Enzymbiokjemi - Hva enzymer er og hvordan de fungerer

Forstå enzymer i biokjemiske reaksjoner

Dette er et restriksjonsenzym eller endonuklease, en type enzym som kutter et DNA-molekyl på et bestemt sted. Callista Images / Getty Images

Et enzym er definert som et makromolekyl som katalyserer en biokjemisk reaksjon. I denne typen kjemiske reaksjoner , startmolekylene kalles substrater. Enzymet interagerer med et substrat og omdanner det til et nytt produkt. De fleste enzymer er navngitt ved å kombinere navnet på substratet med -ase-suffikset (f.eks. protease, urease). Nesten alle metabolske reaksjoner inne i kroppen er avhengige av enzymer for å få reaksjonene til å gå raskt nok til å være nyttige.

Kjemikalier kalt aktivatorer kan øke enzymaktiviteten, mens inhibitorer redusere enzymaktivitet. Studiet av enzymer kalles enzymologi .

Det er seks brede kategorier som brukes til å klassifisere enzymer:

1. Oksidoreduktaser - involvert i elektronoverføring
2. Hydrolaser - spalter substratet ved hydrolyse (opptar et vannmolekyl)
3. Isomeraser - overføre en gruppe i et molekyl for å danne en isomer
4. Ligaser (eller syntetaser) - koble nedbrytningen av en pyrofosfatbinding i et nukleotid til dannelsen av nye kjemiske bindinger
5. Lyaser - tilsett eller eliminer vann, karbondioksid eller ammoniakk over dobbeltbindinger eller for å danne dobbeltbindinger
6. Transferaser - overføre en kjemisk gruppe fra ett molekyl til et annet

Hvordan enzymer fungerer

Enzymer virker ved senke aktiveringsenergien trengte å lageen kjemisk reaksjonskje. Som andre katalysatorer , endrer enzymer likevekten i en reaksjon, men de blir ikke konsumert i prosessen. Mens de fleste katalysatorer kan virke på en rekke forskjellige typer reaksjoner, er et nøkkeltrekk ved et enzym at det er spesifikt. Med andre ord, et enzym som katalyserer en reaksjon vil ikke ha noen effekt på en annen reaksjon.

De fleste enzymer er kuleformede proteiner som er mye større enn substratet de samhandler med. De varierer i størrelse fra 62 aminosyrer til mer enn 2500 aminosyrerester, men bare en del av strukturen deres er involvert i katalyse. Enzymet har det som kalles en aktiv side , som inneholder ett eller flere bindingssteder som orienterer substratet i riktig konfigurasjon, og også en katalytisk sted , som er den delen av molekylet som senker aktiveringsenergien. Resten av et enzyms struktur virker primært for å presentere det aktive stedet for underlag på beste måte . Det kan også være allosterisk nettsted , hvor en aktivator eller inhibitor kan binde seg for å forårsake en konformasjonsendring som påvirker enzymaktiviteten.

Noen enzymer krever et ekstra kjemikalie, kalt a kofaktor , for at katalyse skal oppstå. Kofaktoren kan være et metallion eller et organisk molekyl, for eksempel et vitamin. Kofaktorer kan binde seg løst eller tett til enzymer. Tettbundne kofaktorer kalles protesegrupper .

To forklaringer på hvordan enzymer interagerer med substrater er 'lås og nøkkel'-modell , foreslått av Emil Fischer i 1894, og den indusert passform modell , som er en modifikasjon av lås- og nøkkelmodellen som ble foreslått av Daniel Koshland i 1958. I lås- og nøkkelmodellen har enzymet og substratet tredimensjonale former som passer til hverandre. Den induserte tilpasningsmodellen foreslår at enzymmolekyler kan endre form, avhengig av interaksjonen med underlaget. I denne modellen endrer enzymet og noen ganger substratet form når de samhandler til det aktive stedet er fullstendig bundet.

Eksempler på enzymer

Over 5000 biokjemiske reaksjoner er kjent for å bli katalysert av enzymer. Molekylene brukes også i industri og husholdningsprodukter. Enzymer brukes til å brygge øl og til å lage vin og ost. Enzymmangel er assosiert med noen sykdommer, som fenylketonuri og albinisme. Her er noen eksempler på vanlige enzymer:

• Amylase i spytt katalyserer den første fordøyelsen av karbohydrater i maten.
• Papain er et vanlig enzym som finnes i kjøttmørningsmiddel, der det virker for å bryte bindingene som holder proteinmolekyler sammen.
• Enzymer finnes i vaskemidler og flekkfjernere for å hjelpe til med å bryte opp proteinflekker og løse opp oljer på tekstiler.
• DNA-polymerase katalyserer en reaksjon når DNA kopieres og sjekker deretter for å sikre at de riktige basene brukes.

Er alle enzymer proteiner?

Nesten alle kjente enzymer er proteiner. På en gang ble det antatt at alle enzymer var proteiner, men visse nukleinsyrer, kalt katalytiske RNA eller ribozymer, har blitt oppdaget som har katalytiske egenskaper. Mesteparten av tiden studenter studerer enzymer, studerer de egentlig proteinbaserte enzymer, siden svært lite er kjent om hvordan RNA kan fungere som en katalysator.