítva
Ebben a csoportban az enzimek katalizátorként működnek a szerves vegyületek hasadási (ritkábban szintézis) reakcióiban, amelyekben víz vesz részt. Az ebbe a csoportba tartozó anyagok a sejtekben és az emésztőnedvben találhatók. A gyomor-bél traktusban lévő katalizátormolekulák egy komponensből állnak.
Ezek az enzimek a lizoszómákban találhatók. A sejtben az enzimek védelmi funkcióit látják el: lebontják a membránon átjutott idegen anyagokat. Elpusztítják azokat az anyagokat is, amelyekre a sejtnek már nincs szüksége, ezért a lizoszómákat rendbontónak nevezték el.
A másik "becenevük" a sejtöngyilkosságok, mivel ők a sejtautolízis fő eszközei. Ha fertőzés történik, gyulladásos folyamatok indulnak be, a lizoszóma membránja átjárhatóvá válik, és a hidrolázok bejutnak a citoplazmába, elpusztítva mindent, ami útjába kerül, és elpusztítják a sejtet.
Válasszon el több típusú katalizátort ebből a csoportból:
- észterázok - felelősek az alkohol-észterek hidrolíziséért;
- glikozidázok - felgyorsítják a glikozidok hidrolízisét, attól függőenmilyen izomert hatnak, α- vagy β-glikozidázt választanak ki;
- a peptid-hidrolázok felelősek a fehérjékben lévő peptidkötések hidrolíziséért, és bizonyos feltételek mellett a szintézisükért is, de ezt a fehérjeszintézis módszert élő sejtben nem alkalmazzák;
- amidázok – a savas amidok hidrolíziséért felelősek, például az ureáz katalizálja a karbamid ammóniává és vízzé történő lebomlását.
Izomerázok – a molekula átalakulása
Ezek az anyagok egyetlen molekulán belül felgyorsítják a változásokat. Lehetnek geometriaiak vagy szerkezetiek. Ez sokféleképpen történhet:
- hidrogénatomok átvitele;
- a foszfátcsoport áthelyezése;
- az atomcsoportok térbeli elrendezésének megváltoztatása;
- a kettős kötés mozgatása.
Az izomerizáció lehet szerves savak, szénhidrátok vagy aminosavak. Az izomerázok képesek az aldehideket ketonokká alakítani, és fordítva, átrendezhetik a cisz formát transz formává és fordítva. Ahhoz, hogy jobban megértsük, milyen funkciót töltenek be az ebbe a csoportba tartozó enzimek, ismerni kell az izomerek különbségeit.
A kapcsolatok megszakítják a kapcsolatokat
Ezek az enzimek kötések révén felgyorsítják a szerves vegyületek nem hidrolitikus lebomlását:
- szén-szén;
- foszfor-oxigén;
- szén-kén;
- szén-nitrogén;
- szén-oxigén.
Ebben az esetben olyan egyszerű termékek szabadulnak fel, mint a szén-dioxid, víz, ammónia, és a kettős kötések bezáródnak. E reakciók közül kevés mehet az ellenkező irányba, a megfelelő enzimek a megfelelő iránybailyen körülmények között nemcsak a bomlási folyamatokat, hanem a szintézist is katalizálja.
A kapcsolatokat aszerint osztályozzuk, hogy milyen köteléket szakítanak meg. Ezek összetett enzimek.
Ligase crosslinks
Ebbe a csoportba tartozó enzimek fő funkciója a szintézisreakciók felgyorsítása. Jellemzőjük a teremtés konjugálása olyan anyagok bomlásával, amelyek képesek energiát adni a bioszintetikus folyamat megvalósításához. A kialakult kapcsolat típusa szerint hat alosztály van. Közülük öt azonos a liáz alcsoportokkal, a hatodik pedig a nitrogén-fém kötés létrehozásáért felelős.
Egyes ligázok különösen fontos sejtfolyamatokban vesznek részt. Például a DNS-ligáz részt vesz a dezoxiribonukleinsav replikációjában. Térhálósítja az egyszálú töréseket, új foszfodiészter kötéseket hozva létre. Ő az, aki összeköti az Okazaki-töredékeket.
Ugyanezt az enzimet aktívan használják a géntechnológiában. Lehetővé teszi a tudósok számára, hogy összevarrják a DNS-molekulákat a szükséges darabokból, egyedi dezoxiribonukleinsav-láncokat hozva létre. Bármilyen információ beléjük helyezhető, így gyár jön létre a szükséges fehérjék előállításához. Például egy baktérium DNS-ébe varrhat egy darabot, amely az inzulin szintéziséért felelős. És amikor a sejt lefordítja saját fehérjéit, egyúttal gyógyászati célokra is hasznos anyagot készít. Már csak fel kell takarítani, és sok beteg emberen fog segíteni.
Az enzimek óriási szerepe a szervezetben
Megtehetiktöbb mint tízszeresére növelje a reakciósebességet. Egyszerűen szükséges a sejt normális működéséhez. Az enzimek pedig minden reakcióban részt vesznek. Ezért a szervezetben az enzimek funkciói sokrétűek, mint minden folyamatban lévő folyamat. És ezeknek a katalizátoroknak a meghibásodása súlyos következményekkel jár.
Az enzimeket széles körben használják az élelmiszeriparban, a könnyűiparban, az orvostudományban: sajtok, kolbászok, konzervek készítésére használják, és a mosóporok részét képezik. Fényképészeti anyagok gyártásához is használják őket.
