Животът на всеки организъм е възможен поради протичащите в него метаболитни процеси. Тези реакции се контролират от естествени катализатори или ензими. Друго име на тези вещества е ензими. Терминът "ензими" идва от латинското fermentum, което означава "закваска". Концепцията се появява исторически в изследването на процесите на ферментация.

Ориз. 1 - Ферментация с помощта на дрожди - типичен пример за ензимна реакция

Човечеството отдавна се радва на полезните свойства на тези ензими. Например в продължение на много векове сиренето се приготвя от мляко с помощта на сирище.

Ензимите се различават от катализаторите по това, че действат в жив организъм, докато катализаторите - в неживата природа. Клонът на биохимията, който изучава тези основни вещества за живота, се нарича ензимология.

Общи свойства на ензимите

Ензимите са протеинови молекули, които взаимодействат с различни вещества, ускорявайки тяхната химическа трансформация по определен път. Те обаче не се консумират. Всеки ензим има активно място, което се прикрепя към субстрат, и каталитично място, което започва определена химична реакция. Тези вещества ускоряват биохимичните реакции, протичащи в тялото, без да повишават температурата.

Основните свойства на ензимите:

• специфичност: способността на ензима да действа само върху специфичен субстрат, например липази върху мазнини;
• каталитична ефективност: способността на ензимните протеини да ускоряват биологичните реакции стотици и хиляди пъти;
• способност за регулиране: във всяка клетка производството и активността на ензими се определя от особена верига от трансформации, която влияе върху способността на тези протеини да се синтезират отново.

Ролята на ензимите в човешкото тяло не може да бъде надценена. По това време, когато току-що беше открита структурата на ДНК, се казваше, че един ген е отговорен за синтеза на един протеин, който вече определя някаква конкретна черта. Сега това твърдение звучи така: "Един ген - един ензим - една черта." Тоест без активността на ензимите в клетката животът не може да съществува.

Класификация

В зависимост от ролята в химичните реакции се разграничават следните класове ензими:

В живия организъм всички ензими се разделят на вътреклетъчни и извънклетъчни. Вътреклетъчните включват, например, чернодробни ензими, участващи в реакциите на неутрализация на различни вещества, които идват с кръвта. Те се намират в кръвта, когато органът е увреден, което помага при диагностицирането на неговите заболявания.

Вътреклетъчни ензими, които са маркери за увреждане на вътрешните органи:

• черен дроб - аланин аминотрансфераза, аспартат аминотрансфераза, гама-глутамил транспептидаза, сорбитол дехидрогеназа;
• бъбреци - алкална фосфатаза;
• простата - кисела фосфатаза;
• сърдечен мускул - лактат дехидрогеназа

Извънклетъчните ензими се секретират от жлезите във външната среда. Основните се секретират от клетките на слюнчените жлези, стомашната стена, панкреаса, червата и участват активно в храносмилането.

Храносмилателни ензими

Храносмилателните ензими са протеини, които ускоряват разграждането на големи молекули, които съставляват храната. Те разделят такива молекули на по-малки фрагменти, които са по-лесни за смилане от клетките. Основните видове храносмилателни ензими са протеази, липази и амилази.

Основната храносмилателна жлеза е панкреасът. Той произвежда повечето от тези ензими, както и нуклеази, които разцепват ДНК и РНК, и пептидази, участващи в образуването на свободни аминокиселини. Освен това, малко количество образувани ензими е в състояние да „обработи“ голямо количество храна.

При ензимното разграждане на хранителните вещества се отделя енергия, която се изразходва за метаболитни процеси и жизнена дейност. Без участието на ензими подобни процеси биха протичали твърде бавно, без да осигурят на тялото достатъчно енергийно снабдяване.

Освен това, участието на ензимите в процеса на храносмилане осигурява разграждането на хранителните вещества в молекули, които могат да преминат през клетките на чревната стена и да попаднат в кръвния поток.

амилаза

Амилазата се произвежда от слюнчените жлези. Действа върху хранително нишесте, което е изградено от дълга верига от глюкозни молекули. В резултат на действието на този ензим се образуват участъци, състоящи се от две свързани глюкозни молекули, тоест фруктоза и други въглехидрати с къса верига. По-нататък те се метаболизират до глюкоза в червата и оттам се абсорбират в кръвта.

Слюнчените жлези разграждат само част от нишестето. Слюнчената амилаза е активна за кратко време, докато храната се дъвче. След навлизане в стомаха ензимът се инактивира от киселинното му съдържание. По-голямата част от нишестето вече се разгражда в дванадесетопръстника под действието на панкреатична амилаза, произвеждана от панкреаса.

Ориз. 2 - Амилазата започва разграждането на нишестето

Късите въглехидрати, образувани под действието на панкреатичната амилаза, навлизат в тънките черва. Тук с помощта на малтаза, лактаза, сукраза, декстриназа те се разграждат до глюкозни молекули. Фибрите, които не се разграждат от ензими, се отделят от червата с изпражненията.

Протеази

Протеините или протеините са съществена част от човешката диета. За тяхното разцепване са необходими ензими - протеази. Те се различават по мястото на синтез, субстратите и други характеристики. Някои от тях са активни в стомаха, като пепсин. Други се произвеждат от панкреаса и са активни в чревния лумен. В самата жлеза се отделя неактивен ензимен предшественик, химотрипсиноген, който започва да действа едва след смесване с киселинно хранително съдържание, превръщайки се в химотрипсин. Този механизъм помага да се избегне самоувреждане от протеазите на панкреасните клетки.

Ориз. 3 - Ензимно разцепване на протеини

Протеазите разграждат хранителните протеини на по-малки фрагменти – полипептиди. Ензими – пептидазите ги разграждат до аминокиселини, които се абсорбират в червата.

липази

Хранителните мазнини се разграждат от липазните ензими, които също се произвеждат от панкреаса. Те разграждат мастните молекули до мастни киселини и глицерол. Такава реакция изисква наличието в лумена на дванадесетопръстника на жлъчка, която се образува в черния дроб.

Ориз. 4 - Ензимна хидролиза на мазнини

Ролята на заместителната терапия с Микразим

За много хора с храносмилателни разстройства, особено тези със заболявания на панкреаса, прилагането на ензими осигурява функционална подкрепа на органа и ускорява оздравителния процес. След спиране на пристъп на панкреатит или друга остра ситуация, приемът на ензими може да бъде спрян, тъй като тялото самостоятелно възстановява тяхната секреция.

Дългосрочната употреба на ензимни препарати е необходима само в случай на тежка екзокринна панкреатична недостатъчност.

Един от най-физиологичните в състава си е лекарството "Микразим". Състои се от амилаза, протеази и липаза, съдържащи се в панкреатичния сок. Следователно не е необходимо отделно да избирате кой ензим да се използва за различни заболявания на този орган.

Показания за употреба на това лекарство:

• хроничен панкреатит, кистозна фиброза и други причини за недостатъчна секреция на панкреасни ензими;
• възпалителни заболявания на черния дроб, стомаха, червата, особено след операции върху тях, за по-бързо възстановяване на храносмилателната система;
• хранителни грешки;
• нарушение на функцията на дъвчене, например при стоматологични заболявания или неподвижност на пациента.

Приемането на храносмилателни ензими за заместващи цели помага да се избегне подуване на корема, редки изпражнения и болки в корема. Освен това, при тежки хронични заболявания на панкреаса, Micrasim напълно поема функцията на разделяне на хранителните вещества. Поради това те могат свободно да се абсорбират в червата. Това е особено важно за деца с кистозна фиброза.

Важно: преди употреба прочетете инструкциите или се консултирайте с Вашия лекар.

ЕНЗИМИ
органични вещества с протеинова природа, които се синтезират в клетките и многократно ускоряват протичащите в тях реакции, без да претърпяват химически трансформации. Вещества, които имат подобен ефект, съществуват в неживата природа и се наричат ​​катализатори. Ензимите (от лат. fermentum - ферментация, закваска) понякога се наричат ​​ензими (от гръцки en - вътре, zyme - закваска). Всички живи клетки съдържат много голям набор от ензими, от чиято каталитична активност зависи функционирането на клетките. Почти всяка от многото различни реакции, протичащи в клетката, изисква участието на специфичен ензим. Изучаването на химичните свойства на ензимите и катализираните от тях реакции е специална, много важна област на биохимията - ензимологията. Много ензими са в клетката в свободно състояние, просто се разтварят в цитоплазмата; други са свързани със сложни високоорганизирани структури. Съществуват и ензими, които обикновено са извън клетката; по този начин ензими, които катализират разграждането на нишестето и протеините, се секретират от панкреаса в червата. Отделят ензими и много микроорганизми. Първите данни за ензимите са получени чрез изследване на процесите на ферментация и храносмилане. Л. Пастьор има голям принос в изучаването на ферментацията, но вярва, че само живите клетки могат да извършват съответните реакции. В началото на 20 век E. Buchner показа, че ферментацията на захарозата с образуването на въглероден диоксид и етилов алкохол може да се катализира от безклетъчен екстракт от дрожди. Това важно откритие стимулира изолирането и изследването на клетъчните ензими. През 1926 г. J. Sumner от университета Корнел (САЩ) изолира уреаза; това е първият ензим, получен в практически чиста форма. Оттогава са открити и изолирани повече от 700 ензими, но много повече съществуват в живите организми. Идентифицирането, изолирането и изследването на свойствата на отделните ензими заемат централно място в съвременната ензимология. Ензимите, участващи в основните процеси на преобразуване на енергия, като разграждането на захарите, образуването и хидролизата на високоенергийното съединение аденозин трифосфат (АТФ), присъстват във всички видове клетки – животински, растителни, бактериални. Има обаче ензими, които се произвеждат само в тъканите на определени организми. Така ензимите, участващи в синтеза на целулоза, се намират в растителните клетки, но не и в животинските. По този начин е важно да се прави разлика между "универсални" ензими и ензими, специфични за определени типове клетки. Най-общо казано, колкото по-специализирана е една клетка, толкова по-вероятно е тя да синтезира набора от ензими, необходими за изпълнение на определена клетъчна функция.
Ензимите са като протеини.Всички ензими са протеини, прости или сложни (т.е. съдържащи, заедно с протеиновия компонент, небелтъчна част).
Вижте също ПРОТЕИНИ. Ензимите са големи молекули, тяхното молекулно тегло варира от 10 000 до над 1 000 000 далтона (Da). За сравнение, да речем. маси от известни вещества: глюкоза - 180, въглероден диоксид - 44, аминокиселини - от 75 до 204 Da. Ензимите, които катализират едни и същи химични реакции, но изолирани от клетки от различен тип, се различават по свойства и състав, но обикновено имат известно структурно сходство. Структурните особености на ензимите, необходими за тяхното функциониране, лесно се губят. Така че, когато се нагрява, протеиновата верига се пренарежда, придружено от загуба на каталитична активност. Алкалните или киселинните свойства на разтвора също са важни. Повечето ензими работят най-добре в разтвори с рН близко до 7, когато концентрацията на H+ и OH- йони е приблизително еднаква. Това се дължи на факта, че структурата на протеиновите молекули и следователно активността на ензимите силно зависят от концентрацията на водородните йони в средата. Не всички протеини, присъстващи в живите организми, са ензими. Така структурните протеини, много специфични кръвни протеини, протеинови хормони и т.н. изпълняват различна функция.
коензими и субстрати.Много ензими с голямо молекулно тегло проявяват каталитична активност само в присъствието на специфични нискомолекулни вещества, наречени коензими (или кофактори). Ролята на коензимите играят повечето витамини и много минерали; ето защо те трябва да се приемат с храна. Витамините РР (никотинова киселина или ниацин) и рибофлавин, например, са част от коензимите, необходими за функционирането на дехидрогеназите. Цинкът е коензим на карбоанхидразата, ензим, който катализира отделянето на въглероден диоксид от кръвта, който се отстранява от тялото заедно с издишания въздух. Желязото и медта са компоненти на респираторния ензим цитохром оксидаза. Вещество, което претърпява трансформация в присъствието на ензим, се нарича субстрат. Субстратът се присъединява към ензима, което ускорява разкъсването на едни химични връзки в неговата молекула и създаването на други; полученият продукт се отделя от ензима. Този процес е представен по следния начин:

Продуктът може да се счита и за субстрат, тъй като всички ензимни реакции са обратими до известна степен. Вярно е, че обикновено равновесието се измества към образуването на продукта и обратната реакция може да бъде трудна за фиксиране.
Механизмът на действие на ензимите.Скоростта на ензимната реакция зависи от концентрацията на субстрата [[S]] и количеството на наличния ензим. Тези стойности определят колко молекули от ензима ще бъдат свързани към субстрата, а скоростта на реакцията, катализирана от този ензим, зависи от съдържанието на комплекса ензим-субстрат. В повечето ситуации, представляващи интерес за биохимиците, концентрацията на ензима е много ниска и субстратът присъства в излишък. Освен това биохимиците изучават процеси, достигнали стабилно състояние, при което образуването на ензимно-субстратен комплекс се балансира чрез превръщането му в продукт. При тези условия зависимостта на скоростта (v) на ензимната трансформация на субстрата от неговата концентрация [[S]] се описва с уравнението на Michaelis-Menten:

където KM е константата на Михаелис, характеризираща активността на ензима, V е максималната скорост на реакция при дадена обща концентрация на ензима. От това уравнение следва, че при ниско [[S]] скоростта на реакцията нараства пропорционално на концентрацията на субстрата. Въпреки това, при достатъчно голямо увеличение на последното, тази пропорционалност изчезва: скоростта на реакцията престава да зависи от [[S]] - насищането настъпва, когато всички ензимни молекули са заети от субстрата. Изясняването на механизмите на действие на ензимите във всички детайли е въпрос на бъдещето, но някои от важните им характеристики вече са установени. Всеки ензим има едно или повече активни места, към които субстратът се свързва. Тези центрове са силно специфични; "разпознават" само "своя" субстрат или тясно свързани съединения. Активният център се образува от специални химични групи в ензимната молекула, ориентирани една спрямо друга по определен начин. Загубата на ензимна активност, която настъпва толкова лесно, е свързана именно с промяна във взаимната ориентация на тези групи. Субстратната молекула, свързана с ензима, претърпява промени, в резултат на което някои химични връзки се разрушават и се образуват други химични връзки. За да се случи този процес, е необходима енергия; ролята на ензима е да понижи енергийната бариера, която субстратът трябва да преодолее, за да се превърне в продукт. Как точно се осигурява това намаление не е напълно установено.
Ензимни реакции и енергия.Освобождаването на енергия по време на метаболизма на хранителните вещества, като например окисляването на глюкоза с шест въглерода до образуване на въглероден диоксид и вода, се случва в резултат на последователни координирани ензимни реакции. В животинските клетки 10 различни ензима участват в превръщането на глюкозата в пирогроздена киселина (пируват) или млечна киселина (лактат). Този процес се нарича гликолиза. Първата реакция - фосфорилиране на глюкоза - изисква участието на АТФ. Превръщането на всяка молекула глюкоза в две молекули пирогроздна киселина изразходва две молекули АТФ, но в същото време 4 ATP молекули се образуват от аденозин дифосфат (ADP) в междинните етапи, така че целият процес дава 2 ATP молекули. Освен това, пирогрозената киселина се окислява до въглероден диоксид и вода с участието на ензими, свързани с митохондриите. Тези трансформации образуват цикъл, наречен цикъл на трикарбоксилна киселина или цикъл на лимонена киселина.
Вижте също МЕТАБОЛИЗЪМ. Окислението на едно вещество винаги е свързано с редукцията на друго: първото отказва водороден атом, а второто го добавя. Тези процеси се катализират от дехидрогенази, които осигуряват прехвърлянето на водородни атоми от субстрати към коензими. В цикъла на трикарбоксилната киселина някои специфични дехидрогенази окисляват субстрати, за да образуват редуцираната форма на коензима (никотинамид динуклеотид, обозначен като NAD), докато други окисляват редуцирания коензим (NADH), възстановявайки други респираторни ензими, включително цитохроми (съдържащи желязо хемопротеини) , в който железният атом се окислява последователно, след което се редуцира. В крайна сметка, редуцираната форма на цитохром оксидазата, един от ключовите желязосъдържащи ензими, се окислява от кислорода, влизащ в тялото ни с вдишвания въздух. Когато захарта се изгаря (окислява се от атмосферния кислород), нейните въглеродни атоми директно взаимодействат с кислорода, образувайки въглероден диоксид. За разлика от изгарянето, когато захарта се окислява в тялото, кислородът окислява собственото желязо на цитохром оксидазата, но неговият окислителен потенциал в крайна сметка се използва за пълно окисление на захарите в многоетапен, ензимно-медииран процес. На отделни етапи на окисление енергията, съдържаща се в хранителните вещества, се освобождава главно на малки порции и може да се съхранява във фосфатните връзки на АТФ. Това включва прекрасни ензими, които свързват окислителни реакции (производство на енергия) с реакции на образуване на АТФ (съхранение на енергия). Този процес на свързване е известен като окислително фосфорилиране. Ако нямаше свързани ензимни реакции, животът в познатите ни форми би бил невъзможен. Ензимите изпълняват и много други функции. Те катализират различни реакции на синтез, включително образуването на тъканни протеини, мазнини и въглехидрати. Цели ензимни системи се използват за синтезиране на огромен набор от химични съединения, открити в сложни организми. Това изисква енергия и във всички случаи идва от фосфорилирани съединения като АТФ.

Ензими и храносмилане.Ензимите са основни участници в процеса на храносмилане. Само съединения с ниско молекулно тегло могат да преминат през чревната стена и да влязат в кръвния поток, така че хранителните компоненти трябва първо да бъдат разбити на малки молекули. Това се случва по време на ензимната хидролиза (разграждане) на протеини до аминокиселини, нишесте до захари, мазнини до мастни киселини и глицерол. Хидролизата на протеините се катализира от ензима пепсин, съдържащ се в стомаха. Редица високоефективни храносмилателни ензими се секретират в червата от панкреаса. Това са трипсин и химотрипсин, които хидролизират протеините; липаза, която разгражда мазнините; амилазата катализира разграждането на нишестето. Пепсин, трипсин и химотрипсин се секретират в неактивна форма, под формата на т.нар. зимогени (проензими) и стават активни само в стомаха и червата. Това обяснява защо тези ензими не унищожават клетките на панкреаса и стомаха. Стените на стомаха и червата са защитени от храносмилателни ензими и слой слуз. Няколко важни храносмилателни ензима се секретират от клетките в тънките черва. Повечето от енергията, съхранявана в растителните храни, като трева или сено, се съхранява в целулоза, която се разгражда от ензима целулаза. В тялото на тревопасните този ензим не се синтезира и преживните животни, като говеда и овце, могат да ядат храна, съдържаща целулоза, само защото целулазата се произвежда от микроорганизми, които обитават първата част на стомаха – белега. Термитите също усвояват храната с помощта на микроорганизми. Ензимите се използват в хранителната, фармацевтичната, химическата и текстилната промишленост. Пример е растителен ензим, получен от папая и използван за омекване на месото. Ензими се добавят и към праховете за пране.
Ензими в медицината и селското стопанство.Осъзнаването на ключовата роля на ензимите във всички клетъчни процеси доведе до широкото им използване в медицината и селското стопанство. Нормалното функциониране на всеки растителен и животински организъм зависи от ефективната работа на ензимите. Действието на много токсични вещества (отрови) се основава на способността им да инхибират ензимите; редица лекарства имат същия ефект. Често ефектът на лекарство или токсично вещество може да се проследи чрез селективния му ефект върху работата на определен ензим в тялото като цяло или в определена тъкан. Например, мощните фосфорорганични инсектициди и нервнопаралитични агенти, разработени за военни цели, имат своето пагубно действие, като блокират работата на ензимите - преди всичко холинестераза, която играе важна роля в предаването на нервните импулси. За да разберете по-добре механизма на действие на лекарствата върху ензимните системи, е полезно да разгледаме как действат някои ензимни инхибитори. Много инхибитори се свързват с активния център на ензима, този, с който взаимодейства субстратът. При такива инхибитори най-важните структурни характеристики са близки до тези на субстрата и ако и субстратът, и инхибиторът присъстват в реакционната среда, те се конкурират за свързване с ензима; колкото по-висока е концентрацията на субстрата, толкова по-успешно се конкурира с инхибитора. Инхибиторите от друг тип предизвикват конформационни промени в ензимната молекула, които включват функционално важни химични групи. Изучаването на механизма на действие на инхибиторите помага на химиците да създават нови лекарства.

Тема: “СВОЙСТВА И КЛАСИФИКАЦИЯ НА ЕНЗИМИТЕ. ВЛИЯНИЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА И PH НА ОКОЛНАТА СРЕДА ВЪРХУ ЕНЗИМНАТА АКТИВНОСТ. СПЕЦИФИКА НА ДЕЙСТВИЕТО НА ЕНЗИМИ. ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ЕНЗИМНАТА АКТИВНОСТ»

1. Химическа природа на ензимите. Значението на ензимите за живота на тялото.

2. Основни свойства на ензимите. Влияние на концентрацията на ензима и субстрата, температурата и рН на средата върху скоростта на ензимната реакция. Олигодинамизъм и обратимост на ензимното действие.

3. Специфичността на действието на ензимите (абсолютни, относителни и стереохимични). Примери.

4. Най-важната характеристика, лежаща в основата на класификацията на ензимите. Концепцията за кодовия номер на ензима. Класове ензими: оксидоредуктази, трансферази, хидролази, лиази, изомерази, лигази. Вид и общо уравнение на катализираните реакции, принципи на образуване на подкласове.

5. Номенклатурата на ензимите (концепцията за системните и работещи (препоръчителни) наименования на ензимите, тяхното използване).

6. Определяне на ензимната активност. Аналитични методи, използвани за определяне на активността. Единици за обща, специфична, молекулярна активност на ензимите, тяхното използване. Формула за изчисляване на общата ензимна активност в кръвния серум.

Раздел 7.1	Химичната природа на ензимите. Значението на ензимите за живота на тялото.
7.1.1. Ходът на метаболитните процеси в организма се определя от действието на множество ензими - биологични катализатори с протеинова природа. Те ускоряват химичните реакции и не се консумират сами. Срок "ензим"идва от латинската дума ферментум - закваска. Наред с това понятие в литературата се използва еквивалентният термин "ензим" (ензим - в дрожди) от гръцки произход. Следователно клонът на биохимията, който изучава ензимите, се нарича "ензимология". Ензимология формира основата на познанието на молекулярно ниво за най-важните проблеми на човешката физиология и патология. Храносмилането на хранителните вещества и използването им за производство на енергия, образуването на структурни и функционални компоненти на тъканите, мускулната контракция, предаването на електрически сигнали по нервните влакна, възприемането на светлина от окото, съсирването на кръвта - всеки от тези физиологични механизми е въз основа на каталитичното действие на определени ензими. Доказано е, че множество заболявания се разрушават директно от ензимната катализа; определянето на активността на ензимите в кръвта и други тъкани дава ценна информация за медицинска диагностика; ензими или техни инхибитори могат да се използват като лекарствени вещества. Следователно познаването на най-важните характеристики на ензимите и катализираните от тях реакции е необходимо за рационален подход към изследването на човешките заболявания, тяхната диагностика и лечение. 7.1.2. Веществата, които се катализират от ензими, се наричат субстрати . Ензимът се комбинира със субстрата, за да се образува ензим-субстратен комплекс (Фигура 7.1). Фигура 7.1.Образуване на ензим-субстратен комплекс по време на катализираната реакция. Образуването на този комплекс помага за намаляване на енергийната бариера, която молекулата на субстрата трябва да преодолее, за да влезе в реакция (Фигура 7.2). След завършване на реакцията комплексът ензим-субстрат се разлага на продукт(и) и ензим. В края на реакцията ензимът се връща в първоначалното си състояние и може да взаимодейства с нова молекула на субстрата. Фигура 7.2.Влияние на ензима върху енергийната бариера на реакцията. Ензимите, действащи като катализатори, понижават енергията на активиране, необходима за протичане на реакцията. 7.1.3. Ензимите имат свойства общи за всички протеини. По-специално, ензимните молекули, подобно на други протеини, са изградени от α-аминокиселини, свързани с пептидни връзки. Следователно ензимните разтвори дават положителна биуретна реакцияи техните хидролизати - положителна реакция на нинхидрин. Нативните свойства и функции на ензимите се определят от наличието на определена пространствена структура (конформация) на тяхната полипептидна верига. Промяна на тази структура като резултат термична денатурацияводи до загуба на каталитични свойства. Наличието на високомолекулни ензими ги прави невъзможност за диализаи наличието на заредени функционални групи в молекулите - мобилност в електрическо поле. Подобно на други протеини, ензимите образуват колоидни разтвори, от които може да се утаи с ацетон, алкохол, амониев сулфат- вещества, които допринасят за разрушаването на хидратационната обвивка и неутрализацията на електрическия заряд.

Раздел 7.2	Основни свойства на ензимите. Олигодинамизъм и обратимост на ензимното действие. Влияние на концентрацията на ензима и субстрата, температурата и рН на средата върху скоростта на ензимната реакция.
7.2.1. Белтъчната природа на ензимите обуславя появата на редица свойства в тях, които по принцип не са характерни за неорганичните катализатори: олигодинамичност, специфичност, зависимост на скоростта на реакцията от температурата, рН на средата, концентрация на ензима и субстрата, наличието на активатори и инхибитори. Под олигодинамиченензимите разбират високата ефективност на действие в много малки количества. Такава висока ефективност се обяснява с факта, че ензимните молекули непрекъснато се регенерират по време на каталитичната си активност. Типичната ензимна молекула може да се регенерира милиони пъти в минута. Трябва да се каже, че неорганичните катализатори също са способни да ускорят превръщането на такова количество вещества, което е многократно по-голямо от собствената им маса. Но нито един неорганичен катализатор не може да се сравни с ензимите по отношение на ефективността. Пример за това е ензимът ренин, който се произвежда от стомашната лигавица на преживните животни. Една молекула от него за 10 минути при 37°C е в състояние да причини коагулация (подсирване) на около милион молекули млечен казеиноген. Друг пример за високата ефективност на ензимите е каталазата. Една молекула от този ензим при 0°C разгражда около 50 000 молекули водороден пероксид в секунда: 2 N 2 O2 2 H2 O + O2 Действието на каталазата върху водородния пероксид е да промени енергията на активиране на тази реакция от приблизително 75 kJ/mol без катализатор до 21 kJ/mol в присъствието на ензима. Ако колоидна платина се използва като катализатор за тази реакция, тогава енергията на активиране е само 50 kJ/mol. 7.2.2. При изследване на влиянието на който и да е фактор върху скоростта на ензимната реакция, всички останали фактори трябва да останат непроменени и, ако е възможно, да имат оптимална стойност. Мярка за скоростта на ензимните реакции е количеството субстрат, който е претърпял трансформация за единица време, или количеството образуван продукт. Промяната в скоростта се извършва в началния етап на реакцията, когато продуктът все още практически липсва и обратната реакция не настъпва. Освен това в началния етап на реакцията концентрацията на субстрата съответства на първоначалното му количество. 7.2.3. Зависимостта на скоростта на ензимната реакция ( V ) върху концентрацията на ензима [E](Фигура 7.3). При висока концентрация на субстрата (многократно по-висока от концентрацията на ензима) и при постоянство на други фактори скоростта на ензимната реакция е пропорционална на концентрацията на ензима. Следователно, знаейки скоростта на реакцията, катализирана от ензима, може да се направи заключение за неговото количество в изследвания материал. Фигура 7.3.Зависимост на скоростта на ензимната реакция от концентрацията на ензима 7.2.4. Зависимост на скоростта на реакцията от концентрацията на субстрата[С]. Графиката на зависимостта има формата на хипербола (фигура 7.4). При постоянна концентрация на ензима скоростта на катализираната реакция се увеличава с увеличаване на концентрацията на субстрата до максималната стойност Vmax, след което остава постоянна. Това трябва да се обясни с факта, че при високи концентрации на субстрата всички активни центрове на ензимните молекули са свързани с молекулите на субстрата. Всеки излишен субстрат може да се свърже с ензима само след като реакционният продукт се образува и активното място се освободи. Фигура 7.4.Зависимост на скоростта на ензимната реакция от концентрацията на субстрата. Зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на субстрата може да се изрази с уравнението на Michaelis-Menten: , където V е скоростта на реакцията при концентрация на субстрата [S], Vmax е максималната скорост, а KM е константата на Михаелис. Константата на Михаелис е равна на концентрацията на субстрата, при която скоростта на реакцията е половината от максималната. Определянето на KM и Vmax е от голямо практическо значение, тъй като позволява количествено да се опишат повечето ензимни реакции, включително реакции, включващи два или повече субстрата. Различни химикали, които променят активността на ензимите, влияят на стойностите на Vmax и KM по различни начини. 7.2.5. Зависимостта на скоростта на реакцията от t - температурата, при която протича реакцията (Фигура 7.5) е сложно. Температурната стойност, при която скоростта на реакцията е максимална, е температурният оптимум на ензима. Оптималната температура за повечето ензими в човешкото тяло е приблизително 40°C. За повечето ензими оптималната температура е равна или по-висока от температурата, при която се съхраняват клетките. Фигура 7.5.Зависимостта на скоростта на ензимната реакция от температурата. При по-ниски температури (0° - 40°C) скоростта на реакцията се увеличава с повишаване на температурата. Когато температурата се повиши с 10°C, скоростта на ензимната реакция се удвоява (температурният коефициент Q10 е равен на 2). Увеличаването на скоростта на реакцията се обяснява с увеличаването на кинетичната енергия на молекулите. При по-нататъшно повишаване на температурата връзките, които поддържат вторичната и третичната структура на ензима, се разрушават, тоест термична денатурация. Това е придружено от постепенна загуба на каталитична активност. 7.2.6. Зависимостта на скоростта на реакцията от рН на средата (Фигура 7.6). При постоянна температура ензимът работи най-ефективно в тесен диапазон на pH. Стойността на рН, при която скоростта на реакцията е максимална, е оптималното рН на ензима. Повечето ензими в човешкото тяло имат оптимално pH в диапазона от pH 6-8, но има ензими, които са активни при стойности на pH извън този диапазон (например пепсин, който е най-активен при pH 1,5-2,5) . Промяната на pH както в киселинната, така и в алкалната страна от оптимума води до промяна в степента на йонизация на киселинните и основни групи аминокиселини, които съставляват ензима (например COOH групи на аспартат и глутамат, NH2 групи на лизин и др.). Това причинява промяна в конформацията на ензима, което води до промяна в пространствената структура на активния център и намаляване на неговия афинитет към субстрата. Освен това при екстремни стойности на рН ензимът се денатурира и инактивира. Фигура 7.6.Зависимост на скоростта на ензимната реакция от рН на средата. Трябва да се отбележи, че оптималното рН, характерно за ензима, не винаги съвпада с рН на неговата непосредствена вътреклетъчна среда. Това предполага, че средата, в която се намира ензимът, регулира до известна степен неговата активност. 7.2.7. Зависимост на скоростта на реакцията от наличието на активатори и инхибитори . Активаторите повишават скоростта на ензимната реакция. Инхибиторите забавят скоростта на ензимната реакция. Неорганичните йони могат да действат като ензимни активатори. Смята се, че тези йони карат ензима или молекулите на субстрата да приемат конформация, която насърчава образуването на комплекс ензим-субстрат. Това увеличава вероятността от взаимодействие между ензима и субстрата, а оттам и скоростта на реакцията, катализирана от ензима. Например, активността на амилазата на слюнката се повишава в присъствието на хлоридни йони.

Раздел 7.3	Спецификата на действието на ензимите (абсолютни, относителни и стереохимични).
7.3.1. Важно свойство, което отличава ензимите от неорганичните катализатори е специфичност на действието. Както е известно, структурата на активния център на ензима е комплементарна към структурата на неговия субстрат. Следователно ензимът от всички вещества, присъстващи в клетката, избира и прикрепя само нейния субстрат. Ензимите се характеризират със специфичност не само по отношение на субстрата, но и по отношение на пътя на трансформация на субстрата. Ензимите имат абсолютна, относителна и стереохимична специфичност. 7.3.2. Абсолютна специфика- селективната способност на ензима да катализира само една от възможните трансформации на един субстрат. Това може да се обясни с конформационната и електростатичната комплементарност на субстрата и ензимните молекули. Например, ензимът аргиназа катализира само хидролизата на аминокиселината аргинин, ензимът уреаза катализира само разцепването на уреята и не действа върху други субстрати. 7.3.3. Относителна специфичност- селективната способност на ензима да катализира същия тип трансформации на субстрати, сходни по структура. Такива ензими действат върху същите функционални групи или върху същия тип връзки в молекулите на субстрата. Така, например, различни хидролитични ензими действат върху определен тип връзки: амилаза - върху гликозидни връзки; пепсин и трипсин - върху пептидни връзки; липаза и фосфолипаза - върху естерни връзки. Действието на тези ензими се простира до голям брой субстрати, което позволява на тялото да се справя с малко количество храносмилателни ензими – в противен случай те биха имали нужда от много повече. 7.3.4. Стереохимична (оптична) специфичност- селективна способност на ензима да катализира превръщането само на един от възможните пространствени изомери на субстрата. Така повечето ензими при бозайници катализират превръщането само на L-изомери на аминокиселини, но не и на D-изомери. ензими, участващи в обмяната на монозахариди, напротив, катализират превръщането само на D-, но не и на L-фосфозахариди. Гликозидазите са специфични не само за монозахаридния фрагмент, но и за естеството на гликозидната връзка. Например, α-амилазата разцепва α-1,4-гликозидните връзки в молекулата на нишестето, но не действа върху α-1,2-гликозидните връзки в молекулата на захарозата.

Раздел 7.4	Основни принципи, залегнали в съвременната класификация и номенклатура на ензимите.
7.4.1. В момента са известни повече от две хиляди химични реакции, катализирани от ензими, и този брой непрекъснато се увеличава. За да се ориентирате в такова множество трансформации. имаше спешна нужда от систематична класификация и номенклатура, чрез която всеки ензим може да бъде точно идентифициран. Номенклатурата, която е била използвана до средата на 20-ти век, е много далеч от съвършенството. Изследователите, откривайки нов ензим, му дадоха име по свой избор, което неизбежно доведе до объркване и всякакви противоречия. Някои имена се оказаха грешни, други не казаха нищо за естеството на катализираната реакция. Учените от различни школи често използват различни имена за един и същ ензим или, обратно, едно и също име за няколко различни ензима. Решено е да се разработи рационална международна класификация и номенклатура на ензимите, които да бъдат използвани от биохимици от всички страни. За тази цел Международният съюз по биохимия и молекулярна биология (IUBMB) създаде Комисията по ензими, която предложи през 1964 г. основните принципи на такава класификация и номенклатура. Непрекъснато се усъвършенства и допълва, в момента вече е в сила шестото издание на тази номенклатура (1992 г.), към което ежегодно се издават допълнения.

7.4.2. Класификацията се основава на най-важния признак, по който един ензим се различава от друг - това е реакцията, катализирана от него. Броят на видовете химични реакции е сравнително малък, което направи възможно разделянето на всички известни в момента ензими на 6 най-важни. класове в зависимост от вида на катализираната реакция. Тези класове са:

• оксидоредуктази (редокс реакции);
• трансферази (пренос на функционални групи);
• хидролази (реакции на разцепване, включващи вода);
• лиази (разрушаване на връзки без участието на вода);
• изомерази (изомерни трансформации);
• лигази (синтез с консумация на АТФ молекули).

7.4.3. Ензимите от всеки клас са разделени на подкласове ръководени от структурата на субстратите. Подкласовете комбинират ензими, които действат върху субстрати с подобна конструкция. Подкласовете са разделени на подкласове vкоито още по-стриктно прецизират структурата на химичните групи, които отличават субстратите един от друг. В рамките на подкласовете изброяване отделни ензими. Всички раздели на класификацията имат свои собствени номера. Така всеки ензим получава свой собствен уникален кодов номер, състоящ се от четири числа, разделени с точки. Първото число е класът, второто е подкласът, третото е подкласът, а четвъртото е номерът на ензима в подкласа. Например, ензимът α-амилаза, който разгражда нишестето, е обозначен като 3.2.1.1, където:
3 - вид реакция (хидролиза);
2 — вид на връзката в субстрата (гликозидна);
1 - вид на връзката (О-гликозидна);
1 е номерът на ензима в подкласа

Описаният по-горе метод на десетично номериране има едно важно предимство: той ви позволява да заобиколите основното неудобство при изброяването на ензимите от край до край, а именно необходимостта от промяна на номерата на всички следващи ензими, когато новооткрит ензим е включен в Списъкът. Нов ензим може да бъде поставен в края на съответния подклас, без да се нарушава останалата част от номерацията. По същия начин, когато се разграничават нови класове, подкласове и подкласове, те могат да се добавят, без да се нарушава реда на номериране на предварително установените подразделения. Ако след получаване на нова информация се наложи промяна на номерата на някои ензими, старите номера не се приписват на нови ензими, за да се избегнат недоразумения.

Говорейки за класификацията на ензимите, трябва също да се отбележи, че ензимите се класифицират не като отделни вещества, а като катализатори за определени химични трансформации. Ензимите, изолирани от различни биологични източници и катализиращи идентични реакции, могат да се различават значително по своята първична структура. Въпреки това, в класификационния списък всички те се появяват под един и същ кодов номер.

И така, познаването на кодовия номер на ензима ви позволява да:

• разрешаване на неяснотите, ако различни изследователи използват едно и също име за различни ензими;
• по-ефективно търсенето на информация в литературните бази данни;
• получите допълнителна информация за последователността на аминокиселините, пространствената структура на ензима и гените, кодиращи ензимните протеини в други бази данни.

раздел 7.5

Концепцията за системното и работно наименование на ензима, тяхното използване.

7.5.1. Класификационната система, разработена от Комисията по ензими, включва и новосъздадена номенклатура на ензимите, която е изградена на специални принципи. Според препоръките на IUBMB ензимите получават два вида имена: систематични и работещи (препоръчително).

7.5.2. Систематично имесе състои от две части. Първата част съдържа името на субстрата или субстратите, често името на коензима, втората част показва естеството на катализираната реакция и включва името на класа, към който принадлежи ензимът. Ако е необходимо, допълнителна информация за реакцията се дава в скоби след втората част на името. Систематично име се приписва само на онези ензими, чието каталитично действие е напълно разбрано.

Например, системното име на α-амилаза е 1,4-α-D-глюкан-глюканохидролаза . Разбира се, такова име е много неудобно за запомняне и произношение. Ето защо, наред със систематичните, IUBMB Enzyme Commission препоръчва използването на работещи (опростени) имена на ензими.

7.5.3. работно заглавиеензимът трябва да е достатъчно кратък за консумация. В някои случаи като работно име може да се използва тривиално име, ако не е погрешно или двусмислено. В други случаи се основава на същите общи принципи като систематичното име, но с минимални подробности. Конкретни примери за систематични и работещи имена на ензими са дадени в следващия раздел на тази тема на курса. В научни публикации при първото споменаване на ензим е обичайно да се посочи неговото систематично име и кодов номер, а след това да се използва работното му име.

7.5.4. Основни правила за конструиране на систематични и работни имена на различни класове ензими:

Оксидоредуктаза

Систематично име ензими от този клас се изгражда по схемата донор: акцептор - оксидоредуктаза.Според тривиалната номенклатура оксидоредуктазите, които абстрахират водородни атоми или електрони и ги прехвърлят към всеки акцептор, различен от кислорода, се наричат дехидрогенази. Наричат ​​се оксидоредуктази, които използват кислород като акцептор на водородни атоми или електрони оксидази. Нар. някои ензими, които се характеризират с преобладаващо редуциращ ефект редуктаза. Всички горепосочени имена могат да се използват за изграждане работно заглавие оксидоредуктаза.

Трансферази

Систематично име ензими, които ускоряват такива реакции, са под формата донор: акцептор (транспортна група) трансфераза. V работно заглавие обикновено само един конкретен субстрат или продукт е посочен заедно с името на групата, която се транспортира.

Хидролази

Систематично име съставен във формуляра субстратна хидролаза.За хидролази, които специфично отцепват определена група, тази група може да бъде обозначена като префикс. работно заглавие най-често съставен от името на хидролизиращия се субстрат с добавка на окончанието -аза. Трябва обаче да се отбележи, че поради доста сложния и често не напълно разкрит характер на спецификата на много хидролази, не винаги е възможно да им се даде систематично име. В тези случаи се препоръчва да се използват емпиричните имена, които са им присвоени при първото им описание. По този начин ензими като пепсин, папаин, тромбин.

Liase

Систематично име ензимите се изграждат по схемата: субстрат-разцепваща група-лиаза.За да се уточни коя група се отцепва, се използват представките "карбокси-", "амоняк", "хидро-" и т.н. Като работни заглавия ензимите запазват тривиални имена като "декарбоксилаза", "алдолаза", "дехидратаза", "десулфхидраза". Лиазите се разделят на подкласове в зависимост от естеството на разкъсаните връзки.

Изомерази

Систематично име ензими включва името на субстрата и думата изомераза, предшествано от индикация за вида на реакцията на изомеризация. Работни заглавия са подобни (с някои опростявания) на систематичните имена.

Лигази

Систематично име се образува от имената на субстратите, които трябва да се съединят в комбинация с думата лигаза.В скоби е продуктът, получен в резултат на хидролизата на нуклеозид трифосфат (например ADP или AMP). работно заглавие ензими от този клас обикновено се образува от името на реакционния продукт в комбинация с думата синтетаза.

Препоръка. Когато се запознавате с различни ензимни реакции в бъдеще, винаги анализирайте естеството на промените, настъпващи в субстратите, и се опитайте да определите поне класа на ензима, катализиращ реакцията. Също така анализирайте имената на ензимите и ги съпоставете с процесите, протичащи в реакциите. Това ще улесни запомнянето на имената на ензимите и катализираните от тях трансформации и ще позволи да се отдели повече време за разбиране на биологичната роля на изследваните процеси.

Раздел 7.6.1	ОКСИДОРЕДУКТАЗИ.
Към класа оксидоредуктаза включват ензими, които катализират редокс реакции. Общата им схема може да бъде представена по следния начин: където AH2 е донор на водород и B е акцептор на водород. В живите организми окисляването се извършва главно чрез отделяне на водородни атоми или електрони от донорни субстрати. Акцептори на водородни атоми или електрони могат да бъдат различни вещества - коензими (NAD, NADP, FAD, FMN, глутатион, липоева киселина, убихинон), цитохроми. желязо-серни протеини и кислород. Подкласове оксидоредуктази се образуват в зависимост от естеството на функционалната група на донора на водород (електрон). Има общо 19 подкласа. Основните са следните: Оксидоредуктази, действащи върху групата на донори CH-OH. Ензимите, принадлежащи към този подклас, окисляват алкохолните групи до алдехидни или кетонни групи. Пример е ензим алкохол дехидрогеназа (алкохол: NAD-оксидоредуктаза; EC 1.1.1.1). участва в метаболизма на етанола в тъканите: В допълнение към окисляването на алкохоли, ензимите от този подклас участват в дехидрогенирането на хидрокси киселини (млечна, ябълчена, изотритна), монозахариди и други съединения, съдържащи хидроксилни групи. Оксидоредуктази, действащи върху алдехидната или кетонната група на донори. Тези ензими окисляват алдехидите и кетоните до карбоксилни киселини. Например, представител на този подклас - глицералдехид-3-фосфат дехидрогеназа (D-глицералдехид-3-фосфат: NAD-оксидоредуктаза (фосфорилиране), EC 1.2.1.12) - катализира една от междинните реакции на разграждането на глюкозата: Важно е да се отбележи, че продуктът от тази реакция съдържа богата на енергия фосфатна връзка на 1-ва позиция. Остатъкът от фосфорна киселина, образуващ тази връзка, може да бъде прехвърлен от 1,3-дифосфоглицерат към ADP за образуване на ATP (виж по-долу). Оксидоредуктази, действащи върху CH-CH групата донори. В резултат на реакциите, които катализират, CH-CH групите се превръщат в C=C групи. тоест образуването на ненаситени съединения от наситени. Например ензимът на цикъла на трикарбоксилната киселина сукцинат дехидрогеназа (сукцинат:акцептор - оксидоредуктаза, EC 1.3.99.1) ускорява окисляването на янтарната киселина с образуването на ненаситена фумарова киселина: Оксидоредуктази, които действат върху CH-NH2 - група донори. Тези ензими катализират окислителното дезаминиране на аминокиселини и биогенни амини. В този случай амините се превръщат в алдехиди или кетони, аминокиселините в кетокиселини и се отделя амоняк. Така, глутамат дехидрогеназа (L-глутамат: NAD(P) - оксидоредуктаза (деаминиране), EC 1.4.1.3) участва в следната трансформация на глутамата: Оксидоредуктази, действащи върху сяросъдържащи групи донори, катализира окислението на тиоловите (сулфхидрилни) групи до дисулфид и сулфити до сулфати. Пример за ензим е дихидролипоил дехидрогеназа (EC 1.8.1.4), като катализира една от междинните реакции на окислително декарбоксилиране на пируват: Оксидоредуктази, действащи върху водороден пероксид като акцептор, са сравнително малко на брой и са групирани в отделен подклас, известен също с тривиалното име пероксидази. Пример за ензим е глутатион пероксидаза (глутатион: H2O2 - оксидоредуктаза. EC 1.11.1.9), участващ в инактивирането на водороден пероксид в еритроцитите, черния дроб и някои други тъкани: Оксидоредуктази, действащи върху двойка донори с включване на молекулен кислород, или монооксигенази - ензими, които катализират окисляването на органични съединения с молекулен кислород, което води до включването на един от кислородните атоми в молекулите на тези съединения. В този случай вторият кислороден атом е включен във водната молекула. Така че реакцията на превръщането на фенилаланин в тирозин се катализира фенилаланин-4-монооксигеназа (CF 1.14.16.1): При някои хора генетичен дефект в този ензим причинява заболяване, наречено фенилкетонурия. Монооксигеназите включват също ензим, известен като цитохром P450 (EC 1.14.14.1) Съдържа се основно в чернодробните клетки и осъществява хидроксилиране на чужди на тялото липофилни съединения, образувани като странични продукти от реакции или постъпващи в тялото отвън. Например, индолът, образуван от триптофан в резултат на дейността на чревните микроорганизми, претърпява хидроксилиране в черния дроб по следната схема: Появата на хидроксилна група повишава хидрофилността на веществата и улеснява последващото им отстраняване от тялото. В допълнение, цитохром Р450 участва в определени етапи от преобразуването на холестерола и стероидните хормони. Наличието на високоефективна система цитохром Р450 в живите организми в някои случаи води до нежелани практически последици: намалява времето на пребиваване на лекарствата в човешкото тяло и по този начин намалява техния терапевтичен ефект. Оксидоредуктази, действащи върху един донор с включване на молекулен кислород, или диоксигеназа, катализират трансформации, в хода на които и двата атома на O2 молекулата се включват в състава на окисления субстрат. Например, в процеса на катаболизъм на фенилаланин и тирозин, малеилацетоацетатът се образува от хомогентизинова киселина, която включва и двата кислородни атома: Ензимът, който катализира тази реакция, се нарича 1,2-диоксигеназа хомогентизат(КФ 1.13.11.5). В някои случаи има вроден дефицит на този ензим, което води до развитие на заболяване, наречено алкаптонурия.

Раздел 7.6.2	ТРАНСФЕРАЗИ.
Трансферазите са клас ензими, които катализират прехвърлянето на функционални групи от едно съединение в друго. Най-общо тези трансформации могат да бъдат написани: където X е преносима функционална група. AX е групиращ донор, B е акцептор. Разделянето на подкласове зависи от естеството на пренасяните групировки. Трансферази, които носят едновъглеродни фрагменти. Този подклас включва ензими, които ускоряват прехвърлянето на метил (—CH3), метилен (—CH2 —), метенил (—CH=), формил и свързани групи. Да, с участието гуанидиноацетат метилтрансферази (S-аденозилметионингуанидин ацетат метилтрансфераза, EC 2.1.1.2) биологично активното вещество креатин се синтезира: Трансферази, които носят остатъци от карбоксилна киселина (ацилтрансферази). Те катализират различни химични процеси, свързани с прехвърлянето на остатъци от различни киселини (оцетна, палмитинова и др.) главно от коензим А тиоестери към различни акцептори. Пример за реакция на трансацетилиране може да бъде образуването на медиатора ацетилхолин с участието холин ацетилтрансфераза (ацетил-КоА:холин-О-ацетилтрансфераза, EC 2.3.1.6): Трансферази, които носят гликозилни остатъци (гликозилтрансферази) катализират транспортирането на гликозилни остатъци от молекули на фосфорни естери до молекули на монозахариди, полизахариди и други вещества. Тези ензими по-специално играят основна роля в синтеза на гликоген и нишесте, както и в първата фаза на тяхното унищожаване. Друг ензим от този подклас - UDP-глюкуронилтрансфераза (UDP-глюкуронат-глюкуронил трансфераза (неспецифична за акцептора), EC 2.4.1.17) - участва в процесите на неутрализиране на ендогенни и чужди токсични вещества в черния дроб: Трансферази, които носят азотни групи. Този подклас включва аминотрансфераза, ускоряване на прехвърлянето на α-амино групата на аминокиселините към α-въглеродния атом на кетокиселините. Най-важният от тези ензими е аланин аминотрансфераза (L-аланин:2-оксоглутарат аминотрансфераза, EC 2.6.1.2). катализираща реакция: Трансферази, които носят фосфатни групи (фосфотрансферази). Тази група ензими катализира биохимичните процеси, свързани с транспортирането на остатъци от фосфорна киселина до различни субстрати. Тези процеси са от голямо значение за живота на организма, тъй като осигуряват превръщането на редица вещества в органични фосфоестери, които имат висока химична активност и лесно влизат в последващи реакции. Наричат ​​се фосфотрансферази, които използват АТФ като донор на фосфати кинази . Най-широко използваният ензим е хексокиназа (АТР: D-хексоза-6-фосфотрансфераза. EC 2.7.1.1.), ускорявайки прехвърлянето на фосфатната група от АТФ към монозахариди: В някои случаи е възможно и обратното прехвърляне на фосфатната група от субстрата към ADP с образуването на АТФ. Да, ензим. фосфоглицерат киназа (АТР: D-3-фосфоглицерат-1-фосфотрансфераза, EC 2.7.2.3) превръща споменатия по-горе (вижте "Оксидоредуктаза") 1,3-дифосфоглицерат: Подобни реакции на фосфорилиране на ADP с образуването на АТФ, свързани с преобразуването на субстрата (а не с преноса на електрони в дихателната верига), се наричат реакции на субстратно фосфорилиране. Ролята на тези реакции в клетката нараства значително при липса на кислород в тъканите.

Раздел 7.6.3	ХИДРОЛАЗИ.
Хидролазите са клас ензими, които катализират реакциите на разцепване на органични съединения с участието на вода (реакции на хидролиза). Тези реакции протичат по следната схема: където A-B е комплексно съединение, A-H и B-OH са продуктите на неговата хидролиза. Реакции от този тип активно протичат в тялото; те протичат с освобождаването на енергия и като правило са необратими. Подкласове хидролази се образуват в зависимост от вида на хидролизиращата се връзка. Най-важните са следните подкласове: Хидролази, действащи върху естери (или естерази) хидролизират естери на карбоксилна, фосфорна, сярна и други киселини. Най-широко разпространеният ензим от този подклас е триацилглицеролипаза (глицерол естер хидролаза, EC 3.1.1.3). ускоряване на хидролизата на ацилглицероли: Други представители на естеразите разцепват естерните връзки в ацетилхолин (ацетилхолинестераза), фосфолипиди (фосфолипази), нуклеинови киселини (нуклеази), органофосфорни естери (фосфатази). Хидролази, действащи върху гликозидни връзки (гликозидази) ускоряват реакциите на хидролиза на олиго- и полизахариди, както и други съединения, съдържащи монозахаридни остатъци (например нуклеозиди). Типичен представител е захараза (β-D-фруктофуранозид-фруктохидролаза, EC 3.2.1.26). катализира разграждането на захарозата: Хидролази, действащи върху пептидни връзки (пептидази) катализират реакциите на хидролиза на пептидни връзки в протеини и пептиди. Тази група включва пепсин, трипсин, химотрипсин, катепсин и други протеолитични ензими. Хидролизата на пептидните връзки протича по следната схема: Хидролази, които действат върху C-N връзки, различни от пептидните, - ензими, които ускоряват хидролизата на амиди на органични киселини. Член на този подклас - глутаминаза (L-глутамил-амидохидролаза, EC 3.5.1.2) - участва в поддържането на киселинно-алкалното състояние на тялото, като катализира хидролизата на глутамин в бъбреците:

Раздел 7.6.4	ЛИАЗИ.
Лиазите са клас ензими, които катализират нехидролитични реакции на разцепване на субстрата с образуване на двойни връзки или, обратно, добавяне на мястото на разкъсване на двойната връзка. Общата схема на тези реакции: където A-B е субстратът, A и B са реакционните продукти. В резултат на такива реакции често се отделят прости вещества, например CO2, NH3, H2O. Въглерод-въглерод-лиази катализира разкъсването на връзката между два въглеродни атома. Сред тях най-важните са карбокси-лиази (декарбоксилази), под въздействието на които се извършва декарбоксилиране на а-кето и аминокиселини, лиази на кето киселини , които включват цитрат синтаза, алдехидни лиази (алдолази). Последните включват фруктоз дифосфат алдолаза (фруктоза-1,6-дифосфат-D-глицералдехид-3-фосфат-лиаза, EC 4.1.2.13), като катализира реакцията: Въглеродно-кислородни лиази катализира разкъсването на връзките между въглеродните и кислородните атоми. Този подклас включва предимно хидролиази, участва в реакциите на дехидратация и хидратация. Пример би бил серин дехидратаза (L-серин хидролиаза (деаминиране), EC 4.2.1.3), която преобразува: Понякога работното заглавие може да се основава на отрицателна реакция при използване на термина "хидратаза". Така, за ензима от цикъла на трикарбоксилната киселина L-малат хидро-лиаза (EC 4.2.1.2), името "фумарат хидратаза": Въглеродни азотни лиази участват в елиминирането на азотсъдържащи групи. Представител на този подклас е хистидин амонячна лиаза (L-хистидин-амоняк-лиаза, EC 4.3.1.3), участващи в деаминирането на хистидин: Въглерод-сяра-лиази катализира елиминирането на сулфхидрилните групи. Този подклас включва десулфхидраза аминокиселини, съдържащи сяра, напр. цистеин десулфхидраза (L-цистеин-хидрогенсулфид-лиаза (деаминиране), EC 4.4.1.1).

Раздел 7.6.5	ИЗОМЕРАЗИ.
Изомеразите са клас ензими, които ускоряват процесите на вътрешномолекулни трансформации с образуването на изомери. Схематично реакциите от този тип могат да бъдат представени, както следва: където А и А" са изомери. Изомеразите са сравнително малък клас ензими, той се разделя на следните подкласове в зависимост от типа на катализираната реакция на изомеризация: Рацемази и епимерази катализират взаимното преобразуване на изомери, съдържащи асиметрични въглеродни атоми. Рацемазами наречени ензими, които действат върху субстрати с един асиметричен атом, например, превръщайки L-аминокиселини в D-аминокиселини. Един от тези ензими е аланинова рацемаза (аланин-рацемаза. EC 5.1.1.1), като катализира реакцията: Епимерази наречени ензими, които действат върху субстрати с няколко асиметрични въглеродни атома. Тези ензими включват UDP-глюкоза епимераза (UDP-глюкоза-4-епимераза, EC 5.1.3.2). участващи в процесите на взаимно преобразуване на монозахариди: цис-транс изомераза - ензими, които причиняват промяна в геометричната конфигурация спрямо двойната връзка. Пример за такъв ензим е малеилацетоацетат изомераза (малейлацетоацетат-цис-транс-изомераза, EC 5.2.1.2), участващ в катаболизма на фенилаланин и тирозин и превръщането на малеилацетоацетат (виж 4.6.1) във фумарилацетоацетат: Вътрешномолекулни оксидоредуктази - изомерази, които катализират взаимното преобразуване на алдоза и кетоза. В този случай групата СН-ОН се окислява с едновременно редукция на съседната С=О група. Така, триоза фосфат изомераза (D-глицералдехид-3-фосфат-кетол-изомераза, EC 5.3.1.1) катализира една от реакциите на въглехидратния метаболизъм: Изомеразите също включват интрамолекулярни трансферази, извършване на прехвърляне на една група от една част на субстратната молекула към друга част от същата молекула, и интрамолекулярни лиази, катализиране на реакциите на дециклизация, както и превръщането на един тип пръстен в друг. Трябва да се подчертае, че не всички биохимични процеси. в резултат на изомеризация се катализират от изомерази. По този начин изомеризацията на лимонената киселина до изопимон се осъществява с участието на ензима аконитат хидратаза (цитрат (изоцитрат)-хидро-лиаза, EC 4.2.1.3), който катализира реакциите на дехидратация-хидратация с междинно образуване на цис-аконинова киселина:

Раздел 7.6.6	ЛИГАЗИ.
Лигази - клас ензими, които катализират синтеза на органични съединения от активирани от разграждането на ATP (или GTP, UTP, CTP) изходни материали. За ензими от този клас се запазва и тривиалното име синтетаза. Vследователно, съгласно препоръките на IUBMB, терминът "синтетази" не трябва да се използва за ензими, които не включват нуклеозидни трифосфати. Реакциите, катализирани от лигази (синтетази), протичат по схемата: , където А и В са взаимодействащи вещества; A-B - вещество, образувано в резултат на взаимодействието. Тъй като в резултат на действието на тези ензими се образуват нови химични връзки, в зависимост от естеството на новообразуваните връзки се образуват подкласове от VI клас. Лигази, които образуват въглерод-кислородни връзки. Те включват група ензими, известни като аминокиселинно-тРНК лигази (аминоацил-тРНК синтетази). които катализират реакциите на взаимодействие между аминокиселините и съответните транспортни РНК. При тези реакции се образуват активни форми на аминокиселини, които могат да участват в процеса на протеиновия синтез върху рибозомите. Пример за ензим е тирозил-тРНК синтетаза (L-тирозин: tRNA лигаза (AMP-образуваща), EC 6.1.1.1), участващи в реакцията: лигази, които се образуват връзки въглерод-сяра. Този подклас е представен предимно от ензими, които катализират образуването на тиоестери на мастни киселини с коензим А. С участието на тези ензими се синтезира ацил-КоА - активни форми на мастни киселини, които могат да влизат в различни реакции на биосинтез и разлагане. Нека разгледаме една от реакциите на активиране на мастни киселини, протичащи в присъствието на ензима ацил-КоА синтетази (карбонова киселина: коензим А-лигаза (АМР-образуващ). EC 6.2.1.2): Лигази, които образуват въглерод-азотни връзки катализират множество реакции на въвеждане на азотсъдържащи групи в органични съединения. Пример би бил глутамин синтетаза (L-глутамин:амоняк-γ-лигаза (образуваща ADP), EC 6.3.1.2). участва в неутрализацията на токсичния метаболитен продукт - амоняк - в реакцията с глутаминова киселина: Лигази, които образуват въглерод-въглеродни връзки. От тези ензими, най-изучаваните карбоксилаза, осигуряване на карбоксилиране на редица съединения, което води до удължаване на въглеродните вериги. Най-важният член на този клас е пируват карбоксилаза (пируват:CO2 лигаза (образуваща ADP), EC 6.4.1.1), ускорява образуването на оксалоацетат, ключово съединение в цикъла на трикарбоксилната киселина и биосинтеза на въглехидратите: Припомнете си, че реакциите, включващи АТФ, се катализират не само от ензими от клас VI, но и от някои ензими от клас II (фосфотрансферази или кинази). Важно е да можете да правите разлика между тези видове реакции. Тяхната разлика се крие във факта, че в реакциите на трансфераза е АТФ донор на фосфатна група , следователно, в резултат на тези реакции не се отделя H3PO4 (вижте примерите по-горе). Напротив, при синтетазните реакции служи АТФ източник на енергия , освободен по време на неговата хидролиза, така че един от продуктите на такава реакция ще бъде неорганичен орто- или пирофосфат.

Раздел 7.7.1	Правила за работа с ензими
Ензимите, както всички протеини, са относително нестабилни вещества. Лесно се денатурират и инактивират. Следователно при работа с тях трябва да се спазват определени условия. Когато обектът на изследване се съхранява повече от няколко часа при стайна температура, ензимът е почти напълно инактивиран. Следователно анализът за определяне на активността на ензима трябва да се извърши възможно най-скоро. Ако е необходимо, е възможно дългосрочно съхранение, ако ензимният разтвор се изсуши от замразено състояние под висок вакуум (лиофилизация). В този случай ензимът почти напълно запазва своята активност при по-нататъшното му съхранение при стайна температура. Някои ензими се запазват добре в концентрирани солеви разтвори, например в наситен амониев сулфат (процес на осоляване). Ако е необходимо, ензимната утайка може да бъде центрофугирана и разтворена във физиологичен разтвор или подходящ буфер. Ако е необходимо, излишната сол може да бъде отстранена чрез диализа. Необходимо е да се помни чувствителността на ензимите към флуктуациите в рН на средата. С малки изключения повечето ензими се инактивират в разтвори с рН под 5 или над 9, а оптималното действие на ензимите се проявява в областта на няколко единици или десети от рН единица. Определянето на pH на буферните разтвори, използвани при работа с ензими, се препоръчва да се извършва много точно с помощта на pH метър. Ензимите лесно се разрушават от мощни реагенти: киселини, основи, окислители, соли на тежки метали. Необходимо е да се работи с химически чисти реагенти и бидестилирана вода, тъй като дори леко замърсяване на реагентите, особено с примес на метали, които могат да действат като модулатори, води до промяна в активността на ензима. При работа с ензими повече от всяко друго място е задължително стриктното спазване на стандартизацията на условията на изследване: прецизно поддържане на температурни и времеви режими, използване на реагенти от една и съща партида, а при смяна на реагенти е необходимо калибриране на данните получен отново. Ако развиващият се цвят в цветната реакция е нестабилен във времето, е необходимо стриктно да се спазва времето на фотометрията. Препоръчва се да се работи при условия на достатъчна степен на насищане на ензима със субстрата, тъй като това обстоятелство значително влияе на крайния резултат, липсата на субстрат изравнява разликите между вариантите. При работа с ензими е необходимо да се вземе предвид специфичният за органа изоензимен спектър. Често тази специфичност засяга условията, при които действа ензимът. Протичането на реакцията може да бъде повлияно от различен афинитет към субстрата, различна чувствителност към pH, характерни за изоензимите на определен орган или тъкан. Необходимо е да се прехвърли методът за изследване на ензимната активност от един обект на друг (например от серум към тъкан или от един орган в друг) с изключително внимание, като се вземат предвид всички известни данни за ензима и неговите множество форми, напр. както и внимателно проверяване на резултатите. За широкото внедряване на различни биохимични (ензимни) реакции се въвежда автоматизация на най-общопризнатите и необходими анализи, както и унифициране и стандартизиране на лабораторните изследвания. Това е рационално и необходимо както за подобряване на точността и качеството на вземането на проби, така и за сравняване на данните, получени в различни лаборатории. Общоприето е също така, че наред с изследваната патология е необходимо и паралелно изследване на физиологичния контрол - група от практически здрави такива за установяване на нормални, физиологични флуктуации. Разбирайки относителността на понятието „нормална стойност“, трябва да се приеме, че за да се идентифицират разликите в патологията и да се оцени патологичен признак, „нормата“ обикновено се приема като средноаритметично M ± 1σ или 2σ (с нормално Гаусово разпределение), в зависимост от степента на флуктуация на индикатора.

Раздел 7.7.2	Принципи за определяне на активността на ензимите в биологичния материал.
5.6.2. Уникалното свойство на ензимите да ускоряват химичните реакции може да се използва за количествено определяне на съдържанието на тези биокатализатори в биологичния материал (тъканен екстракт, кръвен серум и др.). При правилно подбрани експериментални условия почти винаги има пропорционалност между количеството на ензима и скоростта на катализираната реакция; следователно активността на ензима може да се използва за преценка на неговото количествено съдържание в тестовата проба. Измерването на ензимната активност се основава на сравняване на скоростта на химическа реакция в присъствието на активен биокатализатор със скоростта на реакцията в контролен разтвор, в който ензимът липсва или е инактивиран. Изследваният материал се поставя в инкубационна среда, където се създават оптималната температура, pH на средата, концентрациите на активатори и субстрати. В същото време се поставя контролна проба, в която не се добавя ензимът. След известно време реакцията се спира чрез добавяне на различни реагенти (промяна на рН на средата, предизвикване на денатурация на протеин и др.) и анализиране на пробите. За да определите скоростта на ензимна реакция, трябва да знаете: разликата в концентрациите на субстрата или реакционния продукт преди и след инкубацията; инкубационно време; количество материал, взет за анализ. Активността на даден ензим най-често се оценява по количеството на получения реакционен продукт. Това се прави например при определяне на активността на аланин аминотрансфераза, която катализира следната реакция: Ензимната активност може също да бъде изчислена въз основа на количеството консумиран субстрат. Пример за това е метод за определяне на активността на α-амилазата, ензим, който разгражда нишестето. Чрез измерване на съдържанието на нишесте в пробата преди и след инкубацията и изчисляване на разликата се установява количеството на субстрата, разделен по време на инкубацията.

Раздел 7.7.3	Методи за измерване на ензимната активност
Има голям брой методи за измерване на ензимната активност, които се различават по техника, специфичност и чувствителност. Най-често се използва за определяне фотоелектроколориметрични методи . Тези методи се основават на цветни реакции с един от продуктите на действие на ензима. В този случай интензитетът на цвета на получените разтвори (измерен с фотоелектричен колориметър) е пропорционален на количеството на получения продукт. Например, в хода на реакциите, катализирани от аминотрансферази, се натрупват α-кето киселини, които дават червено-кафяви съединения с 2,4-динитрофенилхидразин: Ако изследвания биокатализатор има ниска специфичност на действие, тогава е възможно да се избере такъв субстрат, в резултат на реакцията, с която се образува оцветен продукт. Пример за това е определянето на алкална фосфатаза, ензим, който е широко разпространен в човешките тъкани; активността му в кръвната плазма се променя значително при заболявания на черния дроб и скелетната система. Този ензим в алкална среда хидролизира голяма група фосфатни естери, както естествени, така и синтетични. Един от синтетичните субстрати е паранитрофенилфосфат (безцветен), който в алкална среда се разпада на ортофосфат и паранитрофенол (жълт). Напредъкът на реакцията може да се наблюдава чрез измерване на постепенно нарастващия интензитет на цвета на разтвора: За ензими с висока специфичност на действие такъв подбор на субстрати по правило е невъзможен. Спектрофотометрични методи се основават на промяната в ултравиолетовия спектър на химикалите, участващи в реакцията. Повечето съединения поглъщат ултравиолетовите лъчи, а погълнатите дължини на вълните са характерни за определени групи атоми, присъстващи в молекулите на тези вещества. Ензимните реакции предизвикват вътремолекулни пренареждания, в резултат на което се променя ултравиолетовият спектър. Тези промени могат да бъдат записани на спектрофотометър. Спектрофотометричните методи, например, определят активността на редокс ензими, съдържащи NAD или NADP като коензими. Тези коензими действат като акцептори или донори на водородни атоми и по този начин се редуцират или окисляват в метаболитните процеси. Редуцираните форми на тези коензими имат ултравиолетов спектър с максимум на абсорбция при 340 nm, окислените форми нямат този максимум. Така че, под действието на лактат дехидрогеназата върху млечната киселина, водородът се прехвърля към NAD, което води до увеличаване на абсорбцията на NADH при 340 nm. Стойността на това поглъщане в оптични единици е пропорционална на количеството на получената редуцирана форма на коензима. Чрез промяна на съдържанието на редуцираната форма на коензима може да се определи активността на ензима. Флуорометрични методи. Тези методи се основават на явлението флуоресценция, което се крие във факта, че изследваният обект под въздействието на облъчване излъчва светлина с по-къса дължина на вълната. Флуорометричните методи за определяне на ензимната активност са по-чувствителни от спектрофотометричните методи. Сравнително нови и още по-чувствителни са хемилуминесцентни методи използвайки системата луциферин-луцифераза. Такива методи позволяват да се определи скоростта на реакциите, протичащи с образуването на АТФ. Когато луциферин (сложна карбоксилна киселина) взаимодейства с АТФ, се образува луциферил аденилат. Това съединение се окислява с участието на ензима луцифераза, което е придружено от светкавица. Чрез измерване на интензитета на светлинните светкавици е възможно да се определи количеството АТФ от порядъка на няколко пикомола (10-12 mol). Титриметрични методи . Редица ензимни реакции са придружени от промяна в рН на инкубационната смес. Пример за такъв ензим е панкреатичната липаза. Липазата катализира реакцията: Получените мастни киселини могат да се титруват и количеството алкали, използвани за титруване, ще бъде пропорционално на количеството освободени мастни киселини и следователно на активността на липазата. Определянето на активността на този ензим е от клинично значение. Методи за измерване се основават на измерването в затворен реакционен съд на обема на газа, освободен (или абсорбиран) по време на ензимната реакция. С помощта на такива методи са открити и изследвани реакциите на окислително декарбоксилиране на пирогроздена и α-кетоглутарова киселини, които протичат с отделяне на CO2. В момента тези методи се използват рядко.

Раздел 7.7.4	Единици за ензимна активност и тяхното приложение.
Международната ензимна комисия предложи единица дейностна всеки ензим да приеме такова количество ензим, което при дадени условия катализира превръщането на един микромол (10-6 mol) от субстрата за единица време (1 минута, 1 час) или един микроеквивалент от засегнатата група в случаите където повече от една група във всяка молекула на субстрата е атакувана (протеини, полизахариди и други). Посочва се температурата, при която се провежда реакцията. Резултатите от измерванията на ензимната активност могат да бъдат изразени в единици обща, специфична и молекулярна активност. За единица обща ензимна активност въз основа на количеството материал, взет за изследване. Така активността на аланин аминотрансфераза в черния дроб на плъхове е 1670 μmol пируват на час на 1 g тъкан; активността на холинестеразата в човешки серум е 250 μmol оцетна киселина на час на 1 ml серум при 37°C. Специално внимание на изследователя изискват високите стойности на ензимната активност както при нормални, така и при патологични състояния. Препоръчва се да се работи с ниски нива на ензимна активност. За да направите това, източникът на ензима се приема в по-малко количество (серумът се разрежда няколко пъти с физиологичен разтвор и се приготвя по-малък процент хомогенат за тъканта). По отношение на ензима в този случай се създават условия на насищане със субстрата, което допринася за проявата на истинската му активност. Общата ензимна активност се изчислява по формулата: където а- ензимна активност (обща), ∆C- разликата в концентрациите на субстрата преди и след инкубацията; V- количеството материал, взет за анализ, т- време на инкубация; н- развъждане. Трябва да се има предвид, че показателите за активността на ензимите в кръвния серум и урината, изследвани за диагностични цели, се изразяват в единици обща активност. Тъй като ензимите са протеини, важно е да се знае не само общата активност на ензима в тестовия материал, но и ензимната активност на протеина, присъстващ в пробата. За единица специфична дейност вземете такова количество ензим, което катализира преобразуването на 1 μmol от субстрата за единица време на 1 mg от пробата протеин. За да се изчисли специфичната активност на ензима, е необходимо общата активност да се раздели на съдържанието на протеин в пробата: Колкото по-лошо е пречистен ензимът, толкова повече външни баластни протеини са в пробата, толкова по-ниска е специфичната активност. По време на пречистването количеството на такива протеини намалява и съответно се увеличава специфичната активност на ензима. Да предположим, че в оригиналния биологичен материал, който е източник на ензима (настърган черен дроб, каша от растителна тъкан), специфичната активност е 0,5 µmol/(mg протеин × min). След фракционно утаяване с амониев сулфат и гел филтрация през Sephadex, то се повишава до 25 µmol/(mg протеин × min), т.е. се увеличи 50 пъти. Оценката на ефективността на пречистването на ензимните препарати се използва при производството на лекарства с ензимен характер. Специфичната активност се определя, когато е необходимо да се сравни активността на различни препарати на един и същ ензим. Ако е необходимо да се сравни активността на различните ензими, се изчислява молекулярната активност. Молекулна активност (или броят на оборотите на ензима) е броят на моловете на субстрата, претърпяващ трансформация под действието на 1 мол ензим за единица време (обикновено 1 минута). Различните ензими имат различна молекулярна активност. Намаляването на броя на ензимните обороти се случва под действието на неконкурентни инхибитори. Чрез промяна на конформацията на каталитичния център на ензима, тези вещества намаляват афинитета на ензима към субстрата, което води до намаляване на броя на молекулите на субстрата, които реагират с една ензимна молекула за единица време.

Примери	Учебни задачи и стандарти за тяхното решаване.
1. Задачи 1. Какви ензими се наричат ​​рацемази? 2. Дешифрирайте систематичното име на ензима (отделно за всеки от елементите, подчертани с различни цветове): S-аденозилметионин:гуанидиноацетат-метил трансфераза? Определете: а) вид реакция; б) ензимен клас; в) подклас. 2. Стандарти за вземане на решения 1. Рацемазите са ензими, които катализират взаимното преобразуване на оптични изомери, съдържащи единичен асиметричен въглероден атом (вижте раздел 2.3). 2. Систематичното име на ензима се чете от края. Ензимът принадлежи към класа трансферази, катализира реакцията на трансфер метилова група на гуанидин ацетат (акцептор на метилова група) с S-аденозилметионин (донор на метилова група) (виж раздели 2.2 - 2.3). 3. а) В тази реакция, разцепване на вещество без участието на водни молекули б) Нехидролитичното разцепване на субстрата с образуването на два продукта се катализира от ензими, принадлежащи към четвъртия клас (лиази) в) Връзката между първия и втория въглероден атом се прекъсва, което води до елиминиране на карбоксилната група под формата на CO2. следователно, подклас ензим - въглерод-въглерод-лиази(вижте раздел 2.3).

Милиони химични реакции протичат в клетката на всеки жив организъм. Всеки от тях е от голямо значение, така че е важно да се поддържа скоростта на биологичните процеси на високо ниво. Почти всяка реакция се катализира от собствен ензим. Какво представляват ензимите? Каква е тяхната роля в клетката?

Ензими. Определение

Терминът "ензим" идва от латинското fermentum - закваска. Те могат също да бъдат наречени ензими, от гръцки enzyme, „в дрожди“.

Ензимите са биологично активни вещества, така че всяка реакция, която се случва в клетката, не може да мине без тяхното участие. Тези вещества действат като катализатори. Съответно всеки ензим има две основни свойства:

1) Ензимът ускорява биохимичната реакция, но не се консумира.

2) Стойността на равновесната константа не се променя, а само ускорява постигането на тази стойност.

Ензимите ускоряват биохимичните реакции хиляда, а в някои случаи и милион пъти. Това означава, че при липса на ензимен апарат всички вътреклетъчни процеси на практика ще спрат и самата клетка ще умре. Следователно ролята на ензимите като биологично активни вещества е голяма.

Разнообразие от ензими ви позволява да разнообразите регулирането на клетъчния метаболизъм. Във всяка каскада от реакции участват много ензими от различни класове. Биологичните катализатори са силно селективни поради специфичната конформация на молекулата. Тъй като ензимите в повечето случаи са от протеинова природа, те са в третична или четвъртична структура. Това отново се обяснява със специфичността на молекулата.

Функции на ензимите в клетката

Основната задача на ензима е да ускори съответната реакция. Всяка каскада от процеси, от разлагането на водороден пероксид до гликолиза, изисква наличието на биологичен катализатор.

Правилното функциониране на ензимите се постига чрез висока специфичност за определен субстрат. Това означава, че катализаторът може да ускори само определена реакция и никаква друга, дори много подобна. Според степента на специфичност се разграничават следните групи ензими:

1) Ензими с абсолютна специфичност, когато се катализира само една единствена реакция. Например, колагеназата разгражда колагена, а малтазата разгражда малтозата.

2) Ензими с относителна специфичност. Това включва вещества, които могат да катализират определен клас реакции, като хидролитично разцепване.

Работата на биокатализатор започва от момента на закрепване на активния му център към субстрата. В този случай се говори за допълващо взаимодействие като ключалка и ключ. Тук имаме предвид пълното съвпадение на формата на активния център със субстрата, което прави възможно ускоряването на реакцията.

Следващата стъпка е самата реакция. Скоростта му се увеличава поради действието на ензимния комплекс. В крайна сметка получаваме ензим, който е свързан с продуктите на реакцията.

Последният етап е отделянето на реакционните продукти от ензима, след което активният център отново става свободен за следващата работа.

Схематично работата на ензима на всеки етап може да се запише по следния начин:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, където S е субстратът, E е ензимът, а P е продуктът.

Ензимна класификация

В човешкото тяло можете да намерите огромен брой ензими. Всички знания за техните функции и работа бяха систематизирани и в резултат на това се появи единна класификация, благодарение на която е лесно да се определи за какво е предназначен този или онзи катализатор. Ето 6-те основни класа ензими, както и примери за някои от подгрупите.

1. Оксидоредуктази.

Ензимите от този клас катализират редокс реакции. Има общо 17 подгрупи. Оксидоредуктазите обикновено имат непротеинова част, представена от витамин или хем.

Сред оксидоредуктазите често се срещат следните подгрупи:

а) Дехидрогенази. Биохимията на ензимите дехидрогеназа се състои в елиминирането на водородните атоми и прехвърлянето им към друг субстрат. Тази подгрупа най-често се среща в реакциите на дишане, фотосинтеза. Съставът на дехидрогеназите задължително съдържа коензим под формата на NAD/NADP или флавопротеини FAD/FMN. Често има метални йони. Примери са ензими като цитохром редуктаза, пируват дехидрогеназа, изоцитрат дехидрогеназа и много чернодробни ензими (лактат дехидрогеназа, глутамат дехидрогеназа и др.).

б) Оксидази. Редица ензими катализират добавянето на кислород към водорода, в резултат на което реакционните продукти могат да бъдат вода или водороден прекис (H 2 0, H 2 0 2). Примери за ензими: цитохром оксидаза, тирозиназа.

в) Пероксидазите и каталазите са ензими, които катализират разграждането на H 2 O 2 до кислород и вода.

г) оксигенази. Тези биокатализатори ускоряват добавянето на кислород към субстрата. Допамин хидроксилазата е един пример за такива ензими.

2. Трансферази.

Задачата на ензимите от тази група е да прехвърлят радикали от донорното вещество към веществото реципиент.

а) метилтрансфераза. ДНК метилтрансферазите, основните ензими, които контролират процеса на нуклеотидна репликация, играят важна роля в регулирането на нуклеиновата киселина.

б) Ацилтрансферази. Ензимите от тази подгрупа транспортират ацилната група от една молекула към друга. Примери за ацилтрансферази: лецитинхолестерол ацилтрансфераза (прехвърля функционална група от мастна киселина към холестерол), лизофосфатидилхолин ацилтрансфераза (ацилна група се прехвърля към лизофосфатидилхолин).

в) Аминотрансферази – ензими, които участват в превръщането на аминокиселините. Примери за ензими: аланин аминотрансфераза, която катализира синтеза на аланин от пируват и глутамат чрез трансфер на аминогрупа.

г) Фосфотрансферази. Ензимите от тази подгрупа катализират добавянето на фосфатна група. Друго име на фосфотрансферазите, кинази, е много по-често срещано. Примери са ензими като хексокинази и аспартат кинази, които добавят фосфорни остатъци към хексозите (най-често глюкоза) и съответно към аспарагинова киселина.

3. Хидролази – клас ензими, които катализират разцепването на връзките в една молекула, последвано от добавяне на вода. Веществата, които принадлежат към тази група, са основните храносмилателни ензими.

а) Естерази - разрушават естерните връзки. Пример за това са липазите, които разграждат мазнините.

б) Гликозидази. Биохимията на ензимите от тази серия се състои в разрушаването на гликозидните връзки на полимерите (полизахариди и олигозахариди). Примери: амилаза, захараза, малтаза.

в) Пептидазите са ензими, които катализират разграждането на протеините до аминокиселини. Пептидазите включват ензими като пепсини, трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза.

г) Амидази - разцепват амидните връзки. Примери: аргиназа, уреаза, глутаминаза и др. Много амидазни ензими се намират в

4. Лиази – ензими, които са подобни по функция на хидролазите, но при разцепване на връзките в молекулите не се изразходва вода. Ензимите от този клас винаги съдържат непротеинова част, например под формата на витамини В1 или В6.

а) Декарбоксилази. Тези ензими действат върху C-C връзката. Примери са глутамат декарбоксилаза или пируват декарбоксилаза.

б) Хидратази и дехидратази - ензими, които катализират реакцията на разцепване на С-О връзки.

в) Амидин-лиази – разрушават C-N връзките. Пример: аргинин сукцинат лиаза.

г) Р-О лиаза. Такива ензими, като правило, отцепват фосфатната група от субстратното вещество. Пример: аденилатциклаза.

Биохимията на ензимите се основава на тяхната структура

Способностите на всеки ензим се определят от неговата индивидуална, уникална структура. Всеки ензим е преди всичко протеин и неговата структура и степен на сгъване играят решаваща роля при определянето на неговата функция.

Всеки биокатализатор се характеризира с наличието на активен център, който от своя страна е разделен на няколко независими функционални области:

1) Каталитичният център е специална област на протеина, по която ензимът е прикрепен към субстрата. В зависимост от конформацията на протеиновата молекула, каталитичният център може да приеме различни форми, които трябва да пасват на субстрата по същия начин като ключалка за ключ. Такава сложна структура обяснява какво е в третично или четвъртично състояние.

2) Адсорбционен център - действа като "държател". Тук, на първо място, има връзка между ензимната молекула и молекулата на субстрата. Въпреки това, връзките, образувани от адсорбционния център, са много слаби, което означава, че каталитичната реакция на този етап е обратима.

3) Алостеричните центрове могат да бъдат разположени както в активния център, така и върху цялата повърхност на ензима като цяло. Тяхната функция е да регулират функционирането на ензима. Регулирането става с помощта на молекули инхибитори и молекули активатори.

Активаторните протеини, свързвайки се с ензимната молекула, ускоряват нейната работа. Инхибиторите, напротив, инхибират каталитичната активност и това може да се случи по два начина: или молекулата се свързва с алостеричното място в областта на активното място на ензима (конкурентно инхибиране), или се прикрепя към друга област на протеина (неконкурентно инхибиране). считат за по-ефективни. В крайна сметка това затваря мястото за свързване на субстрата с ензима и този процес е възможен само в случай на почти пълно съвпадение на формата на молекулата на инхибитора и активния център.

Ензимът често се състои не само от аминокиселини, но и от други органични и неорганични вещества. Съответно се изолира апоензимът - протеиновата част, коензимът - органичната част, и кофакторът - неорганичната част. Коензимът може да бъде представен от въглехидрати, мазнини, нуклеинови киселини, витамини. От своя страна кофакторът най-често са спомагателни метални йони. Активността на ензимите се определя от тяхната структура: допълнителните вещества, които съставляват състава, променят каталитичните свойства. Различните видове ензими са резултат от комбинация от всички изброени фактори за образуване на комплекси.

Ензимна регулация

Ензимите като биологично активни вещества не винаги са необходими на организма. Биохимията на ензимите е такава, че те могат да навредят на жива клетка в случай на прекомерна катализа. За да се предотврати вредното въздействие на ензимите върху тялото, е необходимо по някакъв начин да се регулира тяхната работа.

Тъй като ензимите са от протеинова природа, те лесно се разрушават при високи температури. Процесът на денатурация е обратим, но може значително да повлияе на работата на веществата.

pH също играе голяма роля в регулирането. Най-голямата активност на ензимите, като правило, се наблюдава при неутрални стойности на pH (7,0-7,2). Има и ензими, които работят само в кисела среда или само в алкална. Така че в клетъчните лизозоми се поддържа ниско pH, при което активността на хидролитичните ензими е максимална. Ако случайно попаднат в цитоплазмата, където средата вече е по-близо до неутрална, тяхната активност ще намалее. Такава защита срещу "самоизяждане" се основава на особеностите на работата на хидролазите.

Струва си да се спомене значението на коензима и кофактора в състава на ензимите. Наличието на витамини или метални йони значително влияе върху функционирането на някои специфични ензими.

Ензимна номенклатура

Всички ензими на тялото обикновено се наричат ​​в зависимост от принадлежността им към някой от класовете, както и от субстрата, с който реагират. Понякога в името се използват не един, а два субстрата.

Примери за имената на някои ензими:

1. Чернодробни ензими: лактат дехидрогеназа, глутамат дехидрогеназа.
2. Пълно систематично наименование на ензима: лактат-NAD+-оксидоредукт-аза.

Има и тривиални имена, които не се придържат към правилата на номенклатурата. Примери са храносмилателните ензими: трипсин, химотрипсин, пепсин.

Процес на ензимен синтез

Функциите на ензимите се определят на генетично ниво. Тъй като една молекула като цяло е протеин, нейният синтез точно повтаря процесите на транскрипция и транслация.

Синтезът на ензими става по следната схема. Първо, информацията за желания ензим се чете от ДНК, в резултат на което се образува иРНК. Месинджър РНК кодира всички аминокиселини, които изграждат ензима. Ензимната регулация може да се случи и на ниво ДНК: ако продуктът от катализираната реакция е достатъчен, генната транскрипция спира и обратно, ако има нужда от продукт, процесът на транскрипция се активира.

След като иРНК навлезе в цитоплазмата на клетката, започва следващият етап – транслация. Върху рибозомите на ендоплазмения ретикулум се синтезира първична верига, състояща се от аминокиселини, свързани с пептидни връзки. Въпреки това, протеиновата молекула в първичната структура все още не може да изпълнява своите ензимни функции.

Активността на ензимите зависи от структурата на протеина. На същия ER се получава усукване на протеини, в резултат на което се образуват първо вторични, а след това третични структури. Синтезът на някои ензими спира още на този етап, но за да се активира каталитичната активност, често е необходимо да се добавят коензим и кофактор.

В определени зони на ендоплазмения ретикулум са прикрепени органичните компоненти на ензима: монозахариди, нуклеинови киселини, мазнини, витамини. Някои ензими не могат да работят без наличието на коензим.

Кофакторът играе решаваща роля при образуването. Някои от функциите на ензимите са достъпни само когато протеинът достигне доменната организация. Затова за тях е много важно наличието на кватернерна структура, в която свързващата връзка между няколко белтъчни глобули е метален йон.

Множество форми на ензими

Има ситуации, когато е необходимо да има няколко ензима, които катализират една и съща реакция, но се различават един от друг по някои параметри. Например един ензим може да работи при 20 градуса, но при 0 градуса вече няма да може да изпълнява функциите си. Какво трябва да направи жив организъм в такава ситуация при ниски температури на околната среда?

Този проблем лесно се решава чрез наличието на няколко ензима наведнъж, катализиращи една и съща реакция, но работещи при различни условия. Има два вида множество форми на ензими:

1. Изоензими. Такива протеини са кодирани от различни гени, състоят се от различни аминокиселини, но катализират една и съща реакция.
2. Истински форми за множествено число. Тези протеини се транскрибират от същия ген, но пептидите са модифицирани върху рибозомите. В резултат се получават няколко форми на един и същ ензим.

В резултат на това първият тип множествени форми се формира на генетично ниво, докато вторият тип се формира на пост-транслационно ниво.

Значението на ензимите

В медицината се свежда до пускането на нови лекарства, в които веществата вече са в правилните количества. Учените все още не са намерили начин да стимулират синтеза на липсващи ензими в организма, но днес широко се използват лекарства, които могат временно да компенсират дефицита им.

Различни ензими в клетката катализират голямо разнообразие от животоподдържащи реакции. Един от тези енизми са представители на групата нуклеази: ендонуклеази и екзонуклеази. Тяхната работа е да поддържат постоянно ниво на нуклеинови киселини в клетката, премахвайки увредената ДНК и РНК.

Не забравяйте за такъв феномен като съсирването на кръвта. Като ефективна мярка за защита, този процес е под контрола на редица ензими. Основният е тромбинът, който превръща неактивния протеин фибриноген в активен фибрин. Неговите нишки създават вид мрежа, която запушва мястото на увреждане на съда, като по този начин предотвратява прекомерната загуба на кръв.

Ензимите се използват във винопроизводството, пивоварството, получаването на много ферментирали млечни продукти. Дрождите могат да се използват за производство на алкохол от глюкоза, но екстракт от тях е достатъчен за успешното протичане на този процес.

Интересни факти, които не сте знаели

Всички ензими на тялото имат огромна маса - от 5 000 до 1 000 000 Da. Това се дължи на наличието на протеин в молекулата. За сравнение: молекулното тегло на глюкозата е 180 Da, а въглеродният диоксид е само 44 Da.

Към днешна дата са открити повече от 2000 ензими, които са открити в клетките на различни организми. Повечето от тези вещества обаче все още не са напълно разбрани.

Ензимната активност се използва за производство на ефективни перилни препарати. Тук ензимите изпълняват същата роля като в тялото: разграждат органичната материя и това свойство помага в борбата с петната. Препоръчително е да използвате подобен прах за пране при температура не по-висока от 50 градуса, в противен случай може да възникне процес на денатурация.

Според статистиката 20% от хората по света страдат от липса на някой от ензимите.

Свойствата на ензимите са известни от много дълго време, но едва през 1897 г. хората осъзнават, че не самата мая, а екстракт от клетките им може да се използва за ферментиране на захар в алкохол.

ЕНЗИМИ, органични вещества с белтъчна природа, които се синтезират в клетките и многократно ускоряват протичащите в тях реакции, без да претърпяват химични трансформации. Вещества, които имат подобен ефект, съществуват в неживата природа и се наричат ​​катализатори.

Ензимите (от лат. fermentum - ферментация, закваска) понякога се наричат ​​ензими (от гръцки en - вътре, zyme - закваска). Всички живи клетки съдържат много голям набор от ензими, от чиято каталитична активност зависи функционирането на клетките. Почти всяка от многото различни реакции, протичащи в клетката, изисква участието на специфичен ензим. Изучаването на химичните свойства на ензимите и реакциите, които те катализират, е специална, много важна област на биохимията - ензимологията.

Много ензими са в клетката в свободно състояние, просто се разтварят в цитоплазмата; други са свързани със сложни високоорганизирани структури. Съществуват и ензими, които обикновено са извън клетката; по този начин ензими, които катализират разграждането на нишестето и протеините, се секретират от панкреаса в червата.Отделят ензими и много микроорганизми.

Действието на ензимите

Ензимите, участващи в основните процеси на преобразуване на енергия, като разграждането на захарите, образуването и хидролизата на високоенергийното съединение аденозин трифосфат (АТФ), присъстват във всички видове клетки – животински, растителни, бактериални. Има обаче ензими, които се произвеждат само в тъканите на определени организми.

Така ензимите, участващи в синтеза на целулоза, се намират в растителните клетки, но не и в животинските. По този начин е важно да се прави разлика между "универсални" ензими и ензими, специфични за определени типове клетки. Най-общо казано, колкото по-специализирана е една клетка, толкова по-вероятно е тя да синтезира набора от ензими, необходими за изпълнение на определена клетъчна функция.

Характеристика на ензимите е, че те имат висока специфичност, тоест могат да ускорят само една реакция или реакции от един тип.

През 1890 г. E. G. Fisher предполага, че тази специфичност се дължи на специалната форма на ензимната молекула, която точно съвпада с формата на молекулата на субстрата.Тази хипотеза се нарича "ключ и ключалка", където ключът се сравнява със субстрата, а ключалката - с ензима. Хипотезата е, че субстратът пасва на ензима, както ключът пасва на ключалката. Селективността на действието на ензима е свързана със структурата на неговия активен център.

Ензимна активност

На първо място, температурата влияе върху активността на ензима. С повишаване на температурата скоростта на химическата реакция се увеличава. Скоростта на молекулите се увеличава, те имат повече шансове да се сблъскат една с друга. Следователно вероятността да възникне реакция между тях се увеличава. Оптимална е температурата, която осигурява най-голяма активност на ензима.

Извън оптималната температура скоростта на реакцията намалява поради денатурация на протеина. Когато температурата се понижи, скоростта на химическата реакция също намалява. В момента, когато температурата достигне точката на замръзване, ензимът се инактивира, но не се денатурира.

Ензимна класификация

През 1961 г. е предложена систематична класификация на ензимите в 6 групи. Но имената на ензимите се оказаха много дълги и трудни за произнасяне, така че вече е обичайно да се назовават ензими с работни имена. Работното наименование се състои от името на субстрата, върху който действа ензимът, последвано от окончанието "аза". Например, ако веществото е лактоза, тоест млечна захар, тогава лактазата е ензимът, който го превръща. Ако захарозата (обикновена захар), тогава ензимът, който я разгражда, е захароза. Съответно ензимите, които разграждат протеините, се наричат ​​протеинази.