дефиниција
Ензими су протеини произведени у биљним и животињским ћелијама, који дјелују као катализатори убрзавањем биолошких реакција без промјене.
Ензими раде комбинацијом са специфичном супстанцом да би је трансформисали у другу супстанцу; класични примери дају дигестивни ензими присутни у пљувачки, у желуцу, у панкреасу и танком цреву, који обављају есенцијалну функцију у варењу и помажу разградити храну у основне састојке, који се затим могу апсорбовати и користити од стране организма, прерађени од других ензима или избачени као отпад.
Сваки ензим има специфичну улогу: онај који разбија масти, на пример, не утиче на протеине или угљене хидрате. Ензими су неопходни за добробит организма. Недостатак, чак и једног ензима, може изазвати озбиљне поремећаје. Добро познати пример је фенилкетонурија (ПКУ), болест коју карактерише немогућност метаболизације есенцијалне аминокиселине, фенилаланина, чија акумулација може изазвати физичке деформације и менталне болести.
Биохемијска анализа
Ензими су специфични протеини који имају својство биолошких катализатора, тј. Они имају способност да смање енергију активације (Еатт) реакције, мењајући свој пут да би се кинетички спор процес појавио брже.
Ензими повећавају кинетику термодинамички могућих реакција и, за разлику од катализатора, су мање или више специфични: стога имају специфичност супстрата.
Ензим није укључен у стехиометрију реакције: да би се то догодило, од суштинског је значаја да је коначна каталитичка локација идентична почетној.
У каталитичком дејству скоро увек постоји спора фаза која одређује брзину процеса.
Када говоримо о ензимима, није исправно говорити о равнотежним реакцијама, већ о стабилном стању (стање у којем се одређени метаболит формира и конзумира континуирано, одржавајући његову константну концентрацију током времена). Продукт реакције катализиране ензимом је обично сам реактант за каснију реакцију, катализирану другим ензимом, и тако даље.
Ензимски катализовани процеси обично се састоје од секвенци реакција.
Генерична реакција која је катализована ензимом (Е) може се тако схематизовати:
Генерички ензим (Е) се комбинује са супстратом (С) да формира адукт (ЕС) са константом брзине К1; може поново да се раздвоји у Е + С, са константом брзине К2, или, (ако је "жив" довољно дуго) може да настави да формира П са константом брзине К3.
Продукт (П) може поново да се рекомбинује са ензимом и реформише адукт са константом брзине К4.
Када се ензим и супстрат мешају, постоји део времена у којем се састанак између две врсте још није догодио: то јест, постоји екстремно кратак временски интервал (који зависи од реакције) у којем ензим и супстрат још нису испуњени; након овог периода, ензим и супстрат долазе у контакт у повећаним количинама и формира се ЕС адукт. Након тога ензим делује на супстрат и производ се ослобађа. Тада се може рећи да постоји почетни временски интервал у којем концентрација ЕС адукта није дефинисана; након тог периода, претпоставља се да је успостављено стабилно стање, тј. брзина процеса који воде до адукта једнака је брзини процеса који доводе до уништења адукта.
Мицхаелис-Ментен-ова константа (КМ) је константа равнотеже (која се односи на горе описану прву равнотежу); можемо рећи, са добром апроксимацијом (зато што би К3 требало узети у обзир) да је КМ представљен односом између кинетичких константи К2 и К1 (које се односе на разарање и формирање адукта ЕС у горе описаној првој равнотежи).
Кроз константу Мицхаелис-Ментен имамо индикацију афинитета између ензима и супстрата: ако је КМ мали, постоји висок афинитет између ензима и супстрата, тако да је ЕС адукт стабилан.
Ензими су подложни регулацији (или модулацији).
У прошлости се говорило прије свега о негативној модулацији, која је инхибиција каталитичких капацитета ензима, али се такођер може имати позитивну модулацију, тј. Постоје врсте које могу повећати каталитичке капацитете ензима.
Постоје 4 типа инхибиција (добијених из апроксимација направљених на моделу да се поклапају експериментални подаци са математичким једначинама):
- конкурентна инхибиција
- неконкурентна инхибиција
- Инцомпетитиве инхибиатион
- компетитивна инхибиција
Разговара се о компетитивној инхибицији када је молекул (инхибитор) у стању да се такмичи са супстратом. Структуралном сличношћу, инхибитор може реаговати уместо супстрата; одатле долази термин "конкурентна инхибиција". Вероватноћа да се ензим везује за инхибитор или супстрат зависи од концентрације оба и њиховог афинитета са ензимом; брзина реакције зависи од ових фактора.
Да би се добила иста брзина реакције која би се одвијала без присуства инхибитора, потребно је имати већу концентрацију супстрата.
Показано је експериментално да се, у присуству инхибитора, Мицхаелис-Ментен константа повећава.
Што се тиче, уместо тога, неконкурентна инхибиција, интеракција између молекула који би требало да ради као модулатор (позитивни или негативни инхибитор) и ензима, јавља се на месту које је различито од оног у коме је интеракција између ензима и супстрата; зато говоримо о алостеричној модулацији (од грчког аллостерос-а → другог места).
Ако се инхибитор везује за ензим, он може индуковати модификацију структуре ензима и, према томе, може смањити ефикасност са којом се супстрат веже за ензим.
У овом типу процеса, Мицхаелис-Ментен константа остаје константна, јер ова вредност зависи од равнотеже између ензима и супстрата, а те равнотеже, чак иу присуству инхибитора, не мењају се.
Феномен неспособне инхибиције је риједак; типични некомпетентни инхибитор је супстанца која се реверзибилно веже за ЕС адукт који доводи до ЕСИ:
Инхибиција вишка супстрата понекад може бити некомпетентног типа, јер се то дешава када се други молекул супстрата веже за ЕС комплекс, што доводи до ЕСС комплекса.
Компетитивни инхибитор, с друге стране, може се везати само за адукт ензима супстрата као у претходном случају: везивање супстрата за слободни ензим индукује конформацијску модификацију која чини локацију приступачном инхибитору.
Мицхаелис Ментен константа се смањује са повећањем концентрације инхибитора: очигледно је да се афинитет ензима према супстрату повећава.
Серин протеазе
Они су породица ензима којима припадају химотрипсин и трипсин.
Химотрипсин је протеолитички и хидролитички ензим који сијече хидрофобне и ароматичне амино киселине десно.
Продукт гена који кодира за химотрипсин није активан (активира се командом); неактивни облик химотрипсина је представљен полипептидним ланцем од 245 амино киселина. Кимотрипсин има глобуларни облик због пет дисулфидних мостова и других мањих интеракција (електростатички, Ван дер Ваалсове силе, водикове везе, итд.).
Химотрипсин се производи од стране химатричних ћелија панкреаса где се налази у посебним мембранама и избацује се кроз канал панкреаса у црево, у време варења хране: химотрипсин је заправо дигестивни ензим. Протеини и хранљиве материје које уносимо кроз исхрану подвргавамо варењу да бисмо их редуковали на мање ланце и апсорбовали и трансформисали у енергију (нпр. Амилазе и протеазе раздвајају хранљиве материје у глукозу и аминокиселине које допиру до ћелија, кроз крвне судове допиру до порталне вене и одатле се преносе у јетру где се даље третирају).
Ензими се производе у неактивном облику и активирају се само када дођу до "локације на којој морају радити"; када се њихова акција заврши, оне се деактивирају. Ензим, када се деактивира, не може се реактивирати: да би се постигло додатно каталитичко дјеловање, мора се замијенити другим молекулом ензима. Ако су цхимитрипсина већ произведена у активном облику у панкреасу, она би напала друго: панкреатитис су патологије због дигестивних ензима који су већ активирани у панкреасу (а не на траженим локацијама); неки од њих, ако се не третирају на време, доводе до смрти.
У химотрипсину и свим серинским протеазама, каталитичко дејство је последица постојања алколатног аниона (-ЦХ20-) у бочном ланцу серина.
Серинске протеазе узимају ово име управо зато што је њихово каталитичко деловање последица серина.
Након што је сав ензим обавио своје дјеловање, прије него што поново може радити на супстрату, мора се вратити водом; "ослобађање" серина од воде је најспорија фаза у процесу, и управо та фаза одређује брзину катализе.
Каталитичко дејство се одвија у две фазе:
- формирање аниона са каталитичким својствима (алколат анион) и следећи нуклеофилни напад на карбонилни угљеник (Ц = О) са одвајањем пептидне везе и формирања естера;
- напад воде са опоравком катализатора (способан, тако да поново врши своју каталитичку активност).
Различити ензими који припадају породици серинских протеаза могу бити састављени од различитих аминокиселина, али за све, каталитичко место је представљено алколатним анионом бочног ланца серина.
Подфамилија серинских протеаза је она ензима укључених у коагулацију (која се састоји од трансформације протеина, од њихове неактивне форме до друге активне форме). Ови ензими осигуравају да је коагулација што ефикаснија и ограничена у простору и времену (коагулација се мора одвијати брзо и мора се десити само у близини повређеног подручја). Ензими који су укључени у коагулацију активирају се у каскади (од активације једног ензима добијају се милијарде ензима: сваки активирани ензим, заузврат активира многе друге ензиме).
Тромбоза је болест због неисправности ензима коагулације: узрокована је активацијом, без потребе (јер нема лезије), ензима који се користе у коагулацији.
Постоје и модулаторни ензими (регулатори) и инхибиторни ензими за друге ензиме: интеракцијом са потоњим они регулишу или инхибирају њихову активност; чак и производ ензима може бити инхибитор ензима. Постоје и ензими који раде више, већи је супстрат присутан.
лисозиме
Луиги Пастеур је случајно открио кихање на Петријевој здјелици, да у слузи постоји ензим који може убијати бактерије: лизозим ; од грчког: лисо = која реже; зимо = ензим.
Лизозим је способан да разбије ћелијски зид бактерија. Бактерије и, опћенито, једностанични организми, требају механички отпорне структуре које ограничавају њихов облик; унутар бактерија постоји веома висок осмотски притисак и зато привлаче воду. Плазма мембрана би експлодирала ако не би било ћелијске стијенке која би се супротставила уласку воде и ограничила запремину бактерије.
Ћелијски зид се састоји од полисахаридног ланца у коме се наизменично измјењују Н-ацетил-глукозамин (НАГ) молекуле и Н-ацетил-мураминске киселине (НАМ); веза између НАГ и НАМ се распада хидролизом. НАМ карбоксилна група у ћелијском зиду је ангажована у пептидној вези са амино киселином.
Између различитих ланаца формирају се мостови који се састоје од псеудо-пептидних веза: гранање је последица молекула лизина; структура у целини је веома разграната и то јој даје високу стабилност.
Лизозим је антибиотик (убија бактерије): делује на стварање пукотине у бактеријском зиду; када је ова структура сломљена (која је механички отпорна), бактерија привлачи воду док се не распрсне. Лизозим је у стању да разбије б-1, 4 глукозидну везу између НАМ и НАГ.
Каталитичко место лизозима је представљено браздом који се протеже дуж ензима у који је уметнут полисахаридни ланац: шест глукозидних прстенова ланца, налазе своје место у жлебу.
У позицији три бразде постоји уско грло: у овом положају може се поставити само један НАГ, јер НАМ, који је већи, не може ући. Стварна каталитичка локација је између четири и пет позиција: постојање НАГ-а на позицији три, рез се врши између НАМ-а и НАГ-а (а не обрнуто); према томе, рез је специфичан.
Оптимални пХ за функционисање лизозима је пет. У каталитичком месту ензима, који је између положаја четири и пет, постоје бочни ланци аспарагинске киселине и глутаминске киселине.
Степен хомологије : мери однос (тј. Сличност) између протеинских структура.
Постоји строга веза између лизозима и лактоза-синтетазе.
Синтаза лактозе синтетише лактозу (која је главни шећер у млеку): лактоза је галактозил глукозид у коме постоји β-1, 4 глукозидна веза између галактозе и глукозе.
Тако, лактоза синтетаза катализира реакцију супротну од оне катализоване лизозимом (који уместо тога разлаже β-1, 4 глукозидну везу)
Синтаза лактозе је димер, тј. Састоји се од два протеинска ланца, од којих један има каталитичка својства и успоредив је са лизозимом, а други је регулаторна подјединица.
Током трудноће, гликопротеини се синтетишу из ћелија млечне жлезде дејством галатозил-транферазе (има 40% хомологност секвенце са лизозимом): овај ензим може да пренесе галактозилну групу из високоенергетске структуре. на структуру гликопротеина. Током трудноће, индукована је експресија гена који кодира за галактозу-трансферазу (постоји и експресија других гена који такође дају и друге производе): повећава се величина дојке јер се активира млечна жлезда (претходно неактивне) које морају производити млеко. Током порођаја производи се α-лакталалбумин који је регулаторни протеин: способан је да регулише каталитички капацитет галактозил-трансферазе (због дискриминације супстрата). Галактозил-трансфераза модификована α-лакталалбумином, може преносити галактозил на молекул глукозе: формирајући гликозидну везу β-1, 4 и даје лактозу (лактоза синтетазу).
Према томе, галактоза трансфераза припрема млечну жлезду пре испоруке и производи млеко после испоруке.
Да би се произвели гликопротеини, галактозилтрансфераза се везује за галактозил и НАГ; током порода, лактални албумин се везује за галактозилтрансферазу, узрокујући да други препознају глукозу, а не НАГ, дајући лактозу.
