Život bilo kojeg organizma moguć je zbog metaboličkih procesa koji se odvijaju u njemu. Ove reakcije kontroliraju prirodni katalizatori ili enzimi. Drugi naziv za ove tvari su enzimi. Izraz "enzimi" dolazi od latinskog fermentum, što znači "kiselo tijesto". Koncept se povijesno pojavio u proučavanju procesa fermentacije.

Riža. 1 – Fermentacija pomoću kvasca – tipičan primjer enzimske reakcije

Čovječanstvo je dugo uživalo u blagotvornim svojstvima ovih enzima. Na primjer, već stoljećima sir se proizvodi od mlijeka pomoću sirila.

Enzimi se razlikuju od katalizatora po tome što djeluju u živom organizmu, dok katalizatori - u neživoj prirodi. Grana biokemije koja proučava ove bitne tvari za život naziva se enzimologija.

Opća svojstva enzima

Enzimi su proteinske molekule koje stupaju u interakciju s raznim tvarima, ubrzavajući njihovu kemijsku transformaciju na određenom putu. Međutim, oni se ne konzumiraju. Svaki enzim ima aktivno mjesto koje se veže na supstrat i katalitičko mjesto koje pokreće određenu kemijsku reakciju. Ove tvari ubrzavaju biokemijske reakcije koje se odvijaju u tijelu bez podizanja temperature.

Glavna svojstva enzima:

• specifičnost: sposobnost enzima da djeluje samo na određeni supstrat, na primjer, lipaze na masti;
• katalitička učinkovitost: sposobnost enzimskih proteina da ubrzaju biološke reakcije stotine i tisuće puta;
• sposobnost regulacije: u svakoj stanici proizvodnja i aktivnost enzima određena je osebujnim lancem transformacija koji utječe na sposobnost tih proteina da se ponovno sintetiziraju.

Uloga enzima u ljudskom tijelu ne može se precijeniti. U to vrijeme, kada je tek otkrivena struktura DNK, govorilo se da je jedan gen odgovoran za sintezu jednog proteina, koji već određuje neku osobinu. Sada ova izjava zvuči ovako: "Jedan gen - jedan enzim - jedna osobina." To jest, bez aktivnosti enzima u stanici, život ne može postojati.

Klasifikacija

Ovisno o ulozi u kemijskim reakcijama, razlikuju se sljedeće klase enzima:

U živom organizmu svi enzimi se dijele na intra- i izvanstanične. Unutarstanični uključuju, na primjer, jetrene enzime uključene u reakcije neutralizacije različitih tvari koje dolaze s krvlju. Nalaze se u krvi kada je organ oštećen, što pomaže u dijagnostici njegovih bolesti.

Unutarstanični enzimi koji su markeri oštećenja unutarnjih organa:

• jetra - alanin aminotransferaza, aspartat aminotransferaza, gama-glutamil transpeptidaza, sorbitol dehidrogenaza;
• bubrezi - alkalna fosfataza;
• prostata - kisela fosfataza;
• srčani mišić - laktat dehidrogenaza

Izvanstanične enzime izlučuju žlijezde u vanjsko okruženje. Glavne luče stanice žlijezda slinovnica, želučana stijenka, gušterača, crijeva i aktivno su uključeni u probavu.

Probavni enzimi

Probavni enzimi su proteini koji ubrzavaju razgradnju velikih molekula koje čine hranu. One dijele takve molekule na manje fragmente koje stanice lakše probavljaju. Glavne vrste probavnih enzima su proteaze, lipaze i amilaze.

Glavna probavna žlijezda je gušterača. On proizvodi većinu ovih enzima, kao i nukleaze koje cijepaju DNA i RNA, te peptidaze koje sudjeluju u stvaranju slobodnih aminokiselina. Štoviše, mala količina formiranih enzima sposobna je "obraditi" veliku količinu hrane.

Tijekom enzimske razgradnje hranjivih tvari oslobađa se energija koja se troši za metaboličke procese i vitalnu aktivnost. Bez sudjelovanja enzima, takvi procesi bi se odvijali presporo, ne osiguravajući tijelu dovoljnu opskrbu energijom.

Osim toga, sudjelovanje enzima u procesu probave osigurava razgradnju hranjivih tvari u molekule koje mogu proći kroz stanice crijevne stijenke i ući u krvotok.

Amilaza

Amilazu proizvode žlijezde slinovnice. Djeluje na škrob hrane, koji se sastoji od dugog lanca molekula glukoze. Kao rezultat djelovanja ovog enzima nastaju sekcije koje se sastoje od dvije povezane molekule glukoze, odnosno fruktoze i drugih kratkolančanih ugljikohidrata. Oni se dalje metaboliziraju u glukozu u crijevima i odatle se apsorbiraju u krv.

Žlijezde slinovnice razgrađuju samo dio škroba. Amilaza pljuvačke je aktivna kratko vrijeme dok se hrana žvače. Nakon ulaska u želudac, enzim se inaktivira svojim kiselim sadržajem. Većina škroba se već razgrađuje u duodenumu djelovanjem amilaze gušterače koju proizvodi gušterača.

Riža. 2 - Amilaza započinje razgradnju škroba

Kratki ugljikohidrati nastali pod djelovanjem amilaze gušterače ulaze u tanko crijevo. Ovdje se uz pomoć maltaze, laktaze, saharaze, dekstrinaze razgrađuju na molekule glukoze. Vlakna koja se ne razgrađuju enzimima izlučuju se iz crijeva s izmetom.

Proteaze

Proteini ili proteini bitan su dio ljudske prehrane. Za njihovo cijepanje nužni su enzimi - proteaze. Razlikuju se po mjestu sinteze, supstratima i drugim karakteristikama. Neki od njih su aktivni u želucu, poput pepsina. Druge proizvodi gušterača i aktivni su u lumenu crijeva. U samoj žlijezdi se oslobađa neaktivni prekursor enzima, kimotripsinogen, koji počinje djelovati tek nakon miješanja s kiselim sadržajem hrane, pretvarajući se u kimotripsin. Ovaj mehanizam pomaže u izbjegavanju samooštećenja proteazama stanica gušterače.

Riža. 3 - Enzimsko cijepanje proteina

Proteaze razgrađuju proteine ​​hrane na manje fragmente – polipeptide. Enzimi – peptidaze ih razgrađuju do aminokiselina koje se apsorbiraju u crijevima.

Lipaze

Masnoće u prehrani razgrađuju enzimi lipaze, koje također proizvodi gušterača. Oni razgrađuju molekule masti u masne kiseline i glicerol. Takva reakcija zahtijeva prisutnost žuči u lumenu duodenuma, koja se formira u jetri.

Riža. 4 - Enzimska hidroliza masti

Uloga nadomjesne terapije Mikrazimom

Mnogim osobama s probavnim smetnjama, posebice onima s bolestima gušterače, primjena enzima pruža funkcionalnu potporu organu i ubrzava proces ozdravljenja. Nakon zaustavljanja napada pankreatitisa ili druge akutne situacije, unos enzima se može zaustaviti, jer tijelo samostalno obnavlja njihovu sekreciju.

Dugotrajna primjena enzimskih pripravaka nužna je samo u slučaju teške egzokrine insuficijencije gušterače.

Jedan od najfiziološkijih u svom sastavu je lijek "Mikrazim". Sastoji se od amilaze, proteaza i lipaze sadržanih u soku gušterače. Stoga nema potrebe posebno birati koji enzim treba koristiti za razne bolesti ovog organa.

Indikacije za korištenje ovog lijeka:

• kronični pankreatitis, cistična fibroza i drugi uzroci nedovoljnog lučenja enzima gušterače;
• upalne bolesti jetre, želuca, crijeva, osobito nakon operacija na njima, za brži oporavak probavnog sustava;
• pogreške u ishrani;
• kršenje funkcije žvakanja, na primjer, kod zubnih bolesti ili nepokretnosti pacijenta.

Uzimanje probavnih enzima u zamjenske svrhe pomaže u izbjegavanju nadutosti, labave stolice i bolova u trbuhu. Osim toga, u teškim kroničnim bolestima gušterače, Micrasim u potpunosti preuzima funkciju cijepanja hranjivih tvari. Stoga se mogu slobodno apsorbirati u crijevima. To je posebno važno za djecu s cističnom fibrozom.

Važno: prije uporabe pročitajte upute ili se posavjetujte s liječnikom.

ENZIMI
organske tvari proteinske prirode, koje se sintetiziraju u stanicama i mnogo puta ubrzavaju reakcije koje se u njima odvijaju, a da ne prolaze kemijske transformacije. Tvari koje imaju sličan učinak postoje u neživoj prirodi i nazivaju se katalizatori. Enzimi (od latinskog fermentum - vrenje, kvasac) se ponekad nazivaju enzimi (od grčkog en - unutra, zyme - kvasac). Sve žive stanice sadrže vrlo velik skup enzima, o čijoj katalitičkoj aktivnosti ovisi funkcioniranje stanica. Gotovo svaka od mnogih različitih reakcija koje se događaju u stanici zahtijeva sudjelovanje određenog enzima. Proučavanje kemijskih svojstava enzima i reakcija koje oni kataliziraju posebno je, vrlo važno područje biokemije - enzimologije. Mnogi enzimi su u stanici u slobodnom stanju, jednostavno otopljeni u citoplazmi; drugi su povezani sa složenim visoko organiziranim strukturama. Postoje i enzimi koji su inače izvan stanice; tako, enzime koji kataliziraju razgradnju škroba i proteina gušterača luči u crijeva. Izlučuju enzime i mnoge mikroorganizme. Prvi podaci o enzimima dobiveni su proučavanjem procesa fermentacije i probave. L. Pasteur je dao velik doprinos proučavanju fermentacije, ali je vjerovao da samo žive stanice mogu provesti odgovarajuće reakcije. Početkom 20. stoljeća E. Buchner je pokazao da se fermentacija saharoze s stvaranjem ugljičnog dioksida i etilnog alkohola može katalizirati ekstraktom kvasca bez stanica. Ovo važno otkriće potaknulo je izolaciju i proučavanje staničnih enzima. Godine 1926. J. Sumner sa Sveučilišta Cornell (SAD) izolirao je ureazu; bio je to prvi enzim dobiven u praktički čistom obliku. Od tada je otkriveno i izolirano više od 700 enzima, no mnogo više ih postoji u živim organizmima. Identifikacija, izolacija i proučavanje svojstava pojedinih enzima zauzimaju središnje mjesto u modernoj enzimologiji. Enzimi uključeni u temeljne procese pretvorbe energije, poput razgradnje šećera, stvaranja i hidrolize visokoenergetskog spoja adenozin trifosfata (ATP), prisutni su u svim vrstama stanica – životinjskim, biljnim, bakterijskim. Međutim, postoje enzimi koji se proizvode samo u tkivima određenih organizama. Dakle, enzimi uključeni u sintezu celuloze nalaze se u biljnim stanicama, ali ne i u životinjskim stanicama. Stoga je važno razlikovati "univerzalne" enzime i enzime specifične za određene tipove stanica. Općenito govoreći, što je stanica specijaliziranija, veća je vjerojatnost da će sintetizirati skup enzima potrebnih za obavljanje određene stanične funkcije.
Enzimi su poput proteina. Svi enzimi su proteini, jednostavni ili složeni (tj. sadrže, uz proteinsku komponentu, dio koji nije protein).
Vidi također PROTEINI. Enzimi su velike molekule, čija se molekulska težina kreće od 10.000 do preko 1.000.000 daltona (Da). Za usporedbu, recimo. mase poznatih tvari: glukoza - 180, ugljični dioksid - 44, aminokiseline - od 75 do 204 Da. Enzimi koji kataliziraju iste kemijske reakcije, ali izolirani iz stanica različitih tipova, razlikuju se po svojstvima i sastavu, ali obično imaju određenu strukturnu sličnost. Strukturne značajke enzima potrebne za njihovo funkcioniranje lako se gube. Dakle, kada se zagrijava, proteinski lanac se preuređuje, što je popraćeno gubitkom katalitičke aktivnosti. Važna su i alkalna ili kisela svojstva otopine. Većina enzima najbolje djeluje u otopinama s pH blizu 7, kada je koncentracija H+ i OH- iona približno ista. To je zbog činjenice da struktura proteinskih molekula i, posljedično, aktivnost enzima snažno ovise o koncentraciji vodikovih iona u mediju. Nisu svi proteini prisutni u živim organizmima enzimi. Dakle, strukturni proteini, mnoge specifične krvne bjelančevine, proteinski hormoni itd. obavljaju drugačiju funkciju.
koenzimi i supstrati. Mnogi enzimi velike molekularne mase pokazuju katalitičku aktivnost samo u prisutnosti specifičnih tvari male molekularne mase zvanih koenzimi (ili kofaktori). Ulogu koenzima ima većina vitamina i mnogi minerali; zato se moraju unositi hranom. Vitamini PP (nikotinska kiselina ili niacin) i riboflavin, na primjer, dio su koenzima neophodnih za funkcioniranje dehidrogenaza. Cink je koenzim karboanhidraze, enzima koji katalizira oslobađanje ugljičnog dioksida iz krvi, koji se uklanja iz tijela zajedno s izdahnutim zrakom. Željezo i bakar komponente su respiratornog enzima citokrom oksidaze. Tvar koja se transformira u prisutnosti enzima naziva se supstrat. Supstrat se pridružuje enzimu, što ubrzava razbijanje nekih kemijskih veza u njegovoj molekuli i stvaranje drugih; dobiveni produkt se odvaja od enzima. Ovaj proces je predstavljen na sljedeći način:

Proizvod se također može smatrati supstratom, budući da su sve enzimske reakcije u određenoj mjeri reverzibilne. Istina, obično se ravnoteža pomiče prema stvaranju produkta, a obrnutu reakciju može biti teško popraviti.
Mehanizam djelovanja enzima. Brzina enzimske reakcije ovisi o koncentraciji supstrata [[S]] i količini prisutnog enzima. Ove vrijednosti određuju koliko će molekula enzima biti spojeno na supstrat, a brzina reakcije koju ovaj enzim katalizira ovisi o sadržaju kompleksa enzim-supstrat. U većini situacija od interesa za biokemičare, koncentracija enzima je vrlo niska, a supstrat je prisutan u višku. Osim toga, biokemičari proučavaju procese koji su dosegli stabilno stanje, u kojem je stvaranje kompleksa enzim-supstrat uravnoteženo njegovom transformacijom u proizvod. Pod ovim uvjetima, ovisnost brzine (v) enzimske konverzije supstrata o njegovoj koncentraciji [[S]] opisana je Michaelis-Menten jednadžbom:

gdje je KM Michaelisova konstanta koja karakterizira aktivnost enzima, V je maksimalna brzina reakcije pri danoj ukupnoj koncentraciji enzima. Iz ove jednadžbe slijedi da pri niskom [[S]] brzina reakcije raste proporcionalno koncentraciji supstrata. Međutim, s dovoljno velikim povećanjem potonjeg, ova proporcionalnost nestaje: brzina reakcije prestaje ovisiti o [[S]] - zasićenje se događa kada su sve molekule enzima zauzete supstratom. Razjašnjenje mehanizama djelovanja enzima u svim pojedinostima je stvar budućnosti, no neke od njihovih bitnih obilježja već su utvrđene. Svaki enzim ima jedno ili više aktivnih mjesta na koje se supstrat veže. Ti su centri vrlo specifični; "prepoznaju" samo "svoj" supstrat ili blisko srodne spojeve. Aktivni centar tvore posebne kemijske skupine u molekuli enzima, orijentirane jedna prema drugoj na određeni način. Gubitak enzimske aktivnosti koji se tako lako događa povezuje se upravo s promjenom međusobne orijentacije ovih skupina. Molekula supstrata povezana s enzimom prolazi kroz promjene, zbog čega se neke kemijske veze prekidaju i stvaraju druge kemijske veze. Da bi se ovaj proces dogodio potrebna je energija; uloga enzima je sniziti energetsku barijeru koju supstrat mora prevladati da bi se pretvorio u proizvod. Kako se točno to smanjenje osigurava nije u potpunosti utvrđeno.
Enzimske reakcije i energija. Oslobađanje energije tijekom metabolizma hranjivih tvari, kao što je oksidacija šećera sa šest ugljika glukoze u ugljični dioksid i vodu, događa se kao rezultat uzastopnih koordiniranih enzimskih reakcija. U životinjskim stanicama 10 različitih enzima sudjeluje u pretvorbi glukoze u pirogrožđanu kiselinu (piruvat) ili mliječnu kiselinu (laktat). Taj se proces naziva glikoliza. Prva reakcija - fosforilacija glukoze - zahtijeva sudjelovanje ATP-a. Pretvorbom svake molekule glukoze u dvije molekule pirogrožđane kiseline troše se dvije molekule ATP-a, ali istovremeno se iz adenozin difosfata (ADP) u međufazama formiraju 4 molekule ATP-a, tako da cijeli proces daje 2 molekule ATP-a. Nadalje, pirogrožđana kiselina se oksidira u ugljični dioksid i vodu uz sudjelovanje enzima povezanih s mitohondrijima. Ove transformacije tvore ciklus koji se naziva ciklus trikarboksilne kiseline ili ciklus limunske kiseline.
Vidi također METABOLIZAM. Oksidacija jedne tvari uvijek je povezana s redukcijom druge: prva odustaje od atoma vodika, a druga ga dodaje. Ove procese kataliziraju dehidrogenaze, koje osiguravaju prijenos atoma vodika sa supstrata na koenzime. U ciklusu trikarboksilne kiseline, neke specifične dehidrogenaze oksidiraju supstrate u reducirani oblik koenzima (nikotinamid dinukleotid, označen kao NAD), dok druge oksidiraju reducirani koenzim (NADH), obnavljajući druge respiratorne enzime, uključujući citokrome (hemoproteine ​​koji sadrže željezo). , u kojem se atom željeza naizmjenično oksidira, a zatim reducira. U konačnici, reducirani oblik citokrom oksidaze, jednog od ključnih enzima koji sadrži željezo, oksidira se kisikom koji ulazi u naše tijelo s udahnutim zrakom. Kada se šećer izgori (oksidira atmosferskim kisikom), njegovi ugljikovi atomi izravno stupaju u interakciju s kisikom, stvarajući ugljični dioksid. Za razliku od izgaranja, kada se šećer oksidira u tijelu, kisik oksidira vlastito željezo citokrom oksidaze, ali se njegov oksidativni potencijal u konačnici koristi za potpunu oksidaciju šećera u višestupanjskom procesu posredovanom enzimima. U pojedinim fazama oksidacije energija sadržana u hranjivim tvarima oslobađa se uglavnom u malim obrocima i može se pohraniti u fosfatne veze ATP-a. To uključuje prekrasne enzime koji spajaju oksidativne reakcije (stvaranje energije) s reakcijama stvaranja ATP-a (skladištenje energije). Ovaj proces spajanja poznat je kao oksidativna fosforilacija. Da nema spregnutih enzimskih reakcija, život u nama poznatim oblicima bio bi nemoguć. Enzimi također obavljaju mnoge druge funkcije. Oni kataliziraju različite reakcije sinteze, uključujući stvaranje tkivnih proteina, masti i ugljikohidrata. Cijeli enzimski sustavi koriste se za sintetiziranje golemog niza kemijskih spojeva koji se nalaze u složenim organizmima. Za to je potrebna energija, a u svim slučajevima dolazi od fosforiliranih spojeva kao što je ATP.

Enzimi i probava. Enzimi su bitni sudionici u procesu probave. Samo spojevi male molekularne težine mogu proći kroz crijevnu stijenku i ući u krvotok, pa se komponente hrane najprije moraju razgraditi na male molekule. To se događa tijekom enzimske hidrolize (razgradnje) proteina do aminokiselina, škroba do šećera, masti do masnih kiselina i glicerola. Hidrolizu proteina katalizira enzim pepsin koji se nalazi u želucu. Gušterača izlučuje u crijeva niz vrlo učinkovitih probavnih enzima. To su tripsin i kimotripsin, koji hidroliziraju proteine; lipaza, koja razgrađuje masti; amilaza katalizira razgradnju škroba. Pepsin, tripsin i kimotripsin luče se u neaktivnom obliku, u obliku tzv. zimogeni (proenzimi), a postaju aktivni samo u želucu i crijevima. To objašnjava zašto ti enzimi ne uništavaju stanice gušterače i želuca. Stijenke želuca i crijeva zaštićene su od probavnih enzima i sloja sluzi. Stanice u tankom crijevu luče nekoliko važnih probavnih enzima. Većina energije pohranjene u biljnoj hrani, poput trave ili sijena, pohranjena je u celulozi, koju razgrađuje enzim celulaza. U tijelu biljojeda ovaj se enzim ne sintetizira, a preživači, poput goveda i ovaca, mogu jesti hranu koja sadrži celulozu samo zato što celulazu proizvode mikroorganizmi koji naseljavaju prvi dio želuca – ožiljak. Termiti također probavljaju hranu uz pomoć mikroorganizama. Enzimi se koriste u prehrambenoj, farmaceutskoj, kemijskoj i tekstilnoj industriji. Primjer je biljni enzim dobiven iz papaje i koji se koristi za omekšavanje mesa. Enzimi se dodaju i prašcima za pranje rublja.
Enzimi u medicini i poljoprivredi. Svijest o ključnoj ulozi enzima u svim staničnim procesima dovela je do njihove široke primjene u medicini i poljoprivredi. O učinkovitom radu enzima ovisi normalno funkcioniranje bilo kojeg biljnog i životinjskog organizma. Djelovanje mnogih otrovnih tvari (otrova) temelji se na njihovoj sposobnosti da inhibiraju enzime; brojni lijekovi imaju isti učinak. Često se učinak lijeka ili otrovne tvari može pratiti njegovim selektivnim učinkom na rad određenog enzima u tijelu u cjelini ili u određenom tkivu. Primjerice, snažni organofosforni insekticidi i živčani agensi razvijeni u vojne svrhe imaju svoje štetno djelovanje blokiranjem rada enzima – prvenstveno kolinesteraze, koja ima važnu ulogu u prijenosu živčanih impulsa. Da bismo bolje razumjeli mehanizam djelovanja lijekova na enzimske sustave, korisno je razmotriti kako djeluju neki inhibitori enzima. Mnogi inhibitori se vežu na aktivno mjesto enzima, ono s kojim supstrat u interakciji. Kod takvih inhibitora najvažnije su strukturne značajke bliske onima supstrata, a ako su i supstrat i inhibitor prisutni u reakcijskom mediju, natječu se za vezanje na enzim; što je veća koncentracija supstrata, to se uspješnije natječe s inhibitorom. Inhibitori drugog tipa induciraju konformacijske promjene u molekuli enzima, koje uključuju funkcionalno važne kemijske skupine. Proučavanje mehanizma djelovanja inhibitora pomaže kemičarima u stvaranju novih lijekova.

Tema: “SVOJSTVA I KLASIFIKACIJA ENZIMA. UTJECAJ TEMPERATURE I pH OKOLIŠA NA AKTIVNOST ENZIMA. SPECIFIČNOST DJELOVANJA ENZIMA. ODREĐIVANJE AKTIVNOSTI ENZIMA»

1. Kemijska priroda enzima. Važnost enzima za život tijela.

2. Osnovna svojstva enzima. Utjecaj koncentracije enzima i supstrata, temperature i pH medija na brzinu enzimske reakcije. Oligodinamizam i reverzibilnost djelovanja enzima.

3. Specifičnost djelovanja enzima (apsolutne, relativne i stereokemijske). Primjeri.

4. Najvažnija značajka na kojoj se temelji klasifikacija enzima. Koncept kodnog broja enzima. Klase enzima: oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze, ligaze. Vrsta i opća jednadžba kataliziranih reakcija, principi formiranja podrazreda.

5. Nomenklatura enzima (pojam sustavnih i radnih (preporučenih) naziva enzima, njihova uporaba).

6. Određivanje aktivnosti enzima. Analitičke metode koje se koriste za određivanje aktivnosti. Jedinice ukupne, specifične, molekularne aktivnosti enzima, njihova upotreba. Formula za izračun ukupne aktivnosti enzima u krvnom serumu.

Odjeljak 7.1	Kemijska priroda enzima. Važnost enzima za život tijela.
7.1.1. Tijek metaboličkih procesa u tijelu određen je djelovanjem brojnih enzima - bioloških katalizatora proteinske prirode. Ubrzavaju kemijske reakcije i sami se ne troše. Termin "enzim" dolazi od latinske riječi fermentum - kiselo tijesto. Uz ovaj koncept, u ​​literaturi se koristi i ekvivalentni termin "enzim" (enzim - u kvascu) grčkog porijekla. Stoga se grana biokemije koja proučava enzime naziva "enzimologija". Enzimologija čini osnovu znanja na molekularnoj razini o najvažnijim problemima ljudske fiziologije i patologije. Probava hranjivih tvari i njihova upotreba za proizvodnju energije, stvaranje strukturnih i funkcionalnih komponenti tkiva, kontrakcija mišića, prijenos električnih signala duž živčanih vlakana, percepcija svjetlosti okom, zgrušavanje krvi - svaki od ovih fizioloških mehanizama je na temelju katalitičkog djelovanja određenih enzima. Pokazalo se da su brojne bolesti izravno narušene enzimskom katalizom; određivanje aktivnosti enzima u krvi i drugim tkivima daje vrijedne informacije za medicinsku dijagnozu; enzimi ili njihovi inhibitori mogu se koristiti kao ljekovite tvari. Stoga je poznavanje najvažnijih značajki enzima i reakcija koje oni kataliziraju nužno za racionalan pristup proučavanju ljudskih bolesti, njihovoj dijagnozi i liječenju. 7.1.2. Tvari koje kataliziraju enzimi nazivaju se podloge . Enzim se spaja sa supstratom i nastaje kompleks enzim-supstrat (Slika 7.1). Slika 7.1. Stvaranje kompleksa enzim-supstrat tijekom katalizirane reakcije. Formiranje ovog kompleksa pomaže u smanjenju energetske barijere koju molekula supstrata treba prevladati kako bi ušla u reakciju (slika 7.2). Po završetku reakcije, kompleks enzim-supstrat se razgrađuje na proizvod(e) i enzim. Na kraju reakcije, enzim se vraća u prvobitno stanje i može stupiti u interakciju s novom molekulom supstrata. Slika 7.2. Utjecaj enzima na energetsku barijeru reakcije. Enzimi, djelujući kao katalizatori, smanjuju energiju aktivacije potrebnu za odvijanje reakcije. 7.1.3. Enzimi imaju svojstva zajednički za sve proteine. Konkretno, molekule enzima, kao i drugi proteini, građene su od α-aminokiselina povezanih peptidnim vezama. Stoga otopine enzima daju pozitivna biuretna reakcija i njihovi hidrolizati - pozitivna reakcija ninhidrina. Nativna svojstva i funkcije enzima određene su prisutnošću određene prostorne strukture (konformacije) njihovog polipeptidnog lanca. Promjena ove strukture kao rezultat termička denaturacija dovodi do gubitka katalitičkih svojstava. Prisutnost enzima visoke molekularne mase ih čini nemogućnost dijalize i prisutnost nabijenih funkcionalnih skupina u molekulama - pokretljivost u električnom polju. Kao i drugi proteini, enzimi tvore koloidne otopine iz kojih može se istaložiti acetonom, alkoholom, amonijevim sulfatom- tvari koje doprinose uništavanju hidratacijske ljuske i neutralizaciji električnog naboja.

Odjeljak 7.2	Osnovna svojstva enzima. Oligodinamizam i reverzibilnost djelovanja enzima. Utjecaj koncentracije enzima i supstrata, temperature i pH medija na brzinu enzimske reakcije.
7.2.1. Proteinska priroda enzima određuje pojavu niza svojstava u njima koja su općenito nekarakteristična za anorganske katalizatore: oligodinamičnost, specifičnost, ovisnost brzine reakcije o temperaturi, pH medija, koncentracija enzima i supstrata, prisutnost aktivatori i inhibitori. Pod, ispod oligodinamički enzimi razumiju visoku učinkovitost djelovanja u vrlo malim količinama. Takva visoka učinkovitost objašnjava se činjenicom da se molekule enzima kontinuirano regeneriraju tijekom svoje katalitičke aktivnosti. Tipična molekula enzima može se regenerirati milijune puta u minuti. Mora se reći da su anorganski katalizatori također sposobni ubrzati pretvorbu takve količine tvari, koja je višestruko veća od njihove vlastite mase. No, niti jedan anorganski katalizator ne može se usporediti s enzimima u smislu učinkovitosti. Primjer je enzim rennin koji proizvodi želučana sluznica preživača. Jedna njegova molekula u 10 minuta na 37°C sposobna je izazvati koagulaciju (sirivanje) oko milijun molekula mliječnog kazeinogena. Drugi primjer visoke učinkovitosti enzima daje katalaza. Jedna molekula ovog enzima na 0°C razgrađuje oko 50 000 molekula vodikovog peroksida u sekundi: 2 N 2 O2 2 H2 O + O2 Djelovanje katalaze na vodikov peroksid je promjena energije aktivacije ove reakcije s približno 75 kJ/mol bez katalizatora na 21 kJ/mol u prisutnosti enzima. Ako se koloidna platina koristi kao katalizator za ovu reakciju, tada je energija aktivacije samo 50 kJ/mol. 7.2.2. Kada se proučava utjecaj bilo kojeg čimbenika na brzinu enzimske reakcije, svi ostali čimbenici trebaju ostati nepromijenjeni i, ako je moguće, imati optimalnu vrijednost. Mjera brzine enzimskih reakcija je količina supstrata koji je prošao transformaciju u jedinici vremena, ili količina nastalog produkta. Promjena brzine se provodi u početnoj fazi reakcije, kada je proizvod još praktički odsutan, a obrnuta reakcija se ne događa. Osim toga, u početnoj fazi reakcije, koncentracija supstrata odgovara njegovoj početnoj količini. 7.2.3. Ovisnost brzine enzimske reakcije ( V ) na koncentraciju enzima [E](Slika 7.3). Pri visokoj koncentraciji supstrata (višestruko većoj od koncentracije enzima) i uz postojanost ostalih čimbenika, brzina enzimske reakcije proporcionalna je koncentraciji enzima. Stoga, poznavajući brzinu reakcije koju katalizira enzim, može se zaključiti o njegovoj količini u materijalu koji se proučava. Slika 7.3. Ovisnost brzine enzimske reakcije o koncentraciji enzima 7.2.4. Ovisnost brzine reakcije o koncentraciji supstrata[S]. Graf ovisnosti ima oblik hiperbole (slika 7.4). Pri konstantnoj koncentraciji enzima, brzina katalizirane reakcije raste s povećanjem koncentracije supstrata do maksimalne vrijednosti Vmax, nakon čega ostaje konstantna. To treba objasniti činjenicom da su pri visokim koncentracijama supstrata svi aktivni centri molekula enzima vezani za molekule supstrata. Svaki višak supstrata može se vezati na enzim tek nakon što se formira produkt reakcije i oslobodi aktivno mjesto. Slika 7.4. Ovisnost brzine enzimske reakcije o koncentraciji supstrata. Ovisnost brzine reakcije o koncentraciji supstrata može se izraziti Michaelis-Menten jednadžbom: , gdje je V brzina reakcije pri koncentraciji supstrata [S], Vmax je maksimalna brzina, a KM je Michaelisova konstanta. Michaelisova konstanta jednaka je koncentraciji supstrata pri kojoj je brzina reakcije upola manja. Određivanje KM i Vmax od velike je praktične važnosti, jer omogućuje kvantitativno opisivanje većine enzimskih reakcija, uključujući reakcije koje uključuju dva ili više supstrata. Različite kemikalije koje mijenjaju aktivnost enzima na različite načine utječu na vrijednosti Vmax i KM. 7.2.5. Ovisnost brzine reakcije o t - temperaturi na kojoj se reakcija odvija (Slika 7.5) je složen. Temperaturna vrijednost pri kojoj je brzina reakcije maksimalna je temperaturni optimum enzima. Optimalna temperatura za većinu enzima u ljudskom tijelu je približno 40°C. Za većinu enzima optimalna temperatura je jednaka ili viša od temperature na kojoj se stanice drže. Slika 7.5. Ovisnost brzine enzimske reakcije o temperaturi. Na nižim temperaturama (0° - 40°C) brzina reakcije raste s porastom temperature. Kad temperatura poraste za 10°C, brzina enzimske reakcije se udvostručuje (temperaturni koeficijent Q10 jednak je 2). Povećanje brzine reakcije objašnjava se povećanjem kinetičke energije molekula. Daljnjim porastom temperature, veze koje podupiru sekundarnu i tercijarnu strukturu enzima pucaju, odnosno dolazi do toplinske denaturacije. To je popraćeno postupnim gubitkom katalitičke aktivnosti. 7.2.6. Ovisnost brzine reakcije o pH medija (Slika 7.6). Pri konstantnoj temperaturi enzim djeluje najučinkovitije u uskom pH rasponu. pH vrijednost pri kojoj je brzina reakcije maksimalna je optimalni pH enzima. Većina enzima u ljudskom tijelu ima optimalni pH u rasponu pH 6-8, ali postoje enzimi koji su aktivni pri pH vrijednostima izvan ovog raspona (na primjer, pepsin, koji je najaktivniji pri pH 1,5-2,5) . Promjena pH i na kiselu i na alkalnu stranu od optimalne dovodi do promjene stupnja ionizacije kiselih i bazičnih skupina aminokiselina koje čine enzim (npr. COOH skupine aspartata i glutamata, NH2 skupine lizina itd.). To uzrokuje promjenu konformacije enzima, što rezultira promjenom prostorne strukture aktivnog centra i smanjenjem njegovog afiniteta prema supstratu. Osim toga, pri ekstremnim pH vrijednostima enzim se denaturira i inaktivira. Slika 7.6. Ovisnost brzine enzimske reakcije o pH medija. Treba napomenuti da se optimalna pH karakteristika enzima ne poklapa uvijek s pH njegove neposredne intracelularne okoline. To sugerira da okoliš u kojem se enzim nalazi u određenoj mjeri regulira njegovu aktivnost. 7.2.7. Ovisnost brzine reakcije o prisutnosti aktivatora i inhibitora . Aktivatori povećavaju brzinu enzimske reakcije. Inhibitori usporavaju brzinu enzimske reakcije. Anorganski ioni mogu djelovati kao aktivatori enzima. Vjeruje se da ti ioni uzrokuju da enzim ili molekule supstrata usvoje konformaciju koja potiče stvaranje kompleksa enzim-supstrat. To povećava vjerojatnost interakcije između enzima i supstrata, a time i brzinu reakcije koju enzim katalizira. Na primjer, aktivnost amilaze u slini je povećana u prisutnosti kloridnih iona.

Odjeljak 7.3	Specifičnost djelovanja enzima (apsolutne, relativne i stereokemijske).
7.3.1. Važno svojstvo koje razlikuje enzime od anorganskih katalizatora je specifičnost djelovanja. Kao što je poznato, struktura aktivnog centra enzima komplementarna je strukturi njegovog supstrata. Stoga enzim iz svih tvari prisutnih u stanici odabire i pričvršćuje samo njen supstrat. Enzime karakterizira specifičnost ne samo u odnosu na supstrat, već iu odnosu na put transformacije supstrata. Enzimi imaju apsolutnu, relativnu i stereokemijsku specifičnost. 7.3.2. Apsolutna specifičnost- selektivna sposobnost enzima da katalizira samo jednu od mogućih transformacija jednog supstrata. To se može objasniti konformacijskom i elektrostatičkom komplementarnošću molekula supstrata i enzima. Na primjer, enzim arginaza katalizira samo hidrolizu aminokiseline arginina, enzim ureaza katalizira samo cijepanje uree i ne djeluje na druge supstrate. 7.3.3. Relativna specifičnost- selektivna sposobnost enzima da katalizira isti tip transformacija supstrata slične strukture. Takvi enzimi djeluju na iste funkcionalne skupine ili na istu vrstu veza u molekulama supstrata. Tako, na primjer, različiti hidrolitički enzimi djeluju na određenu vrstu veza: amilaza - na glikozidnim vezama; pepsin i tripsin - na peptidnim vezama; lipaza i fosfolipaza - na esterskim vezama. Djelovanje ovih enzima proteže se na veliki broj supstrata, što omogućuje tijelu da se snađe s malom količinom probavnih enzima – inače bi im trebalo puno više. 7.3.4. Stereokemijska (optička) specifičnost- selektivna sposobnost enzima da katalizira pretvorbu samo jednog od mogućih prostornih izomera supstrata. Dakle, većina enzima sisavaca katalizira pretvorbu samo L-izomera aminokiselina, ali ne i D-izomera. enzimi uključeni u izmjenu monosaharida, naprotiv, kataliziraju pretvorbu samo D-, ali ne i L-fosfosaharida. Glikozidaze su specifične ne samo za monosaharidni fragment, već i za prirodu glikozidne veze. Na primjer, α-amilaza cijepa α-1,4-glikozidne veze u molekuli škroba, ali ne djeluje na α-1,2-glikozidne veze u molekuli saharoze.

Odjeljak 7.4	Osnovna načela na kojima se temelji moderna klasifikacija i nomenklatura enzima.
7.4.1. Trenutno je poznato više od dvije tisuće kemijskih reakcija kataliziranih enzimima, a taj se broj stalno povećava. Za navigaciju u takvom mnoštvu transformacija. postojala je hitna potreba za sustavnom klasifikacijom i nomenklaturom pomoću koje bi se bilo koji enzim mogao točno identificirati. Nomenklatura, koja se koristila do sredine 20. stoljeća, bila je vrlo daleko od savršenstva. Istraživači su, otkrivši novi enzim, dali ime po svom izboru, što je neminovno dovelo do zabune i svih vrsta proturječnosti. Ispostavilo se da su neka imena pogrešna, druga nisu govorila ništa o prirodi katalizirane reakcije. Znanstvenici različitih škola često su koristili različite nazive za isti enzim ili, obrnuto, isti naziv za nekoliko različitih enzima. Odlučeno je razviti racionalnu međunarodnu klasifikaciju i nomenklaturu enzima, koju bi mogli koristiti biokemičari svih zemalja. U tu je svrhu Međunarodna unija za biokemiju i molekularnu biologiju (IUBMB) osnovala Komisiju za enzime, koja je 1964. predložila temeljna načela takve klasifikacije i nomenklature. Neprestano se usavršava i nadopunjuje, a trenutno je na snazi ​​već šesto izdanje ove nomenklature (1992.) kojoj se dodaci objavljuju svake godine.

7.4.2. Klasifikacija se temelji na najvažnijoj osobini po kojoj se jedan enzim razlikuje od drugog - to je reakcija koju on katalizira. Broj vrsta kemijskih reakcija je relativno mali, što je omogućilo podjelu svih trenutno poznatih enzima na 6 najvažnijih. razreda ovisno o vrsti reakcije koja se katalizira. Ovi razredi su:

• oksidoreduktaze (redoks reakcije);
• transferaze (prijenos funkcionalnih skupina);
• hidrolaze (reakcije cijepanja koje uključuju vodu);
• lyase (razbijanje veza bez sudjelovanja vode);
• izomeraze (izomerne transformacije);
• ligaze (sinteza uz potrošnju ATP molekula).

7.4.3. Enzimi svake klase se dijele na podklase vođeni strukturom supstrata. Podklase kombiniraju enzime koji djeluju na supstrate sličnog sastava. Podklase se dijele na podrazreda v koji još rigoroznije pročišćavaju strukturu kemijskih skupina koje međusobno razlikuju supstrate. Unutar podklasa nabrajati pojedinačni enzimi. Sve podjele klasifikacije imaju svoje brojeve. Dakle, svaki enzim dobiva svoj jedinstveni kodni broj, koji se sastoji od četiri broja odvojena točkama. Prvi broj je klasa, drugi je potklasa, treći je potklasa, a četvrti je broj enzima unutar podklase. Na primjer, enzim α-amilaza, koji razgrađuje škrob, označen je kao 3.2.1.1, gdje:
3 - vrsta reakcije (hidroliza);
2 — vrsta veze u supstratu (glikozidna);
1 - vrsta veze (O-glikozidna);
1 je broj enzima u podrazredu

Gore opisana metoda decimalnog brojanja ima jednu važnu prednost: omogućuje vam zaobići glavnu neugodnost end-to-end nabrajanja enzima, naime, potrebu za promjenom brojeva svih sljedećih enzima kada je novootkriveni enzim uključen u popis. Novi enzim može se staviti na kraj odgovarajuće podklase bez ometanja ostatka numeracije. Na isti način, kada se razlikuju nove klase, potklase i potklase, mogu se dodati bez narušavanja redoslijeda numeriranja prethodno uspostavljenih podrazreda. Ako nakon dobivanja novih informacija postane potrebno promijeniti brojeve nekih enzima, stari brojevi se ne pridružuju novim enzimima kako bi se izbjegli nesporazumi.

Govoreći o klasifikaciji enzima, također treba napomenuti da se enzimi ne klasificiraju kao pojedinačne tvari, već kao katalizatori određenih kemijskih transformacija. Enzimi izolirani iz različitih bioloških izvora i katalizirajući identične reakcije mogu se značajno razlikovati u svojoj primarnoj strukturi. Međutim, u klasifikacijskom popisu svi se pojavljuju pod istim kodnim brojem.

Dakle, poznavanje kodnog broja enzima omogućuje vam:

• razriješiti nejasnoće ako različiti istraživači koriste isti naziv za različite enzime;
• učiniti potragu za informacijama u bazama literature učinkovitijom;
• dobiti dodatne informacije o slijedu aminokiselina, prostornoj strukturi enzima i genima koji kodiraju enzimske proteine ​​u drugim bazama podataka.

odjeljak 7.5

Koncept sustavnog i radnog naziva enzima, njihova uporaba.

7.5.1. Klasifikacijski sustav koji je izradilo Povjerenstvo za enzime uključuje i novostvorenu nomenklaturu enzima koja je izgrađena na posebnim načelima. Prema preporukama IUBMB, enzimi dobivaju dvije vrste naziva: sustavni i radni (preporučeni).

7.5.2. Sustavno ime sastoji se od dva dijela. Prvi dio sadrži naziv supstrata ili supstrata, često naziv koenzima, drugi dio označava prirodu katalizirane reakcije i uključuje naziv klase kojoj enzim pripada. Po potrebi se u zagradama iza drugog dijela naziva navode dodatne informacije o reakciji. Sustavno ime dodjeljuje se samo onim enzimima čije je katalitičko djelovanje potpuno razumljivo.

Na primjer, sustavni naziv za α-amilazu je 1,4-α-D-glukan-glukanohidrolaza . Naravno, takav naziv je vrlo nezgodan za pamćenje i izgovor. Stoga, uz sustavne, Komisija za enzime IUBMB preporučuje korištenje radnih (pojednostavljenih) naziva enzima.

7.5.3. radni naslov enzim mora biti dovoljno kratak za konzumaciju. Trivijalni naziv može se u nekim slučajevima koristiti kao radno ime, pod uvjetom da nije pogrešan ili dvosmislen. U drugim slučajevima, temelji se na istim općim načelima kao i sustavni naziv, ali s minimalnim detaljima. Konkretni primjeri sustavnih i radnih naziva enzima dati su u sljedećem odjeljku ove teme. U znanstvenim publikacijama pri prvom spomenu enzima uobičajeno je navesti njegov sustavni naziv i šifru, a zatim koristiti njegov radni naziv.

7.5.4. Osnovna pravila za građenje sustavnih i radnih naziva različitih klasa enzima:

oksidoreduktaza

Sustavno ime enzima ove klase gradi se prema shemi donor: akceptor - oksidoreduktaza. Prema trivijalnoj nomenklaturi, oksidoreduktaze koje apstrahiraju atome vodika ili elektrone i prenose ih na bilo koji akceptor osim kisika nazivaju se dehidrogenaze. Zovu se oksidoreduktaze koje koriste kisik kao akceptor atoma vodika ili elektrona oksidaze. Neki enzimi, koji se odlikuju pretežno redukcijskim učinkom, tzv reduktaza. Sva gore navedena imena mogu se koristiti za izgradnju radni naslov oksidoreduktaza.

Transferaze

Sustavno ime enzimi koji ubrzavaju takve reakcije su u obliku donor:akceptor (transportna grupa) transferaza. V radni naslov obično je naveden samo jedan specifični supstrat ili proizvod zajedno s nazivom skupine koja se prevozi.

Hidrolaze

Sustavno ime sastavljen u obrascu supstrat hidrolaze. Za hidrolaze koje specifično odcjepljuju određenu skupinu, ova se skupina može označiti kao prefiks. radni naslov najčešće sastavljen od naziva supstrata koji se može hidrolizirati s dodatkom završetka -aza. Međutim, treba napomenuti da zbog prilično složene i često nedovoljno otkrivene prirode specifičnosti mnogih hidrolaza, nije im uvijek moguće dati sustavno ime. U tim slučajevima preporuča se koristiti empirijska imena koja su im dodijeljena kada su prvi put opisani. Dakle, enzimi kao npr pepsin, papain, trombin.

Liase

Sustavno ime enzimi se grade prema shemi: grupa-liaza koja cijepa supstrat. Da bi se odredilo koja se skupina odcjepljuje, koriste se prefiksi "karboksi-", "amonijak", "hidro-" itd. Kao radni naslovi enzimi zadržavaju trivijalne nazive kao što su "dekarboksilaza", "aldolaza", "dehidrataza", "desulfhidraza". Liaze se dijele u podklase ovisno o prirodi prekinutih veza.

Izomeraze

Sustavno ime enzimi uključuje naziv supstrata i riječ izomeraza, kojem prethodi naznaka vrste reakcije izomerizacije. Radni naslovi slični su (uz neka pojednostavljenja) sustavnim nazivima.

Ligaze

Sustavno ime tvori se od naziva podloga koje se spajaju u kombinaciji s riječju ligaza. U zagradama je proizvod koji nastaje hidrolizom nukleozid trifosfata (na primjer, ADP ili AMP). radni naslov enzimi ove klase obično nastaju od naziva produkta reakcije u kombinaciji s riječju sintetaza.

Preporuka. Kada se u budućnosti upoznate s raznim enzimskim reakcijama, uvijek analizirajte prirodu promjena koje se događaju u supstratima i pokušajte odrediti barem klasu enzima koji katalizira reakciju. Također analizirajte nazive enzima i povežite ih s procesima koji se odvijaju u reakcijama. To će olakšati pamćenje naziva enzima i transformacija koje oni kataliziraju te će omogućiti da se više vremena posveti razumijevanju biološke uloge procesa koji se proučavaju.

Odjeljak 7.6.1	OKSIDOREDUKTAZE.
U razred oksidoreduktaza uključuju enzime koji kataliziraju redoks reakcije. Njihova se opća shema može predstaviti na sljedeći način: gdje je AH2 donor vodika, a B akceptor vodika. U živim organizmima oksidacija se provodi uglavnom odvajanjem vodikovih atoma ili elektrona s donorskih supstrata. Akceptori vodikovih atoma ili elektrona mogu biti različite tvari – koenzimi (NAD, NADP, FAD, FMN, glutation, lipoična kiselina, ubikinon), citokromi. bjelančevine željezo-sumpor i kisik. Podklase oksidoreduktaza nastaju ovisno o prirodi funkcionalne skupine donora vodika (elektrona). Ukupno ima 19 podklasa. Glavni su sljedeći: Oksidoreduktaze koje djeluju na CH-OH skupinu donora. Enzimi koji pripadaju ovoj potklasi oksidiraju alkoholne skupine u aldehidne ili ketonske skupine. Primjer je enzim alkoholna dehidrogenaza (alkohol: NAD-oksidoreduktaza; EC 1.1.1.1). uključeni u metabolizam etanola u tkivima: Osim oksidacije alkohola, enzimi ove potklase sudjeluju u dehidrogenaciji hidroksi kiselina (mliječne, jabučne, izocitrične), monosaharida i drugih spojeva koji sadrže hidroksilne skupine. Oksidoreduktaze koje djeluju na aldehidnu ili ketonsku skupinu donora. Ovi enzimi oksidiraju aldehide i ketone u karboksilne kiseline. Na primjer, predstavnik ove potklase - gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza (D-gliceraldehid-3-fosfat: NAD-oksidoreduktaza (fosforiliranje), EC 1.2.1.12) - katalizira jednu od međureakcija razgradnje glukoze: Važno je napomenuti da proizvod ove reakcije sadrži energetski bogatu fosfatnu vezu na 1. poziciji. Ostatak fosforne kiseline koji tvori ovu vezu može se prenijeti iz 1,3-difosfoglicerata u ADP kako bi nastao ATP (vidi dolje). Oksidoreduktaze koje djeluju na CH-CH skupinu donora. Kao rezultat reakcija koje kataliziraju, CH-CH skupine se pretvaraju u C=C skupine. odnosno stvaranje nezasićenih spojeva iz zasićenih. Na primjer, enzim ciklusa trikarboksilne kiseline sukcinat dehidrogenaza (sukcinat:akceptor - oksidoreduktaza, EC 1.3.99.1) ubrzava oksidaciju jantarne kiseline s stvaranjem nezasićene fumarne kiseline: Oksidoreduktaze koje djeluju na CH-NH2 - skupina donora. Ovi enzimi kataliziraju oksidativnu deaminaciju aminokiselina i biogenih amina. U tom slučaju amini se pretvaraju u aldehide ili ketone, aminokiseline u keto kiseline i oslobađa se amonijak. Tako, glutamat dehidrogenaza (L-glutamat: NAD(P) - oksidoreduktaza (deaminiranje), EC 1.4.1.3) sudjeluje u sljedećoj transformaciji glutamata: Oksidoreduktaze koje djeluju na skupine donora koje sadrže sumpor, kataliziraju oksidaciju tiolnih (sulfhidrilnih) skupina do disulfida, a sulfita u sulfate. Primjer enzima je dihidrolipoil dehidrogenaza (EC 1.8.1.4), katalizirajući jednu od međureakcija oksidativne dekarboksilacije piruvata: Oksidoreduktaze koje djeluju na vodikov peroksid kao akceptor, relativno su malobrojni i grupirani su u zasebnu podklasu, također poznata pod trivijalnim imenom peroksidaze. Primjer enzima je glutation peroksidaza (glutation: H2O2 - oksidoreduktaza. EC 1.11.1.9), uključen u inaktivaciju vodikovog peroksida u eritrocitima, jetri i nekim drugim tkivima: Oksidoreduktaze koje djeluju na par donora uz uključivanje molekularnog kisika, ili monooksigenaze - enzimi koji kataliziraju oksidaciju organskih spojeva molekularnim kisikom, što dovodi do uključivanja jednog od atoma kisika u molekule tih spojeva. U ovom slučaju, drugi atom kisika je uključen u molekulu vode. Tako se katalizira reakcija pretvorbe fenilalanina u tirozin fenilalanin-4-monooksigenaza (CF 1.14.16.1): Kod nekih ljudi genetski defekt ovog enzima uzrokuje bolest zvanu fenilketonurija. Monooksigenaze također uključuju enzim poznat kao citokrom P450 (EC 1.14.14.1) Sadrži se uglavnom u stanicama jetre i provodi hidroksilaciju lipofilnih spojeva stranih tijelu, koji nastaju kao nusprodukti reakcija ili ulaze u tijelo izvana. Na primjer, indol, nastao iz triptofana kao rezultat djelovanja crijevnih mikroorganizama, podvrgava se hidroksilaciji u jetri prema sljedećoj shemi: Pojava hidroksilne skupine povećava hidrofilnost tvari i olakšava njihovo naknadno uklanjanje iz tijela. Osim toga, citokrom P450 sudjeluje u određenim fazama pretvorbe kolesterola i steroidnih hormona. Prisutnost visokoučinkovitog sustava citokroma P450 u živim organizmima u nekim slučajevima dovodi do neželjenih praktičnih posljedica: smanjuje vrijeme boravka lijekova u ljudskom tijelu i time smanjuje njihov terapeutski učinak. Oksidoreduktaze koje djeluju na jednog donora uz uključivanje molekularnog kisika, ili diooksigenaza, kataliziraju transformacije tijekom kojih su oba atoma molekule O2 uključena u sastav oksidiranog supstrata. Na primjer, u procesu katabolizma fenilalanina i tirozina, maleilacetoacetat nastaje iz homogentizinske kiseline, koja uključuje oba atoma kisika: Enzim koji katalizira ovu reakciju naziva se 1,2-dioksigenaza homogenizat(KF 1.13.11.5). U nekim slučajevima postoji urođeni nedostatak ovog enzima, što dovodi do razvoja bolesti zvane alkaptonurija.

Odjeljak 7.6.2	TRANSFERAZE.
Transferaze su klasa enzima koji kataliziraju prijenos funkcionalnih skupina s jednog spoja na drugi. Općenito, ove se transformacije mogu napisati: gdje je X prijenosna funkcionalna skupina. AX je donor grupiranja, B je akceptor. Podjela na podrazrede ovisi o prirodi nosivih skupina. Transferaze koje nose fragmente s jednim ugljikom. Ovaj podrazred uključuje enzime koji ubrzavaju prijenos metilnih (—CH3), metilenskih (—CH2—), metenila (—CH=), formil i srodnih skupina. Da, uz sudjelovanje gvanidinoacetat metiltransferaze (S-adenozilmetioningvanidin acetat metiltransferaza, EC 2.1.1.2) sintetizira se biološki aktivna tvar kreatin: Transferaze koje nose ostatke karboksilne kiseline (aciltransferaze). Oni kataliziraju različite kemijske procese povezane s prijenosom ostataka različitih kiselina (octene, palmitinske, itd.) uglavnom s tioestera koenzima A na različite akceptore. Primjer reakcije transacetilacije može biti stvaranje medijatora acetilkolina uz sudjelovanje kolin acetiltransferaza (acetil-CoA:kolin-O-acetiltransferaza, EC 2.3.1.6): Transferaze koje nose glikozilne ostatke (glikoziltransferaze) kataliziraju transport glikozilnih ostataka od molekula fosfornih estera do molekula monosaharida, polisaharida i drugih tvari. Ovi enzimi posebno imaju veliku ulogu u sintezi glikogena i škroba, kao iu prvoj fazi njihovog uništenja. Još jedan enzim ove potklase - UDP-glukuroniltransferaza (UDP-glukuronat-glukuronil transferaza (nespecifična za akceptor), EC 2.4.1.17) - sudjeluje u procesima neutralizacije endogenih i stranih toksičnih tvari u jetri: Transferaze koje nose dušične skupine. Ova podklasa uključuje aminotransferaza, ubrzavajući prijenos α-amino skupine aminokiselina na α-ugljikov atom keto kiselina. Najvažniji od ovih enzima je alanin aminotransferaza (L-alanin:2-oksoglutarat aminotransferaza, EC 2.6.1.2). katalizirajuća reakcija: Transferaze koje nose fosfatne skupine (fosfotransferaze). Ova skupina enzima katalizira biokemijske procese povezane s transportom ostataka fosforne kiseline na različite supstrate. Ovi procesi su od velike važnosti za život organizma, jer osiguravaju pretvorbu niza tvari u organske fosfoestere, koji imaju visoku kemijsku aktivnost i lako ulaze u naknadne reakcije. Zovu se fosfotransferaze koje koriste ATP kao donora fosfata kinaze . Najšire korišteni enzim je heksokinaza (ATP: D-heksoza-6-fosfotransferaza. EC 2.7.1.1.), ubrzavajući prijenos fosfatne skupine s ATP-a na monosaharide: U nekim slučajevima moguć je i obrnuti prijenos fosfatne skupine sa supstrata na ADP s stvaranjem ATP-a. Da, enzim. fosfoglicerat kinaza (ATP: D-3-fosfoglicerat-1-fosfotransferaza, EC 2.7.2.3) pretvara prethodno spomenuti (vidi "Oksidoreduktaza") 1,3-difosfoglicerat: Slične reakcije fosforilacije ADP-a s stvaranjem ATP-a, povezane s pretvorbom supstrata (a ne s prijenosom elektrona u respiratornom lancu), nazivaju se reakcije fosforilacije supstrata. Uloga ovih reakcija u stanici značajno raste s nedostatkom kisika u tkivima.

Odjeljak 7.6.3	HIDROLAZE.
Hidrolaze su klasa enzima koji kataliziraju reakcije cijepanja organskih spojeva uz sudjelovanje vode (reakcije hidrolize). Ove reakcije se odvijaju prema sljedećoj shemi: gdje je A-B složeni spoj, A-H i B-OH su produkti njegove hidrolize. Reakcije ovog tipa aktivno se odvijaju u tijelu; idu s oslobađanjem energije i u pravilu su nepovratni. Podklase hidrolaza nastaju ovisno o vrsti hidrolizabilne veze. Najvažnije su sljedeće podklase: Hidrolaze koje djeluju na estere (ili esteraze) hidroliziraju esteri karboksilne, fosforne, sumporne i drugih kiselina. Najrasprostranjeniji enzim ove potklase je triacilglicerolipaza (glicerol ester hidrolaza, EC 3.1.1.3). ubrzanje hidrolize acilglicerola: Drugi predstavnici esteraza cijepaju esterske veze u acetilkolinu (acetilkolinesteraza), fosfolipidima (fosfolipazama), nukleinskim kiselinama (nukleazama), organofosfornim esterima (fosfatazama). Hidrolaze koje djeluju na glikozidne veze (glikozidaze) ubrzavaju reakcije hidrolize oligo- i polisaharida, kao i drugih spojeva koji sadrže ostatke monosaharida (na primjer, nukleozida). Tipičan predstavnik je saharaza (β-D-fruktofuranozid-fruktohidrolaza, EC 3.2.1.26). katalizira razgradnju saharoze: Hidrolaze koje djeluju na peptidne veze (peptidaze) kataliziraju reakcije hidrolize peptidnih veza u proteinima i peptidima. Ova grupa uključuje pepsin, tripsin, kimotripsin, katepsin i drugi proteolitički enzimi. Hidroliza peptidnih veza odvija se prema sljedećoj shemi: Hidrolaze koje djeluju na C-N veze, osim na peptidne, - enzimi koji ubrzavaju hidrolizu amida organskih kiselina. Član ove potklase - glutaminaza (L-glutamil-amidohidrolaza, EC 3.5.1.2) - sudjeluje u održavanju kiselinsko-baznog stanja tijela, katalizirajući hidrolizu glutamina u bubrezima:

Odjeljak 7.6.4	VEZE.
Liaze su klasa enzima koji kataliziraju nehidrolitičke reakcije cijepanja supstrata sa stvaranjem dvostrukih veza ili, obrnuto, dodavanjem na mjestu rupture dvostruke veze. Opća shema ovih reakcija: gdje je A-B supstrat, A i B su produkti reakcije. Kao rezultat takvih reakcija često se oslobađaju jednostavne tvari, na primjer, CO2, NH3, H2O. Ugljik-ugljik-lijaze kataliziraju prekid veze između dva ugljikova atoma. Među njima su najvažniji karboksi-lijaze (dekarboksilaze), pod čijim se utjecajem vrši dekarboksilacija a-keto i aminokiselina, liaze keto kiselina , koji uključuju citrat sintazu, aldehid liaze (aldolaze). Potonji uključuju fruktoza difosfat aldolaza (fruktoza-1,6-difosfat-D-gliceraldehid-3-fosfat-liaza, EC 4.1.2.13), katalizujući reakciju: Lijaze ugljik-kisik kataliziraju razbijanje veza između atoma ugljika i kisika. Ova potklasa prvenstveno uključuje hidro-liaze, uključeni u reakcije dehidracije i hidratacije. Primjer bi bio serin dehidrataza (L-serin hidro-liaza (deaminiranje), EC 4.2.1.3), koja pretvara: Ponekad se radni naslov može temeljiti na odbojnosti korištenjem izraza "hidrataze". Dakle, za enzim L-malat hidro-liaze ciklusa trikarboksilne kiseline (EC 4.2.1.2), naziv "fumarat hidrataza": Lijaze ugljičnog dušika sudjeluju u eliminaciji skupina koje sadrže dušik. Predstavnik ove potklase je histidin amonijak liaza (L-histidin-amonijak-liaza, EC 4.3.1.3), uključen u deaminaciju histidina: Ugljik-sumpor-lijaze kataliziraju eliminaciju sulfhidrilnih skupina. Ova podklasa uključuje desulfhidraza aminokiseline koje sadrže sumpor, npr. cistein desulfhidraza (L-cistein-hidrogen sulfid-liaza (deaminiranje), EC 4.4.1.1).

Odjeljak 7.6.5	IZOMERAZE.
Izomeraze su klasa enzima koji ubrzavaju procese unutarmolekulskih transformacija s stvaranjem izomera. Shematski, reakcije ovog tipa mogu se prikazati na sljedeći način: gdje su A i A" izomeri. Izomeraze su relativno mala klasa enzima, podijeljena je u sljedeće podklase ovisno o vrsti katalizirane reakcije izomerizacije: Racemaze i epimeraze kataliziraju međupretvorbu izomera koji sadrže asimetrične atome ugljika. Racemazami nazivaju enzimi koji djeluju na supstrate s jednim asimetričnim atomom, na primjer, pretvarajući L-aminokiseline u D-aminokiseline. Jedan od ovih enzima je alanin racemaza (alanin-racemaza. EC 5.1.1.1), koji katalizira reakciju: Epimeraze nazivaju enzimi koji djeluju na supstrate s nekoliko asimetričnih ugljikovih atoma. Ovi enzimi uključuju UDP-glukoza epimeraza (UDP-glukoza-4-epimeraza, EC 5.1.3.2). koji sudjeluju u procesima međupretvorbe monosaharida: cis-trans izomeraza - enzimi koji uzrokuju promjenu geometrijske konfiguracije u odnosu na dvostruku vezu. Primjer takvog enzima je maleilacetoacetat izomeraza (maleilacetoacetat-cis-trans-izomeraza, EC 5.2.1.2), uključen u katabolizam fenilalanina i tirozina i pretvaranje maleilacetoacetata (vidjeti 4.6.1) u fumarilacetoacetat: Intramolekularne oksidoreduktaze - izomeraze koje kataliziraju međupretvorbe aldoze i ketoze. U tom slučaju dolazi do oksidacije CH-OH skupine uz istovremenu redukciju susjedne C=O skupine. Tako, trioza fosfat izomeraza (D-gliceraldehid-3-fosfat-ketol-izomeraza, EC 5.3.1.1) katalizira jednu od reakcija metabolizma ugljikohidrata: Izomeraze također uključuju intramolekularne transferaze, obavljanje prijenosa jedne skupine s jednog dijela molekule supstrata na drugi dio iste molekule, i intramolekularne liaze, kataliziranje reakcija deciklizacije, kao i transformacija jedne vrste prstena u drugu. Treba naglasiti da nisu svi biokemijski procesi. što rezultira izomerizacijom kataliziraju izomeraze. Dakle, izomerizacija limunske kiseline u izopimon događa se uz sudjelovanje enzima akonitat hidrataze (citrat (izocitrat)-hidro-liaza, EC 4.2.1.3), koji katalizira reakcije dehidracije-hidratacije s međuprodukcijom cis-akonitne kiseline:

Odjeljak 7.6.6	LIGAZE.
Ligaze - klasa enzima koji kataliziraju sintezu organskih spojeva iz aktiviranih razgradnjom ATP (ili GTP, UTP, CTP) polaznih materijala. Za enzime ove klase zadržan je i trivijalni naziv sintetaza. V stoga, prema preporukama IUBMB, izraz "sintetaze" ne bi se trebao koristiti za enzime koji ne uključuju nukleozid trifosfate. Reakcije katalizirane ligazama (sintetazama) odvijaju se prema shemi: , gdje su A i B tvari u interakciji; A-B - tvar nastala kao rezultat interakcije. Budući da se kao rezultat djelovanja ovih enzima stvaraju nove kemijske veze, ovisno o prirodi novonastalih veza nastaju podklase VI. Ligaze koje tvore veze ugljik-kisik. Oni uključuju skupinu enzima poznatih kao ligaze aminokiselina-tRNA (aminoacil-tRNA sintetaze). koji kataliziraju reakcije interakcije između aminokiselina i odgovarajućih transportnih RNA. U tim reakcijama nastaju aktivni oblici aminokiselina koje mogu sudjelovati u procesu sinteze proteina na ribosomima. Primjer enzima je tirozil-tRNA sintetaza (L-tirozin: tRNA ligaza (formira AMP), EC 6.1.1.1), uključen u reakciju: ligaze koje se formiraju ugljik-sumpor veze. Ovu podrazredu predstavljaju prvenstveno enzimi koji kataliziraju stvaranje tioestera masnih kiselina s koenzimom A. Uz sudjelovanje ovih enzima sintetizira se acil-CoA - aktivni oblici masnih kiselina koji mogu ulaziti u različite reakcije biosinteze i razgradnje. Razmotrimo jednu od reakcija aktivacije masnih kiselina koja se odvija u prisutnosti enzima acil-CoA sintetaze (karboksilna kiselina: koenzim A-ligaza (formira AMP). EC 6.2.1.2): Ligaze koje tvore veze ugljik-dušik kataliziraju brojne reakcije uvođenja skupina koje sadrže dušik u organske spojeve. Primjer bi bio glutamin sintetaza (L-glutamin:amonijak-γ-ligaza (tvori ADP), EC 6.3.1.2). sudjeluje u neutralizaciji toksičnog metaboličkog produkta - amonijaka - u reakciji s glutaminskom kiselinom: Ligaze koje tvore veze ugljik-ugljik. Od ovih enzima, najviše proučavan karboksilaza, osigurava karboksilaciju brojnih spojeva, što rezultira produljenjem ugljikovih lanaca. Najvažniji član ove klase je piruvat karboksilaze (piruvat:CO2 ligaza (tvori ADP), EC 6.4.1.1), ubrzavajući stvaranje oksaloacetata, ključnog spoja u ciklusu trikarboksilne kiseline i biosintezi ugljikohidrata: Podsjetimo da reakcije koje uključuju ATP kataliziraju ne samo enzimi klase VI, već i neki enzimi klase II (fosfotransferaze ili kinaze). Važno je znati razlikovati ove vrste reakcija. Njihova razlika leži u činjenici da je u reakcijama transferaze ATP donor fosfatne grupe , stoga, kao rezultat ovih reakcija, nema oslobađanja H3 PO4 (vidi primjere iznad). Naprotiv, u reakcijama sintetaze služi ATP izvor energije , koji se oslobađa tijekom njegove hidrolize, pa će jedan od proizvoda takve reakcije biti anorganski orto- ili pirofosfat.

Odjeljak 7.7.1	Pravila za rad s enzimima
Enzimi su, kao i svi proteini, relativno nestabilne tvari. Lako se denaturiraju i inaktiviraju. Stoga se pri radu s njima moraju ispuniti određeni uvjeti. Kada se predmet proučavanja čuva više od nekoliko sati na sobnoj temperaturi, enzim je gotovo potpuno inaktiviran. Stoga analizu određivanja aktivnosti enzima treba provesti što je prije moguće. Po potrebi je moguće dugotrajno skladištenje ako se otopina enzima osuši iz smrznutog stanja pod visokim vakuumom (liofilizacija). U tom slučaju enzim gotovo u potpunosti zadržava svoju aktivnost tijekom daljnjeg skladištenja na sobnoj temperaturi. Neki se enzimi dobro čuvaju u koncentriranim otopinama soli, na primjer, u zasićenom amonijevom sulfatu (postupak isoljavanja). Ako je potrebno, precipitat enzima se može centrifugirati i otopiti u fiziološkoj otopini ili odgovarajućem puferu. Ako je potrebno, višak soli može se ukloniti dijalizom. Potrebno je zapamtiti osjetljivost enzima na fluktuacije pH medija. Uz nekoliko iznimaka, većina enzima se inaktivira u otopinama s pH ispod 5 ili iznad 9, a optimalno djelovanje enzima javlja se u području od nekoliko jedinica ili desetina pH jedinice. Određivanje pH puferskih otopina koje se koriste pri radu s enzimima preporuča se vrlo precizno provesti pomoću pH metra. Enzimi se lako uništavaju snažnim reagensima: kiselinama, lužinama, oksidansima, solima teških metala. Neophodno je raditi s kemijski čistim reagensima i bidestiliranom vodom, jer čak i neznatna kontaminacija reagensa, osobito s primjesom metala, koji mogu djelovati kao modulatori, dovodi do promjene aktivnosti enzima. Pri radu s enzimima, više nego igdje drugdje, obvezno je strogo poštivanje standardizacije uvjeta istraživanja: precizno održavanje temperaturnih i vremenskih režima, korištenje reagensa iz iste serije, a kod izmjene reagensa potrebno je kalibrirati podatke. ponovno dobiven. Ako je boja koja se razvija u reakciji boje vremenski nestabilna, potrebno je strogo poštivati ​​vrijeme fotometrije. Preporuča se raditi u uvjetima dovoljnog stupnja zasićenosti enzima supstratom, budući da ova okolnost značajno utječe na konačni rezultat, nedostatak supstrata izravnava razlike između varijanti. Pri radu s enzimima potrebno je voditi računa o organsko-specifičnom spektru izoenzima. Često ova specifičnost utječe na uvjete pod kojima enzim djeluje. Na tijek reakcije može utjecati različit afinitet prema supstratu, različita osjetljivost na pH, karakteristična za izoenzime pojedinog organa ili tkiva. Metodu proučavanja aktivnosti enzima s jednog objekta na drugi (npr. iz seruma u tkivo ili iz jednog organa u drugi) potrebno je vrlo oprezno prenijeti, uzimajući u obzir sve poznate podatke o enzimu i njegovim višestrukim oblicima, npr. kao i pažljivo provjeravanje rezultata. Za široko uvođenje različitih biokemijskih (enzimskih) reakcija uvodi se automatizacija najopćepriznatijih i najnužnijih analiza, te ujednačavanje i standardizacija laboratorijskih pretraga. To je racionalno i potrebno kako za poboljšanje točnosti i kvalitete uzorkovanja, tako i za usporedbu podataka dobivenih u različitim laboratorijima. Također je općeprihvaćeno da je uz proučavanu patologiju potrebno paralelno proučavanje fiziološke kontrole - skupina praktički zdravih za utvrđivanje normalnih, fizioloških fluktuacija. Razumijevajući relativnost koncepta “normalne vrijednosti”, treba prihvatiti da se za identifikaciju razlika u patologiji i evaluaciju patološkog znaka “norma” obično uzima kao aritmetička sredina M ± 1σ ili 2σ (s normalnim Gaussova raspodjela), ovisno o stupnju fluktuacije pokazatelja .

Odjeljak 7.7.2	Principi za određivanje aktivnosti enzima u biološkom materijalu.
5.6.2. Jedinstveno svojstvo enzima da ubrzavaju kemijske reakcije može se koristiti za kvantificiranje sadržaja ovih biokatalizatora u biološkom materijalu (ekstrakt tkiva, krvni serum, itd.). U ispravno odabranim eksperimentalnim uvjetima, gotovo uvijek postoji proporcionalnost između količine enzima i brzine katalizirane reakcije, stoga se pomoću aktivnosti enzima može prosuditi njegov kvantitativni sadržaj u ispitivanom uzorku. Mjerenje enzimske aktivnosti temelji se na usporedbi brzine kemijske reakcije u prisutnosti aktivnog biokatalizatora sa brzinom reakcije u kontrolnoj otopini u kojoj enzim nema ili je inaktiviran. Ispitni materijal se stavlja u inkubacijski medij, gdje se stvara optimalna temperatura, pH medija, koncentracije aktivatora i supstrata. Istovremeno se stavlja kontrolni uzorak u koji se ne dodaje enzim. Nakon nekog vremena reakcija se zaustavlja dodavanjem različitih reagensa (promjenom pH medija, izazivanjem denaturacije proteina itd.) i analizom uzoraka. Da biste odredili brzinu enzimske reakcije, morate znati: razlika u koncentracijama supstrata ili produkta reakcije prije i nakon inkubacije; vrijeme inkubacije; količina materijala uzetog za analizu. Aktivnost enzima najčešće se ocjenjuje količinom nastalog produkta reakcije. To se radi, na primjer, kada se određuje aktivnost alanin aminotransferaze, koja katalizira sljedeću reakciju: Aktivnost enzima također se može izračunati na temelju količine potrošenog supstrata. Primjer je metoda za određivanje aktivnosti α-amilaze, enzima koji razgrađuje škrob. Mjerenjem sadržaja škroba u uzorku prije i nakon inkubacije i izračunom razlike utvrđuje se količina supstrata podijeljenog tijekom inkubacije.

Odjeljak 7.7.3	Metode mjerenja aktivnosti enzima
Postoji veliki broj metoda za mjerenje aktivnosti enzima, koje se razlikuju po tehnici, specifičnosti i osjetljivosti. Najčešće se koristi za određivanje fotoelektrokolorimetrijske metode . Te se metode temelje na reakcijama boje s jednim od produkata djelovanja enzima. U ovom slučaju, intenzitet boje dobivenih otopina (mjeren fotoelektričnim kolorimetrom) proporcionalan je količini dobivenog produkta. Na primjer, tijekom reakcija kataliziranih aminotransferazama, akumuliraju se α-keto kiseline koje daju crveno-smeđe spojeve s 2,4-dinitrofenilhidrazinom: Ako proučavani biokatalizator ima nisku specifičnost djelovanja, tada je moguće odabrati takav supstrat, kao rezultat reakcije s kojom nastaje obojeni proizvod. Primjer je određivanje alkalne fosfataze, enzima koji je rasprostranjen u ljudskim tkivima, čija se aktivnost u krvnoj plazmi značajno mijenja u bolestima jetre i koštanog sustava. Ovaj enzim u alkalnom okruženju hidrolizira veliku skupinu fosfatnih estera, prirodnih i sintetskih. Jedan od sintetskih supstrata je paranitrofenil fosfat (bezbojan), koji se u alkalnom okruženju raspada na ortofosfat i paranitrofenol (žuti). Napredak reakcije može se promatrati mjerenjem postupno rastućeg intenziteta boje otopine: Za enzime s visokom specifičnošću djelovanja takav odabir supstrata je u pravilu nemoguć. Spektrofotometrijske metode temelje se na promjeni ultraljubičastog spektra kemikalija uključenih u reakciju. Većina spojeva apsorbira ultraljubičaste zrake, a apsorbirane valne duljine karakteristične su za određene skupine atoma prisutnih u molekulama tih tvari. Enzimske reakcije uzrokuju intramolekularne preraspodjele, zbog čega se mijenja ultraljubičasti spektar. Ove promjene se mogu zabilježiti na spektrofotometru. Spektrofotometrijske metode, na primjer, određuju aktivnost redoks enzima koji kao koenzime sadrže NAD ili NADP. Ovi koenzimi djeluju kao akceptori ili donori atoma vodika i stoga se ili reduciraju ili oksidiraju u metaboličkim procesima. Reducirani oblici ovih koenzima imaju ultraljubičasti spektar s maksimumom apsorpcije na 340 nm, oksidirani oblici nemaju taj maksimum. Dakle, pod djelovanjem laktat dehidrogenaze na mliječnu kiselinu vodik se prenosi na NAD, što dovodi do povećanja apsorpcije NADH na 340 nm. Vrijednost ove apsorpcije u optičkim jedinicama proporcionalna je količini rezultirajućeg reduciranog oblika koenzima. Promjenom sadržaja reduciranog oblika koenzima može se odrediti aktivnost enzima. Fluorometrijske metode. Ove metode temelje se na fenomenu fluorescencije, koji se sastoji u tome da predmet koji se proučava pod utjecajem zračenja emitira svjetlost kraće valne duljine. Fluorometrijske metode za određivanje aktivnosti enzima su osjetljivije od spektrofotometrijskih metoda. Relativno nove i još osjetljivije su kemiluminiscentne metode korištenjem sustava luciferin-luciferaza. Takve metode omogućuju određivanje brzine reakcija koje se odvijaju s stvaranjem ATP-a. Kada luciferin (složena karboksilna kiselina) stupi u interakciju s ATP-om, nastaje luciferil adenilat. Ovaj spoj se oksidira uz sudjelovanje enzima luciferaze, što je popraćeno svjetlosnim bljeskom. Mjerenjem intenziteta svjetlosnih bljeskova moguće je odrediti količinu ATP-a reda veličine nekoliko pikomola (10-12 mol). Titrimetrijske metode . Brojne enzimske reakcije popraćene su promjenom pH inkubacijske smjese. Primjer takvog enzima je lipaza gušterače. Lipaza katalizira reakciju: Dobivene masne kiseline mogu se titrirati, a količina lužine koja se koristi za titraciju bit će proporcionalna količini oslobođenih masnih kiselina i, posljedično, aktivnosti lipaze. Određivanje aktivnosti ovog enzima od kliničke je važnosti. Metode mjerenja temelje se na mjerenju u zatvorenoj reakcijskoj posudi volumena plina koji se oslobađa (ili apsorbira) tijekom enzimske reakcije. Pomoću ovakvih metoda otkrivene su i proučavane reakcije oksidativne dekarboksilacije pirogrožđane i α-ketoglutarne kiseline koje se odvijaju oslobađanjem CO2. Trenutno se ove metode rijetko koriste.

Odjeljak 7.7.4	Jedinice aktivnosti enzima i njihova primjena.
Međunarodna enzimska komisija je predložila jedinica aktivnosti bilo kojeg enzima da prihvati takvu količinu enzima koja, pod datim uvjetima, katalizira pretvorbu jednog mikromola (10-6 mola) supstrata u jedinici vremena (1 min, 1 sat) ili jednog mikroekvivalenta zahvaćene skupine u slučajevima gdje je napadnuto više od jedne skupine u svakoj molekuli supstrata (proteini, polisaharidi i drugi). Mora se navesti temperatura na kojoj se reakcija provodi. Rezultati mjerenja aktivnosti enzima mogu se izraziti u jedinicama ukupna, specifična i molekularna aktivnost. Za jedinicu ukupna aktivnost enzima na temelju količine uzetog materijala za istraživanje. Dakle, aktivnost alanin aminotransferaze u jetri štakora iznosi 1670 μmol piruvata na sat po 1 g tkiva; Aktivnost kolinesteraze u ljudskom serumu je 250 μmol octene kiseline na sat po 1 ml seruma na 37°C. Posebnu pozornost istraživača zahtijevaju visoke vrijednosti aktivnosti enzima kako u normalnim tako i u patološkim stanjima. Preporuča se raditi s niskim razinama aktivnosti enzima. Za to se izvor enzima uzima u manjoj količini (serum se nekoliko puta razrijedi fiziološkom otopinom, a za tkivo se priprema homogenat manjeg postotka). U odnosu na enzim, u ovom slučaju se stvaraju uvjeti zasićenja supstratom, što pridonosi očitovanju njegove istinske aktivnosti. Ukupna aktivnost enzima izračunava se pomoću formule: gdje a- aktivnost enzima (ukupno), ∆C- razlika u koncentracijama supstrata prije i nakon inkubacije; V- količinu materijala uzetog za analizu, t- vrijeme inkubacije; n- uzgoj. Treba imati na umu da su pokazatelji aktivnosti enzima u krvnom serumu i urinu, proučavani u dijagnostičke svrhe, izraženi u jedinicama ukupne aktivnosti. Budući da su enzimi proteini, važno je znati ne samo ukupnu aktivnost enzima u ispitivanom materijalu, već i enzimsku aktivnost proteina prisutnog u uzorku. Za jedinicu specifična aktivnost uzeti takvu količinu enzima koja katalizira pretvorbu 1 μmol supstrata u jedinici vremena po 1 mg uzorka proteina. Za izračunavanje specifične aktivnosti enzima potrebno je ukupnu aktivnost podijeliti sa sadržajem proteina u uzorku: Što je enzim lošije pročišćen, što je više stranih balastnih proteina u uzorku, to je niža specifična aktivnost. Tijekom pročišćavanja količina takvih proteina se smanjuje, a prema tome se povećava specifična aktivnost enzima. Pretpostavimo da je u izvornom biološkom materijalu, koji je izvor enzima (usitnjena jetra, kaša iz biljnog tkiva), specifična aktivnost bila 0,5 µmol/(mg proteina×min). Nakon frakcijske precipitacije s amonijevim sulfatom i gel filtracije kroz Sephadex, porastao je na 25 µmol/(mg proteina×min), t.j. povećao 50 puta. Procjena učinkovitosti pročišćavanja enzimskih pripravaka koristi se u proizvodnji lijekova enzimske prirode. Specifična aktivnost se utvrđuje kada je potrebno usporediti djelovanje različitih pripravaka istog enzima. Ako je potrebno usporediti aktivnost različitih enzima, izračunava se molekularna aktivnost. Molekularna aktivnost (ili broj okretaja enzima) je broj molova supstrata koji prolazi kroz transformaciju pod djelovanjem 1 mola enzima po jedinici vremena (obično 1 minuta). Različiti enzimi imaju različite molekularne aktivnosti. Pod djelovanjem nekonkurentnih inhibitora dolazi do smanjenja broja obrta enzima. Promjenom konformacije katalitičkog centra enzima te tvari smanjuju afinitet enzima za supstrat, što dovodi do smanjenja broja molekula supstrata koje reagiraju s jednom molekulom enzima u jedinici vremena.

Primjeri	Zadaci učenja i standardi za njihovo rješavanje.
1. Zadaci 1. Koji se enzimi nazivaju racemazama? 2. Dešifrirajte sustavni naziv enzima (zasebno za svaki element označen različitim bojama): S-adenozilmetionin: gvanidinoacetat-metil transferaza? Definirati: a) vrsta reakcije; b) klasa enzima; c) podrazred. 2. Standardi odlučivanja 1. Racemaze su enzimi koji kataliziraju međupretvorbu optičkih izomera koji sadrže jedan asimetrični ugljikov atom (vidi odjeljak 2.3). 2. Sustavni naziv enzima čita se s kraja. Enzim pripada klasi transferaze, katalizira reakciju prijenosa metilna skupina na gvanidin acetat (akceptor metilne skupine) s S-adenozilmetionin (donator metilne skupine) (vidjeti odjeljke 2.2 - 2.3). 3. a) U ovoj reakciji, cijepanje tvari bez sudjelovanja molekula vode b) Katalizira se nehidrolitičko cijepanje supstrata s stvaranjem dva produkta enzimi koji pripadaju četvrtoj klasi (liaze) c) Veza između prvog i drugog ugljikovog atoma je prekinuta, što dovodi do eliminacije karboksilne skupine u obliku CO2. Stoga, podklasa enzima - ugljik-ugljik-liaze(vidjeti dio 2.3).

Milijuni kemijskih reakcija odvijaju se u stanici bilo kojeg živog organizma. Svaki od njih je od velike važnosti, stoga je važno održavati brzinu bioloških procesa na visokoj razini. Gotovo svaku reakciju katalizira vlastiti enzim. Što su enzimi? Koja je njihova uloga u stanici?

Enzimi. Definicija

Pojam "enzim" dolazi od latinskog fermentum - kvasac. Mogu se nazvati i enzimi, od grčkog en zyme, "u kvascu".

Enzimi su biološki aktivne tvari, tako da svaka reakcija koja se dogodi u stanici ne može bez njihovog sudjelovanja. Ove tvari djeluju kao katalizatori. Prema tome, svaki enzim ima dva glavna svojstva:

1) Enzim ubrzava biokemijsku reakciju, ali se ne troši.

2) Vrijednost konstante ravnoteže se ne mijenja, već samo ubrzava postizanje ove vrijednosti.

Enzimi ubrzavaju biokemijske reakcije tisuću, a u nekim slučajevima i milijun puta. To znači da će u nedostatku enzimskog aparata svi unutarstanični procesi praktički prestati, a sama stanica će umrijeti. Stoga je uloga enzima kao biološki aktivnih tvari velika.

Različiti enzimi omogućuju vam diverzifikaciju regulacije staničnog metabolizma. U bilo kojoj kaskadi reakcija sudjeluju mnogi enzimi različitih klasa. Biološki katalizatori su vrlo selektivni zbog specifične konformacije molekule. Budući da su enzimi u većini slučajeva proteinske prirode, oni su u tercijarnoj ili kvartarnoj strukturi. To se opet objašnjava specifičnošću molekule.

Funkcije enzima u stanici

Glavni zadatak enzima je ubrzati odgovarajuću reakciju. Svaka kaskada procesa, od razgradnje vodikovog peroksida do glikolize, zahtijeva prisutnost biološkog katalizatora.

Ispravno funkcioniranje enzima postiže se visokom specifičnošću za određeni supstrat. To znači da katalizator može samo ubrzati određenu reakciju i nijednu drugu, čak i vrlo sličnu. Prema stupnju specifičnosti razlikuju se sljedeće skupine enzima:

1) Enzimi s apsolutnom specifičnošću, kada se katalizira samo jedna jedina reakcija. Na primjer, kolagenaza razgrađuje kolagen, a maltaza maltozu.

2) Enzimi s relativnom specifičnošću. To uključuje tvari koje mogu katalizirati određenu klasu reakcija, kao što je hidrolitičko cijepanje.

Rad biokatalizatora počinje od trenutka vezivanja njegovog aktivnog mjesta na supstrat. U ovom slučaju se govori o komplementarnoj interakciji poput brave i ključa. Ovdje mislimo na potpunu podudarnost oblika aktivnog centra sa supstratom, što omogućuje ubrzanje reakcije.

Sljedeći korak je sama reakcija. Njegova brzina se povećava zbog djelovanja enzimskog kompleksa. Na kraju dobivamo enzim koji je povezan s produktima reakcije.

Završna faza je odvajanje produkta reakcije od enzima, nakon čega aktivni centar ponovno postaje slobodan za sljedeći rad.

Šematski se rad enzima u svakoj fazi može zapisati na sljedeći način:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, gdje je S supstrat, E je enzim, a P je proizvod.

Klasifikacija enzima

U ljudskom tijelu možete pronaći ogroman broj enzima. Sva znanja o njihovim funkcijama i radu su sistematizirana, te se kao rezultat toga pojavila jedinstvena klasifikacija, zahvaljujući kojoj je lako odrediti čemu je namijenjen ovaj ili onaj katalizator. Ovdje su 6 glavnih klasa enzima, kao i primjeri nekih od podskupina.

1. Oksidoreduktaze.

Enzimi ove klase kataliziraju redoks reakcije. Ukupno ima 17 podskupina. Oksidoreduktaze obično imaju neproteinski dio, predstavljen vitaminom ili hemom.

Među oksidoreduktazama često se nalaze sljedeće podskupine:

a) Dehidrogenaze. Biokemija enzima dehidrogenaze sastoji se u eliminaciji atoma vodika i njihovom prijenosu na drugi supstrat. Ova se podskupina najčešće nalazi u reakcijama disanja, fotosinteze. Sastav dehidrogenaza nužno sadrži koenzim u obliku NAD/NADP ili flavoproteina FAD/FMN. Često postoje ioni metala. Primjeri su enzimi kao što su citokrom reduktaza, piruvat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza i mnogi jetreni enzimi (laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza, itd.).

b) Oksidaze. Brojni enzimi kataliziraju dodavanje kisika vodiku, uslijed čega produkti reakcije mogu biti voda ili vodikov peroksid (H 2 0, H 2 0 2). Primjeri enzima: citokrom oksidaza, tirozinaza.

c) Peroksidaze i katalaze su enzimi koji kataliziraju razgradnju H 2 O 2 na kisik i vodu.

d) oksigenaze. Ovi biokatalizatori ubrzavaju dodavanje kisika supstratu. Dopamin hidroksilaza je jedan primjer takvih enzima.

2. Transferaze.

Zadatak enzima ove skupine je prenošenje radikala s tvari donora na tvar primatelja.

a) metiltransferaza. DNA metiltransferaze, glavni enzimi koji kontroliraju proces replikacije nukleotida, igraju važnu ulogu u regulaciji nukleinske kiseline.

b) Aciltransferaze. Enzimi ove podskupine prenose acilnu skupinu s jedne molekule na drugu. Primjeri aciltransferaza: lecitinholesterol aciltransferaza (prenosi funkcionalnu skupinu s masne kiseline na kolesterol), lizofosfatidilkolin aciltransferaza (acilna skupina se prenosi na lizofosfatidilkolin).

c) Aminotransferaze – enzimi koji sudjeluju u pretvorbi aminokiselina. Primjeri enzima: alanin aminotransferaza, koja katalizira sintezu alanina iz piruvata i glutamata prijenosom amino skupina.

d) Fosfotransferaze. Enzimi ove podskupine kataliziraju dodavanje fosfatne skupine. Drugi naziv za fosfotransferaze, kinaze, mnogo je češći. Primjeri su enzimi kao što su heksokinaze i aspartat kinaze, koje dodaju ostatke fosfora heksozama (najčešće glukozi), odnosno asparaginskoj kiselini.

3. Hidrolaze – klasa enzima koji kataliziraju cijepanje veza u molekuli, nakon čega slijedi dodavanje vode. Tvari koje pripadaju ovoj skupini su glavni probavni enzimi.

a) Esteraze – razbijaju esterske veze. Primjer su lipaze, koje razgrađuju masti.

b) Glikozidaze. Biokemija enzima ove serije sastoji se u razaranju glikozidnih veza polimera (polisaharida i oligosaharida). Primjeri: amilaza, saharaza, maltaza.

c) Peptidaze su enzimi koji kataliziraju razgradnju proteina u aminokiseline. Peptidaze uključuju enzime kao što su pepsini, tripsin, kimotripsin, karboksipeptidaza.

d) Amidaze – cijepaju amidne veze. Primjeri: arginaza, ureaza, glutaminaza, itd. Mnogi enzimi amidaze nalaze se u

4. Liaze – enzimi koji su po funkciji slični hidrolazama, međutim pri cijepanju veza u molekulama voda se ne troši. Enzimi ove klase uvijek sadrže neproteinski dio, na primjer, u obliku vitamina B1 ili B6.

a) Dekarboksilaze. Ovi enzimi djeluju na C-C vezu. Primjeri su glutamat dekarboksilaza ili piruvat dekarboksilaza.

b) Hidrataze i dehidrataze – enzimi koji kataliziraju reakciju cijepanja C-O veza.

c) Amidin-lijaze – uništavaju C-N veze. Primjer: arginin sukcinat liaza.

d) P-O liaza. Takvi enzimi u pravilu odcjepljuju fosfatnu skupinu od supstratne tvari. Primjer: adenilat ciklaza.

Biokemija enzima temelji se na njihovoj strukturi

Sposobnosti svakog enzima određene su njegovom individualnom, jedinstvenom strukturom. Svaki je enzim, prije svega, protein, a njegova struktura i stupanj savijanja imaju odlučujuću ulogu u određivanju njegove funkcije.

Svaki biokatalizator karakterizira prisutnost aktivnog centra, koji je pak podijeljen u nekoliko neovisnih funkcionalnih područja:

1) Katalitičko središte je posebna regija proteina, duž koje je enzim vezan za supstrat. Ovisno o konformaciji proteinske molekule, katalitičko središte može poprimiti različite oblike, koji moraju odgovarati supstratu na isti način kao brava na ključu. Takva složena struktura objašnjava što je u tercijarnom ili kvartarnom stanju.

2) Adsorpcijski centar - djeluje kao "držač". Ovdje prije svega postoji veza između molekule enzima i molekule supstrata. Međutim, veze koje stvara adsorpcijski centar su vrlo slabe, što znači da je katalitička reakcija u ovoj fazi reverzibilna.

3) Alosterični centri mogu se nalaziti i u aktivnom centru i na cijeloj površini enzima u cjelini. Njihova je funkcija reguliranje rada enzima. Regulacija se događa uz pomoć molekula inhibitora i molekula aktivatora.

Proteini aktivatori, vežući se na molekulu enzima, ubrzavaju njegov rad. Inhibitori, naprotiv, inhibiraju katalitičku aktivnost, a to se može dogoditi na dva načina: ili se molekula veže na alosterično mjesto u području aktivnog mjesta enzima (konkurentska inhibicija), ili se veže za drugu regiju proteina. (nekonkurentska inhibicija). smatra učinkovitijim. Uostalom, time se zatvara mjesto za vezanje supstrata na enzim, a taj je proces moguć samo u slučaju gotovo potpunog podudaranja oblika molekule inhibitora i aktivnog centra.

Enzim se često sastoji ne samo od aminokiselina, već i od drugih organskih i anorganskih tvari. Sukladno tome, izoliran je apoenzim - proteinski dio, koenzim - organski dio i kofaktor - anorganski dio. Koenzim može biti predstavljen ugljikohidratima, mastima, nukleinskim kiselinama, vitaminima. Zauzvrat, kofaktor su najčešće pomoćni ioni metala. Aktivnost enzima određena je njegovom strukturom: dodatne tvari koje čine sastav mijenjaju katalitička svojstva. Različite vrste enzima rezultat su kombinacije svih navedenih čimbenika nastanka kompleksa.

Regulacija enzima

Enzimi kao biološki aktivne tvari nisu uvijek potrebni tijelu. Biokemija enzima je takva da mogu oštetiti živu stanicu u slučaju pretjerane katalize. Kako bi se spriječilo štetno djelovanje enzima na organizam, potrebno je nekako regulirati njihov rad.

Budući da su enzimi proteinske prirode, lako se uništavaju na visokim temperaturama. Proces denaturacije je reverzibilan, ali može značajno utjecati na rad tvari.

pH također igra veliku ulogu u regulaciji. Najveća aktivnost enzima u pravilu se opaža pri neutralnim pH vrijednostima (7,0-7,2). Postoje i enzimi koji djeluju samo u kiseloj sredini ili samo u alkalnoj. Dakle, u staničnim lizosomima održava se nizak pH, pri kojem je aktivnost hidrolitičkih enzima maksimalna. Ako slučajno uđu u citoplazmu, gdje je okruženje već bliže neutralnom, njihova će se aktivnost smanjiti. Takva zaštita od "samojedenja" temelji se na značajkama rada hidrolaza.

Vrijedi spomenuti važnost koenzima i kofaktora u sastavu enzima. Prisutnost vitamina ili metalnih iona značajno utječe na rad nekih specifičnih enzima.

Nomenklatura enzima

Svi tjelesni enzimi obično se nazivaju ovisno o njihovoj pripadnosti nekoj od klasa, kao i prema supstratu s kojim reagiraju. Ponekad se u nazivu ne koristi jedan, već dva supstrata.

Primjeri naziva nekih enzima:

1. Enzimi jetre: laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza.
2. Puni sustavni naziv enzima: laktat-NAD+-oksidoredukt-aza.

Postoje i trivijalni nazivi koji se ne pridržavaju pravila nomenklature. Primjeri su probavni enzimi: tripsin, kimotripsin, pepsin.

Proces sinteze enzima

Funkcije enzima određene su na genetskoj razini. Budući da je molekula uglavnom protein, njezina sinteza točno ponavlja procese transkripcije i translacije.

Sinteza enzima odvija se prema sljedećoj shemi. Najprije se iz DNK čita informacija o željenom enzimu, uslijed čega nastaje mRNA. Messenger RNA kodira sve aminokiseline koje čine enzim. Regulacija enzima može se dogoditi i na razini DNK: ako je produkt katalizirane reakcije dovoljan, transkripcija gena prestaje i obrnuto, ako postoji potreba za proizvodom, aktivira se proces transkripcije.

Nakon što mRNA uđe u citoplazmu stanice, počinje sljedeća faza – translacija. Na ribosomima endoplazmatskog retikuluma sintetizira se primarni lanac koji se sastoji od aminokiselina povezanih peptidnim vezama. Međutim, proteinska molekula u primarnoj strukturi još ne može obavljati svoje enzimske funkcije.

Aktivnost enzima ovisi o strukturi proteina. Na istom ER-u dolazi do uvijanja proteina, uslijed čega nastaju prvo sekundarne, a zatim tercijarne strukture. Sinteza nekih enzima prestaje već u ovoj fazi, međutim, da bi se aktivirala katalitička aktivnost, često je potrebno dodati koenzim i kofaktor.

U određenim područjima endoplazmatskog retikuluma vezani su organski sastojci enzima: monosaharidi, nukleinske kiseline, masti, vitamini. Neki enzimi ne mogu djelovati bez prisutnosti koenzima.

Kofaktor igra odlučujuću ulogu u formiranju Neke od funkcija enzima dostupne su tek kada protein dođe u organizaciju domene. Stoga je za njih vrlo važna prisutnost kvartarne strukture u kojoj je povezna karika između nekoliko proteinskih globula metalni ion.

Više oblika enzima

Postoje situacije kada je potrebno imati nekoliko enzima koji kataliziraju istu reakciju, ali se međusobno razlikuju po nekim parametrima. Na primjer, enzim može raditi na 20 stupnjeva, ali na 0 stupnjeva više neće moći obavljati svoje funkcije. Što bi živi organizam trebao učiniti u takvoj situaciji pri niskim temperaturama okoline?

Ovaj se problem lako rješava prisutnošću nekoliko enzima odjednom, koji kataliziraju istu reakciju, ali djeluju u različitim uvjetima. Postoje dvije vrste višestrukih oblika enzima:

1. Izoenzimi. Takve bjelančevine kodiraju različiti geni, sastoje se od različitih aminokiselina, ali kataliziraju istu reakciju.
2. Pravi oblici množine. Ovi proteini su transkribirani iz istog gena, ali su peptidi modificirani na ribosomima. Kao rezultat, dobiva se nekoliko oblika istog enzima.

Kao rezultat toga, prvi tip višestrukih oblika nastaje na genetskoj razini, dok se drugi tip formira na posttranslacijskoj razini.

Važnost enzima

U medicini se to svodi na puštanje novih lijekova, u kojima su tvari već u pravim količinama. Znanstvenici još nisu pronašli način kako potaknuti sintezu nedostajućih enzima u tijelu, ali danas se naširoko koriste lijekovi koji privremeno mogu nadoknaditi njihov nedostatak.

Različiti enzimi u stanici kataliziraju širok raspon reakcija za održavanje života. Jedan od tih enizama su predstavnici skupine nukleaza: endonukleaze i egzonukleaze. Njihov je posao održavati stalnu razinu nukleinskih kiselina u stanici, uklanjajući oštećenu DNK i RNA.

Ne zaboravite na takav fenomen kao što je zgrušavanje krvi. Budući da je učinkovita mjera zaštite, ovaj proces je pod kontrolom brojnih enzima. Glavni je trombin, koji pretvara neaktivni protein fibrinogen u aktivni fibrin. Njegove niti stvaraju svojevrsnu mrežu koja začepljuje mjesto oštećenja žile, čime se sprječava prekomjeran gubitak krvi.

Enzimi se koriste u vinarstvu, pivarstvu, dobivanju mnogih fermentiranih mliječnih proizvoda. Kvasac se može koristiti za proizvodnju alkohola iz glukoze, ali ekstrakt iz njih je dovoljan za uspješan tijek ovog procesa.

Zanimljive činjenice koje niste znali

Svi enzimi tijela imaju ogromnu masu - od 5.000 do 1.000.000 Da. To je zbog prisutnosti proteina u molekuli. Za usporedbu: molekularna težina glukoze je 180 Da, a ugljičnog dioksida samo 44 Da.

Do danas je otkriveno više od 2000 enzima koji su pronađeni u stanicama različitih organizama. Međutim, većina ovih tvari još nije u potpunosti shvaćena.

Enzimska aktivnost koristi se za proizvodnju učinkovitih deterdženata za pranje rublja. Ovdje enzimi imaju istu ulogu kao i u tijelu: razgrađuju organsku tvar, a to svojstvo pomaže u borbi protiv mrlja. Preporuča se koristiti sličan prašak za pranje na temperaturi koja ne prelazi 50 stupnjeva, inače može doći do procesa denaturacije.

Prema statistikama, 20% ljudi diljem svijeta pati od nedostatka nekog od enzima.

Svojstva enzima poznata su jako dugo, ali tek 1897. ljudi su shvatili da se za fermentaciju šećera u alkohol može koristiti ne sam kvasac, već ekstrakt iz njihovih stanica.

ENZIMI, organske tvari proteinske prirode, koje se sintetiziraju u stanicama i višestruko ubrzavaju reakcije koje se u njima odvijaju, a da pritom ne prolaze kemijske transformacije. Tvari koje imaju sličan učinak postoje u neživoj prirodi i nazivaju se katalizatori.

Enzimi (od latinskog fermentum - vrenje, kvasac) se ponekad nazivaju enzimi (od grčkog en - unutra, zyme - kvasac). Sve žive stanice sadrže vrlo velik skup enzima, o čijoj katalitičkoj aktivnosti ovisi funkcioniranje stanica. Gotovo svaka od mnogih različitih reakcija koje se događaju u stanici zahtijeva sudjelovanje određenog enzima. Proučavanje kemijskih svojstava enzima i reakcija koje oni kataliziraju posebno je, vrlo važno područje biokemije - enzimologije.

Mnogi enzimi su u stanici u slobodnom stanju, jednostavno otopljeni u citoplazmi; drugi su povezani sa složenim visoko organiziranim strukturama. Postoje i enzimi koji su inače izvan stanice; tako, enzime koji kataliziraju razgradnju škroba i proteina gušterača luči u crijeva. Izlučuju enzime i mnoge mikroorganizme.

Djelovanje enzima

Enzimi uključeni u temeljne procese pretvorbe energije, poput razgradnje šećera, stvaranja i hidrolize visokoenergetskog spoja adenozin trifosfata (ATP), prisutni su u svim vrstama stanica – životinjskim, biljnim, bakterijskim. Međutim, postoje enzimi koji se proizvode samo u tkivima određenih organizama.

Dakle, enzimi uključeni u sintezu celuloze nalaze se u biljnim stanicama, ali ne i u životinjskim stanicama. Stoga je važno razlikovati "univerzalne" enzime i enzime specifične za određene tipove stanica. Općenito govoreći, što je stanica specijaliziranija, veća je vjerojatnost da će sintetizirati skup enzima potrebnih za obavljanje određene stanične funkcije.

Značajka enzima je da imaju visoku specifičnost, tj. mogu ubrzati samo jednu reakciju ili reakcije jedne vrste.

Godine 1890. E. G. Fisher je sugerirao da je ova specifičnost posljedica posebnog oblika molekule enzima, koji točno odgovara obliku molekule supstrata. Ova hipoteza se naziva "ključ i brava", gdje se ključ uspoređuje sa supstratom, a brava - s enzimom. Hipoteza je da supstrat pristaje enzimu kao što ključ pristaje bravi. Selektivnost djelovanja enzima povezana je sa strukturom njegovog aktivnog centra.

Aktivnost enzima

Prije svega, temperatura utječe na aktivnost enzima. Kako temperatura raste, brzina kemijske reakcije se povećava. Povećava se brzina molekula, imaju više šanse da se sudare jedna s drugom. Stoga se povećava vjerojatnost da će doći do reakcije između njih. Optimalna je temperatura koja osigurava najveću aktivnost enzima.

Izvan optimalne temperature, brzina reakcije se smanjuje zbog denaturacije proteina. Kada se temperatura smanji, smanjuje se i brzina kemijske reakcije. U trenutku kada temperatura dosegne točku smrzavanja, enzim se inaktivira, ali ne denaturira.

Klasifikacija enzima

Godine 1961. predložena je sustavna klasifikacija enzima u 6 skupina. No, ispostavilo se da su nazivi enzima vrlo dugi i teški za izgovor, pa je sada uobičajeno da se enzimi imenuju radnim nazivima. Radni naziv sastoji se od naziva supstrata na koji enzim djeluje, nakon čega slijedi završetak "aza". Na primjer, ako je tvar laktoza, odnosno mliječni šećer, onda je laktaza enzim koji je pretvara. Ako je saharoza (obični šećer), onda je enzim koji je razgrađuje saharoza. Sukladno tome, enzimi koji razgrađuju proteine ​​nazivaju se proteinazama.