Życie każdego organizmu jest możliwe dzięki zachodzącym w nim procesom metabolicznym. Reakcje te są kontrolowane przez naturalne katalizatory lub enzymy. Inna nazwa tych substancji to enzymy. Termin „enzymy” pochodzi od łacińskiego „fermentum”, co oznacza „zakwas”. Pojęcie to pojawiło się historycznie w badaniach procesów fermentacji.

Ryż. 1 - Fermentacja na drożdżach - typowy przykład reakcji enzymatycznej

Ludzkość od dawna cieszy się dobroczynnymi właściwościami tych enzymów. Na przykład od wieków ser wytwarzano z mleka przy użyciu podpuszczki.

Enzymy różnią się od katalizatorów tym, że działają w żywym organizmie, a katalizatory - w przyrodzie nieożywionej. Gałąź biochemii, która bada te niezbędne do życia substancje, nazywa się enzymologią.

Ogólne właściwości enzymów

Enzymy to cząsteczki białka, które oddziałują z różnymi substancjami, przyspieszając ich przemianę chemiczną na określonej ścieżce. Nie są jednak spożywane. Każdy enzym ma miejsce aktywne, które przyłącza się do substratu oraz miejsce katalityczne, które rozpoczyna określoną reakcję chemiczną. Substancje te przyspieszają reakcje biochemiczne zachodzące w organizmie bez podnoszenia temperatury.

Główne właściwości enzymów:

• specyficzność: zdolność enzymu do działania tylko na określony substrat, np. lipazy na tłuszczach;
• wydajność katalityczna: zdolność białek enzymatycznych do przyspieszania reakcji biologicznych setki i tysiące razy;
• zdolność do regulacji: w każdej komórce produkcja i aktywność enzymów jest determinowana przez szczególny łańcuch przekształceń, który wpływa na zdolność tych białek do ponownej syntezy.

Rola enzymów w organizmie człowieka jest nie do przecenienia. W tamtym czasie, gdy dopiero odkryto strukturę DNA, mówiono, że jeden gen odpowiada za syntezę jednego białka, które już determinuje jakąś konkretną cechę. To stwierdzenie brzmi tak: „Jeden gen – jeden enzym – jedna cecha”. Oznacza to, że bez aktywności enzymów w komórce życie nie może istnieć.

Klasyfikacja

W zależności od roli w reakcjach chemicznych rozróżnia się następujące klasy enzymów:

W żywym organizmie wszystkie enzymy dzielą się na wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe. Wewnątrzkomórkowe obejmują na przykład enzymy wątrobowe biorące udział w reakcjach neutralizacji różnych substancji, które pojawiają się we krwi. Znajdują się we krwi, gdy narząd jest uszkodzony, co pomaga w diagnozowaniu jego chorób.

Enzymy wewnątrzkomórkowe będące markerami uszkodzeń narządów wewnętrznych:

• wątroba - aminotransferaza alaninowa, aminotransferaza asparaginianowa, transpeptydaza gamma-glutamylowa, dehydrogenaza sorbitolowa;
• nerki - fosfataza alkaliczna;
• prostata – kwaśna fosfataza;
• mięsień sercowy - dehydrogenaza mleczanowa

Enzymy zewnątrzkomórkowe są wydzielane przez gruczoły do ​​środowiska zewnętrznego. Główne z nich są wydzielane przez komórki gruczołów ślinowych, ściany żołądka, trzustki, jelit i aktywnie uczestniczą w trawieniu.

Enzymy trawienne

Enzymy trawienne to białka, które przyspieszają rozpad dużych cząsteczek tworzących pożywienie. Dzielą takie cząsteczki na mniejsze fragmenty, które są łatwiejsze do strawienia przez komórki. Główne typy enzymów trawiennych to proteazy, lipazy i amylazy.

Głównym gruczołem trawiennym jest trzustka. Wytwarza większość tych enzymów, a także nukleazy rozszczepiające DNA i RNA oraz peptydazy zaangażowane w tworzenie wolnych aminokwasów. Co więcej, niewielka ilość powstających enzymów jest w stanie „przetworzyć” dużą ilość pożywienia.

Podczas enzymatycznego rozkładu składników odżywczych uwalniana jest energia, która jest zużywana na procesy metaboliczne i aktywność życiową. Bez udziału enzymów takie procesy zachodziłyby zbyt wolno, nie dostarczając organizmowi wystarczającego zaopatrzenia w energię.

Ponadto udział enzymów w procesie trawienia zapewnia rozkład składników odżywczych na cząsteczki, które mogą przejść przez komórki ściany jelita i dostać się do krwiobiegu.

Amylasa

Amylaza jest produkowana przez gruczoły ślinowe. Działa na skrobię spożywczą, która składa się z długiego łańcucha cząsteczek glukozy. W wyniku działania tego enzymu powstają odcinki składające się z dwóch połączonych cząsteczek glukozy, czyli fruktozy i innych krótkołańcuchowych węglowodanów. Są dalej metabolizowane do glukozy w jelitach, a stamtąd wchłaniane do krwi.

Gruczoły ślinowe rozkładają tylko część skrobi. Amylaza ślinowa jest aktywna przez krótki czas podczas żucia pokarmu. Po wejściu do żołądka enzym jest inaktywowany przez jego kwaśną zawartość. Większość skrobi jest już rozkładana w dwunastnicy pod wpływem wytwarzanej przez trzustkę amylazy trzustkowej.

Ryż. 2 - Amylaza rozpoczyna rozkład skrobi

Krótkie węglowodany powstałe pod wpływem amylazy trzustkowej dostają się do jelita cienkiego. Tutaj za pomocą maltazy, laktazy, sacharazy, dekstrynazy są rozkładane na cząsteczki glukozy. Błonnik, który nie jest rozkładany przez enzymy, jest wydalany z jelit wraz z kałem.

Proteazy

Białka lub białka są istotną częścią diety człowieka. Do ich rozszczepiania potrzebne są enzymy - proteazy. Różnią się miejscem syntezy, substratami i innymi cechami. Niektóre z nich są aktywne w żołądku, np. pepsyna. Inne są wytwarzane przez trzustkę i działają w świetle jelita. W samym gruczole uwalniany jest nieaktywny prekursor enzymu, chymotrypsynogen, który zaczyna działać dopiero po zmieszaniu z kwaśną zawartością pokarmu, zamieniając się w chymotrypsynę. Mechanizm ten pomaga uniknąć samouszkodzenia przez proteazy komórek trzustki.

Ryż. 3 - Enzymatyczne rozszczepienie białek

Proteazy rozkładają białka pokarmowe na mniejsze fragmenty - polipeptydy. Enzymy – peptydazy rozkładają je na aminokwasy, które są wchłaniane w jelitach.

Lipazy

Tłuszcze w diecie są rozkładane przez enzymy lipazy, które są również produkowane przez trzustkę. Rozkładają cząsteczki tłuszczu na kwasy tłuszczowe i glicerol. Taka reakcja wymaga obecności w świetle dwunastnicy żółci, która powstaje w wątrobie.

Ryż. 4 - Hydroliza enzymatyczna tłuszczów

Rola terapii zastępczej preparatem Mikrazim

Dla wielu osób z zaburzeniami trawienia, zwłaszcza z chorobami trzustki, podawanie enzymów stanowi funkcjonalne wsparcie narządu i przyspiesza proces gojenia. Po zatrzymaniu ataku zapalenia trzustki lub innej ostrej sytuacji przyjmowanie enzymów można zatrzymać, ponieważ organizm samodzielnie przywraca ich wydzielanie.

Długotrwałe stosowanie preparatów enzymatycznych jest konieczne tylko w przypadku ciężkiej zewnątrzwydzielniczej niewydolności trzustki.

Jednym z najbardziej fizjologicznych w jego składzie jest lek „Mikrazim”. Składa się z amylazy, proteaz i lipazy zawartych w soku trzustkowym. Nie ma więc potrzeby oddzielnego wybierania enzymu, który należy zastosować w przypadku różnych schorzeń tego narządu.

Wskazania do stosowania tego leku:

• przewlekłe zapalenie trzustki, mukowiscydoza i inne przyczyny niedostatecznego wydzielania enzymów trzustkowych;
• choroby zapalne wątroby, żołądka, jelit, zwłaszcza po operacjach, w celu szybszej regeneracji układu pokarmowego;
• błędy żywieniowe;
• naruszenie funkcji żucia, na przykład przy chorobach zębów lub unieruchomieniu pacjenta.

Przyjmowanie enzymów trawiennych w celach zastępczych pomaga uniknąć wzdęć, luźnych stolców i bólu brzucha. Ponadto w ciężkich przewlekłych chorobach trzustki Micrasim całkowicie przejmuje funkcję rozszczepiania składników odżywczych. Dzięki temu mogą być swobodnie wchłaniane w jelitach. Jest to szczególnie ważne w przypadku dzieci z mukowiscydozą.

Ważne: przed użyciem przeczytaj instrukcję lub skonsultuj się z lekarzem.

ENZYMY
substancje organiczne o charakterze białkowym, które są syntetyzowane w komórkach i wielokrotnie przyspieszają zachodzące w nich reakcje, nie ulegając przemianom chemicznym. Substancje o podobnym działaniu występują w przyrodzie nieożywionej i nazywane są katalizatorami. Enzymy (z łac. fermentum - fermentacja, zaczyn) bywają nazywane enzymami (z greckiego en - inside, zyme - zakwas). Wszystkie żywe komórki zawierają bardzo duży zestaw enzymów, od których aktywności katalitycznej zależy funkcjonowanie komórek. Niemal każda z wielu różnych reakcji zachodzących w komórce wymaga udziału określonego enzymu. Badanie właściwości chemicznych enzymów i katalizowanych przez nie reakcji to szczególny, bardzo ważny obszar biochemii - enzymologia. Wiele enzymów znajduje się w komórce w stanie wolnym, po prostu rozpuszczając się w cytoplazmie; inne są związane ze złożonymi, wysoce zorganizowanymi strukturami. Istnieją również enzymy, które normalnie znajdują się poza komórką; w ten sposób enzymy katalizujące rozkład skrobi i białek są wydzielane przez trzustkę do jelit. Wydzielają enzymy i wiele mikroorganizmów. Pierwsze dane dotyczące enzymów uzyskano badając procesy fermentacji i trawienia. L. Pasteur wniósł wielki wkład w badania fermentacji, ale wierzył, że tylko żywe komórki mogą przeprowadzić odpowiednie reakcje. Na początku XX wieku E. Buchner wykazał, że fermentacja sacharozy z wytworzeniem dwutlenku węgla i alkoholu etylowego może być katalizowana przez bezkomórkowy ekstrakt drożdżowy. To ważne odkrycie stymulowało izolację i badanie enzymów komórkowych. W 1926 J. Sumner z Cornell University (USA) wyizolował ureazę; był to pierwszy enzym uzyskany w praktycznie czystej postaci. Od tego czasu odkryto i wyizolowano ponad 700 enzymów, ale o wiele więcej istnieje w żywych organizmach. Identyfikacja, izolacja i badanie właściwości poszczególnych enzymów zajmują centralne miejsce we współczesnej enzymologii. Enzymy biorące udział w podstawowych procesach konwersji energii, takich jak rozkład cukrów, tworzenie i hydroliza wysokoenergetycznego związku adenozynotrójfosforanu (ATP), są obecne we wszystkich typach komórek – zwierzęcych, roślinnych, bakteryjnych. Istnieją jednak enzymy wytwarzane tylko w tkankach niektórych organizmów. Tak więc enzymy zaangażowane w syntezę celulozy znajdują się w komórkach roślinnych, ale nie w komórkach zwierzęcych. Dlatego ważne jest rozróżnienie między „uniwersalnymi” enzymami a enzymami specyficznymi dla niektórych typów komórek. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej wyspecjalizowana jest komórka, tym bardziej prawdopodobne jest, że zsyntetyzuje zestaw enzymów potrzebnych do wykonania określonej funkcji komórkowej.
Enzymy są jak białka. Wszystkie enzymy są białkami prostymi lub złożonymi (tj. zawierającymi, wraz ze składnikiem białkowym, część niebiałkową).
Zobacz także BIAŁKA. Enzymy to duże cząsteczki, ich masy cząsteczkowe wahają się od 10 000 do ponad 1 000 000 daltonów (Da). Dla porównania powiedzmy. masy znanych substancji: glukoza – 180, dwutlenek węgla – 44, aminokwasy – od 75 do 204 Da. Enzymy, które katalizują te same reakcje chemiczne, ale izolowane z komórek różnych typów, różnią się właściwościami i składem, ale zwykle wykazują pewne podobieństwo strukturalne. Strukturalne cechy enzymów niezbędne do ich funkcjonowania są łatwo tracone. Tak więc po podgrzaniu łańcuch białkowy ulega przegrupowaniu, czemu towarzyszy utrata aktywności katalitycznej. Ważne są również właściwości alkaliczne lub kwasowe roztworu. Większość enzymów działa najlepiej w roztworach o pH bliskim 7, gdy stężenie jonów H+ i OH- jest w przybliżeniu takie samo. Wynika to z faktu, że budowa cząsteczek białka, a co za tym idzie, aktywność enzymów silnie zależy od stężenia jonów wodorowych w pożywce. Nie wszystkie białka obecne w żywych organizmach są enzymami. Tak więc białka strukturalne, wiele specyficznych białek krwi, hormony białkowe itp. pełnią inną funkcję.
koenzymy i substraty. Wiele enzymów o dużej masie cząsteczkowej wykazuje aktywność katalityczną tylko w obecności określonych substancji o małej masie cząsteczkowej zwanych koenzymami (lub kofaktorami). Rolę koenzymów odgrywa większość witamin i wiele minerałów; dlatego muszą być spożywane z pożywieniem. Na przykład witaminy PP (kwas nikotynowy lub niacyna) i ryboflawina są częścią koenzymów niezbędnych do funkcjonowania dehydrogenaz. Cynk jest koenzymem anhydrazy węglanowej, enzymu katalizującego uwalnianie z krwi dwutlenku węgla, który jest usuwany z organizmu wraz z wydychanym powietrzem. Żelazo i miedź są składnikami enzymu oddechowego oksydazy cytochromowej. Substancja ulegająca przemianie w obecności enzymu nazywana jest substratem. Substrat przyłącza się do enzymu, co przyspiesza rozrywanie niektórych wiązań chemicznych w jego cząsteczce i tworzenie innych; powstały produkt jest oddzielany od enzymu. Proces ten jest przedstawiony w następujący sposób:

Produkt można również uznać za substrat, ponieważ wszystkie reakcje enzymatyczne są do pewnego stopnia odwracalne. To prawda, że ​​zwykle równowaga jest przesunięta w kierunku tworzenia produktu, a odwrotna reakcja może być trudna do naprawienia.
Mechanizm działania enzymów. Szybkość reakcji enzymatycznej zależy od stężenia substratu [[S]] i ilości obecnego enzymu. Wartości te określają, ile cząsteczek enzymu zostanie połączonych z substratem, a szybkość reakcji katalizowanej przez ten enzym zależy od zawartości kompleksu enzym-substrat. W większości sytuacji interesujących biochemików stężenie enzymu jest bardzo niskie, a substrat występuje w nadmiarze. Ponadto biochemicy badają procesy, które osiągnęły stan ustalony, w którym tworzenie kompleksu enzym-substrat jest równoważone przez jego przekształcenie w produkt. W tych warunkach zależność szybkości (v) przemiany enzymatycznej substratu od jego stężenia [[S]] opisuje równanie Michaelisa-Mentena:

gdzie KM jest stałą Michaelisa charakteryzującą aktywność enzymu, V jest maksymalną szybkością reakcji przy danym całkowitym stężeniu enzymu. Z tego równania wynika, że ​​przy niskiej [[S]] szybkość reakcji wzrasta proporcjonalnie do stężenia substratu. Jednak przy odpowiednio dużym wzroście tego ostatniego ta proporcjonalność zanika: szybkość reakcji przestaje zależeć od [[S]] – nasycenie następuje, gdy wszystkie cząsteczki enzymu są zajęte przez substrat. Wyjaśnienie mechanizmów działania enzymów we wszystkich szczegółach to kwestia przyszłości, jednak niektóre z ich ważnych cech zostały już ustalone. Każdy enzym ma jedno lub więcej miejsc aktywnych, z którymi wiąże się substrat. Ośrodki te są bardzo specyficzne; „rozpoznają” tylko „swoje” podłoże lub blisko spokrewnione związki. Centrum aktywne tworzą specjalne grupy chemiczne w cząsteczce enzymu, zorientowane względem siebie w określony sposób. Tak łatwo występująca utrata aktywności enzymatycznej wiąże się właśnie ze zmianą wzajemnej orientacji tych grup. Cząsteczka substratu związana z enzymem ulega zmianom, w wyniku których niektóre wiązania chemiczne ulegają zerwaniu, a powstają inne wiązania chemiczne. Aby ten proces mógł zajść, potrzebna jest energia; rolą enzymu jest obniżenie bariery energetycznej, którą musi pokonać substrat, aby przekształcić się w produkt. Nie do końca ustalono, jak dokładnie zapewnia się tę redukcję.
Reakcje enzymatyczne i energia. Uwalnianie energii podczas metabolizmu składników odżywczych, takie jak utlenianie sześciowęglowego cukru glukozy do dwutlenku węgla i wody, następuje w wyniku następujących po sobie skoordynowanych reakcji enzymatycznych. W komórkach zwierzęcych w przemianę glukozy w kwas pirogronowy (pirogronian) lub kwas mlekowy (mleczan) bierze udział 10 różnych enzymów. Ten proces nazywa się glikolizą. Pierwsza reakcja - fosforylacja glukozy - wymaga udziału ATP. Przekształcenie każdej cząsteczki glukozy w dwie cząsteczki kwasu pirogronowego pochłania dwie cząsteczki ATP, ale jednocześnie na etapach pośrednich z difosforanu adenozyny (ADP) powstają 4 cząsteczki ATP, dzięki czemu w całym procesie powstają 2 cząsteczki ATP. Ponadto kwas pirogronowy jest utleniany do dwutlenku węgla i wody przy udziale enzymów związanych z mitochondriami. Te przemiany tworzą cykl zwany cyklem kwasu trikarboksylowego lub cyklem kwasu cytrynowego.
Zobacz także METABOLIZM. Utlenianie jednej substancji zawsze wiąże się z redukcją innej: pierwsza oddaje atom wodoru, a druga go dodaje. Procesy te katalizowane są przez dehydrogenazy, które zapewniają przenoszenie atomów wodoru z substratów do koenzymów. W cyklu kwasu trikarboksylowego niektóre specyficzne dehydrogenazy utleniają substraty, tworząc zredukowaną formę koenzymu (dinukleotyd nikotynamidowy, oznaczony jako NAD), podczas gdy inne utleniają zredukowany koenzym (NADH), przywracając inne enzymy oddechowe, w tym cytochromy (hemoproteiny zawierające żelazo) , w którym atom żelaza na przemian utleniał się, a następnie redukował. Ostatecznie zredukowana forma oksydazy cytochromowej, jednego z kluczowych enzymów zawierających żelazo, jest utleniana przez tlen dostający się do naszego organizmu wraz z wdychanym powietrzem. Kiedy cukier jest spalany (utleniony tlenem atmosferycznym), jego atomy węgla bezpośrednio oddziałują z tlenem, tworząc dwutlenek węgla. W przeciwieństwie do spalania, gdy cukier jest utleniany w organizmie, tlen utlenia własne żelazo oksydazy cytochromowej, ale jego potencjał oksydacyjny jest ostatecznie wykorzystywany do całkowitego utlenienia cukrów w wieloetapowym procesie enzymatycznym. Na poszczególnych etapach utleniania energia zawarta w składnikach odżywczych uwalniana jest głównie w małych porcjach i może być magazynowana w wiązaniach fosforanowych ATP. Obejmuje to wspaniałe enzymy, które łączą reakcje oksydacyjne (wytwarzanie energii) z reakcjami tworzenia ATP (magazynowanie energii). Ten proces sprzęgania jest znany jako fosforylacja oksydacyjna. Gdyby nie było sprzężonych reakcji enzymatycznych, życie w znanych nam formach byłoby niemożliwe. Enzymy pełnią również wiele innych funkcji. Katalizują różne reakcje syntezy, w tym tworzenie białek tkankowych, tłuszczów i węglowodanów. Do syntezy szerokiej gamy związków chemicznych występujących w złożonych organizmach wykorzystywane są całe systemy enzymatyczne. Wymaga to energii i we wszystkich przypadkach pochodzi ze związków fosforylowanych, takich jak ATP.

Enzymy i trawienie. Enzymy są niezbędnymi uczestnikami procesu trawienia. Tylko związki o niskiej masie cząsteczkowej mogą przejść przez ścianę jelita i dostać się do krwiobiegu, dlatego składniki pokarmu muszą najpierw zostać rozbite na małe cząsteczki. Dzieje się to podczas enzymatycznej hydrolizy (rozkładu) białek na aminokwasy, skrobi na cukry, tłuszczów na kwasy tłuszczowe i glicerol. Hydroliza białek jest katalizowana przez enzym pepsynę zawarty w żołądku. Szereg wysoce skutecznych enzymów trawiennych jest wydzielanych do jelit przez trzustkę. Są to trypsyna i chymotrypsyna, które hydrolizują białka; lipaza rozkładająca tłuszcze; amylaza katalizuje rozkład skrobi. Pepsyna, trypsyna i chymotrypsyna wydzielane są w formie nieaktywnej, w postaci tzw. zymogeny (proenzymy) i stają się aktywne tylko w żołądku i jelitach. To wyjaśnia, dlaczego te enzymy nie niszczą komórek trzustki i żołądka. Ściany żołądka i jelit są chronione przed enzymami trawiennymi i warstwą śluzu. Kilka ważnych enzymów trawiennych jest wydzielanych przez komórki w jelicie cienkim. Większość energii przechowywanej w pokarmach roślinnych, takich jak trawa czy siano, jest magazynowana w celulozie, która jest rozkładana przez enzym celulazę. W organizmie roślinożerców enzym ten nie jest syntetyzowany, a przeżuwacze, takie jak bydło i owce, mogą spożywać pokarm zawierający błonnik tylko dlatego, że celulaza jest produkowana przez mikroorganizmy zasiedlające pierwszy odcinek żołądka – bliznę. Termity trawią również pokarm za pomocą mikroorganizmów. Enzymy wykorzystywane są w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, chemicznym i tekstylnym. Przykładem jest enzym roślinny pochodzący z papai i używany do zmiękczania mięsa. Enzymy są również dodawane do proszków do prania.
Enzymy w medycynie i rolnictwie.Świadomość kluczowej roli enzymów we wszystkich procesach komórkowych doprowadziła do ich szerokiego zastosowania w medycynie i rolnictwie. Prawidłowe funkcjonowanie każdego organizmu roślinnego i zwierzęcego zależy od sprawnego działania enzymów. Działanie wielu substancji toksycznych (trucizn) opiera się na ich zdolności do hamowania enzymów; wiele leków ma ten sam efekt. Często wpływ leku lub substancji toksycznej można prześledzić poprzez jego selektywny wpływ na pracę określonego enzymu w organizmie jako całości lub w określonej tkance. Np. potężne insektycydy fosforoorganiczne i środki nerwowe opracowane do celów wojskowych działają niekorzystnie poprzez blokowanie pracy enzymów – przede wszystkim cholinesterazy, która odgrywa ważną rolę w przekazywaniu impulsów nerwowych. Aby lepiej zrozumieć mechanizm działania leków na układy enzymatyczne, warto zastanowić się, jak działają niektóre inhibitory enzymów. Wiele inhibitorów wiąże się z miejscem aktywnym enzymu, tym, z którym oddziałuje substrat. W takich inhibitorach najważniejsze cechy strukturalne są zbliżone do cech substratu, a jeśli zarówno substrat, jak i inhibitor są obecne w ośrodku reakcji, współzawodniczą o wiązanie z enzymem; im wyższe stężenie substratu, tym skuteczniej konkuruje z inhibitorem. Inhibitory innego typu wywołują zmiany konformacyjne w cząsteczce enzymu, które obejmują funkcjonalnie ważne grupy chemiczne. Badanie mechanizmu działania inhibitorów pomaga chemikom w tworzeniu nowych leków.

Temat: „WŁAŚCIWOŚCI I KLASYFIKACJA ENZYMÓW. WPŁYW TEMPERATURY I pH ŚRODOWISKA NA AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW. SPECYFIKA DZIAŁANIA ENZYMU. OZNACZANIE AKTYWNOŚCI ENZYMOWEJ»

1. Charakter chemiczny enzymów. Znaczenie enzymów dla życia organizmu.

2. Podstawowe właściwości enzymów. Wpływ stężenia enzymu i substratu, temperatury i pH pożywki na szybkość reakcji enzymatycznej. Oligodynamizm i odwracalność działania enzymów.

3. Specyfika działania enzymów (bezwzględna, względna i stereochemiczna). Przykłady.

4. Najważniejsza cecha leżąca u podstaw klasyfikacji enzymów. Pojęcie numeru kodowego enzymu. Klasy enzymów: oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy, ligazy. Rodzaj i ogólne równanie reakcji katalizowanych, zasady tworzenia podklas.

5. Nazewnictwo enzymów (pojęcie systematycznych i roboczych (zalecanych) nazw enzymów, ich zastosowanie).

6. Oznaczanie aktywności enzymatycznej. Metody analityczne stosowane do określenia aktywności. Jednostki całkowitej, właściwej, molekularnej aktywności enzymów, ich zastosowanie. Wzór do obliczania całkowitej aktywności enzymów w surowicy krwi.

Sekcja 7.1	Chemiczna natura enzymów. Znaczenie enzymów dla życia organizmu.
7.1.1. Przebieg procesów metabolicznych w organizmie determinowany jest działaniem wielu enzymów - katalizatorów biologicznych o charakterze białkowym. Przyspieszają reakcje chemiczne i same się nie zużywają. Termin "enzym" pochodzi od łacińskiego słowa fermentacja - zakwas. Wraz z tym pojęciem w literaturze używany jest termin równoważny "enzym" (en zyme - w drożdżach) pochodzenia greckiego. Stąd gałąź biochemii zajmująca się badaniem enzymów nazywana jest „enzymologią”. Enzymologia stanowi podstawę poznania na poziomie molekularnym najważniejszych problemów fizjologii i patologii człowieka. Trawienie składników odżywczych i ich wykorzystanie do produkcji energii, tworzenie składników strukturalnych i funkcjonalnych tkanek, skurcze mięśni, przekazywanie sygnałów elektrycznych wzdłuż włókien nerwowych, percepcja światła przez oko, krzepnięcie krwi – każdy z tych mechanizmów fizjologicznych jest oparty na katalitycznym działaniu niektórych enzymów. Wykazano, że kataliza enzymatyczna bezpośrednio zaburza wiele chorób; określenie aktywności enzymów we krwi i innych tkankach dostarcza cennych informacji do diagnostyki medycznej; enzymy lub ich inhibitory mogą być stosowane jako substancje lecznicze. Zatem znajomość najważniejszych cech enzymów i katalizowanych przez nie reakcji jest niezbędna do racjonalnego podejścia do badania chorób człowieka, ich diagnozowania i leczenia. 7.1.2. Substancje katalizowane przez enzymy nazywane są podłoża . Enzym łączy się z substratem, tworząc kompleks enzym-substrat (Rysunek 7.1). Rysunek 7.1. Powstawanie kompleksu enzym-substrat podczas katalizowanej reakcji. Tworzenie tego kompleksu pomaga zmniejszyć barierę energetyczną, którą cząsteczka substratu musi pokonać, aby wejść w reakcję (rysunek 7.2). Po zakończeniu reakcji kompleks enzym-substrat rozkłada się na produkt(y) i enzym. Pod koniec reakcji enzym powraca do swojego pierwotnego stanu i może wchodzić w interakcje z nową cząsteczką substratu. Rysunek 7.2. Wpływ enzymu na barierę energetyczną reakcji. Enzymy, działając jako katalizatory, obniżają energię aktywacji wymaganą do zajścia reakcji. 7.1.3. Enzymy mają właściwości wspólne dla wszystkich białek. W szczególności cząsteczki enzymów, podobnie jak inne białka, zbudowane są z α-aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Dlatego roztwory enzymów dają pozytywny odczyn biuretowy i ich hydrolizaty - dodatnia reakcja z ninhydryną. Natywne właściwości i funkcje enzymów są determinowane obecnością określonej struktury przestrzennej (konformacji) ich łańcucha polipeptydowego. Zmiana tej struktury w rezultacie denaturacja termiczna prowadzi do utraty właściwości katalitycznych. Obecność enzymów o dużej masie cząsteczkowej sprawia, że niezdolność do dializy oraz obecność naładowanych grup funkcyjnych w cząsteczkach - mobilność w polu elektrycznym. Podobnie jak inne białka, enzymy tworzą roztwory koloidalne, z których można wytrącić acetonem, alkoholem, siarczanem amonu- substancje, które przyczyniają się do zniszczenia powłoki hydratacyjnej i neutralizacji ładunku elektrycznego.

Sekcja 7.2	Podstawowe właściwości enzymów. Oligodynamizm i odwracalność działania enzymów. Wpływ stężenia enzymu i substratu, temperatury i pH pożywki na szybkość reakcji enzymatycznej.
7.2.1. Białkowy charakter enzymów determinuje pojawienie się w nich szeregu właściwości, które są na ogół nietypowe dla katalizatorów nieorganicznych: oligodynamiczność, specyficzność, zależność szybkości reakcji od temperatury, pH środowiska, stężenie enzymu i substratu, obecność aktywatory i inhibitory. Pod oligodynamiczny enzymy rozumieją wysoką skuteczność działania w bardzo małych ilościach. Tak wysoką wydajność tłumaczy fakt, że cząsteczki enzymu stale regenerują się podczas swojej aktywności katalitycznej. Typowa cząsteczka enzymu może regenerować się miliony razy na minutę. Trzeba powiedzieć, że katalizatory nieorganiczne są również zdolne do przyspieszenia konwersji takiej ilości substancji, wielokrotnie większej niż ich własna masa. Ale żaden katalizator nieorganiczny nie może być porównywany z enzymami pod względem wydajności. Przykładem jest enzym podpuszczka, który jest wytwarzany przez błonę śluzową żołądka przeżuwaczy. Jedna jego cząsteczka w ciągu 10 minut w temperaturze 37°C jest w stanie wywołać koagulację (zsiadanie) około miliona cząsteczek kazeinogenu mleka. Innym przykładem wysokiej wydajności enzymów jest katalaza. Jedna cząsteczka tego enzymu w temperaturze 0°C rozkłada około 50 000 cząsteczek nadtlenku wodoru na sekundę: 2 N 2 O2 2 H2 O + O2 Działanie katalazy na nadtlenek wodoru polega na zmianie energii aktywacji tej reakcji z około 75 kJ/mol bez katalizatora do 21 kJ/mol w obecności enzymu. Jeśli jako katalizator tej reakcji stosuje się koloidalną platynę, to energia aktywacji wynosi tylko 50 kJ/mol. 7.2.2. Badając wpływ dowolnego czynnika na szybkość reakcji enzymatycznej, wszystkie inne czynniki powinny pozostać niezmienione i, jeśli to możliwe, mieć optymalną wartość. Miarą szybkości reakcji enzymatycznych jest ilość substratu, która uległa transformacji w jednostce czasu lub ilość utworzonego produktu. Zmianę szybkości przeprowadza się na początkowym etapie reakcji, kiedy produkt jest nadal praktycznie nieobecny, a reakcja odwrotna nie zachodzi. Ponadto w początkowej fazie reakcji stężenie substratu odpowiada jego początkowej ilości. 7.2.3. Zależność szybkości reakcji enzymatycznej ( V ) na stężenie enzymów [MI](Rysunek 7.3). Przy wysokim stężeniu substratu (wielokrotnie wyższym niż stężenie enzymu) oraz przy niezmienności innych czynników szybkość reakcji enzymatycznej jest proporcjonalna do stężenia enzymu. Znając zatem szybkość reakcji katalizowanej przez enzym, można wnioskować o jej ilości w badanym materiale. Rysunek 7.3. Zależność szybkości reakcji enzymatycznej od stężenia enzymu 7.2.4. Zależność szybkości reakcji od stężenia substratu[S]. Wykres zależności ma postać hiperboli (rysunek 7.4). Przy stałym stężeniu enzymu szybkość katalizowanej reakcji wzrasta wraz ze wzrostem stężenia substratu do maksymalnej wartości Vmax, po czym pozostaje stała. Należy to tłumaczyć faktem, że przy wysokich stężeniach substratu wszystkie aktywne centra cząsteczek enzymu są związane z cząsteczkami substratu. Nadmiar substratu może wiązać się z enzymem dopiero po utworzeniu produktu reakcji i uwolnieniu miejsca aktywnego. Rysunek 7.4. Zależność szybkości reakcji enzymatycznej od stężenia substratu. Zależność szybkości reakcji od stężenia substratu można wyrazić równaniem Michaelisa-Mentena: , gdzie V jest szybkością reakcji przy stężeniu substratu [S], Vmax jest szybkością maksymalną, a KM jest stałą Michaelisa. Stała Michaelisa jest równa stężeniu substratu, przy którym szybkość reakcji wynosi połowę maksimum. Oznaczenie KM i Vmax ma duże znaczenie praktyczne, ponieważ pozwala na ilościowe opisanie większości reakcji enzymatycznych, w tym reakcji z udziałem dwóch lub więcej substratów. Różne substancje chemiczne zmieniające aktywność enzymów w różny sposób wpływają na wartości Vmax i KM. 7.2.5. Zależność szybkości reakcji od t - temperatury, w której przebiega reakcja (Rysunek 7.5) jest złożony. Wartość temperatury, przy której szybkość reakcji jest maksymalna, jest optymalną temperaturą enzymu. Optymalna temperatura dla większości enzymów w ludzkim ciele to około 40°C. W przypadku większości enzymów optymalna temperatura jest równa lub wyższa niż temperatura, w której utrzymywane są komórki. Rysunek 7.5. Zależność szybkości reakcji enzymatycznej od temperatury. W niższych temperaturach (0° - 40°C) szybkość reakcji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Gdy temperatura wzrośnie o 10°C, szybkość reakcji enzymatycznej podwaja się (współczynnik temperaturowy Q10 wynosi 2). Wzrost szybkości reakcji tłumaczy się wzrostem energii kinetycznej cząsteczek. Wraz z dalszym wzrostem temperatury pękają wiązania podtrzymujące drugorzędową i trzeciorzędową strukturę enzymu, czyli denaturację termiczną. Towarzyszy temu stopniowa utrata aktywności katalitycznej. 7.2.6. Zależność szybkości reakcji od pH ośrodka (Rysunek 7.6). W stałej temperaturze enzym działa najskuteczniej w wąskim zakresie pH. Wartość pH, przy której szybkość reakcji jest maksymalna, jest optymalnym pH enzymu. Większość enzymów w ludzkim ciele ma optymalne pH w zakresie pH 6-8, ale istnieją enzymy, które są aktywne przy wartościach pH poza tym zakresem (na przykład pepsyna, która jest najbardziej aktywna przy pH 1,5-2,5) . Zmiana pH zarówno na stronę kwasową jak i zasadową od optymalnego prowadzi do zmiany stopnia jonizacji grup kwasowych i zasadowych aminokwasów tworzących enzym (np. grupy COOH asparaginianu i glutaminianu, grupy NH2 lizyny itp.). Powoduje to zmianę konformacji enzymu, co skutkuje zmianą struktury przestrzennej centrum aktywnego i zmniejszeniem jego powinowactwa do substratu. Ponadto przy ekstremalnych wartościach pH enzym jest denaturowany i inaktywowany. Rysunek 7.6. Zależność szybkości reakcji enzymatycznej od pH pożywki. Należy zauważyć, że optymalna charakterystyka pH enzymu nie zawsze pokrywa się z pH jego bezpośredniego środowiska wewnątrzkomórkowego. Sugeruje to, że środowisko, w którym znajduje się enzym, w pewnym stopniu reguluje jego aktywność. 7.2.7. Zależność szybkości reakcji od obecności aktywatorów i inhibitorów . Aktywatory zwiększają szybkość reakcji enzymatycznej. Inhibitory spowalniają tempo reakcji enzymatycznej. Jony nieorganiczne mogą działać jako aktywatory enzymów. Uważa się, że te jony powodują, że cząsteczki enzymu lub substratu przyjmują konformację, która sprzyja tworzeniu kompleksu enzym-substrat. Zwiększa to prawdopodobieństwo interakcji między enzymem a substratem, a tym samym szybkość reakcji katalizowanej przez enzym. Na przykład aktywność amylazy ślinowej wzrasta w obecności jonów chlorkowych.

Sekcja 7.3	Specyfika działania enzymów (bezwzględna, względna i stereochemiczna).
7.3.1. Ważną właściwością odróżniającą enzymy od katalizatorów nieorganicznych jest specyfika działania. Jak wiadomo, struktura aktywnego centrum enzymu jest komplementarna do struktury jego substratu. Dlatego enzym ze wszystkich substancji obecnych w komórce selekcjonuje i przyłącza tylko swój substrat. Enzymy charakteryzują się swoistością nie tylko w stosunku do substratu, ale także w stosunku do drogi przemiany substratu. Enzymy mają swoistość absolutną, względną i stereochemiczną. 7.3.2. Bezwzględna specyficzność- selektywna zdolność enzymu do katalizowania tylko jednej z możliwych przemian jednego substratu. Można to wyjaśnić komplementarnością konformacyjną i elektrostatyczną cząsteczek substratu i enzymu. Na przykład, enzym arginaza katalizuje tylko hydrolizę aminokwasu argininy, enzym ureaza katalizuje tylko rozszczepienie mocznika i nie działa na inne substraty. 7.3.3. Względna specyficzność- selektywna zdolność enzymu do katalizowania tego samego typu przekształceń substratów o podobnej strukturze. Takie enzymy działają na te same grupy funkcyjne lub na ten sam typ wiązań w cząsteczkach substratu. Na przykład różne enzymy hydrolityczne działają na pewien rodzaj wiązań: amylaza – na wiązaniach glikozydowych; pepsyna i trypsyna - na wiązaniach peptydowych; lipaza i fosfolipaza - na wiązaniach estrowych. Działanie tych enzymów rozciąga się na dużą liczbę substratów, co pozwala organizmowi radzić sobie z niewielką ilością enzymów trawiennych – inaczej potrzebowałby znacznie więcej. 7.3.4. Specyficzność stereochemiczna (optyczna)- selektywna zdolność enzymu do katalizowania konwersji tylko jednego z możliwych przestrzennych izomerów substratu. Tak więc większość enzymów ssaków katalizuje konwersję tylko L-izomerów aminokwasów, ale nie D-izomerów. enzymy biorące udział w wymianie monosacharydów, przeciwnie, katalizują konwersję tylko D-, ale nie L-fosfosacharydów. Glikozydazy są specyficzne nie tylko do fragmentu monosacharydu, ale także do charakteru wiązania glikozydowego. Na przykład α-amylaza rozszczepia wiązania α-1,4-glikozydowe w cząsteczce skrobi, ale nie działa na wiązania α-1,2-glikozydowe w cząsteczce sacharozy.

Sekcja 7.4	Podstawowe zasady leżące u podstaw współczesnej klasyfikacji i nazewnictwa enzymów.
7.4.1. Obecnie znanych jest ponad dwa tysiące reakcji chemicznych katalizowanych przez enzymy, a liczba ta stale rośnie. Poruszać się w tak wielu przemianach. istniała pilna potrzeba systematycznej klasyfikacji i nomenklatury, dzięki której każdy enzym mógłby być dokładnie zidentyfikowany. Nomenklatura, która była używana do połowy XX wieku, była bardzo daleka od doskonałości. Naukowcy, odkrywając nowy enzym, nadali mu wybraną przez siebie nazwę, co nieuchronnie prowadziło do zamieszania i wszelkiego rodzaju sprzeczności. Niektóre nazwy okazały się błędne, inne nie mówiły nic o naturze katalizowanej reakcji. Naukowcy z różnych szkół często używali różnych nazw dla tego samego enzymu lub odwrotnie, tej samej nazwy dla kilku różnych enzymów. Postanowiono opracować racjonalną międzynarodową klasyfikację i nomenklaturę enzymów, z której mogliby korzystać biochemicy wszystkich krajów. W tym celu Międzynarodowa Unia Biochemii i Biologii Molekularnej (IUBMB) powołała Komisję ds. Enzymów, która zaproponowała w 1964 r. podstawowe zasady takiej klasyfikacji i nazewnictwa. Jest ona stale udoskonalana i uzupełniana, obecnie obowiązuje już szósta edycja tej nomenklatury (1992), do której corocznie publikowane są suplementy.

7.4.2. Klasyfikacja opiera się na najważniejszej cesze, dzięki której jeden enzym różni się od drugiego - jest to reakcja przez niego katalizowana. Liczba rodzajów reakcji chemicznych jest stosunkowo niewielka, co pozwoliło podzielić wszystkie znane obecnie enzymy na 6 najważniejszych. zajęcia w zależności od rodzaju katalizowanej reakcji. Te zajęcia to:

• oksydoreduktazy (reakcje redoks);
• transferazy (przenoszenie grup funkcyjnych);
• hydrolazy (reakcje rozszczepiania z udziałem wody);
• liazy (zrywanie wiązań bez udziału wody);
• izomerazy (przekształcenia izomeryczne);
• ligazy (synteza z konsumpcją cząsteczek ATP).

7.4.3. Enzymy z każdej klasy są podzielone na podklasy kierując się strukturą podłoży. Podklasy łączą enzymy, które działają na podobnie skonstruowane substraty. Podklasy są podzielone na podklasy v które jeszcze bardziej rygorystycznie dopracowują strukturę grup chemicznych odróżniających od siebie substraty. W ramach podklas wyliczyć poszczególne enzymy. Wszystkie działy klasyfikacji mają swoje własne numery. W ten sposób każdy enzym otrzymuje swój własny, unikalny numer kodu, składający się z czterech liczb oddzielonych kropkami. Pierwsza liczba to klasa, druga to podklasa, trzecia to podklasa, a czwarta to numer enzymu w podklasie. Na przykład enzym α-amylaza, który rozkłada skrobię, jest oznaczony jako 3.2.1.1, gdzie:
3 - rodzaj reakcji (hydroliza);
2 — rodzaj wiązania w podłożu (glikozydowe);
1 - rodzaj wiązania (O-glikozydowy);
1 to numer enzymu w podklasie

Opisany powyżej sposób numerowania dziesiętnego ma jedną ważną zaletę: pozwala ominąć główną niedogodność kompleksowego wyliczania enzymów, a mianowicie konieczność zmiany numerów wszystkich kolejnych enzymów, gdy nowo odkryty enzym zostanie włączony do Lista. Nowy enzym można umieścić na końcu odpowiedniej podklasy bez naruszania reszty numeracji. W ten sam sposób, gdy wyróżnia się nowe klasy, podklasy i podklasy, można je dodawać bez naruszania kolejności numeracji wcześniej ustalonych podpodziałów. Jeżeli po otrzymaniu nowych informacji konieczna będzie zmiana numerów niektórych enzymów, stare numery nie są przypisywane nowym enzymom, aby uniknąć nieporozumień.

Mówiąc o klasyfikacji enzymów, należy również zauważyć, że enzymy są klasyfikowane nie jako pojedyncze substancje, ale jako katalizatory niektórych przemian chemicznych. Enzymy izolowane z różnych źródeł biologicznych i katalizujące identyczne reakcje mogą znacznie różnić się strukturą pierwotną. Jednak na liście klasyfikacyjnej wszystkie pojawiają się pod tym samym numerem kodu.

Tak więc znajomość numeru kodu enzymu pozwala:

• rozwiązać niejasności, jeśli różni badacze używają tej samej nazwy dla różnych enzymów;
• usprawnić wyszukiwanie informacji w bazach literatury;
• uzyskać dodatkowe informacje o sekwencji aminokwasów, strukturze przestrzennej enzymu oraz genach kodujących białka enzymów w innych bazach danych.

sekcja 7.5

Pojęcie systematycznej i roboczej nazwy enzymu, ich zastosowanie.

7.5.1. System klasyfikacji opracowany przez Komisję ds. Enzymów obejmuje również nowo utworzoną nomenklaturę enzymów, zbudowaną na specjalnych zasadach. Zgodnie z zaleceniami IUBMB enzymy otrzymują dwa rodzaje nazw: systematyczne i działające (zalecane).

7.5.2. Nazwa systematyczna składa się z dwóch części. Pierwsza część zawiera nazwę substratu lub substratów, często nazwę koenzymu, druga część wskazuje na charakter katalizowanej reakcji oraz zawiera nazwę klasy, do której należy enzym. W razie potrzeby dodatkowe informacje o reakcji podaje się w nawiasach po drugiej części nazwy. Nazwa systematyczna jest przypisywana tylko tym enzymom, których działanie katalityczne jest w pełni zrozumiałe.

Na przykład systematyczna nazwa α-amylazy to 1,4-α-D-glukan-glukanohydrolaza . Oczywiście taka nazwa jest bardzo niewygodna do zapamiętywania i wymowy. Dlatego oprócz systematycznych, Komisja Enzymów IUBMB zaleca stosowanie roboczych (uproszczonych) nazw enzymów.

7.5.3. tytuł roboczy enzym musi być wystarczająco krótki do spożycia. W niektórych przypadkach nazwa trywialna może być używana jako nazwa robocza, jeśli nie jest błędna lub niejednoznaczna. W innych przypadkach opiera się na tych samych ogólnych zasadach, co nazwa systematyczna, ale z minimalnymi szczegółami. Konkretne przykłady systematycznych i roboczych nazw enzymów podano w następnej części tego tematu kursu. W publikacjach naukowych zwyczajowo przy pierwszej wzmiance o enzymie podaje się jego nazwę systematyczną i numer kodowy, a następnie używa się jego nazwy roboczej.

7.5.4. Podstawowe zasady konstruowania systematycznych i roboczych nazw różnych klas enzymów:

Oksydoreduktaza

Nazwa systematyczna enzymy tej klasy są zbudowane według schematu dawca: akceptor - oksydoreduktaza. Według trywialnej nomenklatury oksydoreduktazy, które abstrahują atomy wodoru lub elektrony i przenoszą je na dowolny akceptor inny niż tlen, są nazywane dehydrogenazy. Nazywa się oksydoreduktazy, które wykorzystują tlen jako akceptor atomów wodoru lub elektronów oksydazy. Niektóre enzymy, które charakteryzują się głównie działaniem redukującym, nazywane są reduktaza. Wszystkie powyższe nazwy można wykorzystać do budowy tytuł roboczy oksydoreduktaza.

Transferazy

Nazwa systematyczna enzymy przyspieszające takie reakcje są w formie dawca: akceptor (grupa transportowa) transferaza. V tytuł roboczy zazwyczaj podaje się tylko jeden konkretny substrat lub produkt wraz z nazwą transportowanej grupy.

Hydrolazy

Nazwa systematyczna sporządzone w formie hydrolaza substratowa. W przypadku hydrolaz, które specyficznie odszczepiają pewną grupę, ta grupa może być wskazana jako przedrostek. tytuł roboczy najczęściej składa się z nazwy hydrolizowalnego podłoża z dodatkiem końcówki -aza. Należy jednak zaznaczyć, że ze względu na dość złożony i często nie do końca ujawniony charakter specyfiki wielu hydrolaz, nie zawsze jest możliwe nadanie im systematycznej nazwy. W takich przypadkach zaleca się używanie nazw empirycznych przypisanych im podczas pierwszego opisu. Tak więc enzymy takie jak pepsyna, papaina, trombina.

Liase

Nazwa systematyczna enzymy budowane są według schematu: liaza grupowa rozszczepiająca substrat. Aby określić, która grupa jest odszczepiana, stosuje się przedrostki „karboksy-”, „amoniak”, „hydro-” itp. Jak tytuły robocze enzymy zachowują trywialne nazwy, takie jak „dekarboksylaza”, „aldolaza”, „dehydrataza”, „desulfhydraza”. Liazy są podzielone na podklasy w zależności od charakteru zerwanych wiązań.

Izomerazy

Nazwa systematyczna enzymy zawiera nazwę substratu i słowo izomeraza, poprzedzone wskazaniem rodzaju reakcji izomeryzacji. Tytuły robocze są podobne (z pewnymi uproszczeniami) do nazw systematycznych.

Ligazy

Nazwa systematyczna powstaje z nazw łączonych podłoży w połączeniu ze słowem ligaza. W nawiasach podano produkt powstały w wyniku hydrolizy trifosforanu nukleozydu (np. ADP lub AMP). tytuł roboczy enzymy tej klasy są zwykle tworzone od nazwy produktu reakcji w połączeniu ze słowem syntetaza.

Rekomendacje. Zapoznając się w przyszłości z różnymi reakcjami enzymatycznymi, zawsze analizuj charakter zmian zachodzących w substratach i staraj się określić przynajmniej klasę enzymu katalizującego reakcję. Przeanalizuj również nazwy enzymów i skoreluj je z procesami zachodzącymi w reakcjach. Ułatwi to zapamiętanie nazw enzymów i katalizowanych przez nie przemian oraz pozwoli poświęcić więcej czasu na zrozumienie biologicznej roli badanych procesów.

Sekcja 7.6.1	OKSYDOREDUKTAZY.
Do klasy oksydoreduktaza obejmują enzymy katalizujące reakcje redoks. Ich ogólny schemat można przedstawić w następujący sposób: gdzie AH2 jest donorem wodoru, a B jest akceptorem wodoru. W organizmach żywych utlenianie odbywa się głównie poprzez odszczepianie atomów wodoru lub elektronów od substratów dawców. Akceptorami atomów wodoru lub elektronów mogą być różne substancje - koenzymy (NAD, NADP, FAD, FMN, glutation, kwas liponowy, ubichinon), cytochromy. białka żelazowo-siarkowe i tlen. Podklasy oksydoreduktaz powstają w zależności od charakteru grupy funkcyjnej donora wodoru (elektronów). Łącznie istnieje 19 podklas. Najważniejsze z nich to: Oksydoreduktazy działające na grupę donorów CH-OH. Enzymy należące do tej podklasy utleniają grupy alkoholowe do grup aldehydowych lub ketonowych. Przykładem jest enzym dehydrogenaza alkoholowa (alkohol: NAD-oksydoreduktaza; EC 1.1.1.1). bierze udział w metabolizmie etanolu w tkankach: Oprócz utleniania alkoholi enzymy tej podklasy biorą udział w odwodornianiu hydroksykwasów (mlekowego, jabłkowego, izocytrynowego), monosacharydów i innych związków zawierających grupy hydroksylowe. Oksydoreduktazy działające na grupę aldehydową lub ketonową donorów. Enzymy te utleniają aldehydy i ketony do kwasów karboksylowych. Na przykład przedstawiciel tej podklasy - dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanowa (D-gliceraldehydo-3-fosforan: NAD-oksydoreduktaza (fosforylacja), EC 1.2.1.12) - katalizuje jedną z pośrednich reakcji rozkładu glukozy: Należy zauważyć, że produkt tej reakcji zawiera bogate w energię wiązanie fosforanowe na 1. pozycji. Reszta kwasu fosforowego tworząca to wiązanie może być przeniesiona z 1,3-difosfoglicerynianu do ADP z wytworzeniem ATP (patrz poniżej). Oksydoreduktazy działające na grupę dawców CH-CH. W wyniku katalizowanych przez nie reakcji grupy CH-CH są przekształcane w grupy C=C. czyli tworzenie się związków nienasyconych z nasyconych. Na przykład enzym cyklu kwasów trikarboksylowych dehydrogenaza bursztynianowa (bursztynian:akceptor - oksydoreduktaza, EC 1.3.99.1) przyspiesza utlenianie kwasu bursztynowego z wytworzeniem nienasyconego kwasu fumarowego: Oksydoreduktazy działające na CH-NH2 - grupa dawców. Enzymy te katalizują deaminację oksydacyjną aminokwasów i amin biogennych. W tym przypadku aminy są przekształcane w aldehydy lub ketony, aminokwasy w ketokwasy i uwalniany jest amoniak. Więc, dehydrogenaza glutaminianowa (L-glutaminian: NAD(P) - oksydoreduktaza (deaminująca), EC 1.4.1.3) bierze udział w następujących przemianach glutaminianu: Oksydoreduktazy działające na grupy dawców zawierające siarkę, katalizują utlenianie grup tiolowych (sulfhydrylowych) do disiarczków i siarczynów do siarczanów. Przykładem enzymu jest dehydrogenaza dihydrolipoilowa (EC 1.8.1.4), katalizujący jedną z reakcji pośrednich dekarboksylacji oksydacyjnej pirogronianu: Oksydoreduktazy działające na nadtlenek wodoru jako akceptor, są stosunkowo nieliczne i są pogrupowane w osobną podklasę, znaną również pod trywialną nazwą peroksydazy. Przykładem enzymu jest Peroksydaza glutationowa (glutation: H2 O2 - oksydoreduktaza. EC 1.11.1.9), zaangażowany w inaktywację nadtlenku wodoru w erytrocytach, wątrobie i niektórych innych tkankach: Oksydoreduktazy działające na parę dawców z włączeniem tlenu cząsteczkowego, lub monooksygenazy - enzymy, które katalizują utlenianie związków organicznych tlenem cząsteczkowym, prowadząc do włączenia jednego z atomów tlenu w cząsteczki tych związków. W tym przypadku drugi atom tlenu zawarty jest w cząsteczce wody. Tak więc reakcja konwersji fenyloalaniny do tyrozyny jest katalizowana fenyloalanino-4-monooksygenaza (PN 1.14.16.1): U niektórych osób defekt genetyczny tego enzymu powoduje chorobę zwaną fenyloketonurią. Monooksygenazy obejmują również enzym znany jako cytochrom P450 (EC 1.14.14.1) Zawarty jest głównie w komórkach wątroby i przeprowadza hydroksylację obcych dla organizmu związków lipofilowych, powstających jako produkty uboczne reakcji lub dostających się do organizmu z zewnątrz. Na przykład indol, powstały z tryptofanu w wyniku działania mikroorganizmów jelitowych, ulega hydroksylacji w wątrobie według następującego schematu: Pojawienie się grupy hydroksylowej zwiększa hydrofilowość substancji i ułatwia ich późniejsze usuwanie z organizmu. Ponadto cytochrom P450 bierze udział w niektórych etapach konwersji cholesterolu i hormonów steroidowych. Obecność wysoce skutecznego układu cytochromu P450 w organizmach żywych w niektórych przypadkach prowadzi do niepożądanych konsekwencji praktycznych: skraca czas przebywania leków w organizmie człowieka, a tym samym zmniejsza ich działanie terapeutyczne. Oksydoreduktazy działające na jednego dawcę z włączeniem tlenu cząsteczkowego, lub dioksygenaza, katalizują przemiany, w trakcie których w skład utlenionego substratu wchodzą oba atomy cząsteczki O2. Np. w procesie katabolizmu fenyloalaniny i tyrozyny z kwasu homogentyzynowego, w skład którego wchodzą oba atomy tlenu, powstaje maleilacetooctan: Enzym, który katalizuje tę reakcję, nazywa się homogentyzat 1,2-dioksygenazy(KF 1.13.11.5). W niektórych przypadkach dochodzi do wrodzonego niedoboru tego enzymu, co prowadzi do rozwoju choroby zwanej alkaptonuria.

Sekcja 7.6.2	TRANSFERAZY.
Transferazy to klasa enzymów, które katalizują przenoszenie grup funkcyjnych z jednego związku do drugiego. Ogólnie te przekształcenia można zapisać: gdzie X jest przenośną grupą funkcyjną. AX jest dawcą grupowym, B jest akceptorem. Podział na podklasy zależy od charakteru prowadzonych zgrupowań. Transferazy przenoszące fragmenty jednowęglowe. Podklasa ta obejmuje enzymy przyspieszające przenoszenie grup metylowych (-CH3), metylenowych (-CH2-), metenylowych (-CH=), formylowych i pokrewnych. Tak, z udziałem metylotransferazy guanidynooctanu (metylotransferaza octanu S-adenozylometioninguanidyny, EC 2.1.1.2) biologicznie czynna substancja kreatyna jest syntetyzowana: Transferazy przenoszące reszty kwasu karboksylowego (acylotransferazy). Katalizują różne procesy chemiczne związane z przenoszeniem pozostałości różnych kwasów (octowego, palmitynowego itp.) głównie z tioestrów koenzymu A do różnych akceptorów. Przykładem reakcji transacetylacji może być powstanie mediatora acetylocholiny z udziałem acetylotransferaza choliny (acetylo-CoA:cholina-O-acetylotransferaza, EC 2.3.1.6): Transferazy niosące reszty glikozylowe (glikozylotransferazy) katalizują transport reszt glikozylowych z cząsteczek estrów fosforowych do cząsteczek monosacharydów, polisacharydów i innych substancji. Enzymy te w szczególności odgrywają główną rolę w syntezie glikogenu i skrobi, a także w pierwszej fazie ich niszczenia. Kolejny enzym z tej podklasy - UDP-glukuronylotransferaza (UDP-glukuronian-glukuronylotransferaza (niespecyficzna dla akceptora), EC 2.4.1.17) - uczestniczy w procesach neutralizacji endogennych i obcych substancji toksycznych w wątrobie: Transferazy niosące grupy azotowe. Podklasa ta obejmuje: aminotransferaza, przyspieszenie przeniesienia grupy α-aminowej aminokwasów na atom węgla α ketokwasów. Najważniejszym z tych enzymów jest aminotransferaza alaninowa (L-alanina:aminotransferaza 2-oksoglutaranu, EC 2.6.1.2). katalizująca reakcja: Transferazy niosące grupy fosforanowe (fosfotransferazy). Ta grupa enzymów katalizuje procesy biochemiczne związane z transportem reszt kwasu fosforowego do różnych substratów. Procesy te mają ogromne znaczenie dla życia organizmu, gdyż zapewniają konwersję szeregu substancji w organiczne fosfoestry, które wykazują dużą aktywność chemiczną i łatwo wchodzą w kolejne reakcje. Fosfotransferazy, które wykorzystują ATP jako donor fosforanów, nazywane są kinazy . Najpowszechniej stosowanym enzymem jest heksokinaza (ATP: D-heksozo-6-fosfotransferaza. EC 2.7.1.1.), przyspieszający przeniesienie grupy fosforanowej z ATP na monosacharydy: W niektórych przypadkach możliwe jest również odwrotne przeniesienie grupy fosforanowej z substratu do ADP z utworzeniem ATP. Tak, enzym. kinaza fosfoglicerynianowa (ATP: D-3-fosfoglicerynian-1-fosfotransferaza, EC 2.7.2.3) przekształca wcześniej wspomniany (patrz „Oksydoreduktaza”) 1,3-difosfoglicerynian: Podobne reakcje fosforylacji ADP z tworzeniem ATP, związane z przemianą substratu (a nie z przenoszeniem elektronów w łańcuchu oddechowym), nazywane są reakcje fosforylacji substratu. Rola tych reakcji w komórce znacznie wzrasta wraz z brakiem tlenu w tkankach.

Sekcja 7.6.3	HYDROLAZY.
Hydrolazy to klasa enzymów katalizujących reakcje rozszczepiania związków organicznych z udziałem wody (reakcje hydrolizy). Reakcje te przebiegają według następującego schematu: gdzie A-B jest związkiem złożonym, A-H i B-OH są produktami jego hydrolizy. Reakcje tego typu aktywnie zachodzą w ciele; idą wraz z uwolnieniem energii i z reguły są nieodwracalne. W zależności od rodzaju hydrolizowalnego wiązania tworzą się podklasy hydrolaz. Najważniejsze z nich to następujące podklasy: Hydrolazy działające na estry (lub esterazy) hydrolizują estry kwasów karboksylowych, fosforowych, siarkowych i innych. Najszerzej rozpowszechnionym enzymem tej podklasy jest triacyloglicerolipaza (hydrolaza estru glicerolu, EC 3.1.1.3). przyspieszenie hydrolizy acylogliceroli: Inni przedstawiciele esteraz rozszczepiają wiązania estrowe w acetylocholinie (acetylocholinesteraza), fosfolipidach (fosfolipazy), kwasach nukleinowych (nukleazy), estrach fosforoorganicznych (fosfatazach). Hydrolazy działające na wiązania glikozydowe (glikozydazy) przyspieszają reakcje hydrolizy oligo- i polisacharydów, a także innych związków zawierających reszty monosacharydów (np. nukleozydy). Typowym przedstawicielem jest sukraza (β-D-fruktofuranozyd-fruktohydrolaza, EC 3.2.1.26). katalizowanie rozkładu sacharozy: Hydrolazy działające na wiązania peptydowe (peptydazy) katalizują reakcje hydrolizy wiązań peptydowych w białkach i peptydach. Ta grupa obejmuje pepsyna, trypsyna, chymotrypsyna, katepsyna i inne enzymy proteolityczne. Hydroliza wiązań peptydowych przebiega według następującego schematu: Hydrolazy działające na wiązania C-N inne niż peptydowe, - enzymy przyspieszające hydrolizę amidów kwasów organicznych. Członek tej podklasy - glutaminaza (L-glutamylo-amidohydrolaza, EC 3.5.1.2) – bierze udział w utrzymaniu stanu kwasowo-zasadowego organizmu, katalizując hydrolizę glutaminy w nerkach:

Sekcja 7.6.4	Liasy.
Liazy to klasa enzymów, które katalizują niehydrolityczne reakcje rozszczepiania substratu z utworzeniem wiązań podwójnych lub odwrotnie, addycją w miejscu pęknięcia wiązania podwójnego. Ogólny schemat tych reakcji: gdzie A-B jest substratem, A i B są produktami reakcji. W wyniku takich reakcji często uwalniane są proste substancje, na przykład CO2, NH3, H2 O. Liazy węgiel-węgiel katalizować zerwanie wiązania między dwoma atomami węgla. Wśród nich najważniejsze są: karboksylazy (dekarboksylazy), pod wpływem której odbywa się dekarboksylacja a-keto i aminokwasów, liazy ketokwasów , które zawierają syntazę cytrynianu, liazy aldehydowe (aldolazy). Te ostatnie obejmują aldolaza difosforanu fruktozy (liaza fruktozo-1,6-difosforanowo-D-gliceroaldehydo-3-fosforanowa, EC 4.1.2.13), katalizująca reakcję: Liazy tlenowo-węglowe katalizować zerwanie wiązań między atomami węgla i tlenu. Podklasa ta obejmuje głównie: hydroliazy, zaangażowany w reakcje odwodnienia i nawodnienia. Przykładem może być dehydrataza serynowa (hydroliaza L-seryny (deaminująca), EC 4.2.1.3), która przekształca: Czasami tytuł roboczy może być oparty na luzie przy użyciu terminu „hydrataza”. Tak więc dla enzymu hydroliazy L-jabłczanu L-jabłczanu w cyklu kwasów trikarboksylowych (EC 4.2.1.2) nazwa „hydrataza fumaranowa”: Liazy węglowo-azotowe uczestniczyć w eliminacji grup zawierających azot. Przedstawicielem tej podklasy jest liaza amoniakalna histydyny (L-histydyno-amonia-liaza, EC 4.3.1.3), biorący udział w deaminacji histydyny: Liazy węglowo-siarkowe katalizować eliminację grup sulfhydrylowych. Podklasa ta obejmuje: desulfhydraza aminokwasy zawierające siarkę, na przykład, desulfhydraza cysteinowa (L-cysteina-siarkowodór-liaza (deaminująca), EC 4.4.1.1).

Sekcja 7.6.5	IZOMERAZY.
Izomerazy to klasa enzymów, które przyspieszają procesy przemian wewnątrzcząsteczkowych z tworzeniem izomerów. Schematycznie reakcje tego typu można przedstawić w następujący sposób: gdzie A i A” są izomerami. Izomerazy to stosunkowo niewielka klasa enzymów, dzieli się na następujące podklasy w zależności od rodzaju katalizowanej reakcji izomeryzacji: Racemasy i epimerazy katalizują wzajemne przekształcenie izomerów zawierających asymetryczne atomy węgla. Racemazami zwane enzymami, które działają na substraty z jednym asymetrycznym atomem, na przykład przekształcając L-aminokwasy w D-aminokwasy. Jednym z tych enzymów jest racemaza alaninowa (racemaza alaninowa. EC 5.1.1.1), katalizująca reakcję: Epimerazy zwane enzymami, które działają na substraty z kilkoma asymetrycznymi atomami węgla. Te enzymy obejmują Epimeraza UDP-glukozy (UDP-glukozo-4-epimeraza, EC 5.1.3.2). uczestnicząc w procesach wzajemnej konwersji cukrów prostych: Izomeraza cis-trans - enzymy powodujące zmianę konfiguracji geometrycznej w stosunku do wiązania podwójnego. Przykładem takiego enzymu jest izomeraza maleiloacetooctanu (izomeraza maleiloacetooctanu-cis-trans, EC 5.2.1.2), zaangażowana w katabolizm fenyloalaniny i tyrozyny oraz przekształcająca acetooctan maleilu (patrz 4.6.1) w fumaryloacetooctan: Oksydoreduktazy wewnątrzcząsteczkowe - izomerazy, które katalizują wzajemne przemiany aldozy i ketozy. W tym przypadku grupa CH-OH jest utleniana z równoczesną redukcją sąsiedniej grupy C=O. Więc, izomeraza fosforanu triozy (D-gliceraldehydo-3-fosforan-ketol-izomeraza, EC 5.3.1.1) katalizuje jedną z reakcji metabolizmu węglowodanów: Izomerazy obejmują również transferazy wewnątrzcząsteczkowe, przeprowadzenie przeniesienia jednej grupy z jednej części cząsteczki substratu do innej części tej samej cząsteczki, oraz liazy wewnątrzcząsteczkowe, katalizujące reakcje decyklizacji, a także przekształcenie jednego typu pierścienia w inny. Należy podkreślić, że nie wszystkie procesy biochemiczne. powodujące izomeryzację są katalizowane przez izomerazy. W ten sposób izomeryzacja kwasu cytrynowego do izopimonu zachodzi przy udziale enzymu hydrataza togoniowata (hydroliaza cytrynianowa (izocytrynianowa), EC 4.2.1.3), która katalizuje reakcje odwodnienia-hydratacji z pośrednim tworzeniem kwasu cis-akonitowego:

Sekcja 7.6.6	LIGAZY.
Ligazy - klasa enzymów, które katalizują syntezę związków organicznych z aktywowanych przez rozpad materiałów wyjściowych ATP (lub GTP, UTP, CTP). W przypadku enzymów tej klasy zachowana jest również trywialna nazwa syntetaza. V dlatego zgodnie z zaleceniami IUBMB termin „syntetazy” nie powinien być stosowany do enzymów, które nie zawierają trifosforanów nukleozydów. Reakcje katalizowane przez ligazy (syntetazy) przebiegają według schematu: , gdzie A i B są substancjami oddziałującymi; A-B - substancja powstała w wyniku interakcji. Ponieważ w wyniku działania tych enzymów powstają nowe wiązania chemiczne, w zależności od charakteru nowo powstałych wiązań powstają podklasy klasy VI. Ligazy tworzące wiązania węgiel-tlen. Należą do nich grupa enzymów znanych jako ligazy aminokwasowo-tRNA (syntetazy aminoacylo-tRNA). które katalizują reakcje interakcji między aminokwasami i odpowiednimi transportowymi RNA. W reakcjach tych powstają aktywne formy aminokwasów, które mogą uczestniczyć w procesie syntezy białek na rybosomach. Przykładem enzymu jest syntetaza tyrozylo-tRNA (L-tyrozyna: ligaza tRNA (tworzenie AMP), EC 6.1.1.1), biorący udział w reakcji: tworzące się ligazy wiązania węgiel-siarka. Ta podklasa jest reprezentowana przede wszystkim przez enzymy, które katalizują tworzenie tioestrów kwasów tłuszczowych z koenzymem A. Przy udziale tych enzymów syntetyzuje się acylo-CoA - aktywne formy kwasów tłuszczowych, które mogą wchodzić w różne reakcje biosyntezy i rozkładu. Rozważmy jedną z reakcji aktywacji kwasów tłuszczowych zachodzących w obecności enzymu syntetazy acylo-CoA (kwas karboksylowy: koenzym A-ligaza (tworzenie AMP). EC 6.2.1.2): Ligazy tworzące wiązania węgiel-azot katalizują liczne reakcje wprowadzania grup zawierających azot do związków organicznych. Przykładem może być syntetaza glutaminy (L-glutamina:y-ligaza amoniakalna (tworzenie ADP), EC 6.3.1.2). zaangażowany w neutralizację toksycznego produktu przemiany materii - amoniaku - w reakcji z kwasem glutaminowym: Ligazy tworzące wiązania węgiel-węgiel. Spośród tych enzymów najbardziej przebadanych karboksylaza, zapewniając karboksylację szeregu związków, co skutkuje wydłużeniem łańcuchów węglowych. Najważniejszym członkiem tej klasy jest karboksylaza pirogronianowa (pirogronian:ligaza CO2 (tworząca ADP), EC 6.4.1.1), przyspieszająca tworzenie szczawiooctanu, kluczowego związku w cyklu kwasów trikarboksylowych i biosyntezie węglowodanów: Przypomnijmy, że reakcje z udziałem ATP są katalizowane nie tylko przez enzymy klasy VI, ale także przez niektóre enzymy klasy II (fosfotransferazy lub kinazy). Ważne jest, aby móc rozróżnić te typy reakcji. Różnica polega na tym, że w reakcjach transferazy ATP jest donor grupy fosforanowej , dlatego w wyniku tych reakcji nie następuje uwolnienie H3 PO4 (patrz przykłady powyżej). Wręcz przeciwnie, w reakcjach syntetazy ATP służy Źródło energii , uwalniany podczas jej hydrolizy, więc jednym z produktów takiej reakcji będzie nieorganiczny orto- lub pirofosforan.

Sekcja 7.7.1	Zasady pracy z enzymami
Enzymy, podobnie jak wszystkie białka, są substancjami stosunkowo niestabilnymi. Łatwo ulegają denaturacji i inaktywacji. Dlatego podczas pracy z nimi muszą być spełnione pewne warunki. Gdy przedmiot badań jest przechowywany dłużej niż kilka godzin w temperaturze pokojowej, enzym jest prawie całkowicie dezaktywowany. Dlatego analizę określającą aktywność enzymu należy przeprowadzić jak najszybciej. Jeśli to konieczne, długoterminowe przechowywanie jest możliwe, jeśli roztwór enzymu suszy się ze stanu zamrożonego pod wysoką próżnią (liofilizacja). W tym przypadku enzym prawie całkowicie zachowuje swoją aktywność podczas dalszego przechowywania w temperaturze pokojowej. Niektóre enzymy są dobrze zachowane w stężonych roztworach soli, na przykład w nasyconym siarczanie amonu (proces wysalania). W razie potrzeby osad enzymu można odwirować i rozpuścić w soli fizjologicznej lub odpowiednim buforze. W razie potrzeby nadmiar soli można usunąć za pomocą dializy. Należy pamiętać o wrażliwości enzymów na wahania pH podłoża. Poza kilkoma wyjątkami większość enzymów jest inaktywowana w roztworach o pH poniżej 5 lub powyżej 9, a optymalne działanie enzymów pojawia się w obszarze kilku lub dziesiątych jednostek pH. Zaleca się bardzo dokładne oznaczanie pH roztworów buforowych stosowanych podczas pracy z enzymami za pomocą pehametru. Enzymy są łatwo niszczone przez silne odczynniki: kwasy, zasady, utleniacze, sole metali ciężkich. Konieczna jest praca z chemicznie czystymi odczynnikami i wodą podwójnie destylowaną, ponieważ nawet niewielkie zanieczyszczenie odczynników, zwłaszcza domieszką metali, które mogą pełnić funkcję modulatorów, prowadzi do zmiany aktywności enzymu. Podczas pracy z enzymami, bardziej niż gdziekolwiek indziej, obowiązkowe jest ścisłe przestrzeganie standaryzacji warunków badawczych: precyzyjne utrzymanie reżimów temperatury i czasu, stosowanie odczynników z tej samej partii, a przy zmianie odczynników konieczna jest kalibracja danych uzyskany ponownie. Jeżeli kolor rozwijający się w reakcji barwnej jest niestabilny w czasie, należy ściśle przestrzegać czasu fotometrii. Zaleca się pracę w warunkach dostatecznego nasycenia enzymu substratem, gdyż ta okoliczność znacząco wpływa na efekt końcowy, brak substratu niweluje różnice pomiędzy wariantami. Podczas pracy z enzymami należy wziąć pod uwagę specyficzne dla danego narządu spektrum izoenzymów. Często ta specyfika wpływa na warunki, w jakich działa enzym. Na przebieg reakcji może wpływać różne powinowactwo do substratu, różna wrażliwość na pH, charakterystyczna dla izoenzymów danego narządu lub tkanki. Konieczne jest przeniesienie metody badania aktywności enzymu z jednego obiektu na drugi (na przykład z surowicy do tkanki lub z jednego narządu do drugiego) z najwyższą ostrożnością, biorąc pod uwagę wszystkie znane dane dotyczące enzymu i jego wielu form, jak a także uważne sprawdzenie wyników. W celu szerokiego wprowadzenia różnych reakcji biochemicznych (enzymatycznych) wprowadza się automatyzację najbardziej powszechnie uznanych i niezbędnych analiz oraz ujednolicenie i standaryzację badań laboratoryjnych. Jest to racjonalne i konieczne zarówno w celu poprawy dokładności i jakości pobierania próbek, jak i porównania danych uzyskanych w różnych laboratoriach. Powszechnie przyjmuje się również, że wraz z badaną patologią wymagane jest równoległe badanie kontroli fizjologicznej - grupa praktycznie zdrowych w celu ustalenia normalnych, fizjologicznych fluktuacji. Rozumiejąc względność pojęcia „wartości normalnej”, należy przyjąć, że w celu zidentyfikowania różnic w patologii i oceny znaku patologicznego za „normę” przyjmuje się zwykle średnią arytmetyczną M ± 1σ lub 2σ (przy normalnej rozkład Gaussa), w zależności od stopnia fluktuacji wskaźnika.

Sekcja 7.7.2	Zasady określania aktywności enzymów w materiale biologicznym.
5.6.2. Unikalną właściwość enzymów do przyspieszania reakcji chemicznych można wykorzystać do ilościowego określenia zawartości tych biokatalizatorów w materiale biologicznym (ekstrakt tkankowy, surowica krwi itp.). W prawidłowo dobranych warunkach doświadczalnych prawie zawsze istnieje proporcjonalność między ilością enzymu a szybkością katalizowanej reakcji, dlatego aktywność enzymu można wykorzystać do oceny jego ilościowej zawartości w badanej próbce. Pomiar aktywności enzymatycznej opiera się na porównaniu szybkości reakcji chemicznej w obecności aktywnego biokatalizatora z szybkością reakcji w roztworze kontrolnym, w którym enzym nie występuje lub jest inaktywowany. Badany materiał umieszcza się w pożywce inkubacyjnej, gdzie powstaje optymalna temperatura, pH pożywki, stężenia aktywatorów i substratów. Jednocześnie umieszczana jest próbka kontrolna, do której nie dodaje się enzymu. Po pewnym czasie reakcja zostaje zatrzymana poprzez dodanie różnych odczynników (zmiana pH podłoża, spowodowanie denaturacji białek itp.) i analiza próbek. Aby określić szybkość reakcji enzymatycznej, musisz wiedzieć: różnica w stężeniach substratu lub produktu reakcji przed i po inkubacji; czas inkubacji; ilość materiału pobranego do analizy. Aktywność enzymu ocenia się najczęściej na podstawie ilości powstałego produktu reakcji. Odbywa się to np. przy określaniu aktywności aminotransferazy alaninowej, która katalizuje następującą reakcję: Aktywność enzymatyczną można również obliczyć na podstawie ilości zużytego substratu. Przykładem jest metoda oznaczania aktywności α-amylazy, enzymu rozkładającego skrobię. Mierząc zawartość skrobi w próbce przed i po inkubacji oraz obliczając różnicę, określa się ilość rozszczepionego substratu podczas inkubacji.

Sekcja 7.7.3	Metody pomiaru aktywności enzymatycznej
Istnieje wiele metod pomiaru aktywności enzymów, różniących się techniką, specyficznością i czułością. Najczęściej używane do określenia metody fotoelektrokolorymetryczne . Metody te opierają się na reakcjach barwnych z jednym z produktów działania enzymu. W tym przypadku intensywność koloru otrzymanych roztworów (mierzona na kolorymetrze fotoelektrycznym) jest proporcjonalna do ilości otrzymanego produktu. Na przykład w trakcie reakcji katalizowanych przez aminotransferazy gromadzą się α-ketokwasy, które dają czerwono-brązowe związki z 2,4-dinitrofenylohydrazyną: Jeżeli badany biokatalizator ma niską specyficzność działania, to możliwe jest dobranie takiego substratu, w wyniku reakcji, z którą powstaje barwny produkt. Przykładem jest oznaczenie fosfatazy alkalicznej, enzymu szeroko rozpowszechnionego w tkankach człowieka, którego aktywność w osoczu krwi zmienia się istotnie w chorobach wątroby i układu kostnego. Enzym ten w środowisku alkalicznym hydrolizuje dużą grupę estrów fosforanowych, zarówno naturalnych, jak i syntetycznych. Jednym z podłoży syntetycznych jest fosforan paranitrofenylu (bezbarwny), który w środowisku alkalicznym rozpada się na ortofosforan i paranitrofenol (żółty). Postęp reakcji można obserwować mierząc stopniowo zwiększającą się intensywność barwy roztworu: Dla enzymów o dużej specyficzności działania taki dobór substratów jest z reguły niemożliwy. Metody spektrofotometryczne opierają się na zmianie widma ultrafioletowego chemikaliów biorących udział w reakcji. Większość związków pochłania promienie ultrafioletowe, a zaabsorbowane długości fal są charakterystyczne dla pewnych grup atomów obecnych w cząsteczkach tych substancji. Reakcje enzymatyczne powodują przegrupowania wewnątrzcząsteczkowe, w wyniku których zmienia się widmo ultrafioletowe. Zmiany te można rejestrować na spektrofotometrze. Na przykład metody spektrofotometryczne określają aktywność enzymów redoks zawierających NAD lub NADP jako koenzymy. Te koenzymy działają jako akceptory lub donory atomów wodoru, a zatem ulegają redukcji lub utlenianiu w procesach metabolicznych. Zredukowane formy tych koenzymów mają widmo ultrafioletowe z maksimum absorpcji przy 340 nm, formy utlenione nie mają tego maksimum. Tak więc pod wpływem dehydrogenazy mleczanowej na kwas mlekowy wodór jest przenoszony do NAD, co prowadzi do zwiększenia absorpcji NADH przy 340 nm. Wartość tej absorpcji w jednostkach optycznych jest proporcjonalna do ilości powstałej zredukowanej formy koenzymu. Zmieniając zawartość zredukowanej formy koenzymu można określić aktywność enzymu. Metody fluorometryczne. Metody te opierają się na zjawisku fluorescencji, które polega na tym, że badany obiekt pod wpływem napromieniowania emituje światło o krótszej długości fali. Metody fluorometryczne oznaczania aktywności enzymatycznej są bardziej czułe niż metody spektrofotometryczne. Stosunkowo nowe i jeszcze bardziej wrażliwe są metody chemiluminescencyjne przy użyciu systemu lucyferyna-lucyferaza. Takie metody pozwalają na określenie szybkości reakcji zachodzących przy tworzeniu ATP. Gdy lucyferyna (złożony kwas karboksylowy) wchodzi w interakcję z ATP, powstaje adenylan lucyferylu. Związek ten jest utleniany przy udziale enzymu lucyferazy, czemu towarzyszy błysk światła. Mierząc intensywność błysków światła można określić ilość ATP rzędu kilku pikomoli (10-12 mol). Metody miareczkowe . Licznym reakcjom enzymatycznym towarzyszy zmiana pH mieszaniny inkubacyjnej. Przykładem takiego enzymu jest lipaza trzustkowa. Lipaza katalizuje reakcję: Powstałe kwasy tłuszczowe można miareczkować, a ilość zasady użytej do miareczkowania będzie proporcjonalna do ilości uwolnionych kwasów tłuszczowych, a w konsekwencji do aktywności lipazy. Określenie aktywności tego enzymu ma znaczenie kliniczne. Metody pomiarowe opierają się na pomiarze w zamkniętym naczyniu reakcyjnym objętości gazu uwolnionego (lub zaabsorbowanego) podczas reakcji enzymatycznej. Za pomocą takich metod odkryto i zbadano reakcje oksydacyjnej dekarboksylacji kwasów pirogronowego i α-ketoglutarowego, które zachodzą wraz z uwalnianiem CO2. Obecnie metody te są rzadko stosowane.

Sekcja 7.7.4	Jednostki aktywności enzymów i ich zastosowanie.
Międzynarodowa Komisja Enzymatyczna zaproponowała: jednostka działalności dowolnego enzymu do przyjęcia takiej ilości enzymu, która w danych warunkach katalizuje konwersję jednego mikromola (10-6 moli) substratu na jednostkę czasu (1 min, 1 godzina) lub jednego mikrorównoważnika danej grupy w przypadkach gdzie więcej niż jedna grupa w każdej cząsteczce substratu jest atakowana (białka, polisacharydy i inne). Należy podać temperaturę, w której prowadzi się reakcję. Wyniki pomiarów aktywności enzymów można wyrazić w jednostkach aktywność całkowita, specyficzna i molekularna. Za jednostkę całkowita aktywność enzymatyczna na podstawie ilości materiału pobranego do badań. Tak więc aktywność aminotransferazy alaninowej w wątrobie szczurów wynosi 1670 μmol pirogronianu na godzinę na 1 g tkanki; Aktywność cholinesterazy w ludzkiej surowicy wynosi 250 μmol kwasu octowego na godzinę na 1 ml surowicy w 37°C. Szczególnej uwagi badacza wymagają wysokie wartości aktywności enzymatycznej zarówno w stanach normalnych, jak i patologicznych. Zaleca się pracę przy niskim poziomie aktywności enzymów. Aby to zrobić, źródło enzymu pobiera się w mniejszej ilości (surowicę kilkakrotnie rozcieńcza się solą fizjologiczną, a dla tkanki przygotowuje się homogenat o mniejszej zawartości procentowej). W stosunku do enzymu powstają w tym przypadku warunki nasycenia substratem, co przyczynia się do manifestacji jego prawdziwej aktywności. Całkowitą aktywność enzymatyczną oblicza się ze wzoru: gdzie a- aktywność enzymatyczna (całkowita), C- różnica w stężeniach substratu przed i po inkubacji; V- ilość materiału pobranego do analizy, T- czas inkubacji; n- hodowla. Należy pamiętać, że wskaźniki aktywności enzymów w surowicy krwi i moczu, badane do celów diagnostycznych, są wyrażone w jednostkach całkowitej aktywności. Ponieważ enzymy są białkami, ważne jest, aby znać nie tylko całkowitą aktywność enzymu w badanym materiale, ale także aktywność enzymatyczną białka obecnego w próbce. Za jednostkę konkretna czynność weź taką ilość enzymu, która katalizuje konwersję 1 μmol substratu na jednostkę czasu na 1 mg próbki białka. Aby obliczyć aktywność właściwą enzymu, konieczne jest podzielenie całkowitej aktywności przez zawartość białka w próbce: Im gorzej oczyszczony enzym, im więcej obcych białek balastowych w próbce, tym niższa aktywność właściwa. Podczas oczyszczania ilość takich białek maleje, a zatem wzrasta specyficzna aktywność enzymu. Załóżmy, że w oryginalnym materiale biologicznym, który jest źródłem enzymu (rozdrobniona wątroba, gnojowica z tkanki roślinnej), aktywność właściwa wynosiła 0,5 µmol/(mg białka×min). Po frakcyjnym strącaniu siarczanem amonu i filtracji żelowej przez Sephadex wzrosła do 25 µmol/(mg białka×min), tj. zwiększona 50 razy. Ocena skuteczności oczyszczania preparatów enzymatycznych znajduje zastosowanie w produkcji leków o charakterze enzymatycznym. Specyficzną aktywność określa się, gdy konieczne jest porównanie aktywności różnych preparatów tego samego enzymu. Jeśli konieczne jest porównanie aktywności różnych enzymów, obliczana jest aktywność molekularna. Aktywność molekularna (lub liczba obrotów enzymu) to liczba moli substratu ulegającego przemianie pod działaniem 1 mola enzymu na jednostkę czasu (zwykle 1 minutę). Różne enzymy mają różne aktywności molekularne. Spadek liczby przemian enzymatycznych następuje pod wpływem niekonkurencyjnych inhibitorów. Zmieniając konformację centrum katalitycznego enzymu, substancje te zmniejszają powinowactwo enzymu do substratu, co prowadzi do zmniejszenia liczby cząsteczek substratu reagujących z jedną cząsteczką enzymu w jednostce czasu.

Przykłady	Zadania uczenia się i standardy ich rozwiązania.
1. Zadania 1. Jakie enzymy nazywamy racemasami? 2. Rozszyfruj systematyczną nazwę enzymu (oddzielnie dla każdego z pierwiastków wyróżnionych różnymi kolorami): S-adenozylometionina: transferaza guanidynooctanu metylu? Definiować: a) rodzaj reakcji; b) klasa enzymów; c) podklasa. 2. Standardy decyzyjne 1. Racemasy to enzymy, które katalizują wzajemną konwersję izomerów optycznych zawierających pojedynczy asymetryczny atom węgla (patrz punkt 2.3). 2. Od końca odczytywana jest systematyczna nazwa enzymu. Enzym należy do klasy transferazy katalizuje reakcję transferu grupa metylowa na octan guanidyny (akceptor grup metylowych) z S-adenozylometionina (dawca grupy metylowej) (patrz sekcje 2.2 - 2.3). 3. a) W tej reakcji rozszczepienie substancji bez udziału cząsteczek wody b) Niehydrolityczne rozszczepienie podłoża z wytworzeniem dwóch produktów jest katalizowane enzymy należące do czwartej klasy (liazy) c) Wiązanie pomiędzy pierwszym a drugim atomem węgla zostaje zerwane, co prowadzi do eliminacji grupy karboksylowej w postaci CO2. W związku z tym, podklasa enzymów - liazy węglowo-węglowe(patrz rozdział 2.3).

W komórce każdego żywego organizmu zachodzą miliony reakcji chemicznych. Każdy z nich ma ogromne znaczenie, dlatego tak ważne jest utrzymanie szybkości procesów biologicznych na wysokim poziomie. Prawie każda reakcja jest katalizowana przez własny enzym. Czym są enzymy? Jaka jest ich rola w komórce?

Enzymy. Definicja

Termin „enzym” pochodzi od łacińskiego „fermentum” – zakwas. Można je również nazwać enzymami, od greckiego en zyme „w drożdżach”.

Enzymy są substancjami biologicznie czynnymi, więc żadna reakcja zachodząca w komórce nie może obejść się bez ich udziału. Substancje te działają jak katalizatory. W związku z tym każdy enzym ma dwie główne właściwości:

1) Enzym przyspiesza reakcję biochemiczną, ale nie jest zużywany.

2) Wartość stałej równowagi nie zmienia się, a jedynie przyspiesza osiągnięcie tej wartości.

Enzymy przyspieszają reakcje biochemiczne tysiąc, a w niektórych przypadkach nawet milion razy. Oznacza to, że przy braku aparatu enzymatycznego wszystkie procesy wewnątrzkomórkowe praktycznie ustaną, a sama komórka umrze. Dlatego rola enzymów jako substancji biologicznie czynnych jest wielka.

Różnorodność enzymów pozwala urozmaicić regulację metabolizmu komórkowego. W każdej kaskadzie reakcji bierze udział wiele enzymów różnych klas. Katalizatory biologiczne są wysoce selektywne ze względu na specyficzną konformację cząsteczki. Ponieważ enzymy w większości przypadków mają charakter białkowy, mają strukturę trzeciorzędową lub czwartorzędową. Ponownie tłumaczy się to specyfiką cząsteczki.

Funkcje enzymów w komórce

Głównym zadaniem enzymu jest przyspieszenie odpowiedniej reakcji. Każda kaskada procesów, od rozkładu nadtlenku wodoru do glikolizy, wymaga obecności katalizatora biologicznego.

Prawidłowe działanie enzymów uzyskuje się dzięki wysokiej specyficzności dla danego substratu. Oznacza to, że katalizator może tylko przyspieszyć pewną reakcję, a nie inną, nawet bardzo podobną. W zależności od stopnia specyficzności wyróżnia się następujące grupy enzymów:

1) Enzymy o absolutnej swoistości, gdy katalizowana jest tylko jedna reakcja. Na przykład kolagenaza rozkłada kolagen, a maltaza rozkłada maltozę.

2) Enzymy o względnej specyficzności. Obejmuje to substancje, które mogą katalizować pewną klasę reakcji, takich jak rozszczepienie hydrolityczne.

Praca biokatalizatora rozpoczyna się od momentu przyłączenia jego miejsca aktywnego do podłoża. W tym przypadku mówi się o interakcji uzupełniającej, takiej jak zamek i klucz. Mamy tu na myśli całkowitą zbieżność kształtu centrum aktywnego z podłożem, co umożliwia przyspieszenie reakcji.

Następnym krokiem jest sama reakcja. Jego szybkość wzrasta dzięki działaniu kompleksu enzymatycznego. W końcu otrzymujemy enzym, który jest powiązany z produktami reakcji.

Ostatnim etapem jest oderwanie produktów reakcji od enzymu, po czym centrum aktywne ponownie staje się wolne do następnej pracy.

Schematycznie pracę enzymu na każdym etapie można zapisać w następujący sposób:

1) S + E ——> SE

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, gdzie S to substrat, E to enzym, a P to produkt.

Klasyfikacja enzymów

W ludzkim ciele można znaleźć ogromną liczbę enzymów. Cała wiedza na temat ich funkcji i pracy została usystematyzowana, w wyniku czego pojawiła się jedna klasyfikacja, dzięki której łatwo jest określić, do czego ten lub inny katalizator jest przeznaczony. Oto 6 głównych klas enzymów, a także przykłady niektórych podgrup.

1. Oksydoreduktazy.

Enzymy tej klasy katalizują reakcje redoks. W sumie istnieje 17 podgrup. Oksydoreduktazy mają zwykle część niebiałkową, reprezentowaną przez witaminę lub hem.

Wśród oksydoreduktaz często spotyka się następujące podgrupy:

a) Dehydrogenazy. Biochemia enzymów dehydrogenaz polega na eliminacji atomów wodoru i ich przeniesieniu na inny substrat. Ta podgrupa najczęściej występuje w reakcjach oddychania, fotosyntezy. Skład dehydrogenaz koniecznie zawiera koenzym w postaci NAD/NADP lub flawoproteiny FAD/FMN. Często występują jony metali. Przykładami są enzymy, takie jak reduktaza cytochromowa, dehydrogenaza pirogronianowa, dehydrogenaza izocytrynianowa i wiele enzymów wątrobowych (dehydrogenaza mleczanowa, dehydrogenaza glutaminianowa itp.).

b) Oksydazy. Szereg enzymów katalizuje dodanie tlenu do wodoru, w wyniku czego produktami reakcji może być woda lub nadtlenek wodoru (H 2 0, H 2 0 2). Przykłady enzymów: oksydaza cytochromowa, tyrozynaza.

c) Peroksydazy i katalazy to enzymy, które katalizują rozkład H 2 O 2 na tlen i wodę.

d) oksygenazy. Te biokatalizatory przyspieszają dodawanie tlenu do podłoża. Jednym z przykładów takich enzymów jest hydroksylaza dopaminowa.

2. Transferazy.

Zadaniem enzymów z tej grupy jest przenoszenie rodników z substancji dawcy do substancji biorcy.

a) metylotransferaza. Ważną rolę w regulacji kwasu nukleinowego odgrywają metylotransferazy DNA, główne enzymy kontrolujące proces replikacji nukleotydów.

b) Acylotransferazy. Enzymy z tej podgrupy przenoszą grupę acylową z jednej cząsteczki do drugiej. Przykłady acylotransferaz: acylotransferaza lecytynowo-cholesterolowa (przenosi grupę funkcyjną z kwasu tłuszczowego do cholesterolu), acylotransferaza lizofosfatydylocholiny (grupa acylowa jest przenoszona na lizofosfatydylocholinę).

c) Aminotransferazy – enzymy biorące udział w konwersji aminokwasów. Przykłady enzymów: aminotransferaza alaninowa, która katalizuje syntezę alaniny z pirogronianu i glutaminianu poprzez przeniesienie grupy aminowej.

d) Fosfotransferazy. Enzymy z tej podgrupy katalizują dodanie grupy fosforanowej. Inna nazwa fosfotransferaz, kinaz, jest znacznie bardziej powszechna. Przykładami są enzymy, takie jak heksokinazy i kinazy asparaginianowe, które dodają reszty fosforu odpowiednio do heksoz (najczęściej glukozy) i kwasu asparaginowego.

3. Hydrolazy – klasa enzymów, które katalizują rozszczepienie wiązań w cząsteczce, a następnie dodanie wody. Substancje należące do tej grupy to główne enzymy trawienne.

a) Esterazy - zrywają wiązania estrowe. Przykładem są lipazy, które rozkładają tłuszcze.

b) Glikozydazy. Biochemia enzymów z tej serii polega na zniszczeniu wiązań glikozydowych polimerów (polisacharydów i oligosacharydów). Przykłady: amylaza, sacharaza, maltaza.

c) Peptydazy to enzymy, które katalizują rozkład białek na aminokwasy. Peptydazy obejmują enzymy takie jak pepsyny, trypsyna, chymotrypsyna, karboksypeptydaza.

d) Amidazy - rozszczepiają wiązania amidowe. Przykłady: arginaza, ureaza, glutaminaza itp. Wiele enzymów amidazy znajduje się w

4. Lyases - enzymy, które działają podobnie do hydrolaz, jednak podczas rozrywania wiązań w cząsteczkach woda nie jest zużywana. Enzymy tej klasy zawsze zawierają część niebiałkową, na przykład w postaci witamin B1 lub B6.

a) Dekarboksylazy. Enzymy te działają na wiązanie C-C. Przykładami są dekarboksylaza glutaminianowa lub dekarboksylaza pirogronianowa.

b) Hydratazy i dehydratazy – enzymy katalizujące reakcję rozszczepiania wiązań C-O.

c) Amidine-liazy - niszcz wiązania C-N. Przykład: liaza bursztynianu argininy.

d) Liaza P-O. Takie enzymy z reguły odszczepiają grupę fosforanową od substancji substratu. Przykład: cyklaza adenylanowa.

Biochemia enzymów opiera się na ich strukturze

O zdolnościach każdego enzymu decyduje jego indywidualna, unikalna struktura. Każdy enzym jest przede wszystkim białkiem, a jego struktura i stopień fałdowania odgrywają decydującą rolę w określaniu jego funkcji.

Każdy biokatalizator charakteryzuje się obecnością ośrodka aktywnego, który z kolei podzielony jest na kilka niezależnych obszarów funkcjonalnych:

1) Centrum katalityczne to specjalny region białka, wzdłuż którego enzym jest przyłączony do substratu. W zależności od konformacji cząsteczki białka, centrum katalityczne może przybierać różne formy, które muszą pasować do podłoża w taki sam sposób, jak zamek do klucza. Tak złożona struktura wyjaśnia, co jest w stanie trzeciorzędowym lub czwartorzędowym.

2) Centrum adsorpcyjne - działa jako „posiadacz”. Tutaj przede wszystkim istnieje połączenie między cząsteczką enzymu a cząsteczką substratu. Wiązania utworzone przez centrum adsorpcyjne są jednak bardzo słabe, co oznacza, że ​​reakcja katalityczna na tym etapie jest odwracalna.

3) Centra allosteryczne mogą znajdować się zarówno w centrum aktywnym, jak i na całej powierzchni enzymu jako całości. Ich funkcją jest regulowanie pracy enzymu. Regulacja zachodzi za pomocą cząsteczek inhibitora i cząsteczek aktywatora.

Białka aktywatorowe, wiążące się z cząsteczką enzymu, przyspieszają jego pracę. Inhibitory natomiast hamują aktywność katalityczną, a może to nastąpić na dwa sposoby: albo cząsteczka wiąże się z miejscem allosterycznym w regionie aktywnego miejsca enzymu (inhibicja konkurencyjna), albo przyłącza się do innego regionu białka (inhibicja niekonkurencyjna). uważane za bardziej wydajne. W końcu zamyka to miejsce na wiązanie substratu z enzymem, a proces ten jest możliwy tylko w przypadku niemal całkowitej zbieżności kształtu cząsteczki inhibitora i centrum aktywnego.

Enzym często składa się nie tylko z aminokwasów, ale także z innych substancji organicznych i nieorganicznych. W związku z tym wyodrębnia się apoenzym - część białkową, koenzym - część organiczną i kofaktor - część nieorganiczną. Koenzym może być reprezentowany przez węglowodany, tłuszcze, kwasy nukleinowe, witaminy. Z kolei kofaktorem są najczęściej pomocnicze jony metali. O aktywności enzymów decyduje jej struktura: dodatkowe substancje wchodzące w skład składu zmieniają właściwości katalityczne. Różne typy enzymów są wynikiem połączenia wszystkich wymienionych czynników tworzenia kompleksu.

Regulacja enzymów

Enzymy jako substancje biologicznie czynne nie zawsze są potrzebne organizmowi. Biochemia enzymów jest taka, że ​​mogą one uszkodzić żywą komórkę w przypadku nadmiernej katalizy. Aby zapobiec szkodliwemu wpływowi enzymów na organizm, należy w jakiś sposób uregulować ich pracę.

Ponieważ enzymy mają charakter białkowy, łatwo ulegają zniszczeniu w wysokich temperaturach. Proces denaturacji jest odwracalny, ale może znacząco wpłynąć na pracę substancji.

pH odgrywa również dużą rolę w regulacji. Największą aktywność enzymów obserwuje się z reguły przy neutralnych wartościach pH (7,0-7,2). Istnieją również enzymy, które działają tylko w środowisku kwaśnym lub tylko zasadowym. Tak więc w lizosomach komórkowych utrzymuje się niskie pH, przy którym aktywność enzymów hydrolitycznych jest maksymalna. Jeśli przypadkowo dostaną się do cytoplazmy, gdzie środowisko jest już bliższe obojętnemu, ich aktywność zmniejszy się. Taka ochrona przed „samozjadaniem się” opiera się na cechach pracy hydrolaz.

Warto wspomnieć o znaczeniu koenzymu i kofaktora w składzie enzymów. Obecność witamin czy jonów metali znacząco wpływa na funkcjonowanie niektórych specyficznych enzymów.

Nazewnictwo enzymów

Wszystkie enzymy organizmu są zwykle nazywane w zależności od ich przynależności do którejkolwiek z klas, a także od podłoża, z którym reagują. Czasami w nazwie używa się nie jednego, ale dwóch substratów.

Przykłady nazw niektórych enzymów:

1. Enzymy wątrobowe: dehydrogenaza mleczanowa, dehydrogenaza glutaminianowa.
2. Pełna nazwa systematyczna enzymu: mleczan-NAD+-oksydoreduktaza.

Istnieją również nazwy trywialne, które nie przestrzegają zasad nomenklatury. Przykładami są enzymy trawienne: trypsyna, chymotrypsyna, pepsyna.

Proces syntezy enzymów

Funkcje enzymów są określane na poziomie genetycznym. Ponieważ cząsteczka jest w zasadzie białkiem, jej synteza dokładnie powtarza procesy transkrypcji i translacji.

Synteza enzymów przebiega zgodnie z następującym schematem. Najpierw z DNA odczytywana jest informacja o pożądanym enzymie, w wyniku czego powstaje mRNA. Komunikator RNA koduje wszystkie aminokwasy tworzące enzym. Regulacja enzymatyczna może również zachodzić na poziomie DNA: jeśli produkt katalizowanej reakcji jest wystarczający, transkrypcja genów zostaje zatrzymana i odwrotnie, jeśli istnieje zapotrzebowanie na produkt, proces transkrypcji jest aktywowany.

Po wejściu mRNA do cytoplazmy komórki rozpoczyna się kolejny etap - translacja. Na rybosomach retikulum endoplazmatycznego syntetyzowany jest łańcuch pierwotny składający się z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Jednak cząsteczka białka w strukturze pierwszorzędowej nie może jeszcze pełnić swoich funkcji enzymatycznych.

Aktywność enzymów zależy od struktury białka. Na tym samym ER dochodzi do skręcenia białek, w wyniku którego powstają struktury najpierw drugorzędowe, a następnie trzeciorzędowe. Synteza niektórych enzymów zatrzymuje się już na tym etapie, jednak aby aktywować aktywność katalityczną często konieczne jest dodanie koenzymu i kofaktora.

W niektórych obszarach retikulum endoplazmatycznego przyłączone są organiczne składniki enzymu: monosacharydy, kwasy nukleinowe, tłuszcze, witaminy. Niektóre enzymy nie mogą działać bez obecności koenzymu.

Kofaktor odgrywa decydującą rolę w tworzeniu Niektóre funkcje enzymów są dostępne dopiero wtedy, gdy białko dociera do organizacji domen. Dlatego bardzo ważna jest dla nich obecność struktury czwartorzędowej, w której łącznikiem między kilkoma kuleczkami białka jest jon metalu.

Wiele form enzymów

Zdarzają się sytuacje, w których konieczne jest posiadanie kilku enzymów, które katalizują tę samą reakcję, ale różnią się od siebie niektórymi parametrami. Na przykład enzym może działać w temperaturze 20 stopni, ale w temperaturze 0 stopni nie będzie już mógł pełnić swoich funkcji. Co powinien zrobić żywy organizm w takiej sytuacji przy niskich temperaturach otoczenia?

Problem ten można łatwo rozwiązać dzięki obecności kilku enzymów jednocześnie, katalizujących tę samą reakcję, ale działających w różnych warunkach. Istnieją dwa rodzaje wielu form enzymów:

1. Izoenzymy. Takie białka są kodowane przez różne geny, składają się z różnych aminokwasów, ale katalizują tę samą reakcję.
2. Prawdziwa liczba mnoga. Białka te są transkrybowane z tego samego genu, ale peptydy na rybosomach są modyfikowane. W rezultacie otrzymuje się kilka form tego samego enzymu.

W rezultacie pierwszy rodzaj form wielorakich powstaje na poziomie genetycznym, podczas gdy drugi typ powstaje na poziomie posttranslacyjnym.

Znaczenie enzymów

W medycynie sprowadza się to do wypuszczania nowych leków, w których substancje są już w odpowiednich ilościach. Naukowcy nie znaleźli jeszcze sposobu na stymulowanie syntezy brakujących enzymów w organizmie, ale dziś szeroko stosowane są leki, które mogą tymczasowo uzupełnić ich niedobór.

Różne enzymy w komórce katalizują różnorodne reakcje podtrzymujące życie. Jednym z takich enizmów są przedstawiciele grupy nukleaz: endonukleaz i egzonukleaz. Ich zadaniem jest utrzymanie stałego poziomu kwasów nukleinowych w komórce, usuwanie uszkodzonego DNA i RNA.

Nie zapomnij o takim zjawisku jak krzepnięcie krwi. Będąc skutecznym środkiem ochrony, proces ten jest kontrolowany przez szereg enzymów. Głównym z nich jest trombina, która przekształca nieaktywne białko fibrynogen w aktywną fibrynę. Jego nitki tworzą rodzaj sieci, która zatyka miejsce uszkodzenia naczynia, zapobiegając w ten sposób nadmiernej utracie krwi.

Enzymy wykorzystywane są w produkcji wina, piwowarstwie, pozyskiwaniu wielu sfermentowanych produktów mlecznych. Drożdże można wykorzystać do produkcji alkoholu z glukozy, ale ekstrakt z nich wystarczy do pomyślnego przebiegu tego procesu.

Interesujące fakty, których nie znałeś

Wszystkie enzymy organizmu mają ogromną masę - od 5 000 do 1 000 000 Da. Wynika to z obecności białka w cząsteczce. Dla porównania: masa cząsteczkowa glukozy wynosi 180 Da, a dwutlenku węgla tylko 44 Da.

Do tej pory odkryto ponad 2000 enzymów, które znaleziono w komórkach różnych organizmów. Jednak większość z tych substancji nie jest jeszcze w pełni poznana.

Aktywność enzymatyczna jest wykorzystywana do produkcji skutecznych środków piorących. Tutaj enzymy pełnią taką samą rolę jak w organizmie: rozkładają materię organiczną, a ta właściwość pomaga w walce z plamami. Zaleca się stosowanie podobnego proszku do prania w temperaturze nieprzekraczającej 50 stopni, w przeciwnym razie może nastąpić proces denaturacji.

Według statystyk 20% ludzi na całym świecie cierpi na brak któregokolwiek z enzymów.

Właściwości enzymów znane były od bardzo dawna, ale dopiero w 1897 roku uświadomiono sobie, że nie drożdże, ale wyciąg z ich komórek, można wykorzystać do fermentacji cukru na alkohol.

ENZYMY, substancje organiczne o charakterze białkowym, które są syntetyzowane w komórkach i wielokrotnie przyspieszają zachodzące w nich reakcje, nie ulegając przemianom chemicznym. Substancje o podobnym działaniu występują w przyrodzie nieożywionej i nazywane są katalizatorami.

Enzymy (z łac. fermentum - fermentacja, zaczyn) bywają nazywane enzymami (z greckiego en - inside, zyme - zakwas). Wszystkie żywe komórki zawierają bardzo duży zestaw enzymów, od których aktywności katalitycznej zależy funkcjonowanie komórek. Niemal każda z wielu różnych reakcji zachodzących w komórce wymaga udziału określonego enzymu. Badanie właściwości chemicznych enzymów i katalizowanych przez nie reakcji to szczególny, bardzo ważny obszar biochemii - enzymologia.

Wiele enzymów znajduje się w komórce w stanie wolnym, po prostu rozpuszczając się w cytoplazmie; inne są związane ze złożonymi, wysoce zorganizowanymi strukturami. Istnieją również enzymy, które normalnie znajdują się poza komórką; w ten sposób enzymy katalizujące rozkład skrobi i białek są wydzielane przez trzustkę do jelit. Wydzielają enzymy i wiele mikroorganizmów.

Działanie enzymów

Enzymy biorące udział w podstawowych procesach konwersji energii, takich jak rozkład cukrów, tworzenie i hydroliza wysokoenergetycznego związku adenozynotrójfosforanu (ATP), są obecne we wszystkich typach komórek – zwierzęcych, roślinnych, bakteryjnych. Istnieją jednak enzymy wytwarzane tylko w tkankach niektórych organizmów.

Tak więc enzymy zaangażowane w syntezę celulozy znajdują się w komórkach roślinnych, ale nie w komórkach zwierzęcych. Dlatego ważne jest rozróżnienie między „uniwersalnymi” enzymami a enzymami specyficznymi dla niektórych typów komórek. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej wyspecjalizowana jest komórka, tym bardziej prawdopodobne jest, że zsyntetyzuje zestaw enzymów potrzebnych do wykonania określonej funkcji komórkowej.

Cechą enzymów jest to, że mają wysoką specyficzność, tj. mogą przyspieszać tylko jedną reakcję lub reakcje jednego typu.

W 1890 r. E.G. Fisher zasugerował, że ta specyficzność wynika ze specjalnego kształtu cząsteczki enzymu, który dokładnie odpowiada kształtowi cząsteczki substratu. Ta hipoteza nazywana jest „kluczem i zamkiem”, gdzie klucz jest porównywany z podłożem, a zamek - z enzymem. Hipoteza jest taka, że ​​substrat pasuje do enzymu tak, jak klucz do zamka. Selektywność działania enzymu związana jest ze strukturą jego centrum aktywnego.

Aktywność enzymatyczna

Przede wszystkim temperatura wpływa na aktywność enzymu. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta szybkość reakcji chemicznej. Szybkość cząsteczek wzrasta, mają większe szanse na zderzenie ze sobą. W związku z tym wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia między nimi reakcji. Temperatura zapewniająca największą aktywność enzymu jest optymalna.

Poza optymalną temperaturą szybkość reakcji spada z powodu denaturacji białka. Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się również szybkość reakcji chemicznej. W momencie, gdy temperatura osiągnie punkt zamarzania, enzym jest inaktywowany, ale nie ulega denaturacji.

Klasyfikacja enzymów

W 1961 roku zaproponowano systematyczną klasyfikację enzymów na 6 grup. Ale nazwy enzymów okazały się bardzo długie i trudne do wymówienia, więc obecnie zwyczajowo nazywa się enzymy nazwami roboczymi. Robocza nazwa składa się z nazwy substratu, na który działa enzym, po której następuje końcówka „aza”. Na przykład, jeśli substancją jest laktoza, to znaczy cukier mleczny, to laktaza jest enzymem, który ją przekształca. Jeśli sacharoza (cukier zwykły), to enzym, który ją rozkłada, to sacharoza. W związku z tym enzymy rozkładające białka nazywane są proteinazami.