Enzims bioquímica. Estructura, propietats i funcions

La cèl·lula de cada organisme viu, milions de reaccions químiques tenen lloc. Cada un d'ells és important, per la qual cosa és important mantenir la velocitat dels processos biològics en un nivell alt. Gairebé cada reacció és catalitzada per la seva enzim. Quines són els enzims? Quin és el seu paper en una gàbia?

Els enzims. definició

El terme "enzim" es deriva del llatí fermentum - llevat. Ells també poden ser cridats enzims del grec a Zima - "a passos de gegant".

Enzims - substàncies biològicament actives, de manera que qualsevol reacció que es produeix en la cèl·lula, no poden prescindir-ne. Aquests compostos actuen com a catalitzadors. En conseqüència, qualsevol enzim té dues propietats principals:

1) Enzyme accelera la reacció bioquímica, però no es consumeix.

2) El valor de la constant d'equilibri no canvia, però només accelera l'assoliment d'aquest valor.

Els enzims acceleren les reaccions bioquímiques en els milers, i en alguns casos, un milió de vegades. Això vol dir que, en absència del sistema enzimàtic tots els processos intracel·lulars s'ha aturat virtualment, i la pròpia cèl·lula mor. Per tant, el paper dels enzims com a ingredients actius és alta.

Una varietat d'enzims fa possible diversificar regular el metabolisme cel·lular. En qualsevol cascada de reaccions que participin a moltes classes diferents d'enzims. catalitzadors biològics tenen una alta selectivitat a través d'una conformació específica de la molècula. T. Per. En la majoria dels casos els enzims són proteïnes en la naturalesa, que són en l'estructura terciària o quaternària. La raó és una altra vegada l'especificitat de la molècula.

La funció dels enzims en la cèl·lula

La tasca principal de l'enzim - acceleració de reacció corresponents. Qualsevol procés en cascada, ja que la descomposició del peròxid d'hidrogen i la glucòlisi que acaba, requereix la presència d'un catalitzador biològic.

El funcionament apropiat d'enzims aconsegueix una alta especificitat per a un substrat específic. Això vol dir que el catalitzador només pot accelerar certa reacció i no més, fins i tot molt similars. Pel grau d'especificitat de l'enzim, els següents grups:

1) enzims amb especificitat absoluta quan catalitzada per una sola reacció individual. Per exemple, col·lagenasa digereix el col·lagen, i s'unirà maltasa maltosa.

2) enzims amb especificitat relativa. Això inclou substàncies que poden catalitzar una certa classe de reaccions, per exemple, escissió hidrolítica.

treball biocatalizador comença amb la connexió del seu lloc actiu al substrat. Alhora parlar de la interacció complementària similar a una clau. Això es refereix a un partit ple amb el substrat forma el centre actiu, que fa possible accelerar la reacció.

El següent pas consisteix en el curs de la reacció. La seva velocitat augmenta per l'acció del complex enzimàtic. Al final, s'obté l'enzim, que està associada amb els productes de reacció.

etapa final - per eliminar els productes de reacció de l'enzim, després de la qual cosa el lloc actiu torna a ser lliure per a una altra operació.

Esquemàticament, el treball de l'enzim en cada etapa es pot escriure com:

1) S + I -> ES

2) ES -> SP

3) SP -> S + P, on S - és el substrat, E - l'enzim, i P - producte.

classificació d'enzims

En el cos humà, es pot trobar una gran quantitat d'enzims. Tot el coneixement sobre les seves funcions i el treball es va sistematitzar, i com a resultat hi va haver una nomenclatura comuna, a través del qual es pot determinar fàcilment què és un catalitzador particular. Aquí hi ha sis classes bàsiques d'enzims, així com alguns exemples dels subgrups.

1. Oxidoreductasa.

Els enzims d'aquesta classe catalitzen reaccions redox. Total es va recuperar 17 subgrups. Les oxidorreductasas són en general no proteic porció proporcionat vitamina o hemo.

Entre les oxidorreductasas sovint es troben els següents subgrups:

a) deshidrogenasa. enzim Bioquímica-deshidrogenasa es solcava àtoms d'hidrogen i la seva transferència a un altre substrat. Aquest subgrup és més comú en les reaccions de la respiració, la fotosíntesi. Com a part de la deshidrogenasa és necessàriament present en la forma del coenzim NAD / NADH o flavoproteínas FAD / FMN. Sovint hi ha ions metàl·lics. Els exemples inclouen enzims com ara tsitohromreduktazy, piruvat deshidrogenasa, isocitrat deshidrogenasa, i també molts enzims hepàtics (lactat deshidrogenasa, glutamat deshidrogenasa, i així successivament. D.).

b) oxidases. Un nombre d'enzims catalitzen l'addició d'oxigen a hidrogen, de manera que els productes de reacció poden ser aigua o peròxid d'hidrogen (H ₂ 0, H ₂ 0 _2). Els exemples dels enzims citocrom oxidasa, tirosinasa.

c) peroxidasa i catalasa - enzims que catalitzen la descomposició H ₂ O ₂ en aigua i oxigen.

g) oxigenasa. Aquests biocatalitzadors acceleren unió d'oxigen al substrat. Dofamingidroksilaza - un dels exemples de tals enzims.

2. Les transferases.

enzims objectiu d'aquest grup és la transferència dels radicals de la substància de la substància donant al receptor.

a) metiltransferasa. ADN metiltransferasa - enzims clau que controlen el procés de replicació de l'ADN. nucleòtids de metilació juga un paper important en la regulació del treball d'àcid nucleic.

b) aciltransferasa. Els enzims d'aquest subgrup són transportats d'una molècula a un altre grup acil. Exemples aciltransferasas: lecitina colesterol aciltransferasa (porta grup funcional amb un àcid gras en colesterol), lizofosfatidilholinatsiltransferaza (grup acil es transfereix a lisofosfatidilcolina).

c) aminotransferases - enzims que estan implicades en la conversió dels aminoàcids. Exemples dels enzims alanina aminotransferasa que catalitza la síntesi d'alanina a partir de piruvat i glutamat mitjançant la transferència d'un grup amino.

g) fosfotransferasa. Els enzims catalitzen l'addició d'aquest subgrup del grup fosfat. Un altre nom fosfotransferasa quinasa, és més comú. Els exemples inclouen enzims com ara l'hexoquinasa i l'aspartat, que estan units als residus de fosfat de hexosa (principalment glucosa) i àcid aspàrtic , respectivament.

3. Hidrolasas - una classe d'enzims que catalitzen l'escissió d'enllaços a la molècula, seguit per addició d'aigua. Substàncies que pertanyen a aquest grup - la principal enzim digestiu.

a) esterases - trencar els enllaços èster. Exemple - lipases que descomponen els greixos.

b) glicosidases. enzims Bioquímica d'aquesta sèrie es troba a la destrucció dels enllaços glicósido de polímers (oligosacàrids i polisacàrids). Exemples: amilasa, sacarasa, maltasa.

c) peptidasa - enzims que catalitzen la descomposició de les proteïnes als aminoàcids. enzims relacionats peptidasa com la pepsina, tripsina, quimotripsina, karboiksipeptidaza.

g) amidases - bons Cleave amida. Exemples: .. arginasa, ureasa, glutaminasa etc. Molts amidasa enzims es troben en el cicle de l'ornitina.

4. liasas - enzims per a funcions similars a hidrolases, però, en l'escissió d'enllaços en les molècules que no es consumeixen aigua. Els enzims d'aquesta classe sempre tenen una part de la porció no proteic, per exemple, en forma de vitamines B1 i B6.

a) descarboxilasa. Aquests enzims actuen sobre l'enllaç C-C. Exemples d'això són la decarboxilasa de l'àcid glutàmic o piruvat descarboxilasa.

b) hidratasa i deshidratasa - enzims que catalitzen l'escissió d'enllaços C-O.

c) la amidina-liasas - destruir enllaç C-N. Exemple: argininsuktsinatliaza.

g) R-O liasa. Tals enzims són en general s'escindeixen un grup fosfat a partir d'un material de substrat. Exemple: la adenilat ciclasa.

La bioquímica dels enzims en funció de la seva estructura

La capacitat de cada enzim es va determinar per l'individu, només la seva estructura inherent. Qualsevol enzim - és principalment proteïna, i la seva estructura i el grau de plegament juguen un paper crucial en la determinació de la seva funció.

Cada biocatalizador es caracteritza per la presència del centre actiu, que, al seu torn, es divideix en diverses àrees funcionals diferents:

1) Catalytic Center - una regió especial de la proteïna, en què l'adherència de l'enzim al substrat. Depenent de la conformació de la proteïna centre catalític molècula pot prendre una varietat de formes, que ha de correspondre al substrat, així com un pany i clau. Tal estructura complexa explica per què la proteïna enzimàtica està en l'estat terciari o quaternari.

2) L'adsorció Centre - serveix com un "titular". Aquí, en primer lloc es realitza la comunicació entre la molècula de l'enzim i la molècula de substrat. No obstant això, la connexió que forma el centre d'adsorció, molt feble, i per tant la reacció catalítica és reversible en aquesta etapa.

3) centres al·lostèrics poden estar situats al centre actiu, ia través de tota la superfície de l'enzim. La seva funció - la regulació de l'enzim. Reglament té lloc a través d'inhibidors de molècules i molècules d'activadors.

Les proteïnes activadores d'unió a la molècula d'enzim, acceleren el seu funcionament. Inhibidors, per contra, inhibeixen l'activitat catalítica, i això pot ocórrer de dues maneres: o bé la molècula s'uneix a la regió centre al·lostèric del centre actiu de l'enzim (inhibició competitiva) o està unit a una altra regió de la proteïna (inhibició no competitiva). La inhibició competitiva es considera més eficaç. Després d'espai així tancat per a la unió del substrat a l'enzim, i aquest procés només és possible en el cas de coincidència pràcticament completa de la molècula d'inhibidor i formar un centre actiu.

Enzyme sovint no consisteix d'aminoàcids, però també d'altres substàncies orgàniques i inorgàniques. D'acord amb això, aïllat apoenzima - porció proteica coenzim - resta orgànica i cofactor - part inorgànica. El coenzim es pot representar ulgevodami, greixos, àcids nucleics, vitamines. Al seu torn, el co-factor - és sovint una ions metàl·lics de suport. L'activitat enzimàtica es determina per la seva estructura: substàncies addicionals inclosos en la composició, alterar les propietats catalítiques. Diversos tipus d'enzims - és el resultat d'una combinació de tots aquests factors formen un complex.

Reglament de l'obra d'enzims

Enzims com la substància biològicament activa no sempre és necessari per al cos. La bioquímica dels enzims és que es pot, en el cas de les cèl·lules vives excessiu dany catàlisi. Per evitar efectes perjudicials sobre els enzims necessàries per regular el cos d'alguna manera la seva feina.

T. Per. Els enzims són de naturalesa proteica, que es destrueixen fàcilment a altes temperatures. procés de desnaturalització és reversible, però pot afectar significativament la substància.

pH també juga un paper important en la regulació. L'activitat màxima de l'enzim s'observa generalment a pH neutre (7,0-7,2). També té enzims que treballen només sota condicions àcides o només en alcalina. Així, en els lisosomes cel·lulars mantingut pH baix, en la qual l'activitat màxima d'enzims hidrolítics. En el cas de contacte accidental amb el citoplasma, on l'ambient és més proper a la posició neutra, la seva activitat disminuirà. Aquesta protecció de "samopoedaniya" es basa en les característiques de la hidrolasa.

Val la pena esmentar sobre la importància de la coenzim i cofactor en la composició dels enzims. La presència de vitamines o ions metàl·lics afecten significativament el funcionament d'algunes enzims específics.

Nomenclatura dels enzims

Tots els enzims del cos s'anomenen d'acord amb la seva pertinença a qualsevol de les classes, així com el substrat amb el qual reaccionen. De vegades la nomenclatura sistemàtica utilitzada no un, sinó dos de substrat en el títol.

Exemples de noms d'alguns enzims:

1. Els enzims hepàtics: lactat degidrogen aza-glutamat-aza-degidrogen.
2. Nom complet sistemàtica de l'enzim: lactat + NAD-aza -oksidoredukt.

Conservats i trivials noms, que no s'adhereixen a les regles de nomenclatura. Alguns exemples són: els enzims digestius tripsina, quimotripsina, pepsina.

El procés de la síntesi d'enzims

Les funcions dels enzims es determinen fins i tot a nivell genètic. Ja que la molècula és en general -. La proteïna, i la seva síntesi és exactament el mateix que els processos de transcripció i traducció.

enzims de síntesi es produeix com segueix. Inicialment, l'ADN llegir informació sobre l'enzim desitjada per formar mRNA. L'ARN missatger codifica tots els aminoàcids que formen part de l'enzim. Regulació dels enzims també pot ocórrer a nivell d'ADN, si el producte de la reacció catalitzada suficients parades de transcripció de gens i, per contra, si hi ha una necessitat en el producte, s'activa el procés de transcripció.

Una vegada que l'ARNm s'allibera al citoplasma, la següent etapa - radiodifusió. En els ribosomes del reticle endoplàsmic va sintetitzar la cadena principal que consisteix en aminoàcids units per enllaços peptídics. No obstant això, la molècula de proteïna en l'estructura primària encara no pot realitzar la seva funció enzimàtica.

L'activitat enzimàtica depèn d'estructures de proteïnes. proteïna mateixos EPS es produeix la torsió, formant d'aquesta manera primera estructura secundària i després terciària. La síntesi d'alguns enzims s'atura en aquesta etapa, però per millorar l'activitat del catalitzador és sovint de fixació necessària i coenzim cofactor.

En certes àrees del reticle endoplàsmic ve unida components orgànics de l'enzim: sucres, àcids nucleics, greixos i vitamines. Alguns enzims no poden funcionar sense la presència del coenzim.

Cofactor juga un paper crucial en la formació de l'estructura quaternària de la proteïna. Algunes de les funcions dels enzims estan disponibles només quan l'organització del domini de la proteïna. Per tant és molt important per a la seva estructura presència quaternari en el qual un enllaç de connexió entre múltiples glòbuls de proteïna és un ió metàl·lic.

Múltiples formes d'enzims

Hi ha situacions en què cal la presència de diversos enzims que catalitzen la mateixa reacció, però es diferencien entre si en alguns aspectes. Per exemple, l'enzim pot treballar a 20 graus, però a 0 graus, no serà capaç de realitzar les seves funcions. Què fer en una situació així, el cos viu a baixes temperatures?

Aquest problema es resol fàcilment per la presència de diversos enzims que catalitzen la mateixa reacció, però en diferents condicions de treball. Hi ha dos tipus de formes múltiples d'enzims:

1. Isoenzims. Tals proteïnes estan codificades per gens diferents, que es componen de diferents aminoàcids, però catalitzen la mateixa reacció.
2. Els veritables múltiples formes. Aquestes proteïnes es transcriuen a partir del mateix gen, però es produeix en pèptids de modificació dels ribosomes. A la sortida produït diverses formes de la mateixa enzim.

Com a resultat, múltiples formes del primer tipus es forma en el nivell genètic, quan el segon - en el post-traduccional.

significat enzims

L'ús d'enzims en la medicina es redueix a la qüestió dels nous medicaments, com a part dels quals les substàncies que ja estan en les quantitats adequades. Els científics encara no han trobat una manera d'estimular la síntesi d'enzims que falten en el cos, però és ara àmpliament distribuït medicaments que poden compensar la durada del seu desavantatge.

Diverses enzims en una cèl·lula per catalitzar gran nombre de reaccions relacionades amb el manteniment de la vida. Un d'aquests representants es enizmov nucleases grup: endonucleasa i exonucleasa. El seu treball és mantenir un nivell constant d'àcids nucleics en una cèl·lula, l'eliminació d'ADN danyat i ARN.

No us oblideu sobre el fenomen de la coagulació de la sang. Com una mesura efectiva de la protecció, el procés és controlat per una sèrie d'enzims. El principal d'ells és la trombina, que converteix el fibrinogen en fibrina proteïna inactiva activa. El seu fil crea una mena de xarxa que clou el lloc de la lesió del vas, el que impedeix la pèrdua excessiva de sang.

Els enzims s'utilitzen en l'elaboració del vi, la cervesa, la producció de molts productes lactis. Per l'alcohol del llevat la glucosa es pot utilitzar, però, per l'aparició èxit d'aquest procés i extreure suficient d'ells.

Dades interessants sobre els quals no sabien

- Tots els enzims del cos tenen una enorme massa - 5.000-1.000.000 Dóna. Això és degut a la presència de proteïna en la molècula. Per a la comparació, el pes molecular de la glucosa - 180 Sí, i diòxid de carboni - un total de 44 Sí.

- Fins a la data, es va obrir més de 2000 enzims que es troben en les cèl·lules de diversos organismes. No obstant això, la majoria d'aquestes substàncies són encara no s'entén completament.

- L'activitat enzimàtica s'utilitza per a l'obtenció de pols de rentat eficaços. Aquí, els enzims compleixen el mateix paper que en el cos: descomponen la matèria orgànica, i aquesta propietat ajuda als punts de combat. Es recomana l'ús d'un detergent a tal a una temperatura de no més de 50 graus, en cas contrari pot anar al procés de desnaturalització.

- Segons les estadístiques, el 20% de les persones a tot el món pateixen de la manca de qualsevol dels enzims.

- Sobre les propietats dels enzims conegudes des de fa molt temps, però només en 1897, la gent es va adonar que no el llevat, i un extracte de les seves cèl·lules poden ser utilitzades per a la fermentació del sucre en alcohol.