Mehanizam kompenzacije doze Kod velike većine sisara (ali ne i torbara), jedan od X hromozoma je inaktiviran u somatskim ćelijama ženki. Takvo isključenje je jedna od opcija za rješavanje problema kod vrsta kod kojih je jedan spol zastupljen sa dva

Poglavlje 3. Enzimi. Mehanizam djelovanja enzima Enzimi ili enzimi nazivaju se specifični proteini koji su dio svih ćelija i tkiva živih organizama i djeluju kao biološki katalizatori Opća svojstva enzima i neorganskih katalizatora: 1. Ne

Struktura molekula enzima Po strukturi enzimi mogu biti jednostavni i složeni proteini. Enzim koji je složen protein naziva se holoenzim. Proteinski dio enzima naziva se apoenzim, a neproteinski dio se naziva kofaktor. Postoje dvije vrste kofaktora: 1.

Specifičnost djelovanja enzima Enzimi imaju veću specifičnost djelovanja u odnosu na neorganske katalizatore. Postoji specifičnost u odnosu na vrstu hemijske reakcije koju katalizira enzim i specifičnost u odnosu na

Poglavlje 4. Regulacija aktivnosti enzima. Medicinska enzimologija Metode regulacije aktivnosti enzima: 1. Promjena broja enzima.2. Promjena katalitičke efikasnosti enzima.3. Promjena uvjeta reakcije Regulacija količine

Upotreba enzima u medicini Enzimski preparati imaju široku primjenu u medicini. Enzimi se u medicinskoj praksi koriste kao dijagnostički (enzimodijagnostika) i terapijski (enzimska terapija) agensi. Osim toga, enzimi se koriste kao

Uvod

1.Vrste enzima

2. Struktura enzima

Mehanizam djelovanja enzima

Bibliografska lista

Uvod

Enzimi su najvažnija klasa proteinskih supstanci, univerzalne po svojoj biološkoj funkciji. Enzimi su specifični i visoko efikasni katalizatori za hemijske reakcije koje se odvijaju u živoj ćeliji. Proučavanje enzima, njihove strukture, svojstava i mehanizma biološkog djelovanja jedna je od glavnih grana biohemije i bioorganske hemije. Do danas je okarakterisano nekoliko hiljada enzima, od kojih je više od hiljadu dobijeno u pojedinačnom stanju. Za mnoge stotine enzimskih proteina razjašnjena je sekvenca aminokiselina, a najpoznatiji od njih su dešifrovani analizom rendgenske difrakcije do nivoa potpune prostorne strukture. Proučavanje bilo kojeg problema u području poznavanja mehanizama vitalne aktivnosti nužno je povezano sa proučavanjem odgovarajućih enzimskih sistema. Osim toga, enzimi se široko koriste kao moćni alati u razjašnjavanju strukture biopolimera i u genetskom inženjeringu. Oni nalaze široku praktičnu primjenu u medicini i prehrambenoj industriji.

Enzimski procesi poznati su čovjeku od davnina. Konkretno, fermentaciju su Grci naširoko koristili za proizvodnju vina (otkriće ove metode pripisano je bogu Bacchusu). Narodi mnogih zemalja odavno su ovladali umijećem pravljenja kruha, sira, octa na bazi prerade biljnih i životinjskih sirovina. Međutim, sadašnja faza u razvoju enzimologije datira još od početka prošlog stoljeća. Godine 1814., član Sankt Peterburgske akademije nauka, K. Kirchhoff, ustanovio je da se skrob pretvara u šećer pod dejstvom određenih supstanci koje se nalaze u klijavim zrnima ječma. Daljnji iskorak u tom pravcu napravili su francuski hemičari A. Payen i J. Pirceau, koji su 1833. godine pokazali da faktor otpornosti na toplotu, dobijen iz ekstrakta slada precipitacijom sa alkoholom, ima sposobnost hidrolize skroba; zvali su to dijastaza.

Ubrzo je izbio spor o prirodi fermentacije, u kojem su učestvovali najveći predstavnici prirodnih nauka tog vremena. Posebno je L. Pasteur smatrao da je fermentacija uzrokovana živim mikroorganizmima i da je stoga povezana isključivo s njihovom vitalnom djelatnošću. S druge strane, Yu. Liebig i K. Bernard branili su hemijsku prirodu fermentacije, smatrajući da je povezana sa posebnim supstancama poput dijastaze (amilaze). J. Berzelius je 1837. godine pokazao da su enzimi katalizatori koje opskrbljuju žive ćelije. Tada su se pojavili pojmovi "enzim" (od latinskog fermentatio - fermentacija) i "enzim" (od grčkog - u kvascu). Spor je konačno rešen tek 1897. godine, kada su nemački naučnici braća Hans i Edvard Buhner pokazali da je acelularni sok kvasca (dobijenog trljanjem kvasca sa dijatomejskom zemljom) sposoban da fermentira šećer sa stvaranjem alkohola i CO. 2. Postalo je jasno da sok od kvasca sadrži složenu mješavinu enzima (zvanih zymase) i ti enzimi mogu funkcionirati. da luta i unutar i izvan ćelija. Prema jednom od istoričara, pojava mjehurića ugljičnog dioksida u Buchnersovom eksperimentu značila je rođenje moderne biohemije i enzimologije.

Pokušaji da se izoluju enzimi u pojedinačnom stanju činili su mnogi istraživači, među kojima treba spomenuti A. Ya. Danilevsky, R. Wilstetter i dr. Proteinsku prirodu enzima nedvosmisleno je dokazao 1926. godine američki biohemičar J. Sumner, koji je izolovao enzim ureazu iz sjemena u jarcima kristalnog oblika. Godine 1930. J. Northrop je primio kristalni pepsin, a zatim tripsin i himotripsin. Od tog perioda, postalo je opšte prihvaćeno da su svi enzimi proteini.

Krajem XIX vijeka. na osnovu napretka u oblasti proučavanja strukture organskih jedinjenja biološkog porekla, postalo je moguće proučavanje specifičnosti enzima. U to vreme, E. Fischer je izneo čuveni stav o potrebi sterične korespondencije između enzima i supstrata; u njegovom figurativnom izrazu, "supstrat pristaje enzimu kao ključ od brave." Početkom 20. stoljeća postavljeni su temelji za proučavanje kinetike djelovanja enzima.

Enzimi imaju različite molekularne težine - od 10.000 do 1.000.000 i više. Mogu se graditi od jednog polipeptidnog lanca, nekoliko polipeptidnih lanaca ili predstavljati složene (ponekad polienzimske) komplekse. Enzim takođe uključuje neproteinske komponente, koje se nazivaju kofaktori (kofaktori), - ioni metala, male organske molekule kao što su vitamini, itd.

Enzimi su visoko efikasni katalizatori: oni su u stanju da povećaju brzinu reakcije milione i milijarde puta. Na primjer, ureaza (pri pH 8,0, 20 0C) ubrzava hidrolizu uree za oko 1014 jednom.

Enzimi su vrlo specifični katalizatori. Oni pokazuju specifičnost u odnosu na vrstu katalizirane kemijske reakcije i ne dolazi do stvaranja nusproizvoda. Osim toga, imaju izraženu specifičnost supstrata i, po pravilu, visoku stereospecifičnost.

1. Vrste enzima

Klasifikacija enzima. Ranije, prilikom imenovanja enzima, ime supstrata uzimano je kao osnova uz dodatak sufiksa "aza"; tako su se, posebno, pojavile proteinaze, lipaze i ugljikohidrate. Prema izvornom principu, označeni su enzimi koji katalizuju oksidativne reakcije (dehidrogenaze). Neki enzimi su dobili posebna imena - tripsin, pepsin itd. Trenutno je usvojena klasifikacija u kojoj su enzimi grupisani u 6 klasa prema vrsti kataliziranih reakcija:

Oksidoreduktaze (redoks reakcije).

Transferaze (reakcije transfera funkcionalne grupe).

Hidrolaze (reakcije hidrolize).

Liaze (reakcije cijepanja grupa nehidrolitičkim putem).

Izomeraze (reakcije izomerizacije).

Ligaze (reakcije sinteze zbog ATP energije).

Unutar klasa, enzimi su grupisani u podklase i podklase prema karakteristikama reakcija koje katalizuju; na osnovu toga je sastavljena šifra (šifre) enzima i njihova sistematska imena. Šifra enzima se sastoji od četiri broja razdvojena tačkama: prvi broj označava klasu enzima, drugi i treći broj označavaju podklasu i podklasu, a četvrti broj je serijski broj enzima u njegovoj podklasi. Na primjer, kisela fosfataza ima šifru 3.1.3.2; to znači da pripada klasi hidrolaza (3.1.3.2), podklasi ovih enzima koji djeluju na estarske veze (3.1.3.2), podklasi enzima koji hidroliziraju monoestre fosforne kiseline (3.1.3.2) i serijski broj enzima u ovoj potklasi - 2 (3.1.3.2).

Enzimi koji kataliziraju istu reakciju, ali izolirani iz različitih vrsta živih organizama, razlikuju se jedni od drugih. U nomenklaturi imaju zajednički naziv i jedan kodni broj. U istoj biološkoj vrsti često se nalaze različiti oblici jednog ili drugog enzima. Za imenovanje grupe enzima koji kataliziraju istu reakciju i koji se nalaze u organizmima iste vrste, preporučuje se termin višestruki oblici enzima. Za one enzime iste grupe koji imaju genetski određene razlike u primarnoj strukturi koristi se termin "izoenzimi".

Oxidoreduct ?zy - zasebna klasa enzima koji kataliziraju reakcije koje su u osnovi biološke oksidacije, praćene prijenosom elektrona s jedne molekule (reduktor - akceptor protona ili donor elektrona) na drugu (oksidacijsko sredstvo - donor protona ili akceptor elektrona).

Reakcije koje kataliziraju oksidoreduktaze općenito izgledaju ovako:

b? A+B ?

Gdje je A redukcijski agens (donator elektrona), a B je oksidacijski agens (akceptor elektrona)

U biohemijskim transformacijama, redoks reakcije ponekad izgledaju složenije. Evo, na primjer, jedne od reakcija glikolize:

n + gliceraldehid-3-fosfat + NAD +? PREKO H + H ++ 1,3-difosfoglicerat

Ovdje NAD djeluje kao oksidacijsko sredstvo. +, a gliceraldehid-3-fosfat je redukcijski agens.

Sistematski nazivi enzima ove klase formirani su prema šemi "donor: akceptor + oksidoreduktaza". Međutim, druge šeme imenovanja također se široko koriste. Kada je moguće, enzimi se imenuju u obliku "donor + dehidrogenaza", npr. gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza, za drugu reakciju iznad. Ponekad se naziv piše kao "akceptor + reduktaza", na primjer NAD +-reduktaza. U posebnom slučaju kada je oksidant kisik, naziv može biti u obliku "donor + oksidaza".

Prema međunarodnoj klasifikaciji i nomenklaturi enzima, oksidoreduktaze pripadaju klasi 1, unutar koje se razlikuju dvadeset i dvije podklase:

EC 1.1 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa CH-OH grupom donora;

EC 1.2 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa aldehidnom ili okso grupom donora;

EC 1.3 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa CH-CH grupom donora;

EC 1.4 uključuje enzime u interakciji sa CH-NH 2grupa donatora;

EC 1.5 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa CH-NH grupom donora;

EC 1.6 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa NAD H ili NADP H;

EC 1.7 uključuje enzime koji stupaju u interakciju s drugim spojevima koji sadrže dušik kao donori;

EC 1.8 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa grupom donora koja sadrži sumpor;

EC 1.9 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa hem grupom donora;

EC 1.10 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa difenolima i srodnim jedinjenjima kao donori;

EC 1.11 uključuje enzime koji djeluju s peroksidom kao akceptorom (peroksidaza);

EC 1.12 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa vodonikom kao donorom;

EC 1.13 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa pojedinačnim donorima uz ugradnju molekularnog kiseonika (oksigenaze);

EC 1.14 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa uparenim donorima uz ugradnju molekularnog kiseonika;

EC 1.15 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa superoksidnim radikalima kao akceptorima;

EC 1.16 uključuje enzime koji oksidiraju ione metala;

EC 1.17 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa CH ili CH2 grupe;

EC 1.18 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa gvožđe-sumpor proteinima kao donori;

EC 1.19 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa smanjenim flavodoksinom kao donorom;

EC 1.20 uključuje enzime koji stupaju u interakciju sa fosforom ili arsenom kao donorom;

EC 1.21 uključuje enzime koji stupaju u interakciju s molekulima tipa X-H i Y-H da bi formirali X-Y vezu;

EC 1.97 uključuje druge oksidoreduktaze.

Transfer ?zy - zasebna klasa enzima koji kataliziraju prijenos funkcionalnih grupa i molekularnih ostataka s jedne molekule na drugu. Široko rasprostranjeni u biljnim i životinjskim organizmima, uključeni su u transformaciju ugljikohidrata, lipida, nukleinskih i aminokiselina.

Reakcije koje kataliziraju transferaze općenito izgledaju ovako:

X+B? A+B-X.

Molekul A ovdje djeluje kao donor grupe atoma (X), a molekul B je akceptor grupe. Često jedan od koenzima djeluje kao donor u takvim reakcijama prijenosa. Mnoge reakcije koje kataliziraju transferaze su reverzibilne.

Sistematska imena klasa enzima formiraju se prema šemi:

"donor: akceptor + grupa + transferaza".

Ili se koriste malo općenitiji nazivi, kada je u naziv enzima uključeno i ime donora ili grupe akceptora:

"donor + grupa + transferaza" ili "akceptor + grupa + transferaza".

Na primjer, aspartat aminotransferaza katalizira prijenos amino grupe s molekula asparaginske kiseline, katehol-O-metiltransferaza prenosi metil grupu S-adenozilmetionina u benzenski prsten raznih kateholamina, a histon acetiltransferaza prenosi acetil-acetil grupu iz A acetil ko acetil na histon tokom aktivacije transkripcije.

Osim toga, enzimi 7. podgrupe transferaza koji prenose ostatak fosforne kiseline koristeći ATP fosfatnu grupu kao donora često se nazivaju i kinazama; aminotransferaze (podgrupa 6) se često nazivaju transaminazama.

Prema međunarodnoj klasifikaciji i nomenklaturi enzima, transferaze pripadaju klasi 2, unutar koje se izdvaja devet podklasa:

EC 2.1 uključuje enzime koji prenose grupe od jednog ugljenika;

EC 2.2 - enzimi koji nose aldehidne i ketonske grupe;

EC 2.3 - nose acilne ostatke (aciltransferaze);

EC 2.4 - prenošenje ostataka šećera (glikoziltransferaze);

KF 2.5 - prenos alkil i aril grupa sa izuzetkom metilnog ostatka;

KF 2.6 - noseće grupe atoma koje sadrže dušik;

EC 2.7 - prenošenje ostataka koji sadrže fosfor;

EC 2.8 - noseće grupe koje sadrže sumpor;

EC 2.9 - noseće grupe koje sadrže selen.

Hidrolaze su klasa enzima koji kataliziraju hidrolizu kovalentne veze. Opći oblik reakcije katalizirane hidrolazom je sljedeći:

B+H2 Oh? A-OH + B-H

Sistematski naziv hidrolaze uključuje naziv supstrata koji se odcjepljuje nakon čega slijedi dodavanje hidrolaze. Međutim, u pravilu se u trivijalnom nazivu izostavlja riječ hidrolaza i ostaje samo sufiks "-aza".

EC 3.1 esteraza esterske veze: nukleaza, fosfodiesteraza, lipaza, fosfataza

CF 3.2 šećerne glikozidaze: amilaza, hijaluronidaza, lizozim itd.

CF 3.3 jednostavna eter veza

EC 3.4 proteaza peptidne veze: tripsin, himotripsin, elastaza, trombin, renin, itd.

EC 3.5 nepeptidna veza ugljik-azot

CF 3.6 anhidrid kiseline anhidrid hidrolaza (helikaza, GTPaza)

CF 3.7 veza ugljik-ugljik (C-C)

CF 3.8 halogena veza

EC 3.9 veza azot-fosfor (P-N)

CF 3.10 veza azot-sumpor (S-N)

EC 3.11 veza ugljik-fosfor (C-P)

EC 3.12 disulfidna veza (S-S)

CF 3.13 veza sumpor-ugljik (C-S)

Leah ?zy (sintaze) - zasebna klasa enzima koji kataliziraju reakcije nehidrolitičkog i neoksidativnog pucanja različitih hemijskih veza (C-C, C-O, C-N, CS i drugih) supstrata, reverzibilne reakcije formiranja i pucanja dvostrukih veze, praćene eliminacijom ili dodavanjem grupa atoma na svom mjestu, kao i stvaranjem cikličkih struktura.

Općenito, nazivi enzima se formiraju prema shemi "supstrat + liaza". Međutim, češće ime uzima u obzir podklasu enzima. Liaze se razlikuju od ostalih enzima po tome što su dva supstrata uključena u katalizirane reakcije u jednom smjeru, a samo jedan je uključen u obrnutu reakciju. Naziv enzima sadrži riječi "dekarboksilaza" i "aldolaza" ili "liaza" (piruvat dekarboksilaza, oksalat dekarboksilaza, oksaloacetat dekarboksilaza, treonin aldolaza, fenilserin aldolaza, izocitrat lijaza, alanin lijaza, alanin lijaza i drugi enzimi koji kataliziraju reakcije cijepanja vode sa supstrata - "dehidrataza" (karbonat dehidrataza, citrat dehidrataza, serin dehidrataza itd.). U slučajevima kada se nađe samo obrnuta reakcija, ili je ovaj smjer u reakcijama značajniji, naziv enzima sadrži riječ "sintaza" (malat sintaza, 2-izopropilmalat sintaza, citrat sintaza, hidroksimetilglutaril-CoA sintaza itd. ) .

Primjeri: histidin dekarboksilaza, fumarat hidrataza.

Prema međunarodnoj klasifikaciji i nomenklaturi enzima, liaze pripadaju klasi 4, unutar koje se izdvaja sedam podklasa:

EC 4.1 uključuje enzime koji cijepaju veze ugljik-ugljik, na primjer, dekarboksilaze (karboksi-lijaze);

EC 4.2 - enzimi koji cijepaju veze ugljik-kisik, na primjer, dehidrataza;

EC 4.3 - enzimi koji cijepaju veze ugljik-azot (amidin lijaze);

EC 4.4 - enzimi koji cijepaju veze ugljik-sumpor;

EC 4.5 - uključuje enzime koji cijepaju ugljik-halogene veze, na primjer, DDT-dehidroklorinazu;

EC 4.6 - enzimi koji cijepaju veze fosfor-kiseonik, na primjer, adenilat ciklaza;

EC 4.99 - uključuje druge liaze

Izomeraze su enzimi koji kataliziraju strukturne transformacije izomera (racemizacija ili epimerizacija). Izomeraze kataliziraju reakcije kao što su sljedeće:? B, gdje je B izomer A.

Naziv enzima sadrži riječ "racemaza" (alanin-racemaza, metionin-racemaza, hidroksiprolin-racemaza, laktat-racemaza, itd.), "epimeraza" (aldoza-1-epimeraza, ribuloza fosfat-4-epimeraza, UDP -glukuronat-4 -epimeraza, itd.), "izomeraza" (riboza fosfat izomeraza, ksiloza izomeraza, glukozamin fosfat izomeraza, enoil-CoA izomeraza, itd.), "mutaza" (fosfoglicerat mutaza, metilaspartat mutafosfat, itd.) .

Izomeraze imaju svoju klasifikaciju, EC 5 i imaju sljedeće podklase:

EC 5.1 uključuje enzime koji kataliziraju racemizaciju (racemaze) i epimerizaciju (epimeraze)

EC 5.2 uključuje enzime koji kataliziraju geometrijsku izomerizaciju (cis-trans izomeraza)

EC 5.3 uključuje intramolekularne oksidoreduktaze

EC 5.4 uključuje transferaze (mutaze)

EC 5.5 uključuje intramolekularne liaze

EC 5.99 uključuje druge izomeraze, uključujući topoizomeraze

Ligaze (sintetaze). Klasa ligaza uključuje enzime koji kataliziraju sintezu organskih tvari iz dva početna molekula koristeći energiju raspada ATP-a (ili drugog nukleozid trifosfata). Njihov sistematski naziv je u obliku "X:Y ligaza", gdje X i Y označavaju početne supstance. Primjer je L-glutamat:amonijak ligaza (preporučena skraćenica "glutamin sintetaza"), uz čije učešće se sintetizira glutamin iz glutaminske kiseline i amonijaka u prisustvu ATP-a.

Ligaze su klasifikovane prema vrsti veze koju kataliziraju: O-ligazaS-ligazaN-ligazaC-ligaza

Struktura enzima

U prirodi postoje i jednostavni i složeni enzimi. Prvi su u potpunosti predstavljeni polipeptidnim lancima i nakon hidrolize se razlažu isključivo na aminokiseline. Takvi enzimi (jednostavni proteini) su hidrolitički enzimi, posebno pepsin, tripsin, papain, ureaza, lizozim, ribonukleaza, fosfataza itd. Većina prirodnih enzima spada u klasu kompleksnih proteina koji pored polipeptidnih lanaca sadrže i neke neproteinske komponenta (kofaktor), čije je prisustvo apsolutno neophodno za katalitičku aktivnost. Kofaktori mogu imati različitu hemijsku prirodu i razlikovati se po jačini veze sa polipeptidnim lancem. Ako je konstanta disocijacije kompleksnog enzima toliko mala da su u rastvoru svi polipeptidni lanci povezani sa svojim kofaktorima i nisu odvojeni tokom izolacije i pročišćavanja, onda se takav enzim naziva holoenzim (holoenzim), a kofaktor se naziva protetički grupa, koja se smatra sastavnim dijelom molekule enzima. Polipeptidni dio enzima naziva se apoenzim.

U literaturi se i dalje koriste drugi nazivi za komponente kompleksnih enzima, a posebno "enzim-protein", "proteinska komponenta" (apoenzim), "koenzim" (koenzim) i "protetička grupa". Koenzim se često shvata kao dodatna grupa koja se lako odvaja od apoenzima tokom disocijacije. Pretpostavlja se da prostetička grupa može biti povezana sa proteinom kovalentnim i nekovalentnim vezama. Dakle, u molekulu acetilkoenzim-A-karboksilaze, kofaktor biotina je kovalentno vezan za apoenzim preko amidne veze. S druge strane, hemijske veze između kofaktora i peptidnih lanaca mogu biti relativno slabe (npr. vodonične veze, elektrostatičke interakcije, itd.). U takvim slučajevima, prilikom izolacije enzima, uočava se potpuna disocijacija oba dijela, a izolirana proteinska komponenta je lišena enzimske aktivnosti sve dok se spolja ne doda nedostajući kofaktor. Upravo na tako izolirane organske tvari male molekularne težine primjenjuje se pojam „koenzim“, čiji su tipični predstavnici vitamini B1, B2, B6, PP, koji sadrže koenzime. Također je poznato da su i prostetičke grupe i koenzimi aktivno uključeni u kemijske reakcije, djelujući kao srednji nosači elektrona, atoma vodika ili različitih funkcionalnih grupa (na primjer, amin, acetil, karboksil). U takvim slučajevima, koenzim se smatra drugim supstratom ili kosubstratom.

Uloga koenzima (Co) kao nosioca, na primjer, atoma vodika može se predstaviti kao shema, gdje je SH supstrat, KoE je holoenzim, A je akceptor protona:

Supstrat se podvrgava oksidaciji, donirajući elektrone i protone, a CoE se podvrgava redukciji, prihvatajući elektrone i protone. U sljedećoj polovičnoj reakciji, reducirani CoEN može donirati elektrone i protone nekom drugom srednjem nosaču elektrona i protona ili konačnom akceptoru.

Koenzim, kofaktor, prostetička grupa - dvosmislen biohemijski žargon. Terminološki spor još uvijek traje, budući da se definicije "koenzima", "kofaktora" i "protetske grupe" često razmatraju kroz prizmu njihove uloge u reakcijama enzimske (enzimske) katalize. Međutim, treba uzeti u obzir neospornu činjenicu da su u mnogim slučajevima neproteinske organske molekule, poput iona metala, apsolutno neophodne za proteinsku komponentu pri obavljanju određene biološke funkcije koja nije vezana za biokatalizu. Bez sumnje, bitni su i tip i priroda veze između neproteinske komponente i proteinske molekule. Stoga je očigledno da svaki faktor koji je apsolutno neophodan da bi protein ispunio svoju katalitičku ili bilo koju drugu biološku ulogu može poslužiti kao kofaktor. S druge strane, koenzim može biti bilo koji neproteinski faktor koji je direktno uključen u reakciju enzimske katalize. Kofaktor koji nije direktno uključen u čin katalize nije koenzim. U isto vrijeme, prostetička grupa (kovalentno vezana neproteinska komponenta potrebna za određenu funkciju) može se nazvati koenzimom ako je direktno uključena u enzimsku reakciju. Protetička grupa koja nije uključena u čin katalize, ali je funkcionalno esencijalna i za enzim i za nekatalitički protein, može se nazvati kofaktorom. Konačno, kofaktor i koenzim koji su slabo (ili slabo vezani) za enzim ili protein, međutim, nisu klasifikovani kao prostetske grupe.

Mnogi dvovalentni metali (Mg 2+, Mn 2+, Sa 2+) također djeluju kao kofaktori, iako nisu ni koenzimi ni prostetske grupe. Poznati su primjeri kada su ioni metala snažno povezani s proteinskim molekulom, obavljajući funkcije prostetske grupe. Konkretno, pročišćeni enzim koji katalizuje oksidaciju askorbinske kiseline (vitamina C) u deoksiaskorbinsku kiselinu sadrži 8 atoma bakra po molekulu; svi su tako čvrsto vezani za proteinski molekul da se čak ni ne izmjenjuju sa smolama za izmjenu jona i ne razdvajaju dijalizom. Štaviše, metodom elektronske paramagnetne rezonancije pokazano je učešće jona bakra u međutransferu elektrona. Zanimljivo je napomenuti da su slobodni joni bakra također obdareni katalitičkom aktivnošću prilikom oksidacije askorbinske kiseline, međutim, ova aktivnost se povećava više hiljada puta ako se ioni bakra spoje s apoenzimom u jedan kompleks - holoenzim.

Dobiveni su dokazi o funkciji kofaktora u enzimskim reakcijama i nizu drugih biološki aktivnih jedinjenja koja nisu vezana za vitamine: HS-glutation, ATP, lipoična kiselina, derivati ​​nukleozida (uridin fosfat, citidin fosfat, fosfoadenozin fosfosulfat-), koje sadrže supstance, itd. Ovo može uključivati ​​i tRNA, koja kao dio enzima aminoacil-tRNA sintetaza aktivno učestvuje u transportu aminokiselina u ribozomu, gdje se vrši sinteza proteina.

Treba napomenuti jednu karakterističnu osobinu dvokomponentnih enzima: ni kofaktor zasebno (uključujući većinu koenzima) niti sam apoenzim nisu obdareni katalitičkom aktivnošću, već samo njihova kombinacija u jednu cjelinu, koja se ne odvija haotično, već u skladu s program njihove strukturne organizacije, obezbeđuje brz tok hemijske reakcije.

Aktivno mjesto enzima.

Prilikom proučavanja mehanizma kemijske reakcije katalizirane enzimima, istraživača uvijek zanima ne samo određivanje međuprodukta i konačnih proizvoda i rasvjetljavanje pojedinih faza reakcije, već i priroda tih funkcionalnih grupa u molekuli enzima. koji osiguravaju specifičnost djelovanja enzima na dati supstrat (supstrate) i visoku katalitičku aktivnost. Riječ je, dakle, o tačnom poznavanju geometrije i tercijarne strukture enzima, kao i o hemijskoj prirodi tog(ih) odsječka(ova) molekula enzima, koji obezbjeđuje visoku brzinu katalitičke reakcije. Molekuli supstrata uključeni u enzimske reakcije često su male veličine u odnosu na molekule enzima; stoga se sugeriralo da tokom formiranja kompleksa enzim-supstrat ograničen dio aminokiselina peptidnog lanca očigledno dolazi u direktan kontakt sa supstratom. molekula. Otuda je nastala ideja o aktivnom centru enzima. Aktivni centar je jedinstvena kombinacija aminokiselinskih ostataka u molekulu enzima koja osigurava njegovo direktno vezivanje za molekul supstrata i direktno učešće u činu katalize. Utvrđeno je da su u kompleksnim enzimima i protetske grupe uključene u sastav aktivnog centra.

U aktivnom centru, takozvani katalitički centar, koji direktno ulazi u hemijsku interakciju sa supstratom, i centar vezivanja, odnosno kontaktno („sidro“) mesto, koje obezbeđuje specifičan afinitet za supstrat i formiranje njegovog kompleksa sa supstratom. enzim, uslovno se razlikuju. Zauzvrat, molekula supstrata također sadrži funkcionalno različita mjesta: na primjer, supstrate esteraza ili proteinaza - jednu specifičnu vezu (ili grupu atoma) koju enzim napada, i jedno ili više mjesta koja su selektivno vezana enzimom.

Dobiveni su eksperimentalni dokazi o prisutnosti dva ostatka histidina i jednog serinskog ostatka u aktivnom mjestu kimotripsina, koji su shematski predstavljeni u trodimenzionalnom strukturnom modelu prekursora ovog enzima. Otkrivanje hemijske prirode i verovatne topografije grupa aktivnih mesta je problem od najveće važnosti. Svodi se na određivanje prirode aminokiselina, njihovog slijeda i položaja u aktivnom centru. Za identifikaciju takozvanih esencijalnih aminokiselinskih ostataka koriste se specifični inhibitori enzima (često su to supstance slične supstratu ili analozi koenzima), metode "meke" (ograničene) hidrolize u kombinaciji sa hemijskom modifikacijom, uključujući selektivnu oksidaciju, vezivanje , supstitucija aminokiselinskih ostataka itd.

Metodama inhibitorne analize pokušane su da se utvrde zakonitosti u sastavu i strukturi aktivnih mesta u enzimima koji pripadaju različitim grupama. Konkretno, kada se koristi diizopropilfluorofosfat (DFP), koji spada u tzv. nervne otrove, dolazi do potpunog gašenja aktivnog centra holinesteraze, enzima koji katalizuje hidrolizu acetilholina u kolin i octenu kiselinu. Pokazalo se da ovaj inhibitor ima blisku strukturnu sličnost sa acetilkolinom i na sličan način stupa u interakciju s OH grupom serinskog ostatka u aktivnom mjestu. Uzrokujući fosforilaciju serina u aktivnom centru brojnih drugih enzima, DPP također inaktivira njihovo djelovanje:

Pokazalo se da DPP selektivno fosforilira samo jedan serinski ostatak koji ima funkcionalnu aktivnost u svakom na njega osjetljivom enzimu. S obzirom na ovaj mehanizam djelovanja DPP-a, učinjeni su pokušaji da se utvrdi priroda aminokiselina u okruženju "katalitičkog" serinskog ostatka u nizu enzima.

Osim aktivnog centra, u molekuli enzima može biti prisutan i alosterični centar (ili centri) (od grčkog allos - drugi, drugačiji i steros - prostorni, strukturni), koji je dio molekule enzima koji vezuje određene , obično niske molekularne mase, supstance (efektori ili modifikatori), čiji se molekuli razlikuju po strukturi od supstrata. Vezanje efektora za alosterični centar mijenja tercijarnu, a često i kvartarnu strukturu molekula enzima i, shodno tome, konfiguraciju aktivnog mjesta, uzrokujući smanjenje ili povećanje enzimske aktivnosti. Enzimi, čija se aktivnost katalitičkog centra mijenja pod utjecajem alosteričnih efektora koji se vežu za alosterički centar, nazivaju se alosterični enzimi.

Posebnost brojnih alosteričnih enzima je prisustvo u molekuli oligomernog enzima nekoliko aktivnih centara i nekoliko alosteričnih regulatornih centara koji su prostorno udaljeni jedan od drugog. U alosteričnom enzimu svaki od dva simetrično konstruisana protomera sadrži jedno aktivno mesto koje se vezuje za S supstrat i jedno alosterično mesto koje vezuje M2 efektor, tj. 2 centra u jednom molekulu enzima. Dobiveni su dokazi da za supstrat, alosterični enzimi, pored aktivnog centra, sadrže i tzv. efektorske centre; nakon vezivanja za efektorsko mjesto, supstrat ne prolazi kroz katalitičku konverziju, ali utiče na katalitičku efikasnost aktivnog mjesta. Takve interakcije između centara koji vezuju ligande istog tipa nazivaju se homotropne interakcije, a interakcije između centara koji vežu ligande različitih tipova nazivaju se heterotropne interakcije.

Dakle, u enzimskoj katalizi, kao iu reakciji vezivanja supstrata, nije uključen ograničeni i mali dio enzima, kao što se ranije pretpostavljalo, već mnogo veći dio proteinsko-enzimske molekule. Ove okolnosti, najvjerovatnije, mogu objasniti veliku veličinu i volumen trodimenzionalne strukture molekula enzima; iste okolnosti treba uzeti u obzir u programima za stvaranje umjetnih niskomolekularnih analoga enzima (sinzima) koji imaju svojstva nativnih enzima.

Mehanizam djelovanja enzima

enzimska biološka kataliza transaminacija

Otkriće prostorne strukture niza enzima rendgenskom difrakcijskom analizom dalo je pouzdanu osnovu za konstruisanje racionalnih šema njihovog mehanizma delovanja.

Uspostavljanje mehanizma delovanja enzima je od ključnog značaja za otkrivanje strukturnih i funkcionalnih odnosa u različitim biološki aktivnim sistemima.

Lizozim se nalazi u različitim tkivima životinja i biljaka, a posebno se nalazi u suznoj tečnosti i bjelancu jajeta. Lizozim djeluje kao antibakterijski agens tako što katalizuje hidrolizu staničnih zidova brojnih bakterija. Ovaj polisaharid nastaje naizmjeničnim vezanim ostacima N-acetilmuranoične kiseline (NAM) ?-1,4-glikozidna veza (polisaharidni lanci su umreženi kratkim peptidnim fragmentima).

Bakterijski polisaharid je vrlo složeno nerastvorljivo jedinjenje; stoga se kao supstrati lizozima često koriste oligosaharidi koji se dobro hidrolizuju formirani od NAG ostataka.

Lizozim proteina kokošjeg jajeta je formiran od jednog polipeptidnog lanca koji sadrži 129 aminokiselinskih ostataka; njegova molekularna težina je 14 600. Visoka stabilnost enzima je osigurana prisustvom četiri disulfidna mosta.

Informaciju o aktivnom centru i vrsti katalitičkog procesa dobio je D. Philips 1965. godine. na osnovu studija difrakcije rendgenskih zraka lizozima i njegovih kompleksa sa inhibitorima. Molekul lizozima ima oblik elipsoida sa osama 4,5*3*3 nm; između dvije polovice molekule je "praznina" u kojoj se javlja vezivanje oligosaharida. Zidovi jaza formiraju uglavnom bočni lanci nepolarnih aminokiselina, koji osiguravaju vezivanje nepolarnih molekula supstrata, a uključuju i bočne lance polarnih aminokiselina, koji su sposobni formirati vodikove veze sa acilamino i hidroksilnim grupama supstrata. Veličina jaza omogućava da se smjesti molekul oligosaharida koji sadrži 6 monosaharidnih ostataka. Koristeći analizu difrakcije rendgenskih zraka, ustanovite prirodu vezivanja supstrata, na primjer NAG heksasaharida 6, ne uspijeva. Istovremeno, kompleksi enzima sa inhibitorom trisaharida NAG 3stabilan i dobro proučen. NAG 3veže se u procjepu na površini enzima, formirajući vodikove veze i van der Waalsove kontakte; istovremeno popunjava samo polovinu praznine u koju se mogu vezati još tri monosaharidna ostatka. Neredukcioni kraj (šećer A) je na početku procepa, a redukcioni kraj (šećer C) je u njegovom centralnom delu; ostaci šećera A, B i C imaju konformaciju stolice. Konstrukcija modela kompleksa enzim-supstrat zasnivala se na pretpostavci da nakon vezivanja NAG supstrata 6ostvaruju se iste interakcije kao kod vezivanja NAG-a 3. U modelu enzima, tri ostatka šećera (koji se nazivaju ostacima D, E i F) postavljena su unutar praznine; svaki sljedeći šećer bio je vezan na takav način da je njegova konformacija bila ista (koliko je to moguće) kao prva tri šećera. Kao dio kompleksa modela, svi ostaci šećera ostvaruju efikasne nekovalentne interakcije sa bočnim i peptidnim grupama aminokiselinskih ostataka koji formiraju prazninu.

Prilikom identifikacije katalitičkih grupa, bilo je prirodno fokusirati se na one koje se nalaze u kompleksu enzim-supstrat u blizini cijepive glikozidne veze i mogu poslužiti kao donori ili akceptori protona. Ispostavilo se da na jednoj strani rascijepljene veze, na udaljenosti? 0,3 nm (od kiseonika glikozidne veze), nalazi se karboksilna grupa Glu-35, a na drugoj (na istoj udaljenosti) karboksilna grupa Asp-52, njihovo okruženje je veoma različito. Glu-35 je okružen hidrofobnim ostacima; može se pretpostaviti da je pri optimalnom pH enzima ova grupa u nejonizovanom stanju. Okruženje Asp-52 je naglašeno polarno; njegova karboksilna grupa učestvuje kao akceptor vodonika u složenoj mreži vodoničnih veza i verovatno funkcioniše u jonizovanom stanju.

Predložena je sljedeća shema katalitičkog procesa tokom hidrolize oligosaharida. Nejonizovana karboksilna grupa Glu-35 deluje kao donor protona, snabdevajući ga glikozidnim atomom kiseonika između C atoma (1)šećer D i atom C ( 4)šećer E (opći korak kisele katalize); ovo rezultira prekidom glikozidne veze. Kao rezultat, šećerni ostatak D prelazi u stanje karbokationa s pozitivno nabijenim ugljikovim atomom C (1)i pretpostavlja konformaciju polustolice. Negativni naboj Asp-52 karboksilatne grupe stabilizuje karbokation. Preostalo NAG 2(šećer E+F) difundira iz regiona aktivnog mesta. Tada molekul vode ulazi u reakciju; njegov proton ide u Glu-35 i OH --grupa do C atoma (1)ostatak D (osnovni korak katalize). Preostalo NAG 4(šećer A + B + C + D) napušta područje aktivnog centra, a enzim se vraća u prvobitno stanje.

Ribonukleaza (RNase) goveđeg pankreasa hidrolizira internukleotidne veze u RNK u blizini pirimilinskih jedinica, koje ostaju esterificirane na 3 - pozicija. Enzim se, zajedno sa drugim nukleazama, široko koristi u analizi strukture RNK.

RNazu formira jedan polipeptidni lanac koji sadrži 124 aminokiselinska ostatka, a njena molekulska težina je 13,680; Postoje četiri disulfidne veze u molekulu. RNKaza je prvi enzim za koji je uspostavljena primarna struktura.

Na osnovu rezultata istraživanja renaturacije ribonukleaze, K. Afinsen je po prvi put jasno formulisao ideju da je prostorna struktura proteina određena njegovom primarnom strukturom.

Godine 1958, F. Richards je pokazao da, pod određenim uslovima, subtilizin cepa peptidnu vezu Ala-20 - Ser-21 u RNKazi. Dobijeni fragmenti su nazvani S-peptid (ostaci 1-20) i S-protein (ostaci 21-124); zbog nekovalentnih interakcija, fragmenti formiraju kompleks nazvan RNase S. Ovaj kompleks ima gotovo punu katalitičku aktivnost prirodnog enzima; u izolovanom obliku, S-peptid i S-protein su neaktivni. Nadalje, otkriveno je da sintetički peptid identičan u sekvenci s fragmentom S-peptida koji sadrži ostatke 1 do 13 obnavlja aktivnost S-proteina, ali kraći peptid koji sadrži ostatke 1 do 11 nema tu sposobnost. Dobijeni podaci su omogućili da se zaključi da su odgovarajući ostaci His-12 ili Met-13 (ili oba ova ostatka) uključeni u aktivno mjesto enzima.

Prilikom proučavanja uticaja pH na aktivnost RNKaze, razjašnjena je važna uloga proteinskih funkcionalnih grupa sa pK 5,2 i 6,8; ovo sugerira učešće histidinskih ostataka u katalitičkom procesu.

Nakon karboksilacije RNaze jodoacetatom na pH 5,5, tj. u uslovima pod kojima se pretežno dešava modifikacija histidinskih ostataka, uočen je potpuni gubitak aktivnosti; modificirani enzim sadrži 1 mol karboksimetil grupa na 1 mol proteina. Kao rezultat, formiraju se dva monokarboksimetilenska oblika enzima. U jednom obliku, His-12 je karboksimetiliran, au drugom His-119. His-119 je pretežno modificiran.

Ovi podaci sugeriraju da se His-12 i His-119 nalaze na aktivnom mjestu i da modifikacija jednog od njih sprječava modifikaciju drugog.

Kao rezultat studija difrakcije rendgenskih zraka, razjašnjena je prostorna struktura RNaze S i kompleksa RNaze S sa inhibitorima. Molekul ima oblik bubrega, aktivni centar je lokaliziran u depresiji gdje se nalaze ostaci His-12, His-119 i Lys-41.

Hidroliza nastaje kao rezultat konjugovanog djelovanja His-12 i His-119 ostataka, koji provode acido-baznu katalizu. Dijagram ispod prikazuje faze katalitičkog procesa:

1.Podloga je na aktivnom mjestu; His-12, His-119 i Lys-41 nalaze se u blizini negativno nabijenog fosfata.

2.Kao rezultat djelovanja His-12 kao baze koja prihvata protone iz 2 -OH grupe riboze, i His-119 kao kiseline koja donira proton atomu kiseonika fosfata, prvo nastaje međukompleks, a zatim 2 ,3-ciklički fosfat.

.Na mjesto otpuštenog proizvoda ulazi voda, donirajući proton His-119 i OH -- fosfat, u isto vrijeme proton iz His-12 prelazi na atom kisika riboze, nastaje drugi produkt, a enzim se vraća u prvobitno stanje.

Himotripsin se luči u obliku proenzima - kimotripsinogena u pankreasu kralježnjaka; Aktivacija proenzima se dešava u duodenumu pod dejstvom tripsina. Fiziološka funkcija kimotripsina je hidroliza proteina i polipeptida. Himotripsin uglavnom napada peptidne veze formirane karboksilnim ostacima tirozina, triptofana, cenilalanina i metionanina. Takođe efikasno hidrolizuje estre odgovarajućih aminokiselina. Molekularna težina kimotripsina je 25.000, molekul sadrži 241 aminokiselinski ostatak. Kimotripsin se formira od tri polipeptidna lanca povezana disulfidnim mostovima.

Funkcionalne grupe aktivnog mesta kimotripsina su identifikovane korišćenjem ireverzibilnih inhibitora. Ser-195 ostatak je modifikovan sa diizopropil fluorofosfatom i fenilmetilsulfofluoridom, a His-122 ostatak je modifikovan sa N-tozil-L-fenilalanin-hlorometil ketonom. Proučavanjem kinetike hidrolize p-nitrofenilacetata otkriven je dvofazni proces hidrolize kimotripsina.

Karakteristična karakteristika procesa koji se razmatra je formiranje kovalentnog intermedijera, acil enzima. Acilirana katalitička grupa je identificirana kao ostatak Ser-195. Mehanizam katalize koju provodi enzim predložen je i prije uspostavljanja prostorne strukture proteina, ali je kasnije rafiniran. Konkretno, istraživanje sa 18H 2O je omogućio da se dokaže stvaranje acil enzima tokom hidrolize peptida.

Trodimenzionalna struktura sa rezolucijom od 0,2 nm ustanovljena je D. Blowovom analizom rendgenske difrakcije. 1976. godine Molekul ima oblik elipsoida sa osama 5,4*4*4 nm. Rezultati kristalografskih studija potvrdili su pretpostavku da su ostaci Ser-195 i His-57 bliski. Hidroksilna grupa Ser-195 nalazi se na udaljenosti od ~0,3 nm sjeverno od atoma dušika His-57 imidazolnog prstena. Najzanimljivija okolnost je bila da se atom dušika na poziciji 1 prstena nalazi na udaljenosti od ~0,28 nm od atoma kisika karboksilne grupe bočnog lanca Asp-102 i zauzima položaj pogodan za stvaranje vodikove veze. .

Treba napomenuti da hemijske studije nisu mogle otkriti učešće Asp-102 u funkcionisanju aktivnog centra, budući da je ovaj ostatak ugrađen duboko u molekul.

Trenutno se vjeruje da tri ostatka Asp-102, His-57 i Ser-195 formiraju sistem za prijenos naboja koji igra ključnu ulogu u procesu katalize. Funkcionisanje sistema obezbeđuje efikasno učešće His-57 u katalizi kao kiselo-baznog katalizatora i povećava reaktivnost Ser-195 na karboksilni ugljenik napadnute veze.

Ključni element katalize je transfer protona sa Ser-195 na His-57. Istovremeno, atom kisika serina napada karbonil atom ugljika supstrata sa formiranjem najprije srednjeg tetraedarskog spoja (1), a zatim acil enzima (2). Sljedeći korak je deacilacija. Molekul vode ulazi u sistem za prijenos naboja, a OH ion -istovremeno napada karbonil atom ugljika acilne grupe acilnog enzima. Kao iu koraku acilacije, formira se srednje tetraedarsko jedinjenje (4). His-57 zatim donira proton atomu kiseonika Ser-195, oslobađajući acilni proizvod; difundira u rastvor, a enzim se vraća u prvobitno stanje.

Karboksipeptidaza A se luči kao proenzim u pankreasu kralježnjaka. Formiranje aktivnog enzima događa se u tankom crijevu uz sudjelovanje kimotripsina. Enzim sekvencijalno cijepa C-terminalne aminokiselinske ostatke iz peptidnog lanca, tj. je egzopeptidaza.

Karboksipeptidaza A je formirana od jednog polipeptidnog lanca koji sadrži 307 aminokiselinskih ostataka; molekularna težina je 34 470. Aminokiselinsku sekvencu proteina ustanovio je 1969. R. Bredshaw.

Razjašnjenje mehanizma djelovanja enzima bilo je moguće tek nakon studija rendgenske difrakcije. Prostornu strukturu enzima i njegovog kompleksa sa Gly-Tyr dipeptidom (model supstrata) ustanovio je W. Lipscomb. Molekul enzima ima oblik elipsoida sa osama 5,0*4,2*3,8 nm; aktivni centar se nalazi u udubini koja prelazi u duboki nepolarni džep. Ion cinka je lokalizovan u zoni aktivnog mesta (njegovi ligandi su bočni lanci Glu-72, His196, His-69 ostaci i molekul vode), kao i funkcionalne grupe koje su uključene u vezivanje supstrata i katalizu - Arg-145, Glu-270 i Tyr-248.

Komparativna analiza strukture enzima i njegovog kompleksa sa Gly-Tyr-om dala je važne informacije o strukturi kompleksa enzim-supstrat. Konkretno, otkriveno je da se tokom formiranja kompleksa hidroksilna grupa Tyr-248 pomiče 1,2 nm u odnosu na svoj položaj u slobodnom enzimu (tj. otprilike 1/3 prečnika molekula).

Prema shemi katalitičkog procesa, karboksilatna grupa Glu-270 aktivira molekul vode koji se nalazi u reakcijskoj sferi, izvlačeći iz nje proton; rezultirajući OH- ion izvodi nukleofilni napad na karbonilni ugljik veze koja se može cijepati. Istovremeno, hidroksilna grupa Tyr-248, koja se nalazi u blizini atoma dušika peptidne veze koja se može cijepati, donira joj proton. Kao rezultat toga, napadnuta peptidna veza se cijepa i rezultirajući proizvodi napuštaju zonu aktivnog mjesta. Dijagram ispod ilustruje opštu osnovnu katalizu.

Aspartat aminotransferaza katalizira reverzibilnu reakciju transaminacije.

Reakciju enzimske transaminacije otkrio je A.E. Braunstein i M.G. Kritzman 1937 u proučavanju enzimskog preparata iz mišića goluba. U kasnijim studijama pokazano je da su reakcije transaminacije široko rasprostranjene u divljim životinjama i igraju važnu ulogu u konjugaciji dušika i metabolizmu energije.

1945. godine otkriveno je da piridoksal-5 -fosfat (PLF) je koenzim aminotransferaza. AAT molekul je dimer formiran od identičnih podjedinica. U srčanom mišiću proučavanih kralježnjaka postoje dva izoenzima - citoplazmatska (cAAT0) i mitohondrijalna (mAAT) aminotransferaza.

Primarna struktura cAAT iz srčanog mišića ustanovljena je 1972. Yu.A. Ovčinnikov i A.E. Brainstein. Polipeptidni lanac proteina sadrži 412 aminokiselinskih ostataka; molekulska težina je 46.000.

Opću teoriju piridoksalne katalize razvio je A.E. Braunstein i M.M. Šemjakin 1952-1953, a nešto kasnije - D.E. Metzler i E.E. Snell. Prema ovoj teoriji, katalitičko djelovanje piridoksalnih enzima je posljedica sposobnosti aldehidne grupe piridoksal fosfata da formira aldimine (Schiffove baze) u interakciji s aminima, uključujući aminokiseline.

U nastaloj fosfopiridoksildenamino kiselini postoji sistem konjugiranih dvostrukih veza, duž kojih dolazi do pomaka elektrona od ?-atom ugljika olakšava razbijanje veza koje ovaj atom formira.

Moderne ideje o mehanizmu enzimske transaminacije, koje je razvio A.E. Braunstein i njegovi saradnici su razvoj gornje teorije. U početnom stanju, aldehidna grupa piridoksal fosfata formira aldiminsku vezu sa ?-amino grupa Lys-258 ostatka aktivnog mjesta (I). Nakon vezivanja aminokiseline, formira se Michaelisov kompleks (II), nakon čega slijedi aldimin između piridoksal fosfata i supstrata (III). Kao rezultat naknadnih transformacija kroz međufaze (IV) i (V), nastaje okso kiselina (VI). Time je završena prva polu-reakcija transaminacije. Ponavljanje ovih istih koraka u "obrnutom" smjeru s novom hidroksi kiselinom predstavlja drugu polu-reakciju koja završava ciklus katalitičke transaminacije.

Mioglobin i hemoglobin

Ova dva proteina se često nazivaju respiratornim enzimima. Njihova interakcija sa supstratom, kiseonikom, detaljno je razjašnjena, prvenstveno na osnovu analize difrakcije rendgenskih zraka visoke rezolucije. Trodimenzionalnu strukturu mioglobina odredio je J. Kendrew 1961. godine, a trodimenzionalnu strukturu hemoglobina - M. Perutz 1960. godine.

Molekul mioglobina ima kompaktan oblik - 4,5 * 3,5 * 2,5 nm, polipeptidni lanac formira 8 spiralnih sekcija, označenih slovima od A do H. Na specijaliziran način je raspoređen oko velikog ravnog prstena hema koji sadrži željezo. Hem je kompleks porfirina sa fero gvožđem.

Lanci polarnog hema propionske kiseline nalaze se na površini molekule, ostatak hema je uronjen u globulu. Veza hema sa proteinom se ostvaruje zahvaljujući koordinacionoj vezi između atoma gvožđa i atoma histidina, lokalizovanog u F heliksu; ovo je takozvani proksimalni histidin. Drugi važan histidinski ostatak, distalni histidin, lokaliziran je u hem džepu u E heliksu; nalazi se na suprotnoj strani atoma željeza na većoj udaljenosti od proksimalnog histidina. Područje između gena gvožđa i distalnog histidina u deoksimioglobinu je slobodno, a lipofilni O molekul 2može da se veže za hem gvožđe, zauzimajući šestu koordinacionu poziciju. Jedinstvena karakteristika mioglobina, kao i hemoglobina, je njihova sposobnost da reverzibilno vežu O 2bez oksidacije hema Fe 2+u Fe 3+. Ovo je moguće jer se u hidrofobnom hem džepu stvara medij niske permitivnosti iz kojeg se istiskuje voda.

Prilikom povezivanja O 2sa atomom gvožđa, ovaj se pomera za oko 0,06 nm i završava u ravni porfirinskog prstena, tj. u energetski povoljnijoj poziciji. Pretpostavlja se da je ovo kretanje posledica činjenice da Fe jon 2+u deoksimioglobinu je u visokospiniranom stanju i njegov radijus je prevelik da stane u ravninu hem porfirinskog prstena. Prilikom povezivanja O 2Fe jon 2+ prelazi u stanje niske igle i njegov radijus se smanjuje; sada Fe jon 2+može da se kreće u ravan porfirinskog prstena.

Hemoglobin je glavna komponenta crvenih krvnih zrnaca koja dostavlja kisik iz pluća u tkiva, a ugljični dioksid iz tkiva u pluća. Hemoglobini različitih tipova razlikuju se po obliku kristala, rastvorljivosti, afinitetu prema kiseoniku. To je zbog razlika u sekvenci aminokiselina proteina; hemska komponenta je ista u hemoglobinima svih vrsta kralježnjaka i nekih beskičmenjaka.

Ljudski hemoglobin je tetramer sastavljen od četiri podjedinice, dvije ?-podjedinice i dva ?-podjedinice koje sadrže 141 i 146 aminokiselinskih ostataka, respektivno. između primarnih struktura ?- i ?-podjedinice postoji značajna homologija, a konformacija njihovih polipeptidnih lanaca je također slična.

Molekul hemoglobina ima sferni oblik prečnika 5,5 nm. Četiri podjedinice su upakovane u tetraedarski oblik.

Podaci rendgenske difrakcije pokazali su da oksigenaciju hemoglobina prati niz promjena. Pri niskoj rezoluciji ustanovljeno je da u ovom slučaju struktura postaje kompaktnija (atomi Fe ?-lanci se približavaju jedan drugom za oko 0,6-0,7 nm), podjedinice se rotiraju jedna u odnosu na drugu i os drugog reda za 10-15 o . Rezultati studije u visokoj rezoluciji ukazuju da se posebno značajne promjene dešavaju u području ?? kontakti.

Do danas, na osnovu studija difrakcije rendgenskih zraka i niza drugih metodoloških pristupa, ostvaren je značajan napredak u rasvjetljavanju mehanizma djelovanja enzima sa željenim svojstvima na osnovu dostignuća u oblasti genetskog inženjeringa. Ovo otvara široke mogućnosti za provjeru valjanosti modernih ideja o mehanizmu djelovanja enzima i stvaranje fundamentalne teorije enzimskog katala.

Bibliografska lista

1. A. Lehninger Osnove biohemije. - Moskovski svet, 1985.

Yu.A. Ovchinnikov. Bioorganska hemija. - Moskovsko prosvjetljenje, 1987.

T.T. Berezov, B.F. Korovkin. Biološka hemija. - Moskovska medicina, 1990.

Tutoring

Trebate pomoć u učenju teme?

Naši stručnjaci će savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite prijavu naznačivši temu odmah da saznate o mogućnosti dobijanja konsultacija.

Ljudsko tijelo se sastoji od ogromnog broja živih ćelija. Ćelija se smatra jedinicom živog organizma, sastoji se od strukturnih tijela između kojih se odvijaju biokemijske reakcije. Važna komponenta koja kontroliše odvijanje hemijskih procesa su enzimi.

Uloga enzima u tijelu

Enzim je protein koji ubrzava tok hemijskih reakcija, uglavnom služi kao aktivator razgradnje i stvaranja novih supstanci u organizmu.

Enzimi služe kao katalizatori za biohemijske reakcije. Oni uvelike ubrzavaju proces života. Oni kontroliraju procese cijepanja, sinteze, metabolizma, disanja, cirkulacije krvi, bez njih ne prolaze reakcije na mišićnu kontrakciju i nervne impulse. Svaki strukturni element sadrži svoj jedinstveni skup enzima, a kada se sadržaj jednog enzima isključi ili smanji, dolazi do značajnih promjena u tijelu koje dovode do pojave patologija.

Klasifikacija enzima

U zavisnosti od strukture, razlikuju se dve grupe enzima.

• Jednostavni enzimi su proteinske prirode. Proizvodi ih tijelo.
• Složeni enzimi koji se sastoje od proteinske komponente i neproteinske baze. Neproteinske komponente se ne sintetiziraju u ljudskom tijelu i dolaze do nas zajedno s hranjivim tvarima, nazivaju se koenzimi. Neproteinske supstance koje su deo enzima uključuju vitamine B, vitamin C i neke elemente u tragovima.

Enzimi se klasificiraju prema funkcijama koje obavljaju i vrsti reakcija koje katalizuju.

Prema svojoj funkciji, enzimi se dijele na:

1. Digestivi, odgovorni za razgradnju nutrijenata, nalaze se uglavnom u pljuvački, sluzokoži, pankreasu i želucu. Poznati enzimi su:
   • amilaze, razgrađuje složene šećere (škrob) na jednostavne, saharozu i maltozu, koje potom mogu sudjelovati u vitalnim procesima u tijelu;
   • lipaza je uključena u hidrolizu masnih kiselina, razgrađuje masti na komponente koje tijelo apsorbira;
   • proteaze regulišu razgradnju proteina u aminokiseline.
2. Metabolički enzimi kontrolišu metaboličke procese na ćelijskom nivou, učestvuju u redoks reakcijama, sintezi proteina. To uključuje: adenilat ciklazu (reguliše energetski metabolizam), protein kinaze i protein defosfatazu (uključene u proces fosforilacije i defosforilacije).
3. Zaštitni su uključeni u reakcije suprotstavljanja organizma štetnim bakterijama i virusima. Važan enzim je lizozim, on razgrađuje ljuske štetnih bakterija i aktivira niz imunoloških reakcija koje štite organizam od upalnih reakcija.

Enzimi se dijele u 6 klasa prema vrsti reakcija:

1. Oksidoreduktaze. Brojna grupa enzima koji su uključeni u redoks reakcije.
2. Transferaze. Ovi enzimi su odgovorni za prijenos atomskih grupa, te su uključeni u razgradnju i sintezu proteina.
3. Hidrolaze cijepaju veze i pospješuju ugradnju molekula vode u sastav tjelesnih supstanci.
4. Izomeraze kataliziraju reakcije u kojima jedna supstanca ulazi u reakciju i nastaje jedna supstanca, koja naknadno sudjeluje u životnom procesu. Dakle, izomeraze služe kao pretvarači različitih supstanci.
5. Liaze su uključene u reakcije u kojima nastaju metaboličke supstance i voda.
6. Ligaze omogućavaju stvaranje složenih supstanci od jednostavnijih. Učestvuje u sintezi aminokiselina, ugljenih hidrata, proteina.

Zašto dolazi do nedostatka enzima i zašto je to opasno?

Sa nedostatkom enzima, počinju kvarovi u općem sistemu tijela, što dovodi do ozbiljnih bolesti. Za održavanje optimalne ravnoteže enzima u organizmu potrebno je uravnotežiti svoju ishranu, jer se ove supstance sintetiziraju iz elemenata koje jedemo. Stoga je vrlo važno osigurati unos mikroelemenata, vitamina, korisnih ugljikohidrata, proteina. Uglavnom se nalaze u svježem voću, povrću, nemasnom mesu, iznutricama i ribi, bilo da je kuhana na pari ili pečena.

Loša ishrana, konzumacija alkohola, brze hrane, energetskih i sintetičkih pića, kao i hrana koja sadrži veliku količinu boja i pojačivača ukusa, negativno utiču na rad pankreasa. Ona je ta koja sintetizira enzime odgovorne za razgradnju i transformaciju nutrijenata. Poremećaji enzimske aktivnosti pankreasa dovode do pretilosti, akutnih bolesti želuca i crijeva, a potom nedostatak enzima utiče na rad srčanog i respiratornog sistema, kao i na opći izgled. Javljaju se alergijske reakcije, ljuštenje kože, pojava akni, foliranje noktiju, gubitak kose.

Za aktiviranje i održavanje rada pankreasa u prehranu se unose posebni enzimski preparati koji doprinose apsorpciji hrane. Poznata sredstva kao što su: pankreatin, kreon, mezim, festal, holenzim. Koriste se striktno po preporuci ljekara. Istovremeno, za potpuni oporavak potrebno je osigurati pravilnu prehranu.

Enzimi ili enzimi(od lat. fermentum - kvasac) - obično proteinski molekuli ili molekule RNK (ribozimi) ili njihovi kompleksi koji ubrzavaju (katalizuju) hemijske reakcije u živim organizmima bez ikakvih promjena. Supstance koje imaju sličan efekat postoje i u neživoj prirodi i nazivaju se katalizatori.

Enzimska aktivnost se može regulisati aktivatorima i inhibitorima (aktivatori se povećavaju, inhibitori smanjuju hemijske reakcije).

Izrazi "enzim" i "enzim" se dugo koriste naizmjenično. Nauka o enzimima naziva se enzimologija.

Vitalna aktivnost bilo kojeg organizma nije moguća bez sudjelovanja enzima. Enzimska kataliza ubrzava prolazak svih biohemijskih reakcija u organizmu i na taj način obezbeđuje fenomen života. Bez prisustva enzima tokom biohemijskih reakcija, hrana se neće razgraditi na pet glavnih jedinjenja: ugljene hidrate, masti, proteine, vitamine i elemente u tragovima – hrana će ostati beskorisna za organizam. Dakle, bez enzima, život se usporava.

1. stimuliraju proces probave i apsorpcije hrane;
2. aktiviraju metabolizam, potiču uklanjanje mrtvih stanica iz tijela;
3. reguliraju osmotski tlak, normaliziraju pH vrijednost različitih medija;
4. obezbjeđuju metabolizam, podržavaju sposobnost tijela da se odupre upalnim procesima;
5. povećati imunitet i sposobnost organizma da se samoizliječi i samoreguliše;
6. potiču detoksikaciju organizma, čiste limfu i krv.

Potreba za enzimima za zdravo funkcionisanje organizma
Većina naučnika danas je uvjerena da su gotovo sve bolesti uzrokovane nedostatkom ili nedovoljnom količinom enzima u tijelu. Medicinska istraživanja pokazuju da su poremećaji u proizvodnji enzima u tijelu posljedica genetskih faktora.

Konkretno, takva uobičajena bolest sada kao što je dijabetes melitus nastaje zbog činjenice da gušterača ne proizvodi dovoljno ili uopće ne proizvodi enzim inzulin. Leukemija i drugi karcinomi su uzrokovani odsustvom ili slabošću enzimskih barijera u tijelu. Ove činjenice postepeno potvrđuju naučna istraživanja. Možemo reći da ako tijelo ima potrebnu količinu enzima, neće biti sto bolesti.

S godinama, kako ljudsko tijelo stari, proizvodnja enzima se smanjuje. Tijelo počinje osjećati njihov nedostatak, što utiče na tok metaboličkih procesa, smanjuje se efikasnost probave i apsorpcije hranljivih materija, sve je teže uticati na organizam lekovima, jer se oni nedovoljno apsorbuju i izazivaju više nuspojava. . Dodatni unos velikog broja enzima u organizam omogućit će nadoknađivanje njihovog nedostatka i svih posljedica koje iz toga proizlaze.

Dakle, dovoljna količina enzima u organizmu je neophodan uslov za njegovo zdravo stanje. Mnoge bolesti su uzrokovane nedovoljnom proizvodnjom enzima, što narušava ravnotežu metabolizma u tijelu. Ako, pored prirodne proizvodnje enzima, obezbijedimo i njihov unos izvana, onda će to biti najbrži i najbolji način liječenja bolesti.

Ljudsko tijelo postoji zahvaljujući stalnom djelovanju enzima. Na primjer, u procesu probave, uz pomoć enzima (enzima), hrana se razlaže na hranjive tvari - proteine, masti, ugljikohidrate, vitamine i mikroelemente; koji se uz njihovu pomoć apsorbiraju u krv i prenose do svih organa. Zbog toga se naši mišići i kosti, svi organi i sistemi hrane, primaju energiju i obavljaju funkcije potrebne za održavanje tijela u zdravom, aktivnom stanju.

Ne samo ljudsko tijelo, već i sva živa bića, između neba i zemlje, postoji zahvaljujući biohemijskim reakcijama koje se odvijaju uz pomoć enzima. Enzim je izvor života i zdravlja svakog živog organizma.

Uloga enzima u održavanju vitalne aktivnosti organizma je iznenađujuća po svom značaju.

Prisustvo enzima i postojanje svih živih bića su neodvojivi pojmovi. Ako količina enzima nije dovoljna za održavanje života, to znači smrt. Pojava zelenog lišća na drveću u proljeće, svjetlost krijesnice, bilo koji čin života ljudskog tijela (bilo da jede, hoda ulicom, pjeva, smije se ili plače) – svi ovi procesi su omogućeni biohemijskim reakcijama i nije moguće bez obaveznog učešća enzima.

Od prvog dana začeća djeteta, enzimi počinju ispunjavati svoju ulogu. Spermatozoid neće moći ući u jajnu ćeliju ako mu nedostaje poseban enzim za rastvaranje ćelijskog zida jajne ćelije kako bi se izvršio proces oplodnje.

Sva hrana koju konzumiramo prolazi kroz složen proces cijepanja na jednostavne elemente u gastrointestinalnom traktu pod utjecajem probavnih enzima. Tek tada ovi nutrijenti mogu ući u krvotok i prenositi se u sve organe i tkiva. Pokušajte žvakati komad hljeba 2-3 minute, osjetit ćete kako postepeno postaje sladak – to je zato što se pod utjecajem enzima sadržanih u pljuvački razgrađuje škrob i oslobađa slatka maltoza.

Uz pomoć enzima u tijelu ne odvija se samo proces cijepanja tvari, već i njihova sinteza. Na primjer, sinteza aminokiselina u proteinske molekule - glavni građevinski materijal za mišićne ćelije, kosu itd., ili pretvaranje glukoze u glikogen koji se taloži u jetri i, u slučaju nedostatka energije, sa uz pomoć istih enzima, ponovo se razgrađuje na molekule glukoze, što tijelu osigurava brzo oslobađanje energije.

Proces obnavljanja kože također se događa zahvaljujući enzima uključenim u metaboličke procese. Ako postoji dovoljno enzima specifičnih za ovaj proces, koža će biti meka, sjajna i elastična. Sa nedostatkom enzima, koža postaje suha, perutava i letargična.

U ljudskom tijelu funkcionira oko 4000 različitih vrsta enzima. U njemu se odvijaju hiljade biohemijskih reakcija, koje se zajedno mogu uporediti sa velikim hemijskim postrojenjem. Ali sve ove hemijske reakcije zahtevaju enzimsku katalizu, inače se ili ne odvijaju ili se odvijaju veoma sporo. Svaki enzim učestvuje u jednoj hemijskoj reakciji. Neke od enzima tijelo ne može sintetizirati. Ako organizmu nedostaju bilo kakvi enzimi, postoji opasnost od razvoja bolesti ili pojave predmorbidnog stanja, koje će se prije ili kasnije manifestirati bolešću.

Stoga, ako želite održati svoju mladost, ljepotu i zdravlje dugi niz godina, morate osigurati da tijelo sadrži dovoljnu količinu enzima. A ako je njihov nivo nizak, onda je glavni izvor njihove nadoknade dnevni unos u obliku bioaktivnih suplemenata.

Grupe ljudi kojima su posebno potrebni dodatni izvori enzima
Razmislite koje grupe ljudi posebno trebaju korištenje dodatnih enzima.

Oni koji žele poboljšati svoju fizičku kondiciju, poboljšati svoje zdravlje ili ga vratiti nakon bolesti.

Osobe sa oslabljenim imunitetom, često sklone infekcijama.

Oni koji doživljavaju stalni umor žale se na nedostatak energije, čestu slabost.

Prerano stare, nemoćne osobe.

Osobe koje pate od hroničnih bolesti.

Onkološki bolesnici sa različitim vrstama karcinoma, u pre- i postoperativnom periodu.

Osobe koje pate od bolesti jetre.

Ljudi koji više vole meso.

Osobe sklone neurasteniji i drugim neuropsihijatrijskim bolestima.

Osobe koje pate od seksualne disfunkcije.

Žene u prenatalnom i postnatalnom periodu.

Osobe s probavnim smetnjama.

Vegetarijanci (dodatci ishrani će promovirati stabilnost stanica).

Osobe nedovoljne tjelesne građe, za poboljšanje fizičke kondicije (prekomerna težina i gojaznost, manja težina).

Osobe sa invaliditetom i ograničenjima kretanja.

Djeca u periodu intenzivnog rasta (budući da moderna djeca, uglavnom, gotovo da ne konzumiraju hranu koja sadrži probavne enzime - lipazu, amilazu i proteazu; a to je jedan od glavnih uzroka pretilosti kod djece, čestih alergija, zatvora i povećan umor).

Starije osobe (s godinama se smanjuje sposobnost organizma da proizvodi sopstvene enzime, smanjuje se količina enzima koji stimuliše proces "inventarizacije" u organizmu, zbog čega im je potrošnja dodatnih enzima put do dugovečnosti).

Pacijenti s utvrđenom enzimskom disfunkcijom (jer su njihove vlastite zalihe enzima iscrpljene, posebno im je potreban dodatni unos enzima).

Sportistima je posebno potrebna velika količina dodatnih enzima, jer zbog intenzivnog fizičkog napora u njihovom organizmu dolazi do ubrzanog metabolizma, što znači da je i potrošnja rezervi enzima intenzivno (figurativno se mogu uporediti sa svijećom koja gori s dva kraja). ).

Enzimi su posebna vrsta proteina kojima je priroda dodijelila ulogu katalizatora za različite kemijske procese.

Ovaj izraz se stalno čuje, međutim, ne razumiju svi što je enzim ili enzim, koje funkcije obavlja ova tvar, kao i po čemu se enzimi razlikuju od enzima i razlikuju li se uopće. Sad ćemo sve ovo saznati.

Bez ovih supstanci, ni ljudi ni životinje ne bi mogli probaviti hranu. I po prvi put, čovječanstvo je pribjeglo upotrebi enzima u svakodnevnom životu prije više od 5 hiljada godina, kada su naši preci naučili da pohranjuju mlijeko u "posuđe" iz želuca životinja. U takvim uslovima, pod uticajem sirila, pretvorio se u sir. A ovo je samo jedan primjer kako enzim djeluje kao katalizator koji ubrzava biološke procese. Danas su enzimi nezamjenjivi u industriji, važni su za proizvodnju kože, tekstila, alkohola, pa čak i betona. Ove korisne tvari također su prisutne u deterdžentima i prašcima za pranje rublja - pomažu u uklanjanju mrlja na niskim temperaturama.

Istorija otkrića

Enzim na grčkom znači "kiselo tijesto". A čovječanstvo duguje otkriće ove supstance Holanđaninu Janu Baptistu Van Helmontu, koji je živio u 16. vijeku. Svojevremeno se jako zainteresovao za alkoholnu fermentaciju i tokom istraživanja pronašao je nepoznatu supstancu koja ubrzava ovaj proces. Holanđanin ga je nazvao fermentum, što znači fermentacija. Onda je, skoro tri veka kasnije, Francuz Louis Pasteur, takođe posmatrajući procese fermentacije, došao do zaključka da enzimi nisu ništa drugo do supstance žive ćelije. I nakon nekog vremena, Nijemac Eduard Buchner izvukao je enzim iz kvasca i utvrdio da ova supstanca nije živi organizam. Dao mu je i ime - "zimaza". Nekoliko godina kasnije, drugi Nijemac, Willy Kuehne, predložio je da se svi proteinski katalizatori podijele u dvije grupe: enzime i enzime. Štaviše, predložio je da se drugi izraz nazove "kiselo", čije se djelovanje širi izvan živih organizama. I tek 1897. godine stavljena je tačka na sve naučne sporove: odlučeno je da se oba termina (enzim i enzim) koriste kao apsolutni sinonimi.

Struktura: lanac od hiljada aminokiselina

Svi enzimi su proteini, ali nisu svi proteini enzimi. Kao i drugi proteini, enzimi se sastoje od . I zanimljivo je da je za stvaranje svakog enzima potrebno od sto do milion aminokiselina nanizanih poput bisera na niti. Ali ova nit nije ujednačena - obično je savijena stotine puta. Tako se stvara trodimenzionalna struktura jedinstvena za svaki enzim. U međuvremenu, molekul enzima je relativno velika formacija, a samo mali dio njegove strukture, takozvani aktivni centar, je uključen u biokemijske reakcije.

Svaka aminokiselina je povezana sa specifičnom vrstom hemijske veze, a svaki enzim ima svoju jedinstvenu sekvencu aminokiselina. Za stvaranje većine njih koristi se oko 20 vrsta. Čak i male promjene u sekvenci aminokiselina mogu dramatično promijeniti izgled i osjećaj enzima.

Biohemijska svojstva

Iako se u prirodi javlja ogroman broj reakcija uz sudjelovanje enzima, sve se mogu podijeliti u 6 kategorija. Shodno tome, svaka od ovih šest reakcija se odvija pod uticajem određene vrste enzima.

Reakcije koje uključuju enzime:

1. Oksidacija i redukcija.

Enzimi uključeni u ove reakcije nazivaju se oksidoreduktaze. Kao primjer, zapamtite kako alkoholne dehidrogenaze pretvaraju primarne alkohole u aldehid.

1. Reakcija grupnog transfera.

Enzimi odgovorni za ove reakcije nazivaju se transferaze. Imaju sposobnost premještanja funkcionalnih grupa s jedne molekule na drugu. To se događa, na primjer, kada alanin aminotransferaze pomjeraju alfa-amino grupe između alanina i aspartata. Transferaze takođe pomeraju fosfatne grupe između ATP-a i drugih jedinjenja i stvaraju ih od ostataka.

1. Hidroliza.

Hidrolaze uključene u reakciju mogu raskinuti jednostruke veze dodavanjem elemenata vode.

1. Napravite ili uklonite dvostruku vezu.

Ova vrsta reakcije se odvija na nehidrolitički način uz učešće liaze.

1. Izomerizacija funkcionalnih grupa.

U mnogim kemijskim reakcijama, položaj funkcionalne grupe se mijenja unutar molekule, ali sama molekula se sastoji od istog broja i vrsta atoma kao i prije početka reakcije. Drugim riječima, supstrat i proizvod reakcije su izomeri. Ova vrsta transformacije moguća je pod uticajem enzima izomeraze.

1. Formiranje jednostruke veze sa eliminacijom elementa voda.

Hidrolaze razbijaju veze dodavanjem elemenata vode u molekul. Liaze izvode obrnutu reakciju, uklanjajući vodeni dio iz funkcionalnih grupa. Tako se stvara jednostavna veza.

Kako djeluju u tijelu

Enzimi ubrzavaju skoro sve hemijske reakcije koje se dešavaju u ćelijama. Oni su vitalni za ljude, olakšavaju probavu i ubrzavaju metabolizam.

Neke od ovih supstanci pomažu u razgradnji prevelikih molekula u manje "komadiće" koje tijelo može probaviti. Drugi, naprotiv, vežu male molekule. Ali, naučno govoreći, enzimi su veoma selektivni. To znači da je svaka od ovih tvari sposobna ubrzati samo određenu reakciju. Molekuli s kojima enzimi rade nazivaju se supstrati. Supstrati, zauzvrat, stvaraju vezu s dijelom enzima koji se naziva aktivno mjesto.

Postoje dva principa koji objašnjavaju specifičnosti interakcije enzima i supstrata. U takozvanom modelu "ključ-zaključavanje", aktivno mjesto enzima zauzima mjesto striktno definirane konfiguracije u supstratu. Prema drugom modelu, oba učesnika u reakciji, aktivno mjesto i supstrat, mijenjaju svoje oblike kako bi se povezali.

Bez obzira na princip interakcije, rezultat je uvijek isti - reakcija pod utjecajem enzima se odvija višestruko brže. Kao rezultat ove interakcije, "rađaju se" novi molekuli koji se zatim odvajaju od enzima. A supstanca katalizatora nastavlja da radi svoj posao, ali uz učešće drugih čestica.

Hiper- i hipoaktivnost

Postoje slučajevi kada enzimi obavljaju svoje funkcije s pogrešnim intenzitetom. Prekomjerna aktivnost uzrokuje prekomjerno stvaranje produkta reakcije i nedostatak supstrata. Rezultat je loše zdravlje i ozbiljna bolest. Uzrok hiperaktivnosti enzima može biti ili genetski poremećaj ili višak vitamina ili se može koristiti u reakciji.

Hipoaktivnost enzima može čak uzrokovati i smrt kada, na primjer, enzimi ne uklanjaju toksine iz tijela ili kada dođe do nedostatka ATP-a. Uzrok ovog stanja mogu biti i mutirani geni ili, obrnuto, hipovitaminoza i nedostatak drugih nutrijenata. Osim toga, niža tjelesna temperatura na sličan način usporava rad enzima.

Katalizator i još mnogo toga

Danas se često može čuti o dobrobitima enzima. Ali koje su to supstance od kojih zavisi rad našeg tela?

Enzimi su biološki molekuli čiji životni ciklus nije određen granicama rođenja i smrti. Oni samo rade u tijelu dok se ne rastvaraju. U pravilu se to događa pod utjecajem drugih enzima.

U toku biohemijske reakcije, oni ne postaju dio konačnog proizvoda. Kada se reakcija završi, enzim napušta supstrat. Nakon toga, supstanca je spremna da ponovo počne da radi, ali na drugom molekulu. I tako traje onoliko dugo koliko je tijelu potrebno.

Jedinstvenost enzima je u tome što svaki od njih obavlja samo jednu dodijeljenu funkciju. Biološka reakcija nastaje tek kada enzim pronađe odgovarajući supstrat za nju. Ova interakcija se može usporediti s principom rada ključa i brave - samo pravilno odabrani elementi mogu raditi zajedno. Još jedna karakteristika: mogu raditi na niskim temperaturama i umjerenom pH, a kao katalizatori su stabilniji od bilo koje druge kemikalije.

Enzimi kao katalizatori ubrzavaju metaboličke procese i druge reakcije.

U pravilu, ovi procesi se sastoje od određenih faza, od kojih svaki zahtijeva rad određenog enzima. Bez toga, ciklus transformacije ili ubrzanja se ne može završiti.

Možda najpoznatija od svih funkcija enzima je uloga katalizatora. To znači da enzimi kombinuju hemikalije na takav način da smanjuju troškove energije potrebne za brže formiranje proizvoda. Bez ovih supstanci, hemijske reakcije bi se odvijale stotinama puta sporije. Ali sposobnosti enzima se tu ne završavaju. Svi živi organizmi sadrže energiju koja im je potrebna za nastavak života. Adenozin trifosfat ili ATP je vrsta napunjene baterije koja opskrbljuje ćelije energijom. Ali funkcioniranje ATP-a je nemoguće bez enzima. A glavni enzim koji proizvodi ATP je sintaza. Za svaki molekul glukoze koji se pretvara u energiju, sintaza proizvodi oko 32-34 ATP molekula.

Osim toga, enzimi (lipaza, amilaza, proteaza) se aktivno koriste u medicini. Posebno služe kao sastavni dio enzimskih preparata, kao što su Festal, Mezim, Panzinorm, Pancreatin, koji se koriste za liječenje probavnih smetnji. Ali neki enzimi mogu uticati i na krvožilni sistem (rastvarati krvne ugruške), ubrzati zarastanje gnojnih rana. Pa čak i u terapiji protiv raka pribjegavaju i pomoći enzima.

Faktori koji određuju aktivnost enzima

Budući da je enzim u stanju višestruko ubrzati reakcije, njegova aktivnost je određena takozvanim obrtnim brojem. Ovaj izraz se odnosi na broj supstratnih molekula (reaktivnih tvari) koje 1 molekul enzima može transformirati za 1 minutu. Međutim, postoji niz faktora koji određuju brzinu reakcije:

1. koncentracija supstrata.

Povećanje koncentracije supstrata dovodi do ubrzanja reakcije. Što je više molekula aktivne tvari, reakcija se brže odvija, jer je uključeno više aktivnih centara. Međutim, ubrzanje je moguće samo dok ne budu uključeni svi molekuli enzima. Nakon toga, čak i povećanje koncentracije supstrata neće ubrzati reakciju.

1. Temperatura.

Obično povećanje temperature dovodi do ubrzanja reakcija. Ovo pravilo važi za većinu enzimskih reakcija, ali samo sve dok temperatura ne poraste iznad 40 stepeni Celzijusa. Nakon ove oznake, brzina reakcije, naprotiv, počinje naglo opadati. Ako temperatura padne ispod kritične tačke, brzina enzimskih reakcija će se ponovo povećati. Ako temperatura nastavi rasti, kovalentne veze se prekidaju i katalitička aktivnost enzima se zauvijek gubi.

1. Kiselost.

Na brzinu enzimskih reakcija utiče i pH vrednost. Svaki enzim ima svoju optimalnu razinu kiselosti, pri kojoj se reakcija odvija najadekvatnije. Promjena pH razine utiče na aktivnost enzima, a time i na brzinu reakcije. Ako je promjena prevelika, supstrat gubi sposobnost da se veže za aktivnu jezgru, a enzim više ne može katalizirati reakciju. Obnavljanjem potrebnog pH nivoa vraća se i aktivnost enzima.

Enzimi prisutni u ljudskom tijelu mogu se podijeliti u 2 grupe:

• metabolički;
• digestivni.

Metabolički "rad" neutralizira toksične tvari, a također doprinosi proizvodnji energije i proteina. I, naravno, ubrzavaju biohemijske procese u tijelu.

Za šta su odgovorni organi za varenje jasno je iz naziva. Ali čak i ovdje funkcionira princip selektivnosti: određena vrsta enzima djeluje samo na jednu vrstu hrane. Stoga, da biste poboljšali probavu, možete pribjeći malom triku. Ako tijelo nešto iz hrane ne vari dobro, tada je potrebno dopuniti prehranu proizvodom koji sadrži enzim koji može razgraditi teško svarljivu hranu.

Enzimi u hrani su katalizatori koji razgrađuju hranu do stanja u kojem tijelo može apsorbirati korisne tvari iz njih. Probavni enzimi dolaze u nekoliko vrsta. U ljudskom tijelu, različite vrste enzima nalaze se u različitim dijelovima probavnog trakta.

Usnoj šupljini

U ovoj fazi alfa-amilaza djeluje na hranu. Razgrađuje ugljikohidrate, škrob i glukozu koji se nalaze u krompiru, voću, povrću i drugoj hrani.

Stomak

Ovdje pepsin razlaže proteine ​​u peptide, a želatinaza razgrađuje želatin i kolagen koji se nalaze u mesu.

Pankreas

U ovoj fazi, "radi":

• tripsin - odgovoran za razgradnju proteina;
• alfa-himotripsin - pomaže u apsorpciji proteina;
• elastaza - razgrađuje određene vrste proteina;
• nukleaze - pomažu u razgradnji nukleinskih kiselina;
• steapsin - potiče apsorpciju masne hrane;
• amilaza - odgovorna za apsorpciju škroba;
• lipaza - razgrađuje masti (lipide) koje se nalaze u mliječnim proizvodima, orašastim plodovima, uljima i mesu.

Tanko crijevo

Preko čestica hrane "dočaravaju":

• peptidaze - razlažu peptidna jedinjenja do nivoa aminokiselina;
• saharaza - pomaže u apsorpciji složenih šećera i škroba;
• maltaza - razgrađuje disaharide u stanje monosaharida (slatni šećer);
• laktaza - razgrađuje laktozu (glukozu koja se nalazi u mliječnim proizvodima);
• lipaza - potiče apsorpciju triglicerida, masnih kiselina;
• erepsin - utiče na proteine;
• izomaltaza - "radi" sa maltozom i izomaltozom.

Debelo crevo

Ovdje se obavljaju funkcije enzima:

• coli - odgovorna za probavu;
• laktobacili - utiču na laktozu i neke druge ugljene hidrate.

Pored ovih enzima, postoje i:

• dijastaza - probavlja biljni skrob;
• invertaza - razgrađuje saharozu (stolni šećer);
• glukoamilaza - pretvara se u glukozu;
• alfa-galaktozidaza - pospješuje probavu pasulja, sjemena, proizvoda od soje, korjenastog i lisnatog povrća;
• bromelain - enzim izveden iz, potiče razgradnju različitih vrsta proteina, efikasan je na različitim nivoima kiselosti okoline i ima protuupalna svojstva;
• papain, enzim izolovan iz sirove papaje, podstiče razgradnju malih i velikih proteina i efikasan je u širokom spektru supstrata i kiselosti.
• celulaza - razgrađuje celulozu, biljna vlakna (nema ih u ljudskom tijelu);
• endoproteaza - cijepa peptidne veze;
• ekstrakt volovske žuči - enzim životinjskog porijekla, stimulira pokretljivost crijeva;
• pankreatin - enzim životinjskog porijekla, ubrzava probavu proteina;
• pankrelipaza - životinjski enzim koji pospješuje apsorpciju

  Fermentirana hrana je gotovo savršen izvor korisnih bakterija potrebnih za pravilnu probavu. I dok apotekarski probiotici "rade" samo u gornjem dijelu probavnog sustava i često ne dospiju do crijeva, djelovanje enzimskih proizvoda osjeća se u cijelom gastrointestinalnom traktu.

  Na primjer, kajsije sadrže mješavinu korisnih enzima, uključujući invertazu, koja je odgovorna za razgradnju glukoze i potiče brzo oslobađanje energije.

  Može poslužiti prirodni izvor lipaze (podstiče bržu probavu lipida). U tijelu ovu supstancu proizvodi gušterača. Ali kako biste olakšali život ovom tijelu, možete se počastiti, na primjer, salatom s avokadom - ukusnom i zdravom.

  Osim što je možda najpoznatiji izvor, on također opskrbljuje tijelo amilazom i maltazom. Amilaza se takođe nalazi u hlebu i žitaricama. Maltaza pomaže u razgradnji maltoze, takozvanog sladnog šećera, kojeg ima u izobilju u pivu i kukuruznom sirupu.

  Još jedno egzotično voće - ananas sadrži čitav niz enzima, uključujući bromelain. A, prema nekim studijama, ima i antikancerogena i protuupalna svojstva.

  Ekstremofili i industrija

  Ekstremofili su tvari koje mogu preživjeti u ekstremnim uvjetima.

  Živi organizmi, kao i enzimi koji im omogućavaju da funkcionišu, pronađeni su u gejzirima gde je temperatura blizu tačke ključanja, duboko u ledu, kao iu uslovima ekstremnog saliniteta (Dolina smrti u SAD). Osim toga, naučnici su pronašli enzime za koje nivo pH, kako se pokazalo, takođe nije osnovni uslov za efikasan rad. Istraživači s posebnim zanimanjem proučavaju ekstremofilne enzime kao supstance koje se mogu široko koristiti u industriji. Iako su i danas enzimi već našli svoju primenu u industriji kao biološki i ekološki prihvatljive supstance. Enzima se koristi u prehrambenoj industriji, kozmetologiji i proizvodnji kućnih hemikalija.

  Izvozčikova Nina Vladislavovna

  specijalnost: infektolog, gastroenterolog, pulmolog.

  Opće iskustvo: 35 godina.

  obrazovanje:1975-1982, 1MMI, San-Gig, najviša kvalifikacija, doktor zaraznih bolesti.

  Naučna diploma: doktor najviše kategorije, kandidat medicinskih nauka.