Annuse kompenseerimise mehhanism Enamikul imetajatel (kuid mitte kukkurloomadel) on üks X-kromosoomidest emaste somaatilistes rakkudes inaktiveeritud. Selline väljajätmine on üks probleemi lahendamise võimalustest liikide puhul, mille puhul ühte sugu esindavad kaks

3. peatükk. Ensüümid. Ensüümide toimemehhanism Ensüüme ehk ensüüme nimetatakse spetsiifilisteks valkudeks, mis on osa elusorganismide kõigist rakkudest ja kudedest ning toimivad bioloogiliste katalüsaatoritena Ensüümide ja anorgaaniliste katalüsaatorite üldomadused: 1. Mitte

Ensüümmolekuli struktuur Struktuuri järgi võivad ensüümid olla lihtsad ja keerulised valgud. Ensüümi, mis on kompleksne valk, nimetatakse holoensüümiks. Ensüümi valgulist osa nimetatakse apoensüümiks, mittevalgulist osa kofaktoriks. Kofaktoreid on kahte tüüpi: 1.

Ensüümide toime spetsiifilisus Ensüümidel on suurem toime spetsiifilisus võrreldes anorgaaniliste katalüsaatoritega. Ensüümi poolt katalüüsitava keemilise reaktsiooni tüübi suhtes on spetsiifilisus ja spetsiifilisus seoses

Peatükk 4. Ensüümide aktiivsuse reguleerimine. Meditsiiniline ensümoloogia Ensüümide aktiivsuse reguleerimise meetodid: 1. Ensüümide arvu muutus.2. Ensüümi katalüütilise efektiivsuse muutus.3. Reaktsioonitingimuste muutmine, koguse reguleerimine

Ensüümide kasutamine meditsiinis Ensüümipreparaate kasutatakse laialdaselt meditsiinis. Ensüüme kasutatakse meditsiinipraktikas diagnostiliste (ensümodiagnostika) ja terapeutiliste (ensüümteraapia) ainetena. Lisaks kasutatakse ensüüme kui

Sissejuhatus

1. Ensüümide tüübid

2. Ensüümide struktuur

Ensüümide toimemehhanism

Bibliograafiline loetelu

Sissejuhatus

Ensüümid on kõige olulisem valguainete klass, mis on oma bioloogiliselt funktsioonilt universaalsed. Ensüümid on elusrakkudes toimuvate keemiliste reaktsioonide spetsiifilised ja väga tõhusad katalüsaatorid. Ensüümide, nende struktuuri, omaduste ja bioloogilise toimemehhanismi uurimine on üks peamisi biokeemia ja bioorgaanilise keemia harusid. Tänaseks on iseloomustatud mitu tuhat ensüümi, neist üle tuhande on saadud üksikus olekus. Paljude sadade ensüümvalkude puhul on aminohappejärjestus välja selgitatud ja kuulsaimad neist on röntgendifraktsioonianalüüsi abil dešifreeritud kuni tervikliku ruumistruktuuri tasemele. Mis tahes probleemi uurimine elutegevuse mehhanismide tundmise valdkonnas on tingimata seotud vastavate ensüümsüsteemide uurimisega. Lisaks kasutatakse ensüüme laialdaselt võimsate vahenditena biopolümeeride struktuuri selgitamisel ja geenitehnoloogias. Nad leiavad laialdast praktilist rakendust meditsiinis ja toiduainetööstuses.

Ensümaatilised protsessid on inimestele teada juba iidsetest aegadest. Eelkõige kasutasid kääritamist veini tootmiseks laialdaselt kreeklased (selle meetodi avastamise põhjuseks oli jumal Bacchus). Paljude maade rahvad on taimse ja loomse tooraine töötlemisel põhinevat leiva, juustu, äädika valmistamise kunsti juba ammu õppinud. Ensümoloogia arengu praegune etapp ulatub aga eelmise sajandi algusesse. 1814. aastal tegi Peterburi Teaduste Akadeemia liige K. Kirchhoff kindlaks, et tärklis muutub suhkruks teatud idanevates odraterades leiduvate ainete toimel. Edasise sammu selles suunas astusid prantsuse keemikud A. Payen ja J. Pirceau, kes 1833. aastal näitasid, et linnaseekstraktist alkoholiga sadestamisel saadud kuumuslabiilne tegur on võimeline hüdrolüüsima tärklist; nad nimetasid seda diastaasiks.

Peagi puhkes kääritamise olemuse üle vaidlus, milles osalesid tolleaegsete loodusteaduste suurimad esindajad. Eelkõige oli L. Pasteur seisukohal, et käärimist põhjustavad elusad mikroorganismid ja seetõttu seostatakse seda eranditult nende elutegevusega. Teisest küljest kaitsesid Yu. Liebig ja K. Bernard kääritamise keemilist olemust, uskudes, et see on seotud spetsiaalsete ainetega nagu diastaas (amülaas). J. Berzelius näitas 1837. aastal, et ensüümid on elusrakkude poolt tarnitavad katalüsaatorid. Siis ilmusid terminid "ensüüm" (ladina keelest fermentatio - käärimine) ja "ensüüm" (kreeka keelest - pärmis). Tüli lahenes lõplikult alles 1897. aastal, kui saksa teadlased vennad Hans ja Edward Buchnerid näitasid, et pärmi atsellulaarne mahl (saadud pärmi kobediatomiidiga hõõrumisel) on võimeline kääritama suhkrut alkoholi ja CO tekkega. 2. Sai selgeks, et pärmimahl sisaldab keerulist ensüümide segu (nn zymase) ja need ensüümid on võimelised toimima. liikuda nii rakkude sees kui ka väljaspool. Süsinikdioksiidi mullide ilmumine Buchnerite katses tähendas ühe ajaloolase sõnul kaasaegse biokeemia ja ensümoloogia sündi.

Ensüüme üksikus olekus isoleerida üritasid paljud teadlased, kellest tuleb mainida A. Ya. Danilevskyt, R. Wilstetterit jt. Ensüümide valgulise olemuse tõestas 1926. aastal üheselt Ameerika biokeemik J. Sumner kes eraldas ensüümi ureaasi seemnetest kristallilise vormi kraavides. 1930. aastal sai J. Northrop kristallilist pepsiini ning seejärel trüpsiini ja kümotrüpsiini. Sellest perioodist alates on üldtunnustatud seisukoht, et kõik ensüümid on valgud.

XIX sajandi lõpus. bioloogilist päritolu orgaaniliste ühendite struktuuri uurimise vallas tehtud edusammude põhjal sai võimalikuks ensüümide spetsiifilisuse uurimine. Sel ajal esitas E. Fischer kuulsa seisukoha steerilise vastavuse vajaduse kohta ensüümi ja substraadi vahel; tema kujundlikus väljendis "substraat sobib ensüümiga nagu luku võti". 20. sajandi alguses pandi alus ensüümide toime kineetika uurimisele.

Ensüümidel on erinev molekulmass - 10 000 kuni 1 000 000 ja rohkem. Neid saab ehitada ühest polüpeptiidahelast, mitmest polüpeptiidahelast või komplekssetest (mõnikord polüensümaatilistest) kompleksidest. Ensüüm sisaldab ka mittevalgulisi komponente, mida nimetatakse kofaktoriteks – metalliioonid, väikesed orgaanilised molekulid nagu vitamiinid jne.

Ensüümid on väga tõhusad katalüsaatorid: nad on võimelised suurendama reaktsioonikiirust miljoneid ja miljardeid kordi. Näiteks ureaas (pH 8,0, 20 0C) kiirendab uurea hüdrolüüsi umbes 1014 võrra üks kord.

Ensüümid on väga spetsiifilised katalüsaatorid. Need näitavad spetsiifilisust katalüüsitava keemilise reaktsiooni tüübi suhtes ja kõrvalsaaduste teket ei toimu. Lisaks on neil väljendunud substraadi spetsiifilisus ja reeglina kõrge stereospetsiifilisus.

1. Ensüümide tüübid

Ensüümide klassifikatsioon. Varem võeti ensüümide nimetamisel aluseks substraadi nimetus, millele oli lisatud järelliide "aza"; nii tekkisid eelkõige proteinaasid, lipaasid ja karbohüdraasid. Algse põhimõtte kohaselt määrati ensüümid, mis katalüüsivad oksüdatiivseid reaktsioone (dehüdrogenaase). Mõned ensüümid on saanud erinimetused - trüpsiin, pepsiin jne. Praegu on vastu võetud klassifikatsioon, milles ensüümid on rühmitatud 6 klassi vastavalt katalüüsitud reaktsioonide tüübile:

Oksüdoreduktaasid (redoksreaktsioonid).

Transferaasid (funktsionaalse rühma ülekandereaktsioonid).

Hüdrolaasid (hüdrolüüsi reaktsioonid).

Lüaasid (rühmade lõhustamise reaktsioonid mittehüdrolüütiliste vahenditega).

Isomeraasid (isomerisatsioonireaktsioonid).

Ligaasid (ATP energiast tingitud sünteesireaktsioonid).

Klasside sees rühmitatakse ensüümid alamklassidesse ja alamklassidesse vastavalt nende katalüüsitavate reaktsioonide omadustele; selle põhjal koostati ensüümide koodnumbrid (šifrid) ja nende süstemaatilised nimetused. Ensüümi kood koosneb neljast punktidega eraldatud numbrist: esimene number tähistab ensüümi klassi, teine ​​ja kolmas number tähistavad vastavalt alamklassi ja alamklassi ning neljas number on selle alamklassi kuuluva ensüümi seerianumber. Näiteks happelise fosfataasi kood on 3.1.3.2; see tähendab, et see kuulub hüdrolaaside klassi (3.1.3.2), nende estersidemetele mõjutavate ensüümide alamklassi (3.1.3.2), fosforhappe monoestreid hüdrolüüsivate ensüümide alamklassi (3.1.3.2) ja seeriasse. ensüümi arv selles alamklassis - 2 (3.1.3.2).

Ensüümid, mis katalüüsivad sama reaktsiooni, kuid on isoleeritud erinevat tüüpi elusorganismidest, erinevad üksteisest. Nomenklatuuris on neil ühine nimi ja üks koodinumber. Sageli leidub ühest ja samast bioloogilisest liigist ühe või teise ensüümi erinevaid vorme. Sama reaktsiooni katalüüsivate ja sama liigi organismides leiduvate ensüümide rühma nimetamiseks on soovitatav kasutada terminit mitu ensüümivormi. Nende sama rühma ensüümide puhul, mille primaarstruktuuris on geneetiliselt määratud erinevused, kasutatakse terminit "isoensüümid".

Oksüdoredukt ?zy – omaette ensüümide klass, mis katalüüsib bioloogilise oksüdatsiooni aluseks olevaid reaktsioone, millega kaasneb elektronide ülekanne ühelt molekulilt (redutseerija – prootoni aktseptor või elektronide doonor) teise (oksüdeeriv aine – prootoni doonor või elektroni aktseptor).

Oksidoreduktaaside katalüüsitud reaktsioonid näevad üldiselt välja järgmised:

b? A+B ?

Kus A on redutseerija (elektronidoonor) ja B on oksüdeeriv aine (elektronide aktseptor)

Biokeemilistes transformatsioonides tunduvad redoksreaktsioonid mõnikord keerulisemad. Siin on näiteks üks glükolüüsi reaktsioonidest:

n + glütseraldehüüd-3-fosfaat + NAD +? ÜLE H + H ++ 1,3-difosfoglütseraat

Siin toimib NAD oksüdeeriva ainena. +, ja redutseerijaks on glütseraldehüüd-3-fosfaat.

Klassi ensüümide süstemaatilised nimetused moodustatakse vastavalt skeemile "doonor: aktseptor + oksidoreduktaas". Kuid laialdaselt kasutatakse ka muid nimeskeeme. Võimaluse korral nimetatakse ensüüme ülaltoodud teise reaktsiooni puhul kujul "doonor + dehüdrogenaas", nt glütseraldehüüd-3-fosfaatdehüdrogenaas. Mõnikord kirjutatakse nimeks "aktseptor + reduktaas", näiteks NAD +-reduktaas. Erijuhtudel, kui oksüdeerijaks on hapnik, võib nimi olla kujul "doonor + oksüdaas".

Ensüümide rahvusvahelise klassifikatsiooni ja nomenklatuuri järgi kuuluvad oksidoreduktaasid klassi 1, milles eristatakse kakskümmend kaks alamklassi:

EC 1.1 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad doonorite rühmaga CH-OH;

EC 1.2 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad doonorite aldehüüd- või oksorühmaga;

EC 1.3 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad CH-CH doonorite rühmaga;

EC 1.4 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad CH-NH-ga 2annetajate rühm;

EC 1.5 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad doonorite rühmaga CH-NH;

EC 1.6 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad NAD H või NADP H-ga;

EC 1.7 sisaldab doonoriteks ensüüme, mis interakteeruvad teiste lämmastikku sisaldavate ühenditega;

EC 1.8 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad väävlit sisaldava doonorite rühmaga;

EC 1.9 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad doonorite heemrühmaga;

EC 1.10 hõlmab ensüüme, mis interakteeruvad difenoolide ja nendega seotud ühenditega doonoritena;

EC 1.11 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad peroksiidiga kui aktseptoriga (peroksüdaas);

EC 1.12 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad vesinikuga kui doonoriga;

EC 1.13 hõlmab ensüüme, mis interakteeruvad üksikute doonoritega koos molekulaarse hapnikuga (oksügenaasid);

EC 1.14 hõlmab ensüüme, mis interakteeruvad paarisdoonoritega koos molekulaarse hapnikuga;

EC 1.15 hõlmab ensüüme, mis interakteeruvad aktseptoritena superoksiidi radikaalidega;

EC 1.16 sisaldab ensüüme, mis oksüdeerivad metalliioone;

EC 1.17 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad CH või CH2-ga rühmad;

EC 1.18 hõlmab ensüüme, mis interakteeruvad doonoritena raud-väävli valkudega;

EC 1.19 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad redutseeritud flavodoksiini kui doonoriga;

EC 1.20 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad fosfori või arseeniga doonorina;

EC 1.21 sisaldab ensüüme, mis interakteeruvad X-H ja Y-H tüüpi molekulidega, moodustades X-Y sideme;

EC 1.97 sisaldab muid oksidoreduktaase.

Ülekanne ?zy - omaette ensüümide klass, mis katalüüsib funktsionaalsete rühmade ja molekulaarsete jääkide ülekandmist ühest molekulist teise. Taim- ja loomorganismides laialt levinud, osalevad nad süsivesikute, lipiidide, nukleiin- ja aminohapete muundamisel.

Transferaaside poolt katalüüsitud reaktsioonid näevad üldiselt välja järgmised:

X+B? A+B-X.

Molekul A toimib siin aatomirühma (X) doonorina ja molekul B on rühma aktseptor. Sageli toimib üks koensüümidest sellistes ülekandereaktsioonides doonorina. Paljud transferaaside poolt katalüüsitud reaktsioonid on pöörduvad.

Klassi ensüümide süstemaatilised nimetused moodustatakse vastavalt skeemile:

"doonor:aktseptor + rühm + transferaas".

Või kasutatakse veidi üldisemaid nimetusi, kui ensüümi nimes sisaldub kas doonori või rühma aktseptori nimi:

"doonor + rühm + transferaas" või "aktseptor + rühm + transferaas".

Näiteks aspartaataminotransferaas katalüüsib aminorühma ülekannet asparagiinhappe molekulilt, katehhool-O-metüültransferaas kannab S-adenosüülmetioniini metüülrühma erinevate katehhoolamiinide benseenitsüklisse ja histooni atsetüültransferaas kannab üle atsetüülrühma atsetüülkoensüüm A-st. histooniks transkriptsiooni aktiveerimise ajal.

Lisaks nimetatakse sageli ka kinaasideks 7. transferaaside alarühma ensüüme, mis kannavad üle fosforhappejääki, kasutades doonorina ATP fosfaatrühma; aminotransferaase (alarühm 6) nimetatakse sageli transaminaasideks.

Vastavalt rahvusvahelisele ensüümide klassifikatsioonile ja nomenklatuurile kuuluvad transferaasid klassi 2, mille sees eristatakse üheksa alamklassi:

EC 2.1 sisaldab ensüüme, mis kannavad üle ühe süsiniku rühmad;

EC 2.2 - ensüümid, mis kannavad aldehüüd- ja ketoonrühmi;

EC 2.3 - kandvad atsüüljääke (atsüültransferaase);

EC 2.4 - suhkrujääkide ülekandmine (glükosüültransferaasid);

KF 2.5 - alküül- ja arüülrühmade ülekandmine, välja arvatud metüüljääk;

KF 2.6 - lämmastikku sisaldavate aatomite rühmad;

EC 2,7 - fosforit sisaldavate jääkide ülekandmine;

EC 2.8 - väävlit sisaldavad kandvad rühmad;

EC 2.9 - seleeni sisaldavad kandvad rühmad.

Hüdrolaasid on ensüümide klass, mis katalüüsivad kovalentse sideme hüdrolüüsi. Hüdrolaasi poolt katalüüsitud reaktsiooni üldine vorm on järgmine:

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

Hüdrolaaside süstemaatiline nimetus sisaldab lõhustatava substraadi nime, millele järgneb hüdrolaasi lisamine. Kuid reeglina jäetakse triviaalses nimetuses sõna hüdrolaas välja ja jääb ainult järelliide "-aza".

EC 3.1 estersideme esteraas: nukleaas, fosfodiesteraas, lipaas, fosfataas

CF 3.2 suhkruglükosidaasid: amülaas, hüaluronidaas, lüsosüüm jne.

CF 3.3 lihtne eetriühendus

EC 3.4 peptiidsideme proteaas: trüpsiin, kümotrüpsiin, elastaas, trombiin, reniin jne.

EC 3.5 mittepeptiidne süsinik-lämmastikside

CF 3.6 happeanhüdriidanhüdriidhüdrolaas (helikaas, GTPaas)

CF 3.7 süsinik-süsinik side (C-C)

CF 3.8 halogeenside

EC 3.9 lämmastik-fosfori side (P-N)

CF 3.10 lämmastik-väävel side (S-N)

EC 3.11 süsinik-fosfor side (C-P)

EC 3.12 disulfiidside (S-S)

CF 3.13 väävel-süsinik side (C-S)

Leah ?zy (süntaasid) - eraldi ensüümide klass, mis katalüüsib substraadi erinevate keemiliste sidemete (C-C, C-O, C-N, C-S ja teised) mittehüdrolüütilise ja mitteoksüdatiivse purunemise reaktsioone, kahekordsete moodustumise ja purunemise pöörduvaid reaktsioone. sidemed, millega kaasneb selle asemele aatomirühmade elimineerimine või lisamine, samuti tsükliliste struktuuride moodustumine.

Üldiselt moodustatakse ensüümide nimetused vastavalt skeemile "substraat + lüaas". Kuid sagedamini võtab nimi arvesse ensüümi alamklassi. Lüaasid erinevad teistest ensüümidest selle poolest, et kaks substraati osalevad katalüüsitud reaktsioonides ühes suunas ja ainult üks osaleb pöördreaktsioonis. Ensüümi nimetus sisaldab sõnu "dekarboksülaas" ja "aldolaas" või "lüaas" (püruvaatdekarboksülaas, oksalaatdekarboksülaas, oksaloatsetaatdekarboksülaas, treoniini aldolaas, fenüülseriini aldolaas, isotsitraatlüaas, alaniini lüaas, ATP tsitraat ja teised). ensüümid, mis katalüüsivad substraadist vee lõhustamise reaktsioone - "dehüdrataas" (karbonaatdehüdrataas, tsitraatdehüdraas, seriindehüdraas jne). Juhtudel, kui leitakse ainult pöördreaktsioon või see suund reaktsioonides on olulisem, sisaldab ensüümide nimetus sõna "süntaas" (malaadi süntaas, 2-isopropüülmalaadi süntaas, tsitraadi süntaas, hüdroksümetüülglutarüül-CoA süntaas jne. ) .

Näited: histidiini dekarboksülaas, fumaraathüdrataas.

Vastavalt rahvusvahelisele ensüümide klassifikatsioonile ja nomenklatuurile kuuluvad lüaasid klassi 4, mille sees eristatakse seitset alamklassi:

EC 4.1 hõlmab ensüüme, mis lõhustavad süsinik-süsinik sidemeid, näiteks dekarboksülaase (karboksülüaase);

EC 4.2 - ensüümid, mis lõhustavad süsinik-hapnik sidemeid, näiteks dehüdrataas;

EC 4.3 - ensüümid, mis lõhustavad süsinik-lämmastik sidemeid (amidiinlüaasid);

EC 4.4 - ensüümid, mis lõhustavad süsinik-väävel sidemeid;

EC 4.5 – sisaldab ensüüme, mis lõhustavad süsinik-halogeensidemeid, näiteks DDT-dehüdroklorinaas;

EC 4.6 - ensüümid, mis lõhustavad fosfori-hapniku sidemeid, näiteks adenülaattsüklaas;

EC 4.99 - sisaldab muid lüaase

Isomeraasid on ensüümid, mis katalüüsivad isomeeride struktuurseid transformatsioone (ratseemiseerumine või epimerisatsioon). Isomeraasid katalüüsivad selliseid reaktsioone: B, kus B on A isomeer.

Ensüümi nimetus sisaldab sõna "ratsemaas" (alaniin-ratsemaas, metioniin-ratsemaas, hüdroksüproliin-ratsemaas, laktaat-ratsemaas jne), "epimeraas" (aldoos-1-epimeraas, ribuloosfosfaat-4-epimeraas, UDP -glükuronaat-4 -epimeraas jne), "isomeraas" (riboosfosfaat-isomeraas, ksüloosi isomeraas, glükoosamiinfosfaat-isomeraas, enoüül-CoA isomeraas jne), "mutaas" (fosfoglütseraatmutaas, metüülaspartaat-mutaas, metüülaspartaat-mutaas jne., futaas). .

Isomeraasidel on oma klassifikatsioon EC 5 ja neil on järgmised alamklassid:

EC 5.1 sisaldab ensüüme, mis katalüüsivad ratsemisatsiooni (ratsemaasid) ja epimerisatsiooni (epimeraasid)

EC 5.2 sisaldab ensüüme, mis katalüüsivad geomeetrilist isomerisatsiooni (cis-trans-isomeraas)

EC 5.3 hõlmab molekulisiseseid oksidoreduktaase

EC 5.4 hõlmab transferaase (mutaase)

EC 5.5 hõlmab molekulisiseseid lüaase

EC 5.99 hõlmab muid isomeraase, sealhulgas topoisomeraase

Ligaasid (süntetaasid). Ligaaside klassi kuuluvad ensüümid, mis katalüüsivad orgaaniliste ainete sünteesi kahest algmolekulist, kasutades ATP (või mõne muu nukleosiidtrifosfaadi) lagunemise energiat. Nende süstemaatiline nimetus on kujul "X: Y ligaas", kus X ja Y tähistavad lähteaineid. Näiteks L-glutamaat:ammoniaagi ligaas (soovitatav lühend "glutamiini süntetaas"), mille osalusel sünteesitakse glutamiin glutamiinhappest ja ammoniaagist ATP juuresolekul.

Ligaasid klassifitseeritakse nende katalüüsitava sideme tüübi järgi: O-ligaasS-ligaasN-ligaasC-ligaas

Ensüümide struktuur

Looduses leidub nii lihtsaid kui ka keerulisi ensüüme. Esimesed on täielikult esindatud polüpeptiidahelatega ja hüdrolüüsil lagunevad need ainult aminohapeteks. Sellised ensüümid (lihtvalgud) on hüdrolüütilised ensüümid, eelkõige pepsiin, trüpsiin, papaiin, ureaas, lüsosüüm, ribonukleaas, fosfataas jne. Enamik looduslikke ensüüme kuulub komplekssete valkude klassi, mis sisaldavad lisaks polüpeptiidahelatele ka mõningaid mittevalke. komponent (kofaktor), mille olemasolu on katalüütilise aktiivsuse jaoks hädavajalik. Kofaktoritel võib olla erinev keemiline olemus ja need võivad erineda polüpeptiidahelaga sideme tugevuse poolest. Kui kompleksse ensüümi dissotsiatsioonikonstant on nii väike, et lahuses on kõik polüpeptiidahelad seotud oma kofaktoritega ega eraldu eraldamise ja puhastamise käigus, siis sellist ensüümi nimetatakse holoensüümiks (holoensüümiks), kofaktorit aga proteesiks. rühm, mida peetakse ensüümi molekuli lahutamatuks osaks. Ensüümi polüpeptiidset osa nimetatakse apoensüümiks.

Kirjanduses kasutatakse komplekssete ensüümide komponentide jaoks endiselt teisi nimetusi, eriti "ensüüm-valk", "valgukomponent" (apoensüüm), "koensüüm" (koensüüm) ja "proteesirühm". Koensüümina mõistetakse sageli lisarühma, mis on dissotsiatsiooni käigus apoensüümist kergesti eraldatav. Eeldatakse, et proteesrühma saab seostada valguga kovalentsete ja mittekovalentsete sidemete kaudu. Seega on atsetüülkoensüüm-A-karboksülaasi molekulis biotiini kofaktor kovalentselt seotud apoensüümiga amiidsideme kaudu. Teisest küljest võivad keemilised sidemed kofaktorite ja peptiidahelate vahel olla suhteliselt nõrgad (nt vesiniksidemed, elektrostaatilised vastasmõjud jne). Sellistel juhtudel täheldatakse ensüümide eraldamise ajal mõlema osa täielikku dissotsiatsiooni ja eraldatud valgukomponendil puudub ensümaatiline aktiivsus, kuni puuduv kofaktor lisatakse väljastpoolt. Just selliste isoleeritud madala molekulmassiga orgaaniliste ainete kohta kasutatakse terminit "koensüüm", mille tüüpilised esindajad on koensüüme sisaldavad vitamiinid B1, B2, B6, PP. Samuti on teada, et nii proteesrühmad kui ka koensüümid osalevad aktiivselt keemilistes reaktsioonides, toimides elektronide, vesinikuaatomite või erinevate funktsionaalrühmade (näiteks amiini, atsetüüli, karboksüülrühma) vahekandjatena. Sellistel juhtudel peetakse koensüümi teiseks substraadiks või kosubstraadiks.

Koensüümi (Co) rolli näiteks vesinikuaatomite kandjana saab esitada skeemina, kus SH on substraat, KoE on holoensüüm, A on prootoni aktseptor:

Substraat oksüdeerub, annetades elektrone ja prootoneid ning CoE redutseerub, võttes vastu elektrone ja prootoneid. Järgmises poolreaktsioonis võib redutseeritud CoEN annetada elektrone ja prootoneid mõnele teisele elektronide ja prootonite vahepealsele kandjale või lõplikule aktseptorile.

Koensüüm, kofaktor, proteeside rühm – mitmetähenduslik biokeemiline žargoon. Terminoloogiline vaidlus jätkub, kuna mõistete "koensüüm", "kofaktor" ja "proteetiline rühm" määratlusi käsitletakse sageli nende rolli prisma kaudu ensümaatilise (ensümaatilise) katalüüsi reaktsioonides. Siiski tuleks arvestada vaieldamatu tõsiasjaga, et paljudel juhtudel on mittevalgulised orgaanilised molekulid, nagu metalliioonid, valgukomponendi jaoks hädavajalikud teatud bioloogilise funktsiooni täitmisel, mis ei ole seotud biokatalüüsiga. Kahtlemata on oluline ka mittevalgukomponendi ja valgu molekuli vahelise sideme tüüp ja olemus. Seetõttu on ilmne, et kofaktorina võib toimida iga tegur, mis on valgu katalüütilise või muu bioloogilise rolli täitmiseks hädavajalik. Teisest küljest võib koensüüm olla mis tahes mittevalguline faktor, mis on otseselt seotud ensümaatilise katalüüsi reaktsiooniga. Kofaktor, mis ei ole otseselt seotud katalüüsiga, ei ole koensüüm. Samas võib proteesrühma (spetsiifilise funktsiooni jaoks vajalik kovalentselt seotud mittevalguline komponent) nimetada koensüümiks, kui see on otseselt seotud ensümaatilise reaktsiooniga. Proteesrühma, mis ei osale katalüüsis, kuid on funktsionaalselt oluline nii ensüümi kui ka mittekatalüütilise valgu jaoks, võib nimetada kofaktoriks. Lõpuks ei klassifitseerita ensüümi või valguga nõrgalt (või nõrgalt seotud) kofaktorit ja koensüümi proteesrühmadeks.

Paljud kahevalentsed metallid (Mg 2+, Мn 2+, Sa 2+) toimivad ka kofaktoritena, kuigi nad pole ei koensüümid ega proteesrühmad. On teada näiteid, kui metalliioonid on tugevalt seotud valgu molekuliga, täites proteesrühma funktsioone. Eelkõige sisaldab puhastatud ensüüm, mis katalüüsib askorbiinhappe (C-vitamiini) oksüdeerumist desoksüaskorbiinhappeks, 8 vaseaatomit molekuli kohta; kõik need on valgu molekuliga nii tihedalt seotud, et neid isegi ei vahetata ioonivahetusvaikudega ega eraldata dialüüsi teel. Veelgi enam, kasutades elektronide paramagnetilise resonantsi meetodit, näidati vaseoonide osalemist elektronide vahepealses ülekandes. Huvitav on märkida, et ka vabadel vaseoonidel on askorbiinhappe oksüdeerimisel katalüütiline aktiivsus, kuid see aktiivsus suureneb tuhandeid kordi, kui vase ioonid ühinevad apoensüümiga üheks kompleksiks - holoensüümiks.

On saadud tõendeid kofaktori funktsioonist ensümaatilistes reaktsioonides ja mitmete teiste bioloogiliselt aktiivsete ühendite kohta, mis ei ole vitamiinidega seotud: HS-glutatioon, ATP, lipohape, nukleosiidi derivaadid (uridiinfosfaat, tsütidiinfosfaat, fosfoadenosiinfosfosulfaat), porfüriinfosfaat. sisaldavad aineid jne. See võib hõlmata ka tRNA-d, mis osana ensüümidest aminoatsüül-tRNA süntetaasid osalevad aktiivselt aminohapete transpordis ribosoomides, kus toimub valgusüntees.

Märkida tuleb ühte kahekomponentsete ensüümide eristavat tunnust: katalüütilise aktiivsusega ei ole ei kofaktor eraldi (sh enamik koensüüme) ega ka apoensüüm ise, vaid ainult nende kombineerimine üheks tervikuks, mis ei kulge mitte kaootiliselt, vaid vastavalt nende struktuurse korralduse programm tagab keemilise reaktsiooni kiire kulgemise.

Ensüümide aktiivne koht.

Ensüümide poolt katalüüsitava keemilise reaktsiooni mehhanismi uurides huvitab teadlast alati mitte ainult vahe- ja lõpp-produktide määramine ning reaktsiooni üksikute etappide väljaselgitamine, vaid ka nende funktsionaalrühmade olemus ensüümi molekulis, mis tagavad. ensüümi toime spetsiifilisus antud substraadile (substraatidele) ja kõrge katalüütiline aktiivsus. Seetõttu räägime täpsetest teadmistest ensüümi geomeetria ja tertsiaarse struktuuri kohta, samuti ensüümi molekuli selle sektsiooni (de) keemilisest olemusest, mis tagab katalüütilise reaktsiooni kõrge kiiruse. Ensümaatilistes reaktsioonides osalevad substraadimolekulid on ensüümi molekulidega võrreldes sageli väikese suurusega, seetõttu pakuti, et ensüümi-substraadi komplekside moodustumisel satub piiratud osa peptiidahela aminohapetest ilmselgelt otsesesse kontakti substraadiga. molekul. Sellest tekkiski idee ensüümi aktiivsest keskusest. Aktiivne keskus on ainulaadne aminohappejääkide kombinatsioon ensüümi molekulis, mis tagab selle otsese seondumise substraadi molekuliga ja otsese osalemise katalüüsiaktis. On kindlaks tehtud, et komplekssetes ensüümides sisalduvad aktiivse keskuse koostises ka proteesrühmad.

Aktiivtsenter eristab tavapäraselt nn katalüütilist tsentrit, mis astub vahetult substraadiga keemilisesse interaktsiooni, ja sidumiskeskust ehk kontakti ("ankur") saiti, mis tagab spetsiifilise afiinsuse substraadi ja selle kompleksi moodustumise suhtes. ensüümiga. Substraadi molekul sisaldab omakorda ka funktsionaalselt erinevaid kohti: näiteks esteraaside või proteinaaside substraadid - üks spetsiifiline side (või aatomite rühm), mida ensüüm ründab, ja üks või mitu kohta, mida ensüüm seob valikuliselt.

Saadi eksperimentaalsed tõendid kahe histidiinijäägi ja seriinijäägi olemasolu kohta kümotrüpsiini aktiivses kohas, mis on skemaatiliselt kujutatud selle ensüümi prekursori kolmemõõtmelises struktuurimudelis. Aktiivsete alarühmade keemilise olemuse ja tõenäolise topograafia paljastamine on ülimalt oluline probleem. See taandub aminohapete olemuse, nende järjestuse ja positsiooni määramisele aktiivses keskuses. Nn asendamatute aminohappejääkide tuvastamiseks kasutatakse spetsiifilisi ensüümi inhibiitoreid (sageli on need substraaditaolised ained või koensüümide analoogid), "pehme" (piiratud) hüdrolüüsi meetodeid kombineerituna keemilise modifitseerimisega, sealhulgas selektiivne oksüdatsioon, sidumine. , aminohappejääkide asendamine jne.

Kasutades inhibiitorite analüüsi meetodeid, püüti tuvastada seaduspärasusi erinevatesse rühmadesse kuuluvate ensüümide aktiivsete kohtade koostises ja struktuuris. Eelkõige nn närvimürkide hulka kuuluva diisopropüülfluorofosfaadi (DFP) kasutamisel toimub koliinesteraasi – ensüümi, mis katalüüsib atsetüülkoliini hüdrolüüsi koliiniks ja äädikhappeks – aktiivne keskus täielikult välja lülitatud. Selgus, et sellel inhibiitoril on tihe struktuurne sarnasus atsetüülkoliiniga ja see interakteerub sarnaselt seriinijäägi OH-rühmaga aktiivses kohas. Põhjustades seriini fosforüülimist paljude teiste ensüümide aktiivses keskuses, inaktiveerib DPP ka nende toimet:

Näidati, et DPP fosforüülib selektiivselt ainult ühte seriinijääki, millel on funktsionaalne aktiivsus igas selle suhtes tundlikus ensüümis. Arvestades seda DPP toimemehhanismi, on tehtud katseid määrata mitmete ensüümide "katalüütilise" seriinijäägi keskkonnas olevate aminohapete olemust.

Lisaks aktiivsele tsentrile võib ensüümi molekulis esineda ka allosteeriline tsenter (või keskused) (kreeka keelest allos - teine, erinev ja steros - ruumiline, struktuurne), mis on ensüümi molekuli osa, mis seob teatud. , tavaliselt madala molekulmassiga ained (efektorid või modifikaatorid), mille molekulide struktuur erineb substraatide struktuurist. Efektori kinnitumine allosteerilisele tsentrile muudab ensüümi molekuli tertsiaarset ja sageli ka kvaternaarset struktuuri ning vastavalt ka aktiivse saidi konfiguratsiooni, põhjustades ensümaatilise aktiivsuse vähenemist või suurenemist. Ensüüme, mille katalüütilise tsentri aktiivsus allosteerilise tsentriga seonduvate allosteeriliste efektorite mõjul muutub, nimetatakse allosteerilisteks ensüümideks.

Paljude allosteeriliste ensüümide eripäraks on oligomeerse ensüümi molekulis mitme aktiivse tsentri ja mitme allosteerilise reguleeriva keskuse olemasolu, mis on üksteisest ruumiliselt kaugel. Allosteerilises ensüümis sisaldab kumbki kahest sümmeetriliselt konstrueeritud protomeerist ühte aktiivset saiti, mis seob S-substraati ja ühte allosteerilist saiti, mis seob M2 efektorit, st. 2 tsentrit ühes ensüümi molekulis. On saadud tõendeid, et substraadi jaoks sisaldavad allosteerilised ensüümid lisaks aktiivsele tsentrile ka nn efektortsentreid; efektorpiirkonnaga seondumisel ei toimu substraat katalüütilist konversiooni, kuid see mõjutab aktiivse saidi katalüütilist efektiivsust. Selliseid sama tüüpi ligande siduvate keskuste vahelisi interaktsioone nimetatakse homotroopseteks interaktsioonideks ja erinevat tüüpi ligande siduvate keskuste vahelisi interaktsioone nimetatakse heterotroopseteks interaktsioonideks.

Seega ei osale ensümaatilises katalüüsis, nagu ka substraadi sidumisreaktsioonis, piiratud ja väike osa ensüümist, nagu varem eeldati, vaid palju suurem osa valgu-ensüümi molekulist. Need asjaolud võivad suure tõenäosusega seletada ensüümi molekuli kolmemõõtmelise struktuuri suurt suurust ja mahtu; samu asjaolusid tuleks arvesse võtta ensüümide kunstlike madalmolekulaarsete analoogide (sünsüümide) loomise programmides, millel on natiivsete ensüümide omadused.

Ensüümide toimemehhanism

ensüümi bioloogiline katalüüs transamineerimine

Mitmete ensüümide ruumilise struktuuri avastamine röntgendifraktsioonianalüüsiga andis usaldusväärse aluse nende toimemehhanismi ratsionaalsete skeemide koostamiseks.

Ensüümide toimemehhanismi loomine on võtmetähtsusega struktuursete ja funktsionaalsete suhete paljastamiseks mitmesugustes bioloogiliselt aktiivsetes süsteemides.

Lüsosüümi leidub loomade ja taimede erinevates kudedes, seda leidub eelkõige pisaravedelikus ja munavalges. Lüsosüüm toimib antibakteriaalse ainena, katalüüsides paljude bakterite rakuseinte hüdrolüüsi. See polüsahhariid moodustub vahelduvate N-atsetüülmuraanhappe (NAM) jääkidega seotud ?-1,4-glükosiidside (polüsahhariidahelad on ristseotud lühikeste peptiidfragmentidega).

Bakteriaalne polüsahhariid on väga keeruline lahustumatu ühend, seetõttu kasutatakse lüsosüümi substraatidena sageli hästi hüdrolüüsitavaid oligosahhariide, mis on moodustunud NAG-i jääkidest.

Kana munavalgu lüsosüüm moodustub ühest polüpeptiidahelast, mis sisaldab 129 aminohappejääki; selle molekulmass on 14 600. Ensüümi kõrge stabiilsuse tagab nelja disulfiidsilla olemasolu.

Teavet aktiivse keskuse ja katalüütilise protsessi tüübi kohta sai D. Philips 1965. aastal. põhinevad lüsosüümi ja selle inhibiitoritega komplekside röntgendifraktsiooniuuringutel. Lüsosüümi molekulil on 4,5*3*3 nm telgedega ellipsoidi kuju; molekuli kahe poole vahel on "pilu", milles toimub oligosahhariidide seondumine. Pilu seinad moodustuvad peamiselt mittepolaarsete aminohapete külgahelatest, mis tagavad substraadi mittepolaarsete molekulide sidumise, ning sisaldavad ka polaarsete aminohapete külgahelaid, mis on võimelised moodustama vesiniksidemeid. substraadi atsüülamino- ja hüdroksüülrühmadega. Vahe suurus võimaldab mahutada oligosahhariidi molekuli, mis sisaldab 6 monosahhariidi jääki. Tehke röntgendifraktsioonianalüüsi abil kindlaks substraadi, näiteks NAG heksasahhariidi seondumise olemus 6, ebaõnnestub. Samal ajal ensüümi kompleksid trisahhariidi inhibiitoriga NAG 3stabiilne ja hästi uuritud. NAG 3seondub ensüümi pinnal olevas pilus, moodustades vesiniksidemeid ja van der Waalsi kontakte; samas täidab see vaid poole lüngast, millesse saab seonduda veel kolm monosahhariidijääki. Mitteredutseeriv ots (suhkur A) on pilu alguses ja redutseeriv ots (suhkur C) on selle keskosas; suhkrujäägid A, B ja C on tooli konformatsiooniga. Ensüüm-substraadi kompleksi mudeli konstrueerimine põhines eeldusel, et NAG substraadi seondumisel 6realiseeruvad samad interaktsioonid, mis NAG-i sidumisel 3. Ensüümimudelis asetati pilu sisse kolm suhkrujääki (viidatud kui jäägid D, E ja F); iga järgnev suhkur kinnitati nii, et selle konformatsioon oli (võimaluse piires) sama kui kolmel esimesel suhkrul. Mudelkompleksi osana teostavad kõik suhkrujäägid tõhusaid mittekovalentseid interaktsioone aminohappejääkide külg- ja peptiidrühmadega, mis moodustavad tühimiku.

Katalüütiliste rühmade tuvastamisel oli loomulik keskenduda neile, mis asuvad ensüümi-substraadi kompleksis lõhustuva glükosiidsideme läheduses ja võivad toimida prootoni doonorite või aktseptoritena. Selgus, et lõhestatud sideme ühel küljel, distantsil? 0,3 nm (glükosiidsideme hapnikust) asub Glu-35 karboksüülrühm ja teisel (samal kaugusel) Asp-52 karboksüülrühm, nende keskkond on väga erinev. Glu-35 on ümbritsetud hüdrofoobsete jääkidega; võib eeldada, et ensüümi optimaalse pH juures on see rühm ioniseerimata olekus. Asp-52 keskkond on selgelt polaarne; selle karboksüülrühm osaleb vesiniku aktseptorina keerukas vesiniksidemete võrgustikus ja toimib tõenäoliselt ioniseeritud olekus.

Välja on pakutud oligosahhariidi hüdrolüüsi ajal katalüütilise protsessi järgmine skeem. Glu-35 ioniseerimata karboksüülrühm toimib prootoni doonorina, varustades seda süsinikdioksiidi aatomi vahel asuva glükosiidse hapniku aatomiga. (1)suhkur D ja aatom C ( 4)suhkur E (üldine happekatalüüsi etapp); selle tulemuseks on glükosiidsideme katkemine. Selle tulemusena läheb suhkrujääk D positiivselt laetud süsinikuaatomiga C karbokatiooni olekusse (1)ja eeldab pooltooli konformatsiooni. Asp-52 karboksülaatrühma negatiivne laeng stabiliseerib karbokatiooni. Ülejäänud NAG 2(suhkur E+F) hajub aktiivse saidi piirkonnast. Seejärel siseneb reaktsiooni veemolekul; selle prooton läheb Glu-35-le ja OH-le --rühm kuni C-aatomini (1)jääk D (katalüüsi põhietapp). Ülejäänud NAG 4(suhkur A + B + C + D) lahkub aktiivse keskuse piirkonnast ja ensüüm naaseb algsesse olekusse.

Veise pankrease ribonukleaas (RNaas) hüdrolüüsib nukleotiidsidemeid RNA-s pürümülliini ühikute läheduses, mis jäävad esterdatuks 3 °C juures. - positsioon. Ensüümi kasutatakse koos teiste nukleaasidega laialdaselt RNA struktuuri analüüsimisel.

RNaas moodustub ühest polüpeptiidahelast, mis sisaldab 124 aminohappejääki, ja selle molekulmass on 13 680; Molekulis on neli disulfiidsidet. RNaas on esimene ensüüm, mille primaarstruktuur on loodud.

Ribonukleaasi renaturatsiooni uuringu tulemuste põhjal sõnastas K. Afinsen esimest korda selgelt idee, et valgu ruumilise struktuuri määrab selle esmane struktuur.

1958. aastal näitas F. Richards, et teatud tingimustel lõikab subtilisiin RNaasi peptiidsideme Ala-20 - Ser-21. Saadud fragmente nimetati S-peptiidiks (jäägid 1-20) ja S-valguks (jäägid 21-124); mittekovalentsete interaktsioonide tõttu moodustavad fragmendid kompleksi nimega RNaasi S. Sellel kompleksil on peaaegu täielik natiivse ensüümi katalüütiline aktiivsus; isoleeritud kujul on S-peptiid ja S-valk inaktiivsed. Lisaks leiti, et sünteetiline peptiid, mille järjestus on identne jääke 1 kuni 13 sisaldava S-peptiidi fragmendiga, taastab S-valgu aktiivsuse, kuid lühemal peptiidil, mis sisaldab jääke 1 kuni 11, see võime puudub. Saadud andmed võimaldasid järeldada, et vastavad His-12 või Met-13 jäägid (või mõlemad need jäägid) sisalduvad ensüümi aktiivses kohas.

Uurides pH mõju RNaasi aktiivsusele, selgitati välja valgu funktsionaalrühmade pK 5,2 ja 6,8 oluline roll; see viitas histidiinijääkide osalemisele katalüütilises protsessis.

RNaasi karboksüülimisel jodoatsetaadiga pH 5,5 juures, s.o. tingimustes, kus peamiselt esineb histidiinijääkide modifitseerimine, täheldati aktiivsuse täielikku kadumist; modifitseeritud ensüüm sisaldab 1 mooli karboksümetüülrühmi 1 mooli valgu kohta. Selle tulemusena moodustuvad ensüümi kaks monokarboksümetüleenvormi. Ühel kujul on His-12 karboksümetüülitud ja teisel kujul His-119. His-119 oli valdavalt muudetud.

Need andmed viitasid sellele, et His-12 ja His-119 on aktiivses kohas ja ühe neist muutmine takistab teise muutmist.

Röntgendifraktsiooni uuringute tulemusena selgitati välja RNaas S ruumiline struktuur ja RNaas S kompleks koos inhibiitoritega. Molekul on neerukujuline, aktiivne keskus paikneb süvendis, kus asuvad His-12, His-119 ja Lys-41 jäägid.

Hüdrolüüs toimub His-12 ja His-119 jääkide konjugeeritud toime tulemusena, mis viivad läbi happe-aluse katalüüsi. Allolev diagramm näitab katalüütilise protsessi etappe:

1.Substraat on aktiivses kohas; His-12, His-119 ja Lys-41 asuvad negatiivselt laetud fosfaadi lähedal.

2.His-12 kui prootoneid vastuvõtva alusena toimimise tulemusena alates 2 Riboosi -OH rühmad ja His-119 happena, mis loovutab prootoni fosfaadi hapnikuaatomile, moodustub esmalt vahekompleks ja seejärel 2 ,3-tsükliline fosfaat.

.Lahkunud toote asemele siseneb vesi, mis loovutab His-119 prootoni ja OH -- fosfaat, samal ajal läheb His-12 prooton riboosi hapnikuaatomile, moodustub teine ​​​​produkt ja ensüüm naaseb algsesse olekusse.

Selgroogsete kõhunääre sekreteerib kümotrüpsiini proensüümi – kümotrüpsinogeeni kujul; proensüümi aktiveerimine toimub kaksteistsõrmiksooles trüpsiini toimel. Kümotrüpsiini füsioloogiline funktsioon on valkude ja polüpeptiidide hüdrolüüs. Kümotrüpsiin ründab peamiselt peptiidsidemeid, mis on moodustatud türosiini, trüptofaani, tsenüülalaniini ja metionaniini karboksüüljääkidest. Samuti hüdrolüüsib tõhusalt vastavate aminohapete estreid. Kümotrüpsiini molekulmass on 25 000, molekul sisaldab 241 aminohappejääki. Kümotrüpsiini moodustavad kolm polüpeptiidahelat, mis on seotud disulfiidsildadega.

Kümotrüpsiini aktiivse saidi funktsionaalsed rühmad on tuvastatud pöördumatute inhibiitorite abil. Ser-195 jääki modifitseeriti diisopropüülfluorofosfaadi ja fenüülmetüülsulfofluoriidiga ning His-122 jääki modifitseeriti N-tosüül-L-fenüülalaniini-klorometüülketooniga. Kümotrüpsiini hüdrolüüsi kaheetapiline protsess avastati p-nitrofenüülatsetaadi hüdrolüüsi kineetika uurimisel.

Vaadeldava protsessi iseloomulik tunnus on kovalentse vaheühendi, atsüülensüümi moodustumine. Atsüülitud katalüütiline rühm tuvastati jäägina Ser-195. Ensüümi poolt läbiviidava katalüüsi mehhanism pakuti välja juba enne valgu ruumilise struktuuri loomist, kuid hiljem täpsustati. Eelkõige uurige koos 18H 2O võimaldas tõestada atsüülensüümi teket peptiidide hüdrolüüsi käigus.

Kolmemõõtmeline struktuur eraldusvõimega 0,2 nm määrati D. Blow röntgendifraktsioonianalüüsiga. aastal 1976 Molekuli kuju on ellipsoid, mille teljed on 5,4*4*4 nm. Kristallograafiliste uuringute tulemused kinnitasid oletust, et Ser-195 ja His-57 jäägid on lähedased. Ser-195 hüdroksüülrühm asub His-57 imidasoolitsükli lämmastikuaatomist ~0,3 nm orth kaugusel. Huvitavaim asjaolu oli see, et tsükli asendis 1 olev lämmastikuaatom on Asp-102 kõrvalahela karboksüülrühma hapnikuaatomist ~0,28 nm kaugusel ja on vesiniksideme tekkeks soodsas asendis. .

Tuleb märkida, et keemilised uuringud ei suutnud paljastada Asp-102 osalemist aktiivse keskuse toimimises, kuna see jääk on sügavale molekulis.

Praegu arvatakse, et kolm jääki Asp-102, His-57 ja Ser-195 moodustavad laengu ülekandesüsteemi, mis mängib katalüüsiprotsessis kriitilist rolli. Süsteemi toimimine tagab His-57 tõhusa osalemise katalüüsis happe-aluse katalüsaatorina ja suurendab Ser-195 reaktsioonivõimet rünnatud sideme karboksüülsüsiniku suhtes.

Katalüüsi põhielement on prootonite ülekanne Ser-195-lt His-57-le. Samal ajal ründab seriini hapnikuaatom substraadi karbonüülsüsiniku aatomit, moodustades esmalt vahepealse tetraeedrilise ühendi (1) ja seejärel atsüülensüümi (2). Järgmine samm on deatsüülimine. Vee molekul siseneb laengu ülekandesüsteemi ja OH ioon -ründab samaaegselt atsüülensüümi atsüülrühma karbonüülsüsiniku aatomit. Nagu atsüülimise etapis, moodustub vahepealne tetraeedriline ühend (4). His-57 loovutab seejärel prootoni Ser-195 hapnikuaatomile, vabastades atsüülprodukti; see hajub lahusesse ja ensüüm naaseb algsesse olekusse.

Karboksüpeptidaas A eritub proensüümina selgroogsete kõhunäärme poolt. Aktiivse ensüümi moodustumine toimub peensooles kümotrüpsiini osalusel. Ensüüm lõikab järjestikku peptiidahelast ära C-otsa aminohappejäägid, st. on eksopeptidaas.

Karboksüpeptidaas A moodustub ühest polüpeptiidahelast, mis sisaldab 307 aminohappejääki; molekulmass on 34 470. Valgu aminohappejärjestuse määras 1969. aastal R. Bredshaw.

Ensüümi toimemehhanismi oli võimalik selgitada alles pärast röntgendifraktsiooniuuringuid. Ensüümi ja selle kompleksi Gly-Tyr dipeptiidiga (substraatmudel) ruumilise struktuuri määras kindlaks W. Lipscomb. Ensüümolekul on ellipsoidi kujuga, mille teljed on 5,0*4,2*3,8 nm; aktiivne keskus asub süvendis, mis läheb sügavasse mittepolaarsesse taskusse. Aktiivses kesktsoonis paikneb tsingioon (selle ligandid on Glu-72, His196, His-69 jääkide külgahelad ja veemolekul), samuti substraadi sidumises ja katalüüsis osalevad funktsionaalrühmad - Arg-145, Glu-270 ja Tyr-248.

Ensüümi ja selle kompleksi struktuuride võrdlev analüüs Gly-Tyr-iga andis olulist teavet ensüümi-substraadi kompleksi struktuuri kohta. Eelkõige leiti, et kompleksi moodustumise ajal liigub Tyr-248 hüdroksüülrühm 1,2 nm võrreldes selle positsiooniga vabas ensüümis (st ligikaudu 1/3 molekuli läbimõõdust).

Katalüütilise protsessi skeemi kohaselt aktiveerib Glu-270 karboksülaatrühm reaktsioonisfääris asuva veemolekuli, tõmmates sellest prootoni; tekkiv OH-ioon sooritab nukleofiilse rünnaku lõhustuva sideme karbonüülsüsiniku suhtes. Samal ajal loovutab Tyr-248 hüdroksüülrühm, mis asub lõhustuva peptiidsideme lämmastikuaatomi lähedal, sellele prootoni. Selle tulemusena lõhustatakse rünnatud peptiidside ja saadud produktid lahkuvad aktiivse saidi tsoonist. Allolev diagramm illustreerib üldist põhikatalüüsi.

Aspartaataminotransferaas katalüüsib pöörduvat transamiinimisreaktsiooni.

Ensümaatilise transamiinimise reaktsiooni avastas A.E. Braunstein ja M.G. Kritzman 1937. aastal ensüümpreparaadi uurimisel tuvi lihasest. Järgnevates uuringutes näidati, et transaminatsioonireaktsioonid on eluslooduses laialt levinud ja neil on oluline roll lämmastiku ja energia metabolismi konjugeerimisel.

1945. aastal leiti, et püridoksaal-5 -fosfaat (PLF) on aminotransferaaside koensüüm. AAT molekul on dimeer, mille moodustavad identsed subühikud. Uuritud selgroogsete südamelihases on kaks isoensüümi - tsütoplasmaatiline (cAAT0) ja mitokondriaalne (mAAT) aminotransferaas.

Südamelihasest pärineva cAAT esmane struktuur loodi 1972. aastal. Yu.A. Ovtšinnikov ja A.E. Brainstein. Valgu polüpeptiidahel sisaldab 412 aminohappejääki; molekulmass on 46 000.

Püridoksaalkatalüüsi üldteooria töötas välja A.E. Braunstein ja M.M. Shemyakin aastatel 1952-1953 ja mõnevõrra hiljem - D.E. Metzler ja E.E. Snell. Selle teooria kohaselt on püridoksaalensüümide katalüütiline toime tingitud püridoksaalfosfaadi aldehüüdrühma võimest moodustada amiinidega, sealhulgas aminohapetega interaktsioonil aldimiine (Schiffi aluseid).

Saadud fosfopüridoksüüldeenaminohappes on konjugeeritud kaksiksidemete süsteem, mida mööda toimub elektronide nihe ?-süsinikuaatom muudab selle aatomi moodustatud sidemete purustamise lihtsamaks.

Kaasaegsed ideed ensümaatilise transaminatsiooni mehhanismi kohta, mille on välja töötanud A.E. Braunstein ja tema kaastöötajad on ülaltoodud teooria edasiarendus. Algolekus moodustab püridoksaalfosfaadi aldehüüdrühm aldimiinsideme ?-aktiivse saidi (I) Lys-258 jäägi aminorühm. Aminohappe seondumisel moodustub Michaelise kompleks (II), millele järgneb aldimiin püridoksaalfosfaadi ja substraadi (III) vahel. Järgnevate transformatsioonide tulemusena vaheetappide (IV) ja (V) kaudu moodustub oksohape (VI). See lõpetab transaminatsiooni esimese poolreaktsiooni. Nende samade sammude kordamine "vastupidises" suunas uue hüdroksühappega moodustab teise poolreaktsiooni, mis lõpetab katalüütilise transaminatsioonitsükli.

Müoglobiin ja hemoglobiin

Neid kahte valku nimetatakse sageli hingamisteede ensüümideks. Nende koostoime substraadi hapnikuga on üksikasjalikult välja selgitatud, peamiselt kõrge eraldusvõimega röntgendifraktsioonianalüüsi põhjal. Müoglobiini kolmemõõtmelise struktuuri määras J. Kendrew 1961. aastal ja hemoglobiini kolmemõõtmelise struktuuri - M. Perutz 1960. aastal.

Müoglobiini molekul on kompaktse kujuga - 4,5 * 3,5 * 2,5 nm, polüpeptiidahel moodustab 8 spiraalset lõiku, mida tähistatakse tähtedega A-st H-ni. See on paigutatud spetsiaalselt ümber suure lameda rauda sisaldava heemirõnga. Heem on porfüriini kompleks raudraudaga.

Polaarse heemi propioonhappe ahelad asuvad molekuli pinnal, ülejäänud heem on põimitud gloobuli. Heemi ühendus valguga toimub raua aatomi ja histidiini aatomi vahelise koordinatsioonisideme tõttu, mis paikneb F-heeliksis; see on niinimetatud proksimaalne histidiin. Teine oluline histidiini jääk, distaalne histidiin, paikneb heemitaskus E-spiraalis; see asub raua aatomi vastasküljel suuremal kaugusel kui proksimaalne histidiin. Raua geeni ja distaalse histidiini vaheline piirkond desoksümüoglobiinis on vaba ja lipofiilne O molekul 2võib seonduda heemi rauaga, hõivates kuuenda koordinatsioonipositsiooni. Müoglobiini ja ka hemoglobiini ainulaadne omadus on nende võime pööratavalt siduda O-d. 2ilma heemi Fe oksüdatsioonita 2+aastal Fe 3+. See on võimalik, kuna hüdrofoobses heemitaskus, millest vesi välja tõrjutakse, tekib madala läbilaskvusega keskkond.

Kui siduda O 2rauaaatomiga liigub viimane umbes 0,06 nm ja satub porfüriini ringi tasapinnale, s.o. energeetiliselt soodsamas asendis. Eeldatakse, et see liikumine on tingitud asjaolust, et Fe-ioon 2+deoksümüoglobiin on kõrge spinni olekus ja selle raadius on liiga suur, et mahtuda heemi porfüriini ringi tasapinnale. Kui siduda O 2Fe ioon 2+ läheb madala kontaktiga olekusse ja selle raadius väheneb; nüüd Fe ioon 2+võib liikuda porfüriini ringi tasapinnale.

Hemoglobiin on punaste vereliblede põhikomponent, mis toimetab hapniku kopsudest kudedesse ja süsinikdioksiidi kudedest kopsudesse. Erinevat tüüpi hemoglobiinid erinevad kristallide kujul, lahustuvuse, hapnikuafiinsuse poolest. See on tingitud erinevustest valkude aminohappejärjestuses; heemikomponent on kõigi selgroogsete liikide ja osade selgrootute hemoglobiinides sama.

Inimese hemoglobiin on tetrameer, mis koosneb neljast subühikust, kahest ?-allüksused ja kaks ?-subühikud, mis sisaldavad vastavalt 141 ja 146 aminohappejääki. esmaste struktuuride vahel ?- ja ?-subühikutes on märkimisväärne homoloogia ja ka nende polüpeptiidahelate konformatsioon on sarnane.

Hemoglobiini molekul on sfäärilise kujuga läbimõõduga 5,5 nm. Neli alaühikut on pakitud tetraeedrilise kujuga.

Röntgendifraktsiooni andmed näitasid, et hemoglobiini hapnikuga varustamisega kaasnevad mitmed muutused. Madala eraldusvõimega leiti, et sel juhul muutub struktuur kompaktsemaks (Fe aatomid ?-ahelad lähenevad üksteisele umbes 0,6-0,7 nm), allüksused pöörlevad üksteise ja teist järku telje suhtes 10-15 umbes . Kõrge eraldusvõimega uuringu tulemused näitavad, et eriti olulised muutused toimuvad piirkonnas ?? kontaktid.

Tänaseks on röntgendifraktsiooniuuringute ja mitmete teiste metoodiliste lähenemisviiside põhjal saavutatud märkimisväärseid edusamme soovitud omadustega ensüümide toimemehhanismi selgitamisel, mis põhineb saavutustel geenitehnoloogia valdkonnas. See avab laialdased võimalused ensüümide toimemehhanismi käsitlevate kaasaegsete ideede paikapidavuse testimiseks ja ensümaatilise katali fundamentaalse teooria loomiseks.

Bibliograafiline loetelu

1. A. Lehninger Biokeemia alused. - Moskva maailm, 1985.

Yu.A. Ovtšinnikov. Bioorgaaniline keemia. - Moskva valgustus, 1987.

T.T. Berezov, B.F. Korovkin. Bioloogiline keemia. - Moskva meditsiin, 1990.

Õpetamine

Vajad abi teema õppimisel?

Meie eksperdid nõustavad või pakuvad juhendamisteenust teile huvipakkuvatel teemadel.
Esitage taotlus märkides teema kohe ära, et saada teada konsultatsiooni saamise võimalusest.

Inimkeha koosneb tohutust hulgast elusrakkudest. Rakku peetakse elusorganismi üksuseks, see koosneb struktuurkehadest, mille vahel toimuvad biokeemilised reaktsioonid. Oluline komponent, mis kontrollib keemiliste protsesside kulgu, on ensüümid.

Ensüümide roll organismis

Ensüüm on valk, mis kiirendab keemiliste reaktsioonide kulgu, peamiselt toimib see organismis lagunemise ja uute ainete moodustumise aktivaatorina.

Ensüümid toimivad biokeemiliste reaktsioonide katalüsaatoritena. Nad kiirendavad oluliselt eluprotsessi. Nad juhivad lõhenemis-, sünteesi-, ainevahetus-, hingamis-, vereringeprotsesse, ilma nendeta ei möödu reaktsioonid lihaste kokkutõmbumisele ja närviimpulssidele. Iga struktuurielement sisaldab oma ainulaadset ensüümide komplekti ja kui ühe ensüümi sisaldus on välistatud või vähenenud, tekivad organismis olulised muutused, mis põhjustavad patoloogiate ilmnemist.

Ensüümide klassifikatsioon

Sõltuvalt struktuurist on kaks ensüümide rühma.

• Lihtsad ensüümid on valgulised. Neid toodab keha.
• Komplekssed ensüümid, mis koosnevad valgukomponendist ja mittevalgulisest alusest. Mittevalgulised komponendid inimkehas ei sünteesita ja tulevad meile koos toitainetega, neid nimetatakse koensüümideks. Ensüümide hulka kuuluvad mittevalgulised ained on B-vitamiinid, C-vitamiin ja mõned mikroelemendid.

Ensüüme klassifitseeritakse nende funktsioonide ja katalüüsitavate reaktsioonide tüübi järgi.

Vastavalt nende funktsioonidele jagunevad ensüümid järgmisteks osadeks:

1. Toitainete lagundamise eest vastutavad seedimist soodustavad ained leiduvad peamiselt süljes, limaskestadel, kõhunäärmes ja maos. Tuntud ensüümid on:
   • amülaas, see lagundab keerulisi suhkruid (tärklist) lihtsuhkruteks, sahharoosiks ja maltoosiks, mis võivad seejärel osaleda keha elutähtsates protsessides;
   • lipaas osaleb rasvhapete hüdrolüüsis, lagundab rasvad komponentideks, mida organism omastab;
   • proteaasid reguleerivad valkude lagunemist aminohapeteks.
2. Metaboolsed ensüümid kontrollivad ainevahetusprotsesse rakutasandil, osalevad redoksreaktsioonides, valkude sünteesis. Nende hulka kuuluvad: adenülaattsüklaas (reguleerib energia metabolismi), proteiinkinaasid ja proteiindefosfataas (osaleb fosforüülimise ja defosforüülimise protsessis).
3. Kaitsvad on seotud organismi vastuseisu reaktsioonidega kahjulikele bakteritele ja viirustele. Oluline ensüüm on lüsosüüm, see lagundab kahjulike bakterite kestad ja aktiveerib mitmeid immuunreaktsioone, mis kaitsevad organismi põletikuliste reaktsioonide eest.

Ensüümid jagunevad reaktsioonide tüübi järgi 6 klassi:

1. Oksüdoreduktaasid. Suur hulk ensüüme, mis osalevad redoksreaktsioonides.
2. Transferaasid. Need ensüümid vastutavad aatomirühmade ülekande eest ning osalevad valkude lagunemises ja sünteesis.
3. Hüdrolaasid lõhustavad sidemeid ja soodustavad veemolekulide kaasamist keha ainete koostisesse.
4. Isomeraasid katalüüsivad reaktsioone, mille käigus reaktsioonisse siseneb üks aine ja tekib üks aine, mis seejärel osaleb eluprotsessis. Seega toimivad isomeraasid erinevate ainete konverteritena.
5. Lüaasid osalevad reaktsioonides, mille käigus tekivad metaboolsed ained ja vesi.
6. Ligaasid tagavad keerukate ainete moodustumise lihtsamatest. Osaleda aminohapete, süsivesikute, valkude sünteesis.

Miks tekib ensüümi puudulikkus ja miks see on ohtlik?

Ensüümide puudumisega algavad keha üldises süsteemis häired, mis põhjustavad tõsiseid haigusi. Ensüümide optimaalse tasakaalu säilitamiseks kehas on vaja tasakaalustada oma toitumist, kuna need ained sünteesitakse meie söödavatest elementidest. Seetõttu on väga oluline tagada mikroelementide, vitamiinide, kasulike süsivesikute, valkude saamine. Neid leidub peamiselt värsketes puuviljades, köögiviljades, tailihas, elundilihas ja aurutatud või küpsetatud kalas.

Vale toitumine, alkoholi joomine, kiirtoit, energia- ja sünteetilised joogid, samuti suures koguses värvaineid ja maitsetugevdajaid sisaldavad toidud mõjutavad halvasti kõhunäärme tööd. Just tema sünteesib ensüüme, mis vastutavad toitainete lagunemise ja muundamise eest. Pankrease ensümaatilise aktiivsuse häired põhjustavad rasvumist, mao ja soolte ägedaid haigusi, seejärel mõjutab ensüümide puudumine südame- ja hingamissüsteemide tööd, aga ka üldist välimust. Esinevad allergilised reaktsioonid, naha koorumine, akne ilmnemine, küünte kihistumine, juuste väljalangemine.

Pankrease töö aktiveerimiseks ja säilitamiseks viiakse dieeti spetsiaalsed ensüümpreparaadid, mis aitavad kaasa toidu imendumisele. Tuntud vahendid nagu: pankreatiin, kreon, mezim, festal, cholenzim. Neid kasutatakse rangelt arsti soovitusel. Samal ajal on täielikuks taastumiseks vaja tagada õige toitumine.

Ensüümid või ensüümid(lat. fermentum - juuretis) - tavaliselt valgumolekulid või RNA molekulid (ribosüümid) või nende kompleksid, mis kiirendavad (katalüüsivad) elusorganismides toimuvaid keemilisi reaktsioone ilma muutusi läbi viimata. Sarnase toimega aineid leidub ka elutus looduses ja neid nimetatakse katalüsaatoriteks.

Ensümaatilist aktiivsust saab reguleerida aktivaatorite ja inhibiitoritega (aktivaatorid suurenevad, inhibiitorid vähendavad keemilisi reaktsioone).

Mõisteid "ensüüm" ja "ensüüm" on pikka aega kasutatud vaheldumisi. Ensüümide teadust nimetatakse ensümoloogiaks.

Ühegi organismi elutähtis tegevus ei ole võimalik ilma ensüümide osaluseta. Ensümaatiline katalüüs kiirendab kõigi biokeemiliste reaktsioonide läbimist kehas ja annab seega elunähtuse. Ilma ensüümideta biokeemiliste reaktsioonide käigus ei lagune toit viieks peamiseks ühendiks: süsivesikud, rasvad, valgud, vitamiinid ja mikroelemendid – toit jääb kehale kasutuks. Seega ilma ensüümideta elu aeglustub.

1. stimuleerida toidu seedimise ja imendumise protsessi;
2. aktiveerida ainevahetust, soodustada surnud rakkude eemaldamist kehast;
3. reguleerida osmootset rõhku, normaliseerida erinevate söötmete pH väärtust;
4. tagavad ainevahetuse, toetavad organismi vastupanuvõimet põletikulistele protsessidele;
5. tõsta immuunsust ja organismi enesetervenemis- ja eneseregulatsioonivõimet;
6. soodustab keha võõrutust, puhastab lümfi ja verd.

Vajadus ensüümide järele organismi tervislikuks toimimiseks
Enamik teadlasi on nüüdseks veendunud, et peaaegu kõik haigused on põhjustatud ensüümide puudumisest või ebapiisavast kogusest organismis. Meditsiinilised uuringud näitavad, et ensüümide tootmise rikkumised organismis on tingitud geneetilistest teguritest.

Eelkõige on praegu nii levinud haigus nagu suhkurtõbi tingitud sellest, et kõhunääre ei tooda piisavalt või ei tooda üldse ensüümi insuliini. Leukeemia ja muud vähivormid on põhjustatud ensümaatiliste barjääride puudumisest või nõrkusest kehas. Neid fakte kinnitavad järk-järgult teaduslikud uuringud. Võime öelda, et kui organismis on vajalik kogus ensüüme, siis pole sadat haigust.

Vanusega, kui inimkeha vananeb, väheneb ensüümide tootmine. Organismis hakkab tekkima nende puudus, mis mõjutab ainevahetusprotsesside kulgu, väheneb seedimise ja toitainete omastamise efektiivsus, ravimitega on raskem organismi mõjutada, kuna need ei imendu piisavalt ja põhjustavad rohkem kõrvalnähte. . Suure hulga ensüümide täiendav tarbimine kehas võimaldab kompenseerida nende puudust ja kõiki sellest tulenevaid tagajärgi.

Seega on piisav kogus ensüüme organismis selle tervisliku seisundi vajalik tingimus. Paljud haigused on põhjustatud ensüümide ebapiisavast tootmisest, mis rikub ainevahetuse tasakaalu organismis. Kui tagame lisaks ensüümide loomulikule tootmisele ka nende sissevõtmise väljastpoolt, siis on see kiireim ja parim viis haiguste raviks.

Inimkeha eksisteerib tänu ensüümide pidevale toimele. Näiteks seedimise käigus lagundatakse ensüümide (ensüümide) abil toit toitaineteks - valkudeks, rasvadeks, süsivesikuteks, vitamiinideks ja mikroelementideks; mis nende abiga imenduvad verre ja kanduvad kõikidesse organitesse. Tänu sellele saavad meie lihased ja luud, kõik elundid ja süsteemid toitu, saavad energiat ja täidavad keha terve, aktiivse seisundi säilitamiseks vajalikke funktsioone.

Ensüümide abil toimuvate biokeemiliste reaktsioonide tõttu eksisteerib mitte ainult inimkeha, vaid kõik elusolendid taeva ja maa vahel. Ensüüm on iga elusorganismi elu ja tervise allikas.

Ensüümide roll keha elutähtsa aktiivsuse säilitamisel on oma olulisuse poolest üllatav.

Ensüümide olemasolu ja kõigi elusolendite olemasolu on lahutamatud mõisted. Kui ensüümi kogus ei ole elu säilitamiseks piisav, tähendab see surma. Roheliste lehtede ilmumine puudele kevadel, tulikärbse valgus, inimkeha igasugune elutegevus (olgu siis söömine, tänaval kõndimine, laulmine, naermine või nutmine) – kõik need protsessid on tingitud biokeemilistest reaktsioonidest ja pole võimalik ilma ensüümide kohustusliku osaluseta.

Alates lapse eostamise esimesest päevast hakkavad ensüümid oma rolli täitma. Sperma ei pääse munarakku, kui sellel puudub spetsiaalne ensüüm, mis lahustaks munaraku rakuseina viljastamisprotsessi läbiviimiseks.

Kogu toit, mida me tarbime, läbib seedetraktis seedeensüümide mõjul keerulise protsessi, mis jaguneb lihtsateks elementideks. Alles siis pääsevad need toitained vereringesse ja kanduvad kõikidesse organitesse ja kudedesse. Proovige 2-3 minutit leivatükki närida, tunnete, kuidas see tasapisi magusaks muutub – seda seetõttu, et süljes sisalduvate ensüümide mõjul laguneb tärklis ja eraldub magus maltoos.

Ensüümide abil kehas ei toimu mitte ainult ainete lõhustamise protsess, vaid ka nende süntees. Näiteks aminohapete süntees valgumolekulideks - lihasrakkude, juuste jne peamiseks ehitusmaterjaliks või glükoosi muundamine glükogeeniks, mis ladestub maksa ja energiapuuduse korral koos samade ensüümide abiga laguneb jällegi glükoosimolekulideks , mis tagab organismile kiire energia vabanemise.

Naha uuenemisprotsess toimub ka ainevahetusprotsessides osalevate ensüümide tõttu. Kui selle protsessi jaoks spetsiifilisi ensüüme on piisavalt, on nahk pehme, läikiv ja elastne. Ensüümipuuduse korral muutub nahk kuivaks, ketendavaks ja loiuks.

Inimkehas toimib umbes 4000 erinevat tüüpi ensüümi. Selles toimuvad tuhanded biokeemilised reaktsioonid, mida kokku võib võrrelda suure keemiatehasega. Kuid kõik need keemilised reaktsioonid nõuavad ensümaatilist katalüüsi, vastasel juhul nad kas ei kulge või kulgevad väga aeglaselt. Iga ensüüm osaleb ühes keemilises reaktsioonis. Mõnda ensüümi ei saa keha sünteesida. Kui organismis puuduvad mingid ensüümid, siis on oht haigestuda mingisse haigusse või haiguseelsesse seisundisse, mis varem või hiljem avaldub haiguses.

Seega, kui soovid säilitada oma noorust, ilu ja tervist pikki aastaid, tuleb tagada, et kehas oleks piisavas koguses ensüüme. Ja kui nende tase on madal, on nende peamiseks täiendamise allikaks igapäevane tarbimine bioaktiivsete toidulisandite kujul.

Inimeste rühmad, kes vajavad eriti täiendavaid ensüümide allikaid
Mõelge, millised inimrühmad vajavad eriti täiendavate ensüümide kasutamist.

Need, kes soovivad parandada oma füüsilist vormi, parandada tervist või taastada seda pärast haigust.

Immuunpuudulikkusega inimesed, sageli infektsioonidele kalduvad.

Need, kes kogevad pidevat väsimust, kurdavad energiapuudust, sagedast nõrkust.

Enneaegselt vananevad, nõrgad inimesed.

Krooniliste haiguste all kannatavad inimesed.

Erinevat tüüpi vähiga patsiendid operatsioonieelsel ja -järgsel perioodil.

Inimesed, kes põevad maksahaigust.

Inimesed, kes eelistavad liha.

Inimesed, kellel on kalduvus neurasteeniale ja teistele neuropsühhiaatrilistele haigustele.

Inimesed, kes kannatavad seksuaalse düsfunktsiooni all.

Naised sünnieelsel ja -järgsel perioodil.

Inimesed, kellel on seedehäired.

Taimetoitlased (toidulisandid soodustavad rakkude stabiilsust).

Ebapiisava kehaehitusega inimesed füüsilise vormi parandamiseks (ülekaal ja rasvumine, alakaal).

Puuetega ja liikumispiirangutega inimesed.

Lapsed intensiivse kasvu perioodil (kuna tänapäeva lapsed enamasti peaaegu ei tarbi seedeensüüme - lipaasi, amülaasi ja proteaasi - sisaldavaid toite; see on üks peamisi laste rasvumise, sagedaste allergiate, kõhukinnisuse ja suurenenud väsimus).

Eakad inimesed (vanusega väheneb organismi võime toota oma ensüüme, väheneb organismis "varude" protsessi ergutava ensüümi hulk, mistõttu lisaensüümide tarbimine on nende jaoks tee pikaealisuseni).

Patsiendid, kellel on väljakujunenud ensüümi talitlushäire (kuna nende enda ensüümivarud on ammendunud, vajavad nad eriti täiendavat ensüümide tarbimist).

Sportlased vajavad eriti suures koguses lisaensüüme, kuna nende kehas intensiivse füüsilise koormuse tõttu toimub kiirenenud ainevahetus, mis tähendab, et ka ensüümivarude kulumine toimub intensiivselt (piltlikult võib neid võrrelda kahest otsast põleva küünlaga ).

Ensüümid on teatud tüüpi valgud, millele loodus on määranud erinevate keemiliste protsesside katalüsaatori rolli.

Seda terminit kuuleb pidevalt, kuid mitte kõik ei saa aru, mis on ensüüm või ensüüm, milliseid funktsioone see aine täidab ja ka seda, kuidas ensüümid ensüümidest erinevad ja kas need üldse erinevad. Seda kõike saame nüüd teada.

Ilma nende aineteta ei suudaks ei inimesed ega loomad toitu seedida. Ja esimest korda kasutas inimkond ensüüme igapäevaelus rohkem kui 5 tuhat aastat tagasi, kui meie esivanemad õppisid loomade maost piima "nõudes" hoidma. Sellistes tingimustes muutus see laabi mõjul juustuks. Ja see on vaid üks näide sellest, kuidas ensüüm toimib bioloogilisi protsesse kiirendava katalüsaatorina. Tänapäeval on ensüümid tööstuses asendamatud, need on olulised naha, tekstiili, alkoholi ja isegi betooni tootmisel. Neid kasulikke aineid leidub ka pesuvahendites ja pesupulbrites – need aitavad eemaldada plekke madalal temperatuuril.

Avastamise ajalugu

Ensüüm tähendab kreeka keeles "juuretist". Ja inimkond võlgneb selle aine avastamise hollandlasele Jan Baptist Van Helmontile, kes elas 16. sajandil. Omal ajal tekkis tal suur huvi alkohoolse kääritamise vastu ja uuringu käigus leidis ta tundmatu aine, mis seda protsessi kiirendab. Hollandlane nimetas seda fermentumiks, mis tähendab käärimist. Siis, peaaegu kolm sajandit hiljem, jõudis ka käärimisprotsesse jälgiv prantslane Louis Pasteur järeldusele, et ensüümid pole midagi muud kui elusraku ained. Ja mõne aja pärast ekstraheeris sakslane Eduard Buchner pärmist ensüümi ja tegi kindlaks, et see aine pole elusorganism. Ta andis talle ka oma nime - "zimaza". Mõni aasta hiljem tegi teine ​​sakslane Willy Kuehne ettepaneku jagada kõik valgukatalüsaatorid kahte rühma: ensüümid ja ensüümid. Veelgi enam, ta tegi ettepaneku nimetada teist terminit "hapendatud", mille toimed ulatuvad väljapoole elusorganisme. Ja alles 1897. aastal tegi lõpu kõikidele teadusvaidlustele: mõlemat mõistet (ensüüm ja ensüüm) otsustati kasutada absoluutsete sünonüümidena.

Struktuur: tuhandetest aminohapetest koosnev ahel

Kõik ensüümid on valgud, kuid mitte kõik valgud pole ensüümid. Nagu teisedki valgud, koosnevad ensüümid . Ja huvitaval kombel kulub iga ensüümi loomiseks sajast kuni miljonini aminohapet, mis on keerdunud nagu pärlid nöörile. Kuid see niit pole ühtlane - tavaliselt on see sadu kordi painutatud. Nii luuakse iga ensüümi jaoks ainulaadne kolmemõõtmeline struktuur. Samal ajal on ensüümi molekul suhteliselt suur moodustis ja ainult väike osa selle struktuurist, nn aktiivne keskus, osaleb biokeemilistes reaktsioonides.

Iga aminohape on ühendatud teatud tüüpi keemilise sidemega ja igal ensüümil on oma ainulaadne aminohappejärjestus. Enamiku nende loomiseks kasutatakse umbes 20 tüüpi. Isegi väikesed muudatused aminohappejärjestuses võivad ensüümi välimust ja tunnet dramaatiliselt muuta.

Biokeemilised omadused

Kuigi looduses toimub ensüümide osalusel tohutu hulk reaktsioone, võib need kõik jagada 6 kategooriasse. Sellest lähtuvalt kulgeb igaüks neist kuuest reaktsioonist teatud tüüpi ensüümi mõjul.

Ensüümidega seotud reaktsioonid:

1. Oksüdeerimine ja redutseerimine.

Nendes reaktsioonides osalevaid ensüüme nimetatakse oksidoreduktaasideks. Näiteks pidage meeles, kuidas alkoholdehüdrogenaasid muudavad primaarsed alkoholid aldehüüdiks.

1. Grupiülekande reaktsioon.

Nende reaktsioonide eest vastutavaid ensüüme nimetatakse transferaasideks. Neil on võime viia funktsionaalrühmi ühest molekulist teise. See juhtub näiteks siis, kui alaniini aminotransferaasid viivad alfa-aminorühmi alaniini ja aspartaadi vahel. Transferaasid liigutavad ka fosfaatrühmi ATP ja teiste ühendite vahel ning loovad neid jääkidest.

1. Hüdrolüüs.

Reaktsioonis osalevad hüdrolaasid on võimelised purustama üksiksidemeid, lisades vee elemente.

1. Looge või eemaldage kaksikside.

Seda tüüpi reaktsioon toimub mittehüdrolüütilisel viisil lüaasi osalusel.

1. Funktsionaalrühmade isomerisatsioon.

Paljudes keemilistes reaktsioonides muutub funktsionaalrühma asukoht molekulis, kuid molekul ise koosneb sama arvu ja sama tüüpi aatomitest kui enne reaktsiooni algust. Teisisõnu, substraat ja reaktsiooniprodukt on isomeerid. Seda tüüpi transformatsioon on võimalik isomeraasi ensüümide mõjul.

1. Üksiksideme moodustumine vee elemendi elimineerimisega.

Hüdrolaasid lõhuvad sidemeid, lisades molekulile veeelemente. Lüaasid viivad läbi pöördreaktsiooni, eemaldades funktsionaalrühmadest vesiosa. Seega luuakse lihtne ühendus.

Kuidas nad kehas töötavad

Ensüümid kiirendavad peaaegu kõiki rakkudes toimuvaid keemilisi reaktsioone. Need on inimesele elutähtsad, hõlbustavad seedimist ja kiirendavad ainevahetust.

Mõned neist ainetest aitavad lagundada liiga suuri molekule väiksemateks "tükkideks", mida keha suudab seedida. Teised, vastupidi, seovad väikeseid molekule. Kuid teaduslikult öeldes on ensüümid väga selektiivsed. See tähendab, et igaüks neist ainetest on võimeline kiirendama ainult teatud reaktsiooni. Molekule, millega ensüümid töötavad, nimetatakse substraatideks. Substraadid omakorda moodustavad sideme ensüümi osaga, mida nimetatakse aktiivseks saidiks.

Ensüümide ja substraatide interaktsiooni spetsiifikat selgitavad kaks põhimõtet. Niinimetatud "klahviluku" mudelis on ensüümi aktiivne koht substraadis rangelt määratletud konfiguratsiooniga koht. Teise mudeli järgi muudavad mõlemad reaktsioonis osalejad, aktiivne koht ja substraat, oma kuju, et ühenduda.

Olenemata interaktsiooni põhimõttest on tulemus alati sama – ensüümi mõjul kulgeb reaktsioon kordades kiiremini. Selle interaktsiooni tulemusena "sünnivad" uued molekulid, mis seejärel ensüümist eraldatakse. Ja katalüsaator jätkab oma töö tegemist, kuid teiste osakeste osalusel.

Hüper- ja hüpoaktiivsus

On aegu, mil ensüümid täidavad oma ülesandeid vale intensiivsusega. Liigne aktiivsus põhjustab liigset reaktsiooniproduktide moodustumist ja substraadi puudust. Tulemuseks on kehv tervis ja tõsine haigus. Ensüümide hüperaktiivsuse põhjuseks võib olla kas geneetiline häire või vitamiinide liig või seda kasutatakse reaktsioonis.

Ensüümide alaaktiivsus võib põhjustada isegi surma, kui näiteks ensüümid ei vii organismist mürke välja või tekib ATP defitsiit. Selle seisundi põhjuseks võivad olla ka muteerunud geenid või vastupidi hüpovitaminoos ja teiste toitainete puudus. Lisaks aeglustab madalam kehatemperatuur samamoodi ensüümide tööd.

Katalüsaator ja palju muud

Tänapäeval võite sageli kuulda ensüümide kasulikkusest. Mis on aga need ained, millest sõltub meie keha töövõime?

Ensüümid on bioloogilised molekulid, mille elutsükkel ei ole määratud sünni ja surma piiridega. Nad lihtsalt töötavad kehas kuni lahustumiseni. Reeglina toimub see teiste ensüümide mõjul.

Biokeemilise reaktsiooni käigus ei muutu need lõpptoote osaks. Kui reaktsioon on lõppenud, lahkub ensüüm substraadist. Pärast seda on aine valmis uuesti tööle hakkama, kuid teisel molekulil. Ja nii see kestab nii kaua, kuni keha vajab.

Ensüümide ainulaadsus seisneb selles, et igaüks neist täidab ainult ühte määratud funktsiooni. Bioloogiline reaktsioon toimub ainult siis, kui ensüüm leiab talle sobiva substraadi. Seda interaktsiooni saab võrrelda võtme ja luku tööpõhimõttega - ainult õigesti valitud elemendid saavad "koos töötada". Veel üks omadus: need võivad töötada madalatel temperatuuridel ja mõõduka pH juures ning katalüsaatoritena on need stabiilsemad kui mis tahes muud kemikaalid.

Ensüümid kui katalüsaatorid kiirendavad ainevahetusprotsesse ja muid reaktsioone.

Reeglina koosnevad need protsessid teatud etappidest, millest igaüks nõuab teatud ensüümi tööd. Ilma selleta ei saa teisendus- ega kiirendustsüklit lõpule viia.

Ensüümide kõigist funktsioonidest on ehk kõige tuntum katalüsaatori roll. See tähendab, et ensüümid kombineerivad kemikaale nii, et vähenevad energiakulud, mis on vajalikud toote kiiremaks moodustamiseks. Ilma nende aineteta kulgeksid keemilised reaktsioonid sadu kordi aeglasemalt. Ensüümide võimed sellega aga ei lõpe. Kõik elusorganismid sisaldavad energiat, mida nad vajavad elu jätkamiseks. Adenosiintrifosfaat ehk ATP on laetud aku, mis varustab rakke energiaga. Kuid ATP toimimine on ilma ensüümideta võimatu. Ja peamine ensüüm, mis toodab ATP-d, on süntaas. Iga energiaks muudetava glükoosi molekuli kohta toodab süntaas umbes 32–34 ATP molekuli.

Lisaks kasutatakse meditsiinis aktiivselt ensüüme (lipaas, amülaas, proteaas). Eelkõige toimivad need ensümaatiliste preparaatide, nagu Festal, Mezim, Panzinorm, Pancreatin, komponendina, mida kasutatakse seedehäirete raviks. Kuid mõned ensüümid võivad mõjutada ka vereringesüsteemi (lahutada trombe), kiirendada mädaste haavade paranemist. Ja isegi vähivastases ravis kasutavad nad ka ensüümide abi.

Ensüümide aktiivsust määravad tegurid

Kuna ensüüm on võimeline reaktsioone mitmekordselt kiirendama, määrab tema aktiivsuse nn käibenumber. See termin viitab substraadimolekulide (reaktiivsete ainete) arvule, mida 1 ensüümi molekul suudab 1 minuti jooksul muundada. Siiski on mitmeid tegureid, mis määravad reaktsiooni kiiruse:

1. substraadi kontsentratsioon.

Substraadi kontsentratsiooni suurendamine viib reaktsiooni kiirenemiseni. Mida rohkem on toimeaine molekule, seda kiiremini reaktsioon kulgeb, kuna kaasatud on rohkem aktiivseid keskusi. Kuid kiirendamine on võimalik ainult seni, kuni kõik ensüümi molekulid on kaasatud. Pärast seda ei kiirenda reaktsiooni isegi substraadi kontsentratsiooni suurendamine.

1. Temperatuur.

Tavaliselt põhjustab temperatuuri tõus reaktsioonide kiirenemist. See reegel kehtib enamiku ensümaatiliste reaktsioonide puhul, kuid ainult seni, kuni temperatuur ei tõuse üle 40 kraadi Celsiuse järgi. Pärast seda märki hakkab reaktsioonikiirus järsult langema. Kui temperatuur langeb alla kriitilise punkti, suureneb ensümaatiliste reaktsioonide kiirus uuesti. Kui temperatuur jätkab tõusmist, katkevad kovalentsed sidemed ja ensüümi katalüütiline aktiivsus kaob igaveseks.

1. Happelisus.

Ensümaatiliste reaktsioonide kiirust mõjutab ka pH väärtus. Igal ensüümil on oma optimaalne happesuse tase, mille juures reaktsioon kulgeb kõige adekvaatsemalt. PH taseme muutmine mõjutab ensüümi aktiivsust ja seega ka reaktsiooni kiirust. Kui muutus on liiga suur, kaotab substraat võime aktiivse tuumaga seonduda ja ensüüm ei saa enam reaktsiooni katalüüsida. Nõutava pH taseme taastamisega taastub ka ensüümi aktiivsus.

Inimkehas esinevad ensüümid võib jagada kahte rühma:

• metaboolne;
• seedimist soodustav.

Ainevahetus "töötab" mürgiste ainete neutraliseerimist ning aitab kaasa ka energia ja valkude tootmisele. Ja loomulikult kiirendavad need organismis toimuvaid biokeemilisi protsesse.

Mille eest vastutavad seedeorganid, selgub nimest. Kuid ka siin töötab selektiivsuse põhimõte: teatud tüüpi ensüüm mõjutab ainult ühte tüüpi toitu. Seetõttu võite seedimise parandamiseks kasutada väikest nippi. Kui organism ei seedi midagi toidust hästi, siis on vaja dieeti täiendada tootega, mis sisaldab ensüümi, mis võib raskesti seeditavat toitu lagundada.

Toiduensüümid on katalüsaatorid, mis lagundavad toidu olekusse, kus organism suudab neist kasulikke aineid omastada. Seedeensüüme on mitut tüüpi. Inimkehas leidub seedetrakti erinevates osades erinevat tüüpi ensüüme.

Suuõõs

Selles etapis mõjutab alfa-amülaas toitu. See lagundab süsivesikuid, tärklist ja glükoosi, mida leidub kartulites, puuviljades, köögiviljades ja muudes toiduainetes.

Kõht

Siin lagundab pepsiin valgud peptiidideks ja želatinaas lihas leiduva želatiini ja kollageeni.

Pankreas

Selles etapis "töötage":

• trüpsiin - vastutab valkude lagunemise eest;
• alfa-kümotrüpsiin – aitab kaasa valkude imendumisele;
• elastaas - lagundavad teatud tüüpi valke;
• nukleaasid – aitavad lagundada nukleiinhappeid;
• steapsiin – soodustab rasvaste toitude imendumist;
• amülaas - vastutab tärkliste imendumise eest;
• lipaas – lagundab rasvu (lipiide), mida leidub piimatoodetes, pähklites, õlides ja lihas.

Peensoolde

Toiduosakesed "loimuvad":

• peptidaasid - lagundavad peptiidühendid aminohapete tasemele;
• sahharaas – aitab omastada keerulisi suhkruid ja tärklisi;
• maltaas – lagundab disahhariidid monosahhariidideks (linnasesuhkur);
• laktaas – lagundab laktoosi (piimatoodetes leiduv glükoos);
• lipaas - soodustab triglütseriidide, rasvhapete imendumist;
• erepsiin - mõjutab valke;
• isomaltaas - "töötab" maltoosi ja isomaltoosiga.

Käärsool

Siin täidetakse ensüümide funktsioone:

• coli - vastutab seedimise eest;
• laktobatsillid – mõjutavad laktoosi ja mõningaid teisi süsivesikuid.

Lisaks nendele ensüümidele on olemas ka:

• diastaas - seedib taimset tärklist;
• invertaas – lagundab sahharoosi (lauasuhkur);
• glükoamülaas - muundub glükoosiks;
• alfa-galaktosidaas – soodustab ubade, seemnete, sojatoodete, juurviljade ja lehtköögiviljade seedimist;
• bromelain – ensüüm, mis on saadud, soodustab erinevat tüüpi valkude lagunemist, on efektiivne erinevatel keskkonna happesuse tasemetel ning omab põletikuvastaseid omadusi;
• papaiin, toorest papaiast eraldatud ensüüm, soodustab väikeste ja suurte valkude lagunemist, on efektiivne paljude substraatide ja happesuse korral.
• tsellulaas – lagundab tselluloosi, taimseid kiude (inimorganismis ei leidu);
• endoproteaas – lõhustab peptiidsidemeid;
• härja sapi ekstrakt – loomset päritolu ensüüm, stimuleerib soolemotoorikat;
• pankreatiin - loomset päritolu ensüüm, kiirendab valkude seedimist;
• pankrelipaas – loomne ensüüm, mis soodustab imendumist

  Fermenteeritud toidud on peaaegu täiuslik allikas kasulike bakterite jaoks, mis on vajalikud õigeks seedimiseks. Ja kui apteegi probiootikumid "töötavad" ainult ülemises seedesüsteemis ega jõua sageli soolestikku, siis ensümaatiliste toodete mõju on tunda kogu seedekulglas.

  Näiteks sisaldavad aprikoosid kasulike ensüümide segu, sealhulgas invertaasi, mis vastutab glükoosi lagunemise eest ja soodustab kiiret energia vabanemist.

  Võib kasutada looduslikku lipaasi allikat (soodustab lipiidide kiiremat seedimist). Organismis toodab seda ainet kõhunääre. Aga selleks, et selle keha elu lihtsamaks teha, võib endale lubada näiteks salatit avokaadoga - maitsev ja tervislik.

  Lisaks sellele, et see on võib-olla kõige kuulsam allikas, varustab see keha ka amülaasi ja maltaasiga. Amülaasi leidub ka leivas ja teraviljas. Maltaas aitab lagundada maltoosi, nn linnasesuhkrut, mida õlles ja maisisiirupis leidub ohtralt.

  Teine eksootiline puuvili – ananass sisaldab tervet rida ensüüme, sealhulgas bromelaiini. Ja mõnede uuringute kohaselt on sellel ka vähi- ja põletikuvastased omadused.

  Ekstremofiilid ja tööstus

  Ekstremofiilid on ained, mis võivad äärmuslikes tingimustes ellu jääda.

  Elusorganisme, aga ka nende toimimist võimaldavaid ensüüme, on leitud keemistemperatuurilähedase temperatuuriga geisritest ja sügavalt jääst, aga ka äärmusliku soolsusega tingimustes (USA-s Death Valley). Lisaks on teadlased leidnud ensüüme, mille pH tase, nagu selgus, ei ole samuti tõhusa töö põhinõue. Teadlased uurivad erilise huviga ekstremofiilseid ensüüme kui aineid, mida saab tööstuses laialdaselt kasutada. Kuigi ka tänapäeval on ensüümid juba leidnud oma kasutust tööstuses bioloogiliselt ja keskkonnasõbralike ainetena. Ensüüme kasutatakse toiduainetööstuses, kosmetoloogias ja kodukeemia tootmises.

  Izvozchikova Nina Vladislavovna

  Eriala: nakkushaiguste spetsialist, gastroenteroloog, pulmonoloog.

  Üldine kogemus: 35 aastat.

  Haridus:1975-1982, 1MMI, San-Gig, kõrgeim kvalifikatsioon, nakkushaiguste arst.

  Teaduskraad: kõrgeima kategooria doktor, arstiteaduste kandidaat.