Življenje katerega koli organizma je možno zaradi presnovnih procesov, ki se v njem odvijajo. Te reakcije nadzorujejo naravni katalizatorji ali encimi. Drugo ime za te snovi je encimi. Izraz "encimi" izhaja iz latinskega fermentum, kar pomeni "kvas". Koncept se je pojavil v zgodovini pri preučevanju fermentacijskih procesov.

riž. 1 - Fermentacija s kvasom - tipičen primer encimske reakcije

Človeštvo že dolgo uporablja koristne lastnosti teh encimov. Na primer, sir se že stoletja izdeluje iz mleka s pomočjo sirila.

Encimi se od katalizatorjev razlikujejo po tem, da delujejo v živem organizmu, katalizatorji pa v nežive narave. Veja biokemije, ki preučuje te za življenje bistvene snovi, se imenuje encimologija.

Splošne lastnosti encimov

Encimi so beljakovinske molekule, ki medsebojno delujejo z različnimi snovmi in pospešijo njihovo kemijsko transformacijo po določeni poti. Vendar se ne porabijo. Vsak encim ima aktivno mesto, ki se pritrdi na substrat, in katalitično mesto, ki sproži določeno kemično reakcijo. Te snovi pospešujejo biokemične reakcije v telesu brez zvišanja temperature.

Glavne lastnosti encimov:

• specifičnost: sposobnost encima, da deluje samo na določen substrat, na primer lipaze na maščobe;
• katalitična učinkovitost: sposobnost encimskih proteinov, da sto in tisočkrat pospešijo biološke reakcije;
• sposobnost regulacije: v vsaki celici je proizvodnja in aktivnost encimov določena z edinstveno verigo transformacij, ki vpliva na sposobnost teh proteinov, da se ponovno sintetizirajo.

Vloge encimov v človeškem telesu ni mogoče preceniti. V času, ko je bila struktura DNK šele odkrita, je bilo rečeno, da je en gen odgovoren za sintezo enega proteina, ki je že določal določeno lastnost. Zdaj ta izjava zveni takole: "En gen - en encim - ena lastnost." To pomeni, da brez delovanja encimov v celici življenje ne more obstajati.

Razvrstitev

Glede na njihovo vlogo v kemijskih reakcijah ločimo naslednje razrede encimov:

V živem organizmu so vsi encimi razdeljeni na intra- in zunajcelične. Znotrajcelični encimi vključujejo na primer jetrne encime, ki sodelujejo v reakcijah nevtralizacije različnih snovi, ki vstopajo v kri. Odkrijejo jih v krvi, ko je organ poškodovan, kar pomaga pri diagnosticiranju njegovih bolezni.

Znotrajcelični encimi, ki so označevalci poškodb notranjih organov:

• jetra - alanin aminotransferaza, aspartat aminotransferaza, gama-glutamil transpeptidaza, sorbitol dehidrogenaza;
• ledvice - alkalna fosfataza;
• prostata - kisla fosfataza;
• srčna mišica - laktat dehidrogenaza

Zunajcelične encime izločajo žleze v zunanje okolje. Glavne izločajo celice žlez slinavk, želodčne stene, trebušne slinavke in črevesja ter aktivno sodelujejo pri prebavi.

Prebavni encimi

Prebavni encimi so beljakovine, ki pospešijo razgradnjo velikih molekul, ki sestavljajo hrano. Takšne molekule ločijo na manjše fragmente, ki jih celice lažje absorbirajo. Glavne vrste prebavnih encimov so proteaze, lipaze in amilaze.

Glavna prebavna žleza je trebušna slinavka. Proizvaja večino teh encimov, pa tudi nukleaze, ki cepijo DNA in RNA, ter peptidaze, ki sodelujejo pri tvorbi prostih aminokislin. Poleg tega je majhna količina nastalih encimov sposobna "predelati" veliko količino hrane.

Pri encimski razgradnji hranil se sprošča energija, ki se porabi za presnovne procese in vitalne funkcije. Brez sodelovanja encimov bi se takšni procesi odvijali prepočasi in telesu ne bi zagotovili zadostnih zalog energije.

Poleg tega sodelovanje encimov v prebavnem procesu zagotavlja razgradnjo hranilnih snovi v molekule, ki lahko prehajajo skozi celice črevesne stene in vstopijo v kri.

amilaza

Amilazo proizvajajo žleze slinavke. Deluje na živilski škrob, ki je sestavljen iz dolge verige molekul glukoze. Zaradi delovanja tega encima nastanejo področja, sestavljena iz dveh povezanih molekul glukoze, to je fruktoze in drugih kratkoverižnih ogljikovih hidratov. Nato se v črevesju presnovijo v glukozo in od tam absorbirajo v kri.

Žleze slinavke razgradijo le del škroba. Salivarna amilaza je aktivna kratek čas med žvečenjem hrane. Po vstopu v želodec se encim inaktivira s svojo kislo vsebino. Večina škroba se razgradi že v dvanajstniku pod delovanjem pankreasne amilaze, ki jo proizvaja trebušna slinavka.

riž. 2 – Amilaza začne razgrajevati škrob

Kratki ogljikovi hidrati, ki nastanejo pod delovanjem amilaze trebušne slinavke, vstopijo v tanko črevo. Tu se s pomočjo maltaze, laktaze, saharaze in dekstrinaze razgradijo v molekule glukoze. Vlaknine, ki jih encimi ne razgradijo, se iz črevesja izločijo z blatom.

Proteaze

Beljakovine ali beljakovine so bistveni del človekove prehrane. Za njihovo razgradnjo so potrebni encimi - proteaze. Razlikujejo se po mestu sinteze, substratih in drugih značilnostih. Nekateri med njimi so dejavni v želodcu, na primer pepsin. Druge proizvaja trebušna slinavka in so aktivni v črevesnem lumnu. Sama žleza izloča neaktiven prekurzor encima - kimotripsinogen, ki začne delovati šele po mešanju s kislo vsebino hrane in se spremeni v kimotripsin. Ta mehanizem pomaga preprečiti samopoškodbe celic trebušne slinavke s proteazami.

riž. 3 – Encimska razgradnja beljakovin

Proteaze razgradijo beljakovine hrane na manjše fragmente – polipeptide. Encimi – peptidaze jih razgradijo v aminokisline, ki se absorbirajo v črevesju.

Lipaze

Prehranske maščobe razgradijo encimi lipaze, ki jih proizvaja tudi trebušna slinavka. Razgradijo maščobne molekule v maščobne kisline in glicerol. Ta reakcija zahteva prisotnost žolča v lumnu dvanajstnika, ki nastaja v jetrih.

riž. 4 – Encimska hidroliza maščob

Vloga nadomestnega zdravljenja z zdravilom "Micrazim"

Mnogim ljudem s prebavnimi motnjami, predvsem z boleznimi trebušne slinavke, dajanje encimov zagotavlja funkcionalno podporo organu in pospešuje proces celjenja. Po prenehanju napada pankreatitisa ali druge akutne situacije je mogoče prenehati jemati encime, saj telo samostojno obnovi njihovo izločanje.

Dolgotrajna uporaba encimskih pripravkov je potrebna le pri hudih eksokrina insuficienca trebušna slinavka.

Eden najbolj fizioloških v svoji sestavi je zdravilo "Micrazim". Sestavljen je iz amilaze, proteaz in lipaze, ki jih vsebuje sok trebušne slinavke. Zato ni treba posebej izbrati, kateri encim je treba uporabiti za različne bolezni tega organa.

Indikacije za uporabo tega zdravila:

• kronični pankreatitis, cistična fibroza in drugi vzroki nezadostnega izločanja encimov trebušne slinavke;
• vnetne bolezni jeter, želodca, črevesja, zlasti po operacijah na njih, za hitrejšo obnovo prebavnega sistema;
• napake v prehrani;
• disfunkcija žvečenja, na primer zaradi zobnih bolezni ali nepremičnosti pacienta.

Nadomestno jemanje prebavnih encimov pomaga preprečiti napenjanje, redko blato in bolečine v trebuhu. Poleg tega pri hudih kronične bolezni trebušna slinavka Micrasim popolnoma prevzame funkcijo razgradnje hranil. Zato se zlahka absorbirajo v črevesju. To je še posebej pomembno za otroke s cistično fibrozo.

Pomembno: pred uporabo preberite navodila ali se posvetujte z zdravnikom.

ENCIMI
organske snovi beljakovinske narave, ki se sintetizirajo v celicah in večkrat pospešijo reakcije, ki potekajo v njih, ne da bi bile podvržene kemičnim transformacijam. Snovi, ki imajo podoben učinek, obstajajo tudi v neživi naravi in ​​jih imenujemo katalizatorji. Encime (iz latinskega fermentum - fermentacija, kvas) včasih imenujemo encimi (iz grškega en - znotraj, zyme - kvas). Vse žive celice vsebujejo zelo velik nabor encimov, katerih katalitična aktivnost določa delovanje celic. Skoraj vsaka od številnih različnih reakcij, ki potekajo v celici, zahteva sodelovanje specifičnega encima. Študij kemijske lastnosti Z encimi in reakcijami, ki jih katalizirajo, se ukvarja posebno, zelo pomembno področje biokemije - encimologija. Mnogi encimi so v celici v prostem stanju, preprosto raztopljeni v citoplazmi; drugi so povezani s kompleksnimi, visoko organiziranimi strukturami. Obstajajo tudi encimi, ki se običajno nahajajo zunaj celice; Tako trebušna slinavka v črevo izloča encime, ki katalizirajo razgradnjo škroba in beljakovin. Izločajo ga encimi in številni mikroorganizmi. Prvi podatki o encimih so bili pridobljeni s preučevanjem procesov fermentacije in prebave. L. Pasteur je veliko prispeval k preučevanju fermentacije, vendar je verjel, da le žive celice lahko izvajajo ustrezne reakcije. V začetku 20. stol. E. Buchner je pokazal, da fermentacija saharoze s tvorbo ogljikovega dioksida in etilni alkohol lahko katalizira brezcelični izvleček kvasa. To pomembno odkritje je spodbudilo izolacijo in študij celičnih encimov. Leta 1926 je J. Sumner z univerze Cornell (ZDA) izoliral ureazo; to je bil prvi praktično pridobljen encim čista oblika. Od takrat je bilo odkritih in izoliranih več kot 700 encimov, vendar jih v živih organizmih obstaja veliko več. Identifikacija, izolacija in proučevanje lastnosti posameznih encimov zavzema osrednje mesto v sodobni encimologiji. Encimi, vključeni v temeljne procese pretvorbe energije, kot je razgradnja sladkorjev ter tvorba in hidroliza visokoenergijske spojine adenozin trifosfat (ATP), so prisotni v vseh vrstah celic – živalskih, rastlinskih, bakterijskih. Vendar pa obstajajo encimi, ki nastajajo le v tkivih določenih organizmov. Tako se encimi, ki sodelujejo pri sintezi celuloze, nahajajo v rastlinskih celicah, ne pa tudi v živalskih. Zato je pomembno razlikovati med "univerzalnimi" encimi in encimi, specifičnimi za določene vrste celic. Na splošno velja, da bolj ko je celica specializirana, večja je verjetnost, da bo sintetizirala niz encimov, potrebnih za opravljanje določene celične funkcije.
Encimi so kot beljakovine. Vsi encimi so beljakovine, enostavne ali kompleksne (tj. vsebujejo poleg beljakovinske komponente tudi neproteinski del).
Glej tudi BELJAKOVINE. Encimi so velike molekule z molekulsko maso od 10.000 do več kot 1.000.000 daltonov (Da). Za primerjavo navajamo, da mase znanih snovi: glukoza - 180, ogljikov dioksid - 44, aminokisline - od 75 do 204 Da. Encimi, ki katalizirajo iste kemične reakcije, vendar izolirani iz celic različni tipi, se razlikujejo po lastnostih in sestavi, vendar imajo običajno določeno podobnost v strukturi. Strukturne značilnosti encimov, ki so potrebne za njihovo delovanje, se zlahka izgubijo. Tako pri segrevanju pride do prestrukturiranja beljakovinske verige, ki ga spremlja izguba katalitične aktivnosti. Pomembne so tudi alkalne ali kisle lastnosti raztopine. Večina encimov najbolje deluje v raztopinah, katerih pH je blizu 7, ko je koncentracija H+ in OH- ionov približno enaka. To je posledica dejstva, da je struktura beljakovinskih molekul in s tem aktivnost encimov močno odvisna od koncentracije vodikovih ionov v mediju. Niso vse beljakovine, prisotne v živih organizmih, encimi. Tako drugačno funkcijo opravljajo strukturni proteini, številni specifični krvni proteini, proteinski hormoni itd.
Koencimi in substrati.Številni encimi z veliko molekulsko maso kažejo katalitično aktivnost samo v prisotnosti specifičnih snovi z nizko molekulsko maso, imenovanih koencimi (ali kofaktorji). Večina vitaminov in številni minerali imajo vlogo koencimov; zato morajo v telo priti s hrano. Vitamini PP (nikotinska kislina ali niacin) in riboflavin so na primer del koencimov, potrebnih za delovanje dehidrogenaz. Cink je koencim karboanhidraze, encima, ki katalizira sproščanje ogljikovega dioksida iz krvi, ki se izloči iz telesa skupaj z izdihanim zrakom. Železo in baker služita kot sestavini dihalnega encima citokrom oksidaze. Snov, ki se v prisotnosti encima transformira, imenujemo substrat. Substrat se veže na encim, ki pospeši pretrganje nekaterih kemičnih vezi v njegovi molekuli in nastanek drugih; nastali produkt se loči od encima. Ta postopek je predstavljen na naslednji način:

Produkt lahko štejemo tudi za substrat, saj so vse encimske reakcije v eni ali drugi meri reverzibilne. Res je, da je ravnovesje običajno premaknjeno v smeri tvorbe produkta in obratno reakcijo je težko zaznati.
Mehanizem delovanja encimov. Hitrost encimske reakcije je odvisna od koncentracije substrata [[S]] in količine prisotnega encima. Te količine določajo, koliko encimskih molekul se bo povezalo s substratom, hitrost reakcije, ki jo katalizira ta encim, pa je odvisna od vsebnosti kompleksa encim-substrat. V večini primerov, ki so zanimivi za biokemike, je koncentracija encima zelo nizka in substrat je prisoten v presežku. Poleg tega biokemiki preučujejo procese, ki so dosegli stabilno stanje, v katerem je tvorba kompleksa encim-substrat uravnotežena z njegovo pretvorbo v produkt. Pod temi pogoji je odvisnost hitrosti (v) encimske transformacije substrata od njegove koncentracije [[S]] opisana z Michaelis-Mentenovo enačbo:

kjer je KM Michaelisova konstanta, ki označuje aktivnost encima, V je največja hitrost reakcije pri dani skupni koncentraciji encima. Iz te enačbe sledi, da pri majhni [[S]] hitrost reakcije narašča sorazmerno s koncentracijo substrata. Vendar pa z dovolj velikim povečanjem slednjega ta sorazmernost izgine: hitrost reakcije ni več odvisna od [[S]] - nasičenost se pojavi, ko substrat zasede vse encimske molekule. Razjasnitev mehanizmov delovanja encimov v vseh podrobnostih je stvar prihodnosti, nekatere njihove pomembne značilnosti pa so že ugotovljene. Vsak encim ima eno ali več aktivnih mest, na katera se veže substrat. Ti centri so zelo specifični, tj. »prepoznajo« samo »svoj« substrat ali tesno povezane spojine. Aktivni center tvorijo posebne kemične skupine v molekuli encima, ki so med seboj usmerjene na določen način. Izguba encimske aktivnosti, do katere pride tako enostavno, je povezana prav s spremembo medsebojne usmerjenosti teh skupin. Molekula substrata, povezana z encimom, je podvržena spremembam, zaradi česar se nekatere zlomijo, druge pa nastanejo kemične vezi. Za izvedbo tega procesa je potrebna energija; vloga encima je znižati energijsko oviro, ki jo mora substrat premagati, da se pretvori v produkt. Kako natančno je zagotovljeno tako zmanjšanje, ni v celoti ugotovljeno.
Encimske reakcije in energija. Sprostitev energije iz presnove hranil, kot je oksidacija sladkorja s šestimi ogljikovimi atomi glukoze, da nastaneta ogljikov dioksid in voda, poteka skozi vrsto usklajenih encimskih reakcij. V živalskih celicah pri pretvorbi glukoze v piruvično kislino (piruvat) ali mlečno kislino (laktat) sodeluje 10 različnih encimov. Ta proces se imenuje glikoliza. Prva reakcija, fosforilacija glukoze, zahteva sodelovanje ATP. Za pretvorbo vsake molekule glukoze v dve molekuli piruvične kisline sta potrebni dve molekuli ATP, vendar na vmesnih stopnjah iz adenozin difosfata (ADP) nastanejo 4 molekule ATP, tako da celoten proces proizvede 2 molekuli ATP. Nato se piruvična kislina oksidira v ogljikov dioksid in vodo s sodelovanjem encimov, povezanih z mitohondriji. Te transformacije tvorijo cikel, imenovan cikel ali cikel trikarboksilne kisline citronska kislina.
Glej tudi METABOLIZEM. Oksidacija ene snovi je vedno povezana z redukcijo druge: prva odda vodikov atom, druga pa ga doda. Te procese katalizirajo dehidrogenaze, ki zagotavljajo prenos vodikovih atomov iz substratov v koencime. V ciklu trikarboksilne kisline nekatere specifične dehidrogenaze oksidirajo substrate, da tvorijo reducirano obliko koencima (nikotinamid dinukleotid, imenovan NAD), medtem ko druge oksidirajo reducirani koencim (NADCH), kar zmanjša druge dihalne encime, vključno s citokromi (hemoproteini, ki vsebujejo železo). , v katerem atom železa izmenično oksidira in nato reducira. Končno se reducirana oblika citokrom oksidaze, enega ključnih encimov, ki vsebujejo železo, oksidira s kisikom, ki vstopi v naše telo z vdihanim zrakom. Ko sladkor gori (oksidacija z atmosferskim kisikom), njegovi ogljikovi atomi neposredno sodelujejo s kisikom in tvorijo ogljikov dioksid. Za razliko od izgorevanja, ko se sladkor oksidira v telesu, kisik oksidira samo železo citokrom oksidazo, vendar se njegov oksidativni potencial na koncu uporabi za popolno oksidacijo sladkorjev v večstopenjskem procesu, ki ga posredujejo encimi. Na določenih stopnjah oksidacije se energija, ki jo vsebujejo hranila, sprosti predvsem v majhnih količinah in se lahko shrani v fosfatne vezi ATP. Pri tem sodelujejo izjemni encimi, ki povezujejo oksidativne reakcije (zagotavljanje energije) z reakcijami nastajanja ATP (shranjevanje energije). Ta proces konjugacije je znan kot oksidativna fosforilacija. Brez sklopljenih encimskih reakcij življenje v oblikah, ki jih poznamo, ne bi bilo mogoče. Encimi opravljajo tudi številne druge funkcije. Katalizirajo različne sintezne reakcije, vključno s tvorbo tkivnih beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov. Celotni encimski sistemi se uporabljajo za sintezo široke palete kemičnih spojin, ki jih najdemo v kompleksnih organizmih. To zahteva energijo, v vseh primerih pa so njen vir fosforilirane spojine, kot je ATP.

Encimi in prebava. Encimi so nujni udeleženci v procesu prebave. Le nizkomolekularne spojine lahko prehajajo skozi črevesno steno in vstopijo v krvni obtok, zato je treba sestavine hrane najprej razgraditi na majhne molekule. Do tega pride med encimsko hidrolizo (razgradnjo) beljakovin v aminokisline, škroba v sladkorje, maščob v maščobne kisline in glicerol. Hidrolizo beljakovin katalizira encim pepsin, ki se nahaja v želodcu. Številne zelo učinkovite prebavne encime izloča v črevesje trebušna slinavka. To sta tripsin in kimotripsin, ki hidrolizirata beljakovine; lipaza, ki razgrajuje maščobe; amilaza, ki katalizira razgradnjo škroba. Pepsin, tripsin in kimotripsin se izločajo v neaktivni obliki, v obliki ti. zimogeni (proencimi), in postanejo aktivni šele v želodcu in črevesju. To pojasnjuje, zakaj ti encimi ne uničijo celic trebušne slinavke in želodca. Stene želodca in črevesja so zaščitene pred prebavnimi encimi in plastjo sluzi. Več pomembnih prebavnih encimov izločajo celice tankega črevesa. Večina energije, shranjene v rastlinska hrana, kot sta trava ali seno, je koncentrirana v celulozi, ki jo razgradi encim celulaza. Ta encim se v telesu rastlinojedih živali ne sintetizira, prežvekovalci, kot so govedo in ovce, pa lahko jedo hrano, ki vsebuje celulozo, le zato, ker celulazo proizvajajo mikroorganizmi, ki naseljujejo prvi del želodca - vamp. Termiti za prebavo hrane uporabljajo tudi mikroorganizme. Encimi se uporabljajo v živilski, farmacevtski, kemični in tekstilni industriji. Primer je rastlinski encim, pridobljen iz papaje in uporabljen za mehčanje mesa. Encimi so dodani tudi pralnim praškom.
Encimi v medicini in kmetijstvo. Zavedanje o ključni vlogi encimov v vseh celičnih procesih je privedlo do njihove široke uporabe v medicini in kmetijstvu. Normalno delovanje katerega koli rastlinskega in živalskega organizma je odvisno od učinkovitega delovanja encimov. Delovanje mnogih strupenih snovi (strupov) temelji na njihovi sposobnosti zaviranja encimov; število zdravila. Pogosto lahko učinek zdravila ali strupene snovi izsledimo v njenem selektivnem učinku na delovanje določenega encima v telesu kot celoti ali v posameznem tkivu. Na primer, močni organofosforni insekticidi in živčni plini, razviti za vojaške namene, imajo uničujoč učinek tako, da zavirajo delovanje encimov - predvsem holinesteraze, ki ima pomembno vlogo pri prenosu živčnih impulzov. Za boljše razumevanje mehanizma delovanja zdravil na encimske sisteme je koristno razmisliti, kako delujejo nekateri zaviralci encimov. Številni inhibitorji se vežejo na aktivno mesto encima – isto mesto, s katerim substrat interagira. Pri takšnih inhibitorjih so najpomembnejše strukturne značilnosti blizu strukturnim značilnostim substrata in če sta v reakcijskem mediju prisotna tako substrat kot inhibitor, obstaja med njima tekmovanje za vezavo na encim; Poleg tega višja kot je koncentracija substrata, uspešneje tekmuje z inhibitorjem. Inhibitorji druge vrste povzročijo konformacijske spremembe v molekuli encima, ki vključujejo funkcionalno pomembne kemične skupine. Preučevanje mehanizma delovanja zaviralcev pomaga kemikom pri ustvarjanju novih zdravil.

Tema: “LASTNOSTI IN RAZVRSTITEV ENCIMOV. VPLIV TEMPERATURE IN pH OKOLJA NA DEJAVNOST ENCIMOV. SPECIFIČNOST DELOVANJA ENCIMA. DOLOČANJE ENCIMSKE AKTIVNOSTI"

1. Kemična narava encimov. Pomen encimov za življenje telesa.

2. Osnovne lastnosti encimov. Vpliv koncentracije encima in substrata, temperature in pH okolja na hitrost encimske reakcije. Oligodinamičnost in reverzibilnost delovanja encimov.

3. Specifičnost delovanja encimov (absolutna, relativna in stereokemična). Primeri.

4. Najpomembnejša značilnost, ki je osnova za razvrstitev encimov. Pojem kodne številke encima. Razredi encimov: oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze, ligaze. Vrsta in splošna enačba kataliziranih reakcij, principi nastanka podrazredov.

5. Nomenklatura encimov (pojem sistemskih in delovnih (priporočenih) imen encimov, njihova uporaba).

6. Določanje encimske aktivnosti. Analitske metode za določanje aktivnosti. Enote splošne, specifične, molekularne aktivnosti encimov, njihova uporaba. Formula za izračun celotne encimske aktivnosti v krvnem serumu.

Oddelek 7.1	Kemična narava encimov. Pomen encimov za življenje telesa.
7.1.1. Potek presnovnih procesov v telesu določa delovanje številnih encimov - bioloških katalizatorjev beljakovinske narave. Pospešijo kemične reakcije, ne da bi jih porabili. Izraz "encim" izvira iz latinske besede fermentum - kislo testo. Poleg tega koncepta se v literaturi uporablja enakovreden izraz "encim" (en cim - v kvasu) Grško poreklo. Zato se veja biokemije, ki preučuje encime, imenuje "encimologija". Enzimologija predstavlja osnovo za poznavanje najpomembnejših problemov človeške fiziologije in patologije na molekularni ravni. Prebava hranil in njihova uporaba za proizvodnjo energije, tvorba strukturnih in funkcionalnih komponent tkiv, krčenje mišic, prenos električnih signalov po živčnih vlaknih, zaznavanje svetlobe z očesom, strjevanje krvi - vsak od teh fizioloških mehanizmov je temelji na katalitičnem delovanju določenih encimov. Dokazano je, da številne bolezni neposredno poslabšajo encimsko katalizo; določanje encimske aktivnosti v krvi in ​​drugih tkivih zagotavlja dragocene podatke za medicinsko diagnostiko; encime ali njihove inhibitorje lahko uporabimo kot zdravilne učinkovine. Zato je poznavanje najpomembnejših lastnosti encimov in reakcij, ki jih katalizirajo, potrebno za racionalen pristop k proučevanju človeških bolezni, njihovemu diagnosticiranju in zdravljenju. 7.1.2. Imenujemo snovi, katerih transformacije katalizirajo encimi podlage . Encim se poveže s substratom in nastane encimsko-substratni kompleks (Slika 7.1). Slika 7.1. Tvorba kompleksa encim-substrat med katalizirano reakcijo. Tvorba tega kompleksa pomaga zmanjšati energijsko oviro, ki jo mora molekula substrata premagati, da vstopi v reakcijo (slika 7.2). Po končani reakciji se kompleks encim-substrat razgradi na produkt(e) in encim. Na koncu reakcije se encim vrne v prvotno stanje in lahko sodeluje z novo molekulo substrata. Slika 7.2. Vpliv encima na energijsko pregrado reakcije. Encimi, ki delujejo kot katalizatorji, zmanjšajo aktivacijsko energijo, ki je potrebna za potek reakcije. 7.1.3. Za encime so značilne lastnosti skupno vsem beljakovinam. Zlasti encimske molekule so tako kot druge beljakovine zgrajene iz α-aminokislin, povezanih s peptidnimi vezmi. Zato dajejo encimske raztopine pozitivna biuretna reakcija in njihovi hidrolizati - pozitivna reakcija na ninhidrin. Naravne lastnosti in funkcije encimov so določene s prisotnostjo določene prostorske strukture (konformacije) njihove polipeptidne verige. Posledično sprememba te strukture toplotna denaturacija vodi do izgube katalitičnih lastnosti. Prisotnost visoke molekulske mase v encimih določa njihovo nezmožnost dialize, in prisotnost nabitih funkcionalnih skupin v molekulah je mobilnost v električnem polju. Tako kot druge beljakovine tudi encimi tvorijo koloidne raztopine, iz katerih lahko obori aceton, alkohol, amonijev sulfat- snovi, ki prispevajo k uničenju hidratacijske lupine in nevtralizaciji električnega naboja.

Oddelek 7.2	Osnovne lastnosti encimov. Oligodinamičnost in reverzibilnost delovanja encimov. Vpliv koncentracije encima in substrata, temperature in pH okolja na hitrost encimske reakcije.
7.2.1. Proteinska narava encimov določa pojav v njih številnih lastnosti, ki so na splošno neznačilne za anorganske katalizatorje: oligodinamičnost, specifičnost, odvisnost hitrosti reakcije od temperature, pH medija, koncentracija encima in substrata, prisotnost aktivatorji in inhibitorji. Spodaj oligodinamizem Encimi so zelo učinkoviti že v zelo majhnih količinah. Ta visoka učinkovitost je razložena z dejstvom, da se encimske molekule med svojo katalitično aktivnostjo nenehno regenerirajo. Tipična encimska molekula se lahko regenerira milijonkrat na minuto. Povedati je treba, da so tudi anorganski katalizatorji sposobni pospešiti pretvorbo količine snovi, ki je večkrat večja od njihove lastne mase. Toda noben anorganski katalizator se po učinkovitosti ne more primerjati z encimi. Primer je encim renin, ki ga proizvaja želodčna sluznica prežvekovalcev. Ena njegova molekula v 10 minutah pri 37°C lahko povzroči koagulacijo (sesirjenje) približno milijona molekul mlečnega kazeinogena. Drugi primer visoke učinkovitosti encimov je katalaza. Ena molekula tega encima pri 0 °C razgradi približno 50.000 molekul vodikovega peroksida na sekundo: 2 N 2 O2 2 H2 O + O2 Učinek katalaze na vodikov peroksid je sprememba aktivacijske energije te reakcije s približno 75 kJ/mol brez katalizatorja na 21 kJ/mol v prisotnosti encima. Če kot katalizator za to reakcijo uporabimo koloidno platino, je aktivacijska energija samo 50 kJ/mol. 7.2.2. Pri preučevanju vpliva katerega koli dejavnika na hitrost encimske reakcije morajo vsi ostali dejavniki ostati nespremenjeni in imeti, če je mogoče, optimalno vrednost. Hitrost encimskih reakcij se meri s količino substrata, pretvorjenega na enoto časa, ali količino nastalega produkta. Sprememba hitrosti se izvede v začetni fazi reakcije, ko je produkt še vedno praktično odsoten in se obratna reakcija ne pojavi. Poleg tega na začetni stopnji reakcije koncentracija substrata ustreza njegovi prvotni količini. 7.2.3. Odvisnost hitrosti encimske reakcije ( V ) na koncentracijo encima [E](Slika 7.3). Pri visoki koncentraciji substrata (večkratna koncentracija encima) in drugih dejavnikih, ki ostanejo konstantni, je hitrost encimske reakcije sorazmerna koncentraciji encima. Zato lahko ob poznavanju hitrosti reakcije, ki jo katalizira encim, sklepamo o njegovi količini v proučevanem materialu. Slika 7.3. Odvisnost hitrosti encimske reakcije od koncentracije encima 7.2.4. Odvisnost hitrosti reakcije od koncentracije substrata[S]. Graf odvisnosti je videti kot hiperbola (slika 7.4). Pri konstantni koncentraciji encima hitrost katalizirane reakcije narašča z naraščajočo koncentracijo substrata do največje vrednosti Vmax, nato pa ostane konstantna. To je treba pojasniti z dejstvom, da so pri visokih koncentracijah substrata vsi aktivni centri encimskih molekul povezani z molekulami substrata. Morebitni odvečni substrat se lahko poveže z encimom šele potem, ko nastane reakcijski produkt in se sprosti aktivno mesto. Slika 7.4. Odvisnost hitrosti encimske reakcije od koncentracije substrata. Odvisnost hitrosti reakcije od koncentracije substrata lahko izrazimo z Michaelis-Mentenovo enačbo: , kjer je V hitrost reakcije pri koncentraciji substrata [S], Vmax največja hitrost in KM Michaelisova konstanta. Michaelisova konstanta je enaka koncentraciji substrata, pri kateri je hitrost reakcije polovica največje. Določitev KM in Vmax je velikega praktičnega pomena, saj omogoča kvantitativni opis večine encimskih reakcij, vključno z reakcijami, ki vključujejo dva ali več substratov. Različne kemikalije, ki spreminjajo aktivnost encimov, imajo različne učinke na vrednosti Vmax in KM. 7.2.5. Odvisnost hitrosti reakcije od t - temperatura, pri kateri poteka reakcija (Slika 7.5) je zapletena. Temperaturna vrednost, pri kateri je hitrost reakcije največja, predstavlja temperaturni optimum encima. Temperaturni optimum za večino encimov v človeškem telesu je približno 40°C. Za večino encimov je optimalna temperatura enaka ali višja od temperature, pri kateri se nahajajo celice. Slika 7.5. Odvisnost hitrosti encimske reakcije od temperature. Pri nižjih temperaturah (0° - 40°C) hitrost reakcije narašča z naraščajočo temperaturo. Ko se temperatura dvigne za 10°C, se hitrost encimske reakcije podvoji (temperaturni koeficient Q10 je 2). Povečanje hitrosti reakcije je razloženo s povečanjem kinetične energije molekul. Z nadaljnjim povišanjem temperature se prekinejo vezi, ki podpirajo sekundarno in terciarno strukturo encima, to je toplotna denaturacija. To spremlja postopna izguba katalitične aktivnosti. 7.2.6. Odvisnost hitrosti reakcije od pH medija (Slika 7.6). Pri konstantni temperaturi encim najbolj učinkovito deluje v ozkem pH območju. Vrednost pH, pri kateri je hitrost reakcije največja, predstavlja optimalni pH encima. Večina encimov v človeškem telesu ima optimalni pH v območju pH 6 - 8, vendar obstajajo encimi, ki so aktivni pri vrednostih pH izven tega območja (na primer pepsin, ki je najbolj aktiven pri pH 1,5 - 2,5). . Sprememba pH, tako v kisli kot v alkalni smeri od optimalnega, povzroči spremembo stopnje ionizacije kislih in bazičnih skupin aminokislin, ki sestavljajo encim (na primer COOH skupine aspartata in glutamata, NH2 skupine lizina itd.). To povzroči spremembo konformacije encima, posledica pa je sprememba prostorske strukture aktivnega centra in zmanjšanje njegove afinitete do substrata. Poleg tega se pri ekstremnih vrednostih pH encim denaturira in inaktivira. Slika 7.6. Odvisnost hitrosti encimske reakcije od pH medija. Opozoriti je treba, da pH optimalna značilnost encima ne sovpada vedno s pH njegovega neposrednega znotrajceličnega okolja. To nakazuje, da okolje, v katerem se nahaja encim, do neke mere uravnava njegovo aktivnost. 7.2.7. Odvisnost hitrosti reakcije od prisotnosti aktivatorjev in inhibitorjev . Aktivatorji povečajo hitrost encimske reakcije. Inhibitorji zmanjšajo hitrost encimskih reakcij. Anorganski ioni lahko delujejo kot aktivatorji encimov. Menijo, da ti ioni povzročijo, da encim ali substratne molekule sprejmejo konformacijo, ki spodbuja tvorbo kompleksa encim-substrat. S tem se poveča verjetnost interakcije med encimom in substratom ter posledično hitrost reakcije, ki jo katalizira encim. Na primer, aktivnost amilaze v slini se poveča v prisotnosti kloridnih ionov.

Oddelek 7.3	Specifičnost delovanja encimov (absolutna, relativna in stereokemična).
7.3.1. Pomembna lastnost, ki razlikuje encime od anorganskih katalizatorjev, je specifičnost delovanja. Kot veste, je struktura aktivnega centra encima komplementarna strukturi njegovega substrata. Zato encim izmed vseh snovi, ki so v celici, izbere in pritrdi le svoj substrat. Za encime je značilna specifičnost ne samo glede na substrat, temveč tudi glede na pot pretvorbe substrata. Encimi imajo absolutno, relativno in stereokemijsko specifičnost. 7.3.2. Absolutna specifičnost- selektivna sposobnost encima, da katalizira samo eno od možnih transformacij enega substrata. To je mogoče pojasniti s konformacijsko in elektrostatično komplementarnostjo substrata in encimskih molekul. Na primer, encim arginaza katalizira samo hidrolizo aminokisline arginin, encim ureaza katalizira le razgradnjo sečnine in ne deluje na druge substrate. 7.3.3. Relativna specifičnost- selektivna sposobnost encima, da katalizira podobne transformacije substratov podobne strukture. Takšni encimi delujejo na iste funkcionalne skupine ali na iste vrste vezi v substratnih molekulah. Na primer, različni hidrolitični encimi delujejo na določeno vrsto vezi: amilaza - na glikozidnih vezeh; pepsin in tripsin - za peptidne vezi; lipaza in fosfolipaza - v estrske vezi. Delovanje teh encimov sega na veliko število substratov, kar omogoča telesu, da preživi z majhno količino prebavnih encimov – sicer bi jih potrebovali veliko več. 7.3.4. Stereokemična (optična) specifičnost- selektivna sposobnost encima, da katalizira transformacijo samo enega od možnih prostorskih izomerov substrata. Tako večina encimov sesalcev katalizira pretvorbo le L-izomerov aminokislin, ne pa tudi D-izomerov. encimi, ki sodelujejo pri presnovi monosaharidov, nasprotno, katalizirajo pretvorbo samo D-, ne pa tudi L-fosfosaharidov. Glikozidaze niso specifične samo za monosaharidni fragment, temveč tudi za naravo glikozidne vezi. Na primer, α-amilaza cepi α-1,4-glikozidne vezi v molekuli škroba, ne deluje pa na α-1,2-glikozidne vezi v molekuli saharoze.

Oddelek 7.4	Osnovna načela, na katerih temelji sodobna klasifikacija in nomenklatura encimov.
7.4.1. Trenutno je znanih več kot dva tisoč kemičnih reakcij, ki jih katalizirajo encimi, in to število nenehno narašča. Krmariti po toliko transformacijah. Obstajala je nujna potreba po sistematični klasifikaciji in nomenklaturi, s katero bi lahko kateri koli encim natančno identificirali. Nomenklatura, ki se je uporabljala do sredine 20. stoletja, je bila daleč od popolne. Ko so raziskovalci odkrili nov encim, so ga poimenovali po lastni presoji, kar je neizogibno povzročilo zmedo in najrazličnejša protislovja. Nekatera imena so se izkazala za napačna, druga niso povedala ničesar o naravi katalizirane reakcije. Znanstveniki različnih šol so pogosto uporabljali različna imena za isti encim ali, nasprotno, isto ime za več različnih encimov. Odločeno je bilo razviti racionalno mednarodno klasifikacijo in nomenklaturo encimov, ki bi jo lahko uporabljali biokemiki v vseh državah. V ta namen je bila ustanovljena Komisija za encime pri Mednarodni zvezi za biokemijo in molekularno biologijo (IUВMB), ki je leta 1964 predlagala osnovna načela takšne klasifikacije in nomenklature. Nenehno se izboljšuje in dopolnjuje, trenutno je v veljavi šesta izdaja te nomenklature (1992), ki se letno objavljajo dopolnitve.

7.4.2. Razvrstitev temelji na najpomembnejši lastnosti, po kateri se en encim razlikuje od drugega - to je reakcija, ki jo katalizira. Število vrst kemičnih reakcij je relativno majhno, kar je omogočilo razdelitev vseh trenutno znanih encimov na 6 najpomembnejših razredi, odvisno od vrste reakcije, ki jo kataliziramo. Ti razredi so:

• oksidoreduktaze (redoks reakcije);
• transferaze (prenos funkcionalnih skupin);
• hidrolaze (reakcije cepitve, ki vključujejo vodo);
• liaze (razbijajo vezi brez sodelovanja vode);
• izomeraze (izomerne transformacije);
• ligaze (sinteza s porabo molekul ATP).

7.4.3. Encimi vsakega razreda so razdeljeni na podrazredi, vodeni po strukturi substratov. Podrazredi združujejo encime, ki delujejo na podobno zgrajene substrate. Podrazredi so razdeljeni na podrazredi, V ki dodatno izpopolnijo strukturo kemijskih skupin, ki razlikujejo substrate med seboj. Znotraj podrazredov, ki jih navajajo posamezne encime. Vsi razdelki klasifikacije imajo svoje številke. Tako vsak encim dobi svojo edinstveno kodno številko, sestavljeno iz štirih številk, ločenih s pikami. Prva številka označuje razred, druga podrazred, tretja podrazred in četrta številko encima znotraj podrazreda. Na primer, encim α-amilaza, ki razgrajuje škrob, je označen kot 3.2.1.1, kjer:
3 — vrsta reakcije (hidroliza);
2 - vrsta vezi v substratu (glikozidna);
1 - vrsta vezi (O-glikozidna);
1 - številka encima v podrazredu

Zgoraj decimalni način oštevilčenje ima eno pomembno prednost: omogoča, da se izognemo glavni neprijetnosti neprekinjenega oštevilčevanja encimov, in sicer: potrebo po spremembi številk vseh naslednjih, ko vključimo na novo odkrit encim na seznam. Nov encim se lahko postavi na konec ustreznega podrazreda, ne da bi motil ostalo oštevilčenje. Podobno, ko so identificirani novi razredi, podrazredi in podrazredi, jih je mogoče dodati, ne da bi pri tem motili vrstni red oštevilčenja predhodno vzpostavljenih razdelkov. Če po prejemu nove informacije Pri nekaterih encimih je treba spremeniti številke, prejšnje številke se ne dodelijo novim encimom, da bi se izognili nesporazumom.

Ko govorimo o razvrstitvi encimov, je treba tudi opozoriti, da encimi niso razvrščeni kot posamezne snovi, temveč kot katalizatorji za določene kemične transformacije. Encimi, izolirani iz različnih bioloških virov in katalizirajo enake reakcije, se lahko bistveno razlikujejo po svoji primarni strukturi. Vendar so v klasifikacijskem seznamu vsi prikazani pod isto šifro.

Torej, poznavanje kodne številke encima vam omogoča:

• odpraviti dvoumnosti, če različni raziskovalci uporabljajo isto ime za različne encime;
• učinkovitejše iskanje informacij v literarnih bazah;
• pridobiti dodatne informacije o zaporedju aminokislin, prostorski strukturi encima in genih, ki kodirajo encimske proteine ​​iz drugih baz podatkov.

Oddelek 7.5

Koncept sistematičnega in delovnega imena encima, njihova uporaba.

7.5.1. Klasifikacijski sistem, ki ga je razvila Komisija za encime, vključuje tudi novo oblikovano nomenklaturo encimov, ki temelji na posebnih načelih. Po priporočilih IUBMB encimi dobijo dve vrsti imen: sistematično in operativno (priporočeno).

7.5.2. Sistemsko ime je sestavljen iz dveh delov. Prvi del vsebuje ime substrata ali substratov, pogosto ime koencima, drugi del označuje naravo reakcije, ki se katalizira, in vključuje ime razreda, ki mu pripada encim. Po potrebi so dodatne informacije o reakciji navedene v oklepaju za drugim delom imena. Sistematično ime je dodeljeno samo tistim encimom, katerih katalitsko delovanje je bilo v celoti raziskano.

Na primer, sistematično ime za α-amilazo je 1,4-α-D-glukan glukanohidrolaza . Seveda je takšno ime zelo neprijetno za zapomniti in izgovoriti. Encimska komisija IUBMB zato poleg sistematičnih priporoča tudi uporabo delovnih (poenostavljenih) imen encimov.

7.5.3. Delovni naslov encim mora biti dovolj kratek, da se porabi. V nekaterih primerih se lahko trivialno ime uporabi kot delovni naslov, če ni napačno ali dvoumno. V drugih primerih temelji na istih splošnih načelih kot sistematično ime, vendar z minimalnimi podrobnostmi. Specifični primeri sistematičnih in operativnih imen za encime so podani v naslednjem razdelku te teme predmeta. IN znanstvene objave Ob prvi omembi encima je običajno navesti njegovo sistemsko ime in kodno številko, nato pa uporabiti njegovo delovno ime.

7.5.4. Osnovna pravila za sestavo sistematičnih in delovnih imen za različne razrede encimov:

Oksidoreduktaze

Sistemsko ime encimi tega razreda so zgrajeni po shemi donor: akceptor - oksidoreduktaza. Po trivialni nomenklaturi imenujemo oksidoreduktaze, ki odstranijo vodikove atome ali elektrone in jih prenesejo na kateri koli akceptor, razen kisika. dehidrogenaze. Imenujemo oksidoreduktaze, ki uporabljajo kisik kot akceptor vodikovih atomov ali elektronov oksidaze. Nekateri encimi, ki imajo pretežno redukcijski učinek, se imenujejo reduktaza. Vsa navedena imena se lahko uporabljajo za gradnjo delovni naslov oksidoreduktaze.

Transferaze

Sistemsko ime encimi, ki pospešujejo takšne reakcije, so razvrščeni glede na njihovo obliko donorska: akceptorska (transportirana skupina) transferaza. IN delovni naslov Običajno je naveden samo en specifičen substrat ali izdelek skupaj z imenom dela, ki se prenaša.

Hidrolaze

Sistemsko ime sestavljeno po obrazcu substratna hidrolaza. Za hidrolaze, ki specifično odcepijo določeno skupino, lahko to skupino navedemo kot predpono. Delovni naslov največkrat sestavljeno iz imena hidroliziranega substrata z dodatkom končnice -aza. Vendar je treba opozoriti, da zaradi precej zapletene in pogosto ne povsem ugotovljene narave specifičnosti številnih hidrolaz ni vedno mogoče dati sistematičnega imena. V teh primerih je priporočljivo uporabiti empirična imena, ki so jim bila dodeljena ob prvem opisu. Tako so encimi kot npr pepsin, papain, trombin.

liaze

Sistemsko ime Encimi so zgrajeni po shemi: substratno cepljiva skupina-liaza. Za pojasnitev, katera skupina se odstranjuje, se uporabljajo predpone "karboksi-", "amoniak", "hidro-" itd. Kot delovni naslovi encimi ohranjajo trivialna imena, kot so "dekarboksilaza", "aldolaza", "dehidrataza", "desulfhidraza". Liaze so razdeljene v podrazrede glede na naravo vezi, ki jih pretrgajo.

Izomeraze

Sistemsko ime encimov vključuje ime substrata in besedo izomeraza, pred tem je navedba vrste reakcije izomerizacije. Delovni naslovi so podobna (z nekaj poenostavitvami) sistematičnim imenom.

Ligaze

Sistemsko ime tvorjen iz imen substratov, ki so povezani v kombinaciji z besedo ligaza Produkt, ki nastane pri hidrolizi nukleozid trifosfata (na primer ADP ali AMP), je naveden v oklepaju. Delovni naslov encimov tega razreda je običajno sestavljeno iz imena reakcijskega produkta v kombinaciji z besedo sintetaza.

Priporočilo. Ko se kasneje seznanite z različnimi encimskimi reakcijami, vedno analizirajte naravo sprememb, ki se pojavljajo v substratih, in poskusite določiti vsaj razred encima, ki katalizira reakcijo. Analiziraj tudi imena encimov in jih poveži s procesi, ki se pojavljajo v reakcijah. Tako si boste lažje zapomnili imena encimov in transformacije, ki jih katalizirajo, ter boste lahko porabili več časa za razumevanje biološko vlogo procesi, ki se preučujejo.

Oddelek 7.6.1	OKSIREDUKTAZE.
V razred oksidoreduktaze vključujejo encime, ki katalizirajo redoks reakcije. Splošna shema lahko jih predstavimo na naslednji način: kjer je AH2 donor vodika, B je akceptor vodika. V živih organizmih pride do oksidacije predvsem z odvzemom vodikovih atomov ali elektronov iz donorskih substratov. Različne snovi so lahko akceptorji vodikovih atomov ali elektronov – koencimi (NAD, NADP, FAD, FMN, glutation, lipoična kislina, ubikinon), citokromi. železo žveplo proteini in kisik. Podrazredi oksidoreduktaz se oblikujejo glede na naravo funkcionalne skupine vodikovega donorja (elektronov). Skupno je 19 podrazredov. Glavne so naslednje: Oksidoreduktaze, ki delujejo na CH-OH skupino donorjev. Encimi, ki spadajo v ta podrazred, oksidirajo alkoholne skupine v aldehidne ali ketonske skupine. Primer je encim alkoholna dehidrogenaza (alkohol: NAD oksidoreduktaza; EC 1.1.1.1). sodeluje pri presnovi etanola v tkivih: Encimi tega podrazreda poleg oksidacije alkoholov sodelujejo pri dehidrogenaciji hidroksi kislin (mlečne, jabolčne, izocitrične), monosaharidov in drugih spojin, ki vsebujejo hidroksilne skupine. Oksidoreduktaze, ki delujejo na aldehidno ali ketonsko skupino donorjev. Ti encimi oksidirajo aldehide in ketone v karboksilne kisline. Na primer, predstavnik tega podrazreda - gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza (D-gliceraldehid-3-fosfat: NAD-oksidoreduktaza (fosforilacija), EC 1.2.1.12) - katalizira eno od vmesnih reakcij razgradnje glukoze: Pomembno je omeniti, da produkt te reakcije vsebuje energijsko bogato fosfatno vez na položaju 1. Ostanek fosforne kisline, ki tvori to vez, se lahko prenese iz 1,3-difosfoglicerata v ADP, da nastane ATP (glej spodaj). Oksidoreduktaze, ki delujejo na skupino donorjev CH-CH. Zaradi reakcij, ki jih katalizirajo, se skupine CH-CH pretvorijo v skupine C=C. to pomeni, da pride do tvorbe nenasičenih spojin iz nasičenih. Na primer encim v ciklu trikarboksilne kisline sukcinat dehidrogenaza (sukcinat: akceptor - oksidoreduktaza, EC 1.3.99.1) pospešuje oksidacijo jantarne kisline s tvorbo nenasičene fumarne kisline: Oksidoreduktaze, ki delujejo na CH-NH2 - donorska skupina. Ti encimi katalizirajo oksidativno deaminacijo aminokislin in biogenih aminov. Amini se pretvorijo v aldehide ali ketone, aminokisline v ketokisline, sprošča se amoniak. Torej, glutamat dehidrogenaza (L-glutamat:NAD(P) - oksidoreduktaza (deaminacija), EC 1.4.1.3) sodeluje pri naslednji transformaciji glutamata: Oksidoreduktaze, ki delujejo na skupine donorjev, ki vsebujejo žveplo katalizirajo oksidacijo tiolnih (sulfhidrilnih) skupin v disulfidne skupine in sulfitov v sulfate. Primer encima je dihidrolipoil dehidrogenaza (EC 1.8.1.4), ki katalizira eno od vmesnih reakcij oksidativne dekarboksilacije piruvata: Oksidoreduktaze, ki delujejo na vodikov peroksid kot akceptor, jih je relativno malo in so združeni v ločen podrazred, znan tudi pod trivialnim imenom peroksidaze. Primer encima je glutation peroksidazo (glutation: H2 O2 - oksidoreduktaza. EC 1.11.1.9), ki sodeluje pri inaktivaciji vodikovega peroksida v eritrocitih, jetrih in nekaterih drugih tkivih: Oksidoreduktaze, ki delujejo na par donorjev z vključitvijo molekularnega kisika, oz monooksigenaze - encimi, ki katalizirajo oksidacijo organskih spojin z molekularnim kisikom, kar vodi do vključitve enega od atomov kisika v molekule teh spojin. V tem primeru je drugi atom kisika vključen v molekulo vode. Tako se katalizira reakcija fenilalanina v tirozin fenilalanin 4-monooksigenaza (KF 1.14.16.1): Pri nekaterih ljudeh genetska okvara tega encima povzroči bolezen, imenovano fenilketonurija. Monooksigenaze vključujejo tudi encim, znan kot citokrom P450 (EC 1.14.14.1) Najdemo ga predvsem v jetrnih celicah in izvaja hidroksilacijo telesu tujih lipofilnih spojin, ki nastanejo kot stranski produkti reakcij ali vstopajo v telo od zunaj. Na primer, indol, ki nastane iz triptofana kot posledica delovanja črevesnih mikroorganizmov, je v jetrih podvržen hidroksilaciji po naslednji shemi: Pojav hidroksilne skupine poveča hidrofilnost snovi in ​​olajša njihovo naknadno odstranitev iz telesa. Poleg tega citokrom P450 sodeluje v določenih fazah pretvorbe holesterola in steroidnih hormonov. Prisotnost zelo učinkovitega sistema citokroma P450 v živih organizmih vodi v nekaterih primerih do nezaželenih praktičnih posledic: zmanjša čas zadrževanja zdravil v človeškem telesu in s tem zmanjša njihov terapevtski učinek. Oksidoreduktaze, ki delujejo na enega darovalca z vključitvijo molekularnega kisika, oz dioksigenaze, katalizirajo transformacije, med katerimi sta oba atoma molekule O2 vključena v sestavo oksidiranega substrata. Na primer, v procesu katabolizma fenilalanina in tirozina nastane maleilacetoacetat iz homogentizinske kisline, ki vključuje oba atoma kisika: Encim, ki katalizira to reakcijo, se imenuje homogenizirati 1,2-dioksigenazo(KF 1.13.11.5). V nekaterih primerih pride do prirojenega pomanjkanja tega encima, kar vodi v razvoj bolezni, imenovane alkaptonurija.

Oddelek 7.6.2	PRENOSI.
Transferaze so razred encimov, ki katalizirajo prenos funkcionalnih skupin iz ene spojine v drugo. Na splošno lahko te transformacije zapišemo: kjer je X prenesena funkcionalna skupina. AX je skupinski donor, B je akceptor. Delitev na podrazrede je odvisna od narave skupin, ki se prenašajo. Transferaze, ki prenašajo fragmente z enim ogljikom. Ta podrazred vključuje encime, ki pospešujejo prenos metilnih (-CH3), metilenskih (-CH2-), metenilnih (-CH=), formilnih in sorodnih skupin. Da, z udeležbo gvanidin acetat metiltransferaza (S-adenozilmetionin gvanidin acetat metiltransferaza, EC 2.1.1.2) se sintetizira biološko aktivna snov kreatin: Transferaze, ki prenašajo ostanke karboksilnih kislin (aciltransferaze). Katalizirajo različne kemijske procese, povezane s prenosom ostankov različnih kislin (ocetne, palmitinske itd.), predvsem iz tioestrov koencima A na različne akceptorje. Primer transacetilacijske reakcije bi bila tvorba mediatorja acetilholina s sodelovanjem holin acetiltransferaza (acetil-CoA:holin-O-acetiltransferaza, EC 2.3.1.6): Transferaze, ki prenašajo glikozilne ostanke (glikoziltransferaze) katalizirajo transport glikozilnih ostankov iz molekul fosforjevega estra v molekule monosaharidov, polisaharidov in drugih snovi. Ti encimi imajo zlasti pomembno vlogo pri sintezi glikogena in škroba ter v prvi fazi njunega uničenja. Še en encim tega podrazreda - UDP-glukuroniltransferaza (UDP-glukuronat-glukuronil transferaza (non-sink specific), EC 2.4.1.17) - sodeluje v procesih nevtralizacije endogenih in tujih strupenih snovi v jetrih: Transferaze, ki prenašajo dušikove skupine. Ta podrazred vključuje aminotransferaze, pospeševanje prenosa α-amino skupine aminokislin na α-ogljikov atom keto kislin. Najpomembnejši od teh encimov je alanin aminotransferaza (L-alanin:2-oksoglutarat aminotransferaza, EC 2.6.1.2). reakcija kataliziranja: Transferaze, ki prenašajo fosfatne skupine (fosfotransferaze). Ta skupina encimov katalizira biokemične procese, povezane s transportom ostankov fosforne kisline na različne substrate. Ti procesi so pomembni za življenje telesa, saj zagotavljajo pretvorbo številnih snovi v organske fosfoestre, ki imajo visoko kemično aktivnost in zlahka vstopijo v nadaljnje reakcije. Imenujemo fosfotransferaze, ki uporabljajo ATP kot donor fosfata kinaze . Široko razširjen encim je heksokinaza (ATP:D-heksoza-6-fosfotransferaza. EC 2.7.1.1.), ki pospešuje prenos fosfatne skupine iz ATP v monosaharide: V nekaterih primerih je možen tudi povratni prenos fosfatne skupine s substrata na ADP s tvorbo ATP. Ja, encim fosfoglicerat kinaza (ATP:D-3-fosfoglicerat-1-fosfotransferaza, EC 2.7.2.3) pretvori prej omenjeni (glejte "Oksidoreduktazo") 1.3-difosfoglicerat: Podobne reakcije fosforilacije ADP s tvorbo ATP, povezane s pretvorbo substrata (in ne s prenosom elektronov v dihalni verigi), imenujemo reakcije fosforilacije substrata. Vloga teh reakcij v celici se znatno poveča s pomanjkanjem kisika v tkivih.

Oddelek 7.6.3	HIDROLAZE.
Hidrolaze so razred encimov, ki katalizirajo razgradnjo organskih spojin s sodelovanjem vode (reakcije hidrolize). Te reakcije potekajo po naslednji shemi: kjer je A-B kompleksna spojina, sta A-H in B-OH produkta njene hidrolize. Reakcije te vrste se aktivno pojavljajo v telesu; pridejo s sproščanjem energije in so praviloma ireverzibilni. Podrazredi hidrolaz se oblikujejo glede na vrsto vezi, ki se hidrolizira. Najpomembnejši so naslednji podrazredi: Hidrolaze, ki delujejo na estre (oz esteraza) hidrolizirajo estre karboksilne, fosforjeve, žveplove in drugih kislin. Razširjen encim tega podrazreda je triacilglicerol lipaza (glicerol ester hidrolaza, EC 3.1.1.3). pospeševanje hidrolize acilglicerolov: Drugi predstavniki esteraz cepijo estrske vezi v acetilholinu (acetilholinesteraza), fosfolipidih (fosfolipaze), nukleinskih kislinah (nukleaze) in organofosfornih estrih (fosfataze). Hidrolaze, ki delujejo na glikozidne vezi (glikozidaze) pospešijo reakcije hidrolize oligo- in polisaharidov, pa tudi drugih spojin, ki vsebujejo monosaharidne ostanke (na primer nukleozide). Tipičen predstavnik je saharoza (β-D-fruktofuranozid fruktohidrolaza, EC 3.2.1.26). katalizira razgradnjo saharoze: Hidrolaze, ki delujejo na peptidne vezi (peptidaze) katalizirajo reakcije hidrolize peptidnih vezi v proteinih in peptidih. Ta skupina vključuje pepsin, tripsin, kimotripsin, katepsin in drugi proteolitični encimi. Hidroliza peptidnih vezi poteka po naslednji shemi: Hidrolaze, ki delujejo na C-N vezi, razen na peptidne - encimi, ki pospešujejo hidrolizo amidov organskih kislin. Predstavnik tega podrazreda - glutaminaza (L-glutamil amidohidrolaza, EC 3.5.1.2) – sodeluje pri vzdrževanju kislinsko-bazičnega stanja telesa tako, da katalizira hidrolizo glutamina v ledvicah:

Oddelek 7.6.4	LIAZE.
Liaze so razred encimov, ki katalizirajo nehidrolitične reakcije cepitve substratov s tvorbo dvojnih vezi ali, nasprotno, dodajanje na mestu preloma dvojne vezi. Splošna shema teh reakcij: kjer je A-B substrat, A in B sta produkta reakcije. Zaradi takih reakcij se preproste snovi, na primer CO2, NH3, H2O. Ogljik-ogljik-liaza katalizirajo prekinitev vezi med dvema atomoma ogljika. Med njimi so najpomembnejši karboksiliaze (dekarboksilaze), pod vplivom katerega pride do dekarboksilacije a-keto in aminokislin, ketokislinske liaze , ki vključuje citrat sintazo, aldehidne liaze (aldolaze). Slednje vključuje fruktoza difosfat aldolaza (fruktoza-1,6-difosfat-D-gliceraldehid-3-fosfat-liaza, EC 4.1.2.13), ki katalizira reakcijo: Ogljikovo-kisikova liaza katalizirajo pretrganje vezi med atomi ogljika in kisika. Ta podrazred vključuje predvsem hidrolize, sodelujejo pri reakcijah dehidracije in hidratacije. Primer bi bil serin dehidratazo (L-serin hidroliza (deaminacija), EC 4.2.1.3), ki izvede transformacijo: Včasih se lahko povratna reakcija z uporabo izraza vzame kot osnova za delovni naslov "hidrataza". Tako je za encim L-malat hidroliazo cikla trikarboksilne kisline (EC 4.2.1.2) priporočeno ime "fumarat hidrataza": Ogljikovo-dušikove liaze sodelujejo pri izločanju skupin, ki vsebujejo dušik. Predstavnik tega podrazreda je histidin amonijak liaza (L-histidin amonijeva liaza, EC 4.3.1.3), ki sodeluje pri deaminaciji histidina: Ogljikovo-žveplova liaza katalizira eliminacijo sulfhidrilnih skupin. Ta podrazred vključuje desulfhidraza aminokisline, ki vsebujejo žveplo, npr. cistein desulfhidraza (L-cistein vodikov sulfid liaza (deaminacija), EC 4.4.1.1).

Oddelek 7.6.5	IZOMERAZE.
Izomeraze so razred encimov, ki pospešujejo procese intramolekularnih transformacij s tvorbo izomerov. Reakcije te vrste lahko shematično predstavimo na naslednji način: kjer sta A in A" izomeri snovi. Izomeraze so relativno majhen razred encimov; razdeljeni so v naslednje podrazrede glede na vrsto katalizirane reakcije izomerizacije: Racemaze in epimeraze katalizirajo medsebojno pretvorbo izomerov, ki vsebujejo asimetrične ogljikove atome. Racemaze imenujemo encimi, ki delujejo na substrate z enim asimetričnim atomom, na primer pretvarjajo L-aminokisline v D-aminokisline. Eden od teh encimov je alanin racemaza (alanin racemaza. EC 5.1.1.1), ki katalizira reakcijo: Epimeraze imenujemo encimi, ki delujejo na substrate z več asimetričnimi ogljikovimi atomi. Ti encimi vključujejo UDP-glukozna epimeraza (UDP-glukoza-4-epimeraza, EC 5.1.3.2). sodelujejo v procesih medsebojne pretvorbe monosaharidov: Cis-trans izomeraze - encimi, ki povzročijo spremembo geometrijske konfiguracije okoli dvojne vezi. Primer takega encima je maleilacetoacetat izomeraza (maleilacetoacetat-cis-trans-izomeraza, EC 5.2.1.2), ki sodeluje pri katabolizmu fenilalanina in tirozina ter pretvarja maleilacetoacetat (glej 4.6.1) v fumarilacetoacetat: Intramolekularne oksidoreduktaze - izomeraze, ki katalizirajo medsebojno pretvorbo aldoz in ketoz. V tem primeru se skupina CH-OH oksidira ob hkratni redukciji sosednje skupine C=O. Torej, triozafosfat izomeraza (D-gliceraldehid-3-fosfat-ketol izomeraza, EC 5.3.1.1) katalizira eno od reakcij presnove ogljikovih hidratov: Izomeraze vključujejo tudi intramolekularne transferaze, izvajanje prenosa ene skupine iz enega dela substratne molekule v drugi del iste molekule in intramolekularne liaze, kataliziranje deciklizacijskih reakcij, kot tudi transformacijo enega tipa obroča v drugega. Treba je poudariti, da niso vsi biokemični procesi. kar ima za posledico izomerizacijo, katalizirajo izomeraze. Tako pride do izomerizacije citronske kisline v izopimonsko kislino s sodelovanjem encima akonitat hidrataza (citrat (izocitrat) hidroliaza, EC 4.2.1.3), ki katalizira reakcijo dehidracija-hidratacija z vmesno tvorbo cis-akonitne kisline:

Oddelek 7.6.6	LIGAZE.
Ligaze so razred encimov, ki katalizirajo sintezo organskih spojin iz izhodnih snovi, aktiviranih zaradi razgradnje ATP (ali GTP, UTP, CTP). Za encime tega razreda je ohranjeno tudi trivialno ime sintetaza. IN Zato se po priporočilih IUBMB izraza "sintetaze" ne sme uporabljati za encime, katerih delovanje ne vključuje nukleozid trifosfatov. Reakcije, ki jih katalizirajo ligaze (sintetaze), potekajo po naslednji shemi: , kjer sta A in B medsebojno delujoči snovi; A-B je snov, ki nastane kot posledica interakcije. Ker zaradi delovanja teh encimov nastanejo nove kemične vezi, se glede na naravo novonastalih vezi oblikujejo podrazredi razreda VI. Ligaze, ki tvorijo vezi ogljik-kisik. Ti vključujejo skupino encimov, znanih kot aminokislinske tRNA ligaze (aminoacil-tRNA sintetaze). ki katalizirajo reakcije med aminokislinami in ustreznimi transportnimi RNA. Te reakcije proizvajajo aktivne oblike aminokislin, ki lahko sodelujejo v procesu sinteze beljakovin na ribosomih. Primer encima je tirozil-tRNA sintetaza (L-tirozin: tRNA ligaza (tvorba AMP), EC 6.1.1.1), vključen v reakcijo: Ligaze, ki nastanejo vezi ogljik-žveplo. Ta podrazred predstavljajo predvsem encimi, ki katalizirajo tvorbo tioestrov maščobnih kislin s koencimom A. S sodelovanjem teh encimov se sintetizira acil-CoA - aktivne oblike maščobnih kislin, ki lahko vstopijo v različne biosintezne in razgradne reakcije. Oglejmo si eno od reakcij aktivacije maščobnih kislin, ki se pojavi v prisotnosti encima acil-CoA sintetaza (karboksilna kislina: koencim A-ligaza (tvorba AMP). EC 6.2.1.2): Ligaze, ki tvorijo vezi ogljik-dušik katalizirajo številne reakcije uvajanja skupin, ki vsebujejo dušik, v organske spojine. Primer bi bil glutamin sintetaza (L-glutamin: amoniak-γ-ligaza (tvorba ADP), EC 6.3.1.2). sodelovanje pri nevtralizaciji toksičnega presnovnega produkta - amoniaka - v reakciji z glutaminsko kislino: Ligaze, ki tvorijo vezi ogljik-ogljik. Od teh encimov, najbolj raziskanih karboksilaza, zagotavljanje karboksilacije številnih spojin, kar povzroči podaljšanje ogljikovih verig. Najpomembnejši predstavnik tega razreda je piruvat karboksilaze (piruvat:CO2 ligaza (tvorba ADP), EC 6.4.1.1), pospeševanje reakcije tvorbe oksaloacetata, ključne spojine v ciklu trikarboksilne kisline in biosinteze ogljikovih hidratov: Spomnimo se, da reakcije, ki vključujejo ATP, katalizirajo ne le encimi razreda VI, ampak tudi nekateri encimi razreda II (fosfotransferaze ali kinaze). Pomembno je, da lahko razlikujemo med temi vrstami reakcij. Njihova razlika je v tem, da je v reakcijah transferaze ATP donor fosfatnih skupin , zato zaradi teh reakcij ne pride do sproščanja H3PO4 (glejte primere zgoraj). Nasprotno, v reakcijah sintetaze služi ATP vir energije , sprošča med njegovo hidrolizo, zato bo eden od produktov takšne reakcije anorganski orto- ali pirofosfat.

Oddelek 7.7.1	Pravila za delo z encimi
Encimi so tako kot vsi proteini razmeroma nestabilne snovi. Z lahkoto se denaturirajo in inaktivirajo. Zato je treba pri delu z njimi izpolnjevati določene pogoje. Ko je predmet študije shranjen več kot nekaj ur pri sobni temperaturi, je encim skoraj popolnoma inaktiviran. Zato je treba analizo za določanje encimske aktivnosti opraviti čim prej. Po potrebi je možno dolgotrajno skladiščenje, če raztopino encima iz zamrznjenega stanja posušimo v visokem vakuumu (liofilizacija). V tem primeru encim skoraj popolnoma ohrani aktivnost pri nadaljnjem shranjevanju pri sobni temperaturi. Nekateri encimi se dobro ohranijo v koncentriranih raztopinah soli, na primer v nasičenem amonijevem sulfatu (postopek soljenja). Če je potrebno, lahko encimsko oborino centrifugiramo in raztopimo v fiziološki raztopini ali ustreznem pufru. Po potrebi lahko presežek soli odstranimo z dializo. Ne smemo pozabiti na občutljivost encimov na nihanje pH okolja. Z redkimi izjemami se večina encimov inaktivira v raztopinah s pH pod 5 ali nad 9, optimalno delovanje encimov pa se pojavi v območju več enot ali desetin enot pH vrednosti. Priporočljivo je, da se pH puferskih raztopin, ki se uporabljajo pri delu z encimi, zelo natančno določi s pH metrom. Encime zlahka uničijo močni reagenti: kisline, alkalije, oksidanti, soli težke kovine. Delati je treba s kemično čistimi reagenti in dvojno destilirano vodo, saj že majhna kontaminacija reagentov, zlasti s kovinskimi nečistočami, ki lahko delujejo kot modulatorji, povzroči spremembe v encimski aktivnosti. Pri delu z encimi je bolj kot kjer koli drugje potrebno strogo upoštevanje standardizacije raziskovalnih pogojev: natančno vzdrževanje temperaturnih in časovnih pogojev, uporaba reagentov iz iste serije, pri menjavi reagentov pa morajo biti pridobljeni podatki ponovno kalibriran. Če je razvijajoča se barva v barvni reakciji sčasoma nestabilna, je treba strogo upoštevati čas fotometrije. Priporočljivo je delati v pogojih zadostne nasičenosti encima s substratom, saj ta okoliščina bistveno vpliva na končni rezultat, pomanjkanje substrata pa odpravi razlike med možnostmi. Pri delu z encimi je treba upoštevati organsko specifičen izoencimski spekter. Pogosto ta specifičnost vpliva na pogoje, pod katerimi encim deluje. Na potek reakcije lahko vplivajo različne afinitete do substrata, različna občutljivost na pH, značilna za izoencime posameznega organa ali tkiva. Prenos metode za preučevanje encimske aktivnosti z enega predmeta na drugega (na primer iz seruma v tkivo ali iz enega organa v drugega) je treba opraviti zelo previdno, pri čemer je treba upoštevati tudi vse znane podatke o encimu in njegovih več oblikah. kot skrbno preverjanje rezultatov. Za širšo izvedbo različnih biokemičnih (encimskih) reakcij se uvaja avtomatizacija najbolj splošno sprejetih in potrebnih testov ter poenotenje in standardizacija laboratorijskih testov. To je racionalno in potrebno tako za izboljšanje točnosti in kakovosti vzorcev kot za primerjavo podatkov, pridobljenih v različnih laboratorijih. Splošno sprejeto je tudi, da se ob preučevani patologiji izvaja obvezna vzporedna študija fiziološkega nadzora - skupina praktično zdravih ljudi za ugotavljanje normalnih, fizioloških nihanj. Če razumemo relativnost koncepta "normalne vrednosti", je treba sprejeti, da se za ugotavljanje razlik v patologiji in ovrednotenje patološkega znaka običajno vzame aritmetična sredina M ± 1σ ali 2σ (z normalno Gaussovo porazdelitvijo). "norma", odvisno od stopnje nihanja indikatorja.

Oddelek 7.7.2	Principi določanja encimske aktivnosti v biološkem materialu.
5.6.2. Edinstveno lastnost encimov, da pospešijo kemične reakcije, je mogoče uporabiti za kvantificiranje vsebnosti teh biokatalizatorjev v biološkem materialu (tkivni ekstrakt, krvni serum itd.). Pri pravilno izbranih eksperimentalnih pogojih skoraj vedno obstaja sorazmerje med količino encima in hitrostjo katalizirane reakcije, zato je po aktivnosti encima mogoče oceniti njegovo kvantitativno vsebnost v preskusnem vzorcu. Merjenje aktivnosti encimov temelji na primerjavi hitrosti kemijska reakcija v prisotnosti aktivnega biokatalizatorja s hitrostjo reakcije v kontrolni raztopini, v kateri je encim odsoten ali inaktiviran. Preučevani material se postavi v inkubacijsko okolje, kjer se ustvarijo optimalna temperatura, pH, koncentracije aktivatorjev in substratov. Hkrati se izvede kontrolni vzorec, ki mu encim ni dodan. Po določenem času reakcijo prekinemo z dodajanjem različnih reagentov (spreminjanje pH medija, povzročanje denaturacije proteinov itd.) in analizo vzorcev. Če želite določiti hitrost encimske reakcije, morate vedeti: razlika v koncentracijah substrata ali reakcijskega produkta pred in po inkubaciji; čas inkubacije; količino materiala, odvzetega za analizo. Najpogosteje se encimska aktivnost ocenjuje s količino nastalega produkta reakcije. To se naredi na primer pri določanju aktivnosti alanin aminotransferaze, ki katalizira naslednjo reakcijo: Encimsko aktivnost lahko izračunamo tudi glede na količino porabljenega substrata. Primer je metoda za določanje aktivnosti α-amilaze, encima, ki razgrajuje škrob. Z merjenjem vsebnosti škroba v vzorcu pred in po inkubaciji ter z izračunom razlike ugotovimo količino substrata, ki se med inkubacijo razgradi.

Oddelek 7.7.3	Metode za merjenje encimske aktivnosti
obstaja veliko število metode za merjenje encimske aktivnosti, ki se razlikujejo po tehniki, specifičnosti, občutljivosti. Najpogosteje se uporablja za določanje fotoelektrokolorimetrične metode . Te metode temeljijo na barvnih reakcijah z enim od produktov delovanja encimov. V tem primeru je intenzivnost barve nastalih raztopin (merjena na fotoelektrokolorimetru) sorazmerna s količino nastalega produkta. Na primer, med reakcijami, ki jih katalizirajo aminotransferaze, se kopičijo α-keto kisline, ki dajejo rdeče-rjave spojine z 2,4-dinitrofenilhidrazinom: Če ima proučevani biokatalizator nizko specifičnost delovanja, potem je mogoče izbrati substrat, katerega reakcija povzroči nastanek barvnega produkta. Primer je določanje alkalne fosfataze, encima, ki je zelo razširjen v človeških tkivih, njegova aktivnost v krvni plazmi pa se bistveno spremeni pri boleznih jeter in skeletnega sistema. Ta encim v alkalnem okolju hidrolizira veliko skupino fosfatnih estrov, tako naravnih kot sintetičnih. Eden od sintetičnih substratov je paranitrofenil fosfat (brezbarven), ki v alkalnem okolju razpade na ortofosfat in paranitrofenol (rumen). Potek reakcije je mogoče spremljati z merjenjem postopno naraščajoče intenzivnosti barve raztopine: Pri encimih z visoko specifičnostjo delovanja je takšen izbor substratov običajno nemogoč. Spektrofotometrične metode temeljijo na spremembah v ultravijoličnem spektru kemikalij, ki sodelujejo v reakciji. Večina spojin absorbira ultravijolične žarke, absorbirane valovne dolžine pa so značilne za določene skupine atomov, ki so prisotne v molekulah teh snovi. Encimske reakcije povzročijo znotrajmolekularne preureditve, zaradi česar se spremeni ultravijolični spekter. Te spremembe je mogoče zabeležiti na spektrofotometru. Spektrofotometrične metode na primer določajo aktivnost redoks encimov, ki kot koencima vsebujejo NAD ali NADP. Ti koencimi delujejo kot akceptorji ali donorji vodikovih atomov in se tako bodisi reducirajo bodisi oksidirajo med presnovnimi procesi. Reducirane oblike teh koencimov imajo ultravijolični spekter z absorpcijskim maksimumom pri 340 nm, oksidirane oblike tega maksimuma nimajo. Ko torej laktat dehidrogenaza deluje na mlečno kislino, se vodik prenese na NAD, kar povzroči povečanje absorpcije NADH pri 340 nm. Velikost te absorpcije v optičnih enotah je sorazmerna s količino nastale reducirane oblike koencima. S spreminjanjem vsebnosti reducirane oblike koencima lahko določimo aktivnost encima. Fluorimetrične metode. Te metode temeljijo na pojavu fluorescence, ki je sestavljen iz dejstva, da preučevani predmet pod vplivom sevanja oddaja svetlobo s krajšo valovno dolžino. Fluorimetrične metode za določanje aktivnosti encimov so občutljivejše od spektrofotometričnih metod. Relativno novi in ​​še bolj občutljivi so kemiluminiscenčne metode z uporabo sistema luciferin-luciferaza. Takšne metode omogočajo določanje hitrosti reakcij, ki se pojavijo pri nastanku ATP. Ko luciferin medsebojno deluje ( karboksilna kislina kompleksna struktura) luciferil adenilat nastane z ATP. Ta spojina se oksidira s sodelovanjem encima luciferaze, ki ga spremlja blisk svetlobe. Z merjenjem jakosti svetlobnih utrinkov je mogoče določiti količine ATP v velikosti nekaj pikomolov (10-12 mol). Titrometrične metode . Številne encimske reakcije spremlja sprememba pH inkubacijske mešanice. Primer takega encima je pankreasna lipaza. Lipaza katalizira reakcijo: Nastale maščobne kisline je mogoče titrirati in količina alkalije, uporabljene za titracijo, bo sorazmerna s količino sproščenih maščobnih kislin in s tem z aktivnostjo lipaze. Določanje aktivnosti tega encima je klinično pomembno. Manometrične metode temeljijo na merjenju prostornine plina, ki se sprošča (ali absorbira) med encimsko reakcijo, v zaprti reakcijski posodi. S tovrstnimi metodami so odkrili in raziskali reakcije oksidativne dekarboksilacije piruvične in α-ketoglutarne kisline, ki potekajo s sproščanjem CO2. Trenutno se te metode redko uporabljajo.

Oddelek 7.7.4	Enote encimske aktivnosti in njihova uporaba.
Mednarodna komisija za encime je predlagala enota dejavnosti kateregakoli encima vzemite takšno količino encima, ki pod danimi pogoji katalizira pretvorbo enega mikromola (10-6 mol) substrata na časovno enoto (1 min, 1 ura) ali enega mikroekvivalenta prizadete skupine v primerih, ko napadena je več kot ena skupina v posamezni molekuli substrata (proteini, polisaharidi in drugi). Navesti je treba temperaturo, pri kateri poteka reakcija. Meritve encimske aktivnosti lahko izrazimo v enotah splošno, specifično in molekularno delovanje. Za enoto skupna encimska aktivnost glede na količino materiala, odvzetega za raziskavo. Tako je aktivnost alanin aminotransferaze v jetrih podgan 1670 μmol piruvata na uro na 1 g tkiva; Aktivnost holinesteraze v človeškem serumu je 250 µmol ocetne kisline na uro na 1 ml seruma pri 37 °C. Visoke vrednosti encimske aktivnosti v normalnih in patoloških pogojih zahtevajo posebno pozornost raziskovalca. Priporočljivo je delati z nizko stopnjo encimske aktivnosti. Za to vzamemo vir encima v manjših količinah (serum večkrat razredčimo s fiziološko raztopino, za tkivo pa pripravimo manjši odstotek homogenata). V tem primeru se ustvarijo pogoji za nasičenost s substratom glede na encim, kar prispeva k manifestaciji njegove resnične aktivnosti. Skupna aktivnost encima se izračuna po formuli: Kje A- encimska aktivnost (skupaj), ΔС- razlika v koncentracijah substrata pred in po inkubaciji; IN- količino odvzetega materiala za analizo, t- čas inkubacije; n- vzreja. Upoštevati je treba, da so kazalniki aktivnosti encimov v krvnem serumu in urinu, preučeni za diagnostične namene, izraženi v enotah skupne aktivnosti. Ker so encimi beljakovine, je pomembno poznati ne samo celotno encimsko aktivnost v preskušanem materialu, ampak tudi encimsko aktivnost beljakovine, ki je prisotna v vzorcu. Za enoto specifično dejavnost vzemite količino encima, ki katalizira pretvorbo 1 µmol substrata na časovno enoto na 1 mg vzorca beljakovin. Za izračun specifične aktivnosti encima je treba skupno aktivnost deliti z vsebnostjo beljakovin v vzorcu: Slabše ko je encim očiščen, več tujih balastnih beljakovin je v vzorcu, manjša je specifična aktivnost. Med čiščenjem se količina takšnih beljakovin zmanjša, s tem pa se poveča specifična aktivnost encima. Predpostavimo, da je bila v prvotnem biološkem materialu, ki je vir encima (zdrobljena jetra, pulpa iz rastlinskega tkiva), specifična aktivnost enaka 0,5 µmol/(mg proteina × min). Po frakcijskem obarjanju z amonijevim sulfatom in gelski filtraciji skozi Sephadex se je povečala na 25 µmol/(mg proteina x min), tj. povečal 50-krat. V proizvodnji se uporablja vrednotenje učinkovitosti čiščenja encimskih pripravkov zdravila encimske narave. Specifično aktivnost določimo, kadar je treba primerjati aktivnost različnih pripravkov istega encima. Če je treba primerjati aktivnost različnih encimov, izračunamo molekularno aktivnost. Molekularna aktivnost (ali prometno število encima) je število molov substrata, ki jih pretvori 1 mol encima na časovno enoto (običajno 1 minuta). Različni encimi imajo različne molekularne aktivnosti. Zmanjšanje števila encimov se pojavi pod vplivom nekonkurenčnih inhibitorjev. S spremembo konformacije katalitskega središča encima te snovi zmanjšajo afiniteto encima do substrata, kar povzroči zmanjšanje števila substratnih molekul, ki reagirajo z eno molekulo encima na časovno enoto.

Primeri	Naloge za usposabljanje in standardi za njihovo rešitev.
1. Cilji 1. Katere encime imenujemo racemaze? 2. Dešifrirajte sistematično ime encima (ločeno za vsakega od označenih elementov različne barve): S-adenozilmetionin: gvanidin acetat metil transferaza? Določite: a) vrsta reakcije; b) encimski razred; c) podrazred. 2. Standardi rešitev 1. Racemaze so encimi, ki katalizirajo medsebojno pretvorbo optičnih izomerov, ki vsebujejo en sam asimetričen ogljikov atom (glejte poglavje 2.3). 2. Sistemsko ime encima se bere od konca. Encim spada v razred transferaze, katalizira reakcijo prenosa metilno skupino na gvanidin acetat (akceptor metilne skupine) s S-adenozilmetionin (donor metilne skupine) (glejte poglavja 2.2 - 2.3). 3. a) Pri tej reakciji pride cepitev snovi brez sodelovanja molekul vode b) kataliziran je nehidrolitični cepitev substrata s tvorbo dveh produktov encimi, ki spadajo v četrti razred (liaze) c) Vez med prvim in drugim atomom ogljika se prekine, kar vodi do eliminacije karboksilne skupine v obliki CO2. torej podrazred encimov - ogljik-ogljik-liaza(glejte poglavje 2.3).

V celici vsakega živega organizma poteka na milijone kemičnih reakcij. Vsak od njih je velikega pomena, zato je pomembno vzdrževati hitrost bioloških procesov pri visoka stopnja. Skoraj vsako reakcijo katalizira lasten encim. Kaj so encimi? Kakšna je njihova vloga v celici?

Encimi. Opredelitev

Izraz "encim" izhaja iz latinske besede fermentum - kvas. Lahko jih imenujemo tudi encimi iz grškega en zyme - "v kvasu".

Encimi so biološko aktivne snovi, zato nobena reakcija v celici ne more potekati brez njihovega sodelovanja. Te snovi delujejo kot katalizatorji. V skladu s tem ima vsak encim dve glavni lastnosti:

1) Encim pospeši biokemično reakcijo, vendar se ne porabi.

2) Vrednost ravnotežne konstante se ne spremeni, temveč le pospeši doseganje te vrednosti.

Encimi tisočkrat, v nekaterih primerih celo milijonkrat pospešijo biokemične reakcije. To pomeni, da se v odsotnosti encimskega aparata vsi znotrajcelični procesi praktično ustavijo in celica sama umre. Zato je vloga encimov kot biološko aktivnih snovi velika.

Raznolikost encimov omogoča vsestransko uravnavanje celičnega metabolizma. V kateri koli reakcijski kaskadi sodeluje veliko encimov različnih razredov. Biološki katalizatorji so zelo selektivni zaradi specifične konformacije molekule. Ker so encimi v večini primerov beljakovinske narave, se nahajajo v terciarni ali kvartarni strukturi. To je spet pojasnjeno s specifičnostjo molekule.

Funkcije encimov v celici

Glavna naloga encima je pospešiti ustrezno reakcijo. Vsaka kaskada procesov, od razgradnje vodikovega peroksida do glikolize, zahteva prisotnost biološkega katalizatorja.

Pravilno delovanje encimov dosežemo z visoko specifičnostjo na določen substrat. To pomeni, da lahko katalizator pospeši samo določeno reakcijo in nobene druge, tudi zelo podobne. Glede na stopnjo specifičnosti ločimo naslednje skupine encimov:

1) Encimi z absolutno specifičnostjo, ko je katalizirana le ena sama reakcija. Na primer, kolagenaza razgradi kolagen, maltaza pa maltozo.

2) Encimi z relativno specifičnostjo. To vključuje snovi, ki lahko katalizirajo določen razred reakcij, na primer hidrolitično cepitev.

Delovanje biokatalizatorja se začne od trenutka, ko se njegov aktivni center pritrdi na substrat. V tem primeru govorijo o komplementarni interakciji, kot sta ključavnica in ključ. Tu mislimo na popolno sovpadanje oblike aktivnega središča s substratom, kar omogoča pospešitev reakcije.

Naslednja faza je sama reakcija. Njegova hitrost se poveča zaradi delovanja encimskega kompleksa. Na koncu dobimo encim, ki je povezan z reakcijskimi produkti.

Končna faza je ločitev reakcijskih produktov od encima, po kateri se aktivno središče spet sprosti za naslednjo nalogo.

Shematično lahko delo encima na vsaki stopnji zapišemo na naslednji način:

1) J + V ——> JV

2) SE ——> SP

3) SP ——> S + P, kjer je S substrat, E encim in P produkt.

Razvrstitev encimov

V človeškem telesu najdemo ogromno število encimov. Vse znanje o njihovih funkcijah in delovanju je bilo sistematizirano, posledično pa se je pojavila enotna klasifikacija, zahvaljujoč kateri lahko enostavno ugotovite, za kaj je določen katalizator namenjen. Tukaj je predstavljenih 6 glavnih razredov encimov, pa tudi primeri nekaterih podskupin.

1. Oksidoreduktaze.

Encimi tega razreda katalizirajo redoks reakcije. Skupno ločimo 17 podskupin. Oksidoreduktaze imajo običajno neproteinski del, ki ga predstavlja vitamin ali hem.

Med oksidoreduktazami pogosto najdemo naslednje podskupine:

a) Dehidrogenaze. Biokemija encimov dehidrogenaze vključuje odstranitev vodikovih atomov in njihov prenos na drug substrat. To podskupino najpogosteje najdemo v reakcijah dihanja in fotosinteze. Dehidrogenaze nujno vsebujejo koencim v obliki NAD/NADP ali flavoproteinov FAD/FMN. Pogosto najdemo kovinske ione. Primeri vključujejo encime, kot so citokrom reduktaza, piruvat dehidrogenaza, izocitrat dehidrogenaza, kot tudi številni jetrni encimi (laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza itd.).

b) Oksidaze. Številni encimi katalizirajo dodajanje kisika na vodik, zaradi česar sta produkta reakcije lahko voda ali vodikov peroksid (H 2 0, H 2 0 2). Primeri encimov: citokrom oksidaza, tirozinaza.

c) Peroksidaze in katalaze so encimi, ki katalizirajo razgradnjo H 2 O 2 na kisik in vodo.

d) Oksigenaze. Ti biokatalizatorji pospešujejo dodajanje kisika v substrat. Dopamin hidroksilaza je en primer takih encimov.

2. Transferaze.

Naloga encimov te skupine je prenos radikalov iz donorske snovi v prejemno snov.

a) Metiltransferaze. DNA metiltransferaze so glavni encimi, ki nadzorujejo proces replikacije nukleotidov in igrajo veliko vlogo pri uravnavanju delovanja nukleinskih kislin.

b) Aciltransferaze. Encimi te podskupine prenašajo acilno skupino iz ene molekule v drugo. Primeri aciltransferaz: lecitin holesterol aciltransferaza (prenese funkcionalno skupino iz maščobna kislina na holesterol), lizofosfatidilholin aciltransferazo (acilna skupina se prenese na lizofosfatidilholin).

c) Aminotransferaze so encimi, ki sodelujejo pri pretvorbi aminokislin. Primeri encimov: alanin aminotransferaza, ki katalizira sintezo alanina iz piruvata in glutamata s prenosom amino skupin.

d) fosfotransferaze. Encimi te podskupine katalizirajo dodajanje fosfatne skupine. Drugo ime za fosfotransferaze, kinaze, je veliko pogostejše. Primeri vključujejo encime, kot so heksokinaze in aspartat kinaze, ki dodajajo fosforjeve ostanke heksozam (najpogosteje glukozi) oziroma asparaginski kislini.

3. Hidrolaze - razred encimov, ki katalizirajo cepitev vezi v molekuli z naknadnim dodatkom vode. Snovi, ki spadajo v to skupino, so glavni prebavni encimi.

a) Esteraze – prekinjajo etrske vezi. Primer so lipaze, ki razgrajujejo maščobe.

b) Glikozidaze. Biokemija encimov te serije je sestavljena iz uničenja glikozidnih vezi polimerov (polisaharidov in oligosaharidov). Primeri: amilaza, saharoza, maltaza.

c) Peptidaze so encimi, ki katalizirajo razgradnjo beljakovin v aminokisline. Peptidaze vključujejo encime, kot so pepsini, tripsin, kimotripsin in karboksipeptidaza.

d) Amidaze – cepijo amidne vezi. Primeri: arginaza, ureaza, glutaminaza itd. Številni encimi amidaze se nahajajo v

4. Liaze so encimi, ki so po delovanju podobni hidrolazam, vendar za cepitev vezi v molekulah ni potrebna voda. Encimi tega razreda vedno vsebujejo neproteinski del, na primer v obliki vitaminov B1 ali B6.

a) Dekarboksilaza. Ti encimi delujejo na S-S povezava. Primeri vključujejo glutamat dekarboksilazo ali piruvat dekarboksilazo.

b) Hidrataze in dehidrataze so encimi, ki katalizirajo reakcijo cepitve C-O vezi.

c) Amidin liaze – uničijo C-N povezava. Primer: arginin sukcinat liaza.

d) P-O liaza. Takšni encimi praviloma odcepijo fosfatno skupino iz substratne snovi. Primer: adenilat ciklaza.

Biokemija encimov temelji na njihovi strukturi

Sposobnosti vsakega encima določa njegova individualna edinstvena struktura. Vsak encim je predvsem beljakovina, njegova struktura in stopnja zvitosti pa imata odločilno vlogo pri določanju njegove funkcije.

Za vsak biokatalizator je značilna prisotnost aktivnega centra, ki je razdeljen na več neodvisnih funkcionalnih področij:

1) Katalitski center je poseben predel proteina, preko katerega se encim veže na substrat. Odvisno od konformacije proteinske molekule lahko katalitični center prevzame različne oblike, ki se morajo prilegati substratu, tako kot se ključavnica prilega ključu. Ta kompleksna struktura pojasnjuje, kaj je v terciarnem ali kvartarnem stanju.

2) Adsorpcijski center - deluje kot "držalec". Tu se najprej pojavi povezava med molekulo encima in molekulo substrata. Vendar pa so vezi, ki jih tvori adsorpcijski center, zelo šibke, kar pomeni, da je katalitična reakcija na tej stopnji reverzibilna.

3) Alosterični centri se lahko nahajajo tako v aktivnem središču kot na celotni površini encima kot celote. Njihova naloga je uravnavanje delovanja encima. Regulacija poteka s pomočjo inhibitorskih molekul in aktivatorskih molekul.

Proteini aktivatorji z vezavo na molekulo encima pospešijo njegovo delovanje. Inhibitorji pa zavirajo katalitično aktivnost, kar se lahko zgodi na dva načina: ali se molekula veže na alosterično mesto v območju aktivnega mesta encima (kompetitivna inhibicija) ali pa se veže na drugo regijo encima. beljakovin (nekompetitivna inhibicija). velja za bolj učinkovito. Navsezadnje to zapre prostor za vezavo substrata na encim in ta proces je možen le v primeru skoraj popolnega sovpadanja oblike molekule inhibitorja in aktivnega centra.

Encim pogosto ni sestavljen le iz aminokislin, temveč tudi iz drugih organskih in anorganskih snovi. V skladu s tem je apoencim beljakovinski del, koencim je organski del, kofaktor pa anorganski del. Koencim lahko predstavljajo ogljikovi hidrati, maščobe, nukleinske kisline in vitamini. Po drugi strani pa so kofaktor najpogosteje pomožni kovinski ioni. Aktivnost encimov je določena z njegovo strukturo: dodatne snovi, vključene v sestavo, spremenijo katalitične lastnosti. Različne vrste encimov so posledica kombinacije vseh naštetih dejavnikov pri nastanku kompleksa.

Regulacija encimov

Encimi kot biološko aktivne snovi niso vedno potrebni za telo. Biokemija encimov je takšna, da lahko, če so prekomerno katalizirani, poškodujejo živo celico. Da bi preprečili škodljive učinke encimov na telo, je treba nekako urediti njihovo delo.

Ker so encimi beljakovinske narave, se zlahka uničijo pri visokih temperaturah. Postopek denaturacije je reverzibilen, vendar lahko bistveno vpliva na delovanje snovi.

Veliko vlogo pri regulaciji ima tudi pH. Največjo aktivnost encima običajno opazimo pri nevtralnih vrednostih pH (7,0-7,2). Obstajajo tudi encimi, ki delujejo samo v kislem ali samo v alkalnem okolju. Tako se v celičnih lizosomih vzdržuje nizek pH, pri katerem je aktivnost hidrolitskih encimov največja. Če slučajno pridejo v citoplazmo, kjer je okolje že bližje nevtralnemu, se njihova aktivnost zmanjša. Ta zaščita pred "samo-jedjo" temelji na posebnostih dela hidrolaz.

Omeniti velja še pomen koencima in kofaktorja v sestavi encimov. Prisotnost vitaminov ali kovinskih ionov pomembno vpliva na delovanje nekaterih specifičnih encimov.

Encimska nomenklatura

Vsi encimi v telesu so običajno poimenovani glede na njihovo pripadnost kateremu koli razredu, pa tudi glede na substrat, s katerim reagirajo. Včasih se v imenu ne uporablja en, ampak dva substrata.

Primeri imen nekaterih encimov:

1. Jetrni encimi: laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza.
2. Polno sistematično ime encima: laktat-NAD+-oksidoreduktaza.

Ohranila so se tudi trivialna imena, ki se ne držijo pravil nomenklature. Primeri so prebavni encimi: tripsin, kimotripsin, pepsin.

Proces sinteze encimov

Funkcije encimov so določene na genetski ravni. Ker je molekula v veliki meri beljakovina, njena sinteza natančno ponavlja procese prepisovanja in prevajanja.

Sinteza encimov poteka po naslednji shemi. Najprej se iz DNK prebere informacija o želenem encimu, kar povzroči nastanek mRNA. Messenger RNA kodira vse aminokisline, ki sestavljajo encim. Regulacija encimov se lahko pojavi tudi na ravni DNK: če je produkta katalizirane reakcije dovolj, se transkripcija genov ustavi in ​​obratno, če je produkt potreben, se proces transkripcije aktivira.

Ko mRNA vstopi v citoplazmo celice, se začne naslednja faza - prevajanje. Na ribosomih endoplazmatskega retikuluma se sintetizira primarna veriga, sestavljena iz aminokislin, povezanih s peptidnimi vezmi. Vendar pa beljakovinska molekula v primarni strukturi še ne more opravljati svojih encimskih funkcij.

Delovanje encimov je odvisno od zgradbe beljakovine. Na istem EPS pride do zvijanja beljakovin, zaradi česar nastanejo najprej sekundarne in nato terciarne strukture. Sinteza nekaterih encimov se že na tej stopnji ustavi, vendar je za aktiviranje katalitične aktivnosti pogosto treba dodati koencim in kofaktor.

V določenih predelih endoplazmatskega retikuluma se dodajo organske sestavine encima: monosaharidi, nukleinske kisline, maščobe, vitamini. Nekateri encimi ne morejo delovati brez prisotnosti koencima.

Kofaktor igra ključno vlogo pri tvorbi nekaterih encimskih funkcij je na voljo šele, ko beljakovina doseže domensko organizacijo. Zato je zanje zelo pomembna prisotnost kvartarne strukture, v kateri je vezni člen med več proteinskimi globulami kovinski ion.

Več oblik encimov

Obstajajo situacije, ko je potrebno imeti več encimov, ki katalizirajo isto reakcijo, vendar se med seboj razlikujejo po nekaterih parametrih. Na primer, encim lahko deluje pri 20 stopinjah, pri 0 stopinjah pa ne bo več mogel opravljati svojih funkcij. Kaj naj stori živ organizem v takšni situaciji pri nizkih temperaturah okolja?

Ta problem je enostavno rešljiv s prisotnostjo več encimov, ki katalizirajo isto reakcijo, vendar delujejo pod različnimi pogoji. Obstajata dve vrsti več oblik encimov:

1. Izoencimi. Takšni proteini so kodirani z različnimi geni, sestavljeni so iz različnih aminokislin, vendar katalizirajo isto reakcijo.
2. Prave množinske oblike. Ti proteini so prepisani iz istega gena, vendar pride do modifikacije peptidov na ribosomih. Rezultat je več oblik istega encima.

Posledično se prva vrsta več oblik oblikuje na genetski ravni, druga vrsta pa na posttranslacijski ravni.

Pomen encimov

V medicini gre za sproščanje novih zdravil, ki že vsebujejo snovi v zahtevanih količinah. Znanstveniki še niso našli načina za spodbujanje sinteze manjkajočih encimov v telesu, vendar so danes zelo razširjena zdravila, ki lahko začasno nadomestijo njihovo pomanjkanje.

Različni encimi v celici katalizirajo veliko število reakcij, povezanih z ohranjanjem življenja. Eden od teh enizmov so predstavniki skupine nukleaz: endonukleaze in eksonukleaze. Njihova naloga je vzdrževanje stalne ravni nukleinskih kislin v celici in odstranjevanje poškodovane DNK in RNK.

Ne pozabite na pojav strjevanja krvi. Kot učinkovit zaščitni ukrep ta proces nadzirajo številni encimi. Glavni je trombin, ki pretvori neaktivni protein fibrinogen v aktivni fibrin. Njegove niti ustvarjajo nekakšno mrežo, ki zamaši mesto poškodbe žile in s tem preprečuje prekomerno izgubo krvi.

Encimi se uporabljajo v vinarstvu, pivovarstvu in proizvodnji številnih fermentiranih mlečnih izdelkov. Kvas lahko uporabimo za proizvodnjo alkohola iz glukoze, vendar za uspešno potek tega procesa zadostuje že izvleček iz njega.

Zanimiva dejstva, za katera niste vedeli

Vsi encimi v telesu imajo ogromno maso – od 5000 do 1.000.000 Da. To je posledica prisotnosti beljakovin v molekuli. Za primerjavo: molekulska masa glukoze je 180 Da, in ogljikov dioksid- samo 44 Da.

Do danes je bilo odkritih več kot 2000 encimov, ki so jih našli v celicah različnih organizmov. Vendar večina teh snovi še ni v celoti raziskana.

Delovanje encimov se uporablja za proizvodnjo učinkovitih pralnih praškov. Tu imajo encimi enako vlogo kot v telesu: razgrajujejo organske snovi in ​​ta lastnost pomaga v boju proti madežem. Takšen pralni prašek je priporočljivo uporabljati pri temperaturi, ki ni višja od 50 stopinj, sicer lahko pride do denaturacije.

Po statističnih podatkih 20% ljudi po vsem svetu trpi zaradi pomanjkanja katerega koli od encimov.

Lastnosti encimov so bile znane že zelo dolgo, a šele leta 1897 so ljudje ugotovili, da za fermentacijo sladkorja v alkohol ni mogoče uporabiti samega kvasa, temveč izvleček iz njegovih celic.

ENCIMI, organske snovi beljakovinske narave, ki se sintetizirajo v celicah in večkrat pospešijo reakcije, ki potekajo v njih, ne da bi bile podvržene kemičnim transformacijam. Snovi, ki imajo podoben učinek, obstajajo tudi v neživi naravi in ​​jih imenujemo katalizatorji.

Encime (iz latinskega fermentum - fermentacija, kvas) včasih imenujemo encimi (iz grškega en - znotraj, zyme - kvas). Vse žive celice vsebujejo zelo velik nabor encimov, katerih katalitična aktivnost določa delovanje celic. Skoraj vsaka od številnih različnih reakcij, ki potekajo v celici, zahteva sodelovanje specifičnega encima. Preučevanje kemijskih lastnosti encimov in reakcij, ki jih katalizirajo, je posebno, zelo pomembno področje biokemije - encimologija.

Mnogi encimi so v celici v prostem stanju, preprosto raztopljeni v citoplazmi; drugi so povezani s kompleksnimi, visoko organiziranimi strukturami. Obstajajo tudi encimi, ki se običajno nahajajo zunaj celice; Tako trebušna slinavka v črevo izloča encime, ki katalizirajo razgradnjo škroba in beljakovin. Izločajo ga encimi in številni mikroorganizmi.

Delovanje encimov

Encimi, vključeni v temeljne procese pretvorbe energije, kot je razgradnja sladkorjev ter tvorba in hidroliza visokoenergijske spojine adenozin trifosfat (ATP), so prisotni v vseh vrstah celic – živalskih, rastlinskih, bakterijskih. Vendar pa obstajajo encimi, ki nastajajo le v tkivih določenih organizmov.

Tako se encimi, ki sodelujejo pri sintezi celuloze, nahajajo v rastlinskih celicah, ne pa tudi v živalskih. Zato je pomembno razlikovati med "univerzalnimi" encimi in encimi, specifičnimi za določene vrste celic. Na splošno velja, da bolj ko je celica specializirana, večja je verjetnost, da bo sintetizirala niz encimov, potrebnih za opravljanje določene celične funkcije.

Posebnost encimov je, da so zelo specifični, torej lahko pospešijo samo eno reakcijo ali reakcije ene vrste.

Leta 1890 je E. G. Fischer predlagal, da je ta specifičnost posledica posebne oblike encimske molekule, ki se natančno ujema z obliko substratne molekule. Ta hipoteza se imenuje "ključ in ključavnica", kjer se ključ primerja s substratom, ključavnica pa z encimom. Hipoteza pravi: substrat se prilega encimu, kot se ključ prilega ključavnici. Selektivnost delovanja encima je povezana z zgradbo njegovega aktivnega centra.

Aktivnost encimov

Prvič, temperatura vpliva na aktivnost encimov. Ko temperatura narašča, se hitrost kemične reakcije poveča. Hitrost molekul se poveča, več je možnosti, da trčijo med seboj. Zato se poveča verjetnost, da pride do reakcije med njima. Temperatura, ki zagotavlja največjo aktivnost encimov, je optimalna.

Nad optimalno temperaturo se hitrost reakcije zmanjša zaradi denaturacije beljakovin. Ko se temperatura zniža, se zmanjša tudi hitrost kemične reakcije. V trenutku, ko temperatura doseže ledišče, se encim inaktivira, vendar ne denaturira.

Razvrstitev encimov

Leta 1961 je bila predlagana sistematična klasifikacija encimov v 6 skupin. Vendar se je izkazalo, da so imena encimov zelo dolga in jih je težko izgovoriti, zato je zdaj običajno encime poimenovati z delovnimi imeni. Delovno ime je sestavljeno iz imena substrata, na katerega deluje encim, in končnice "ase". Na primer, če je snov laktoza, to je mlečni sladkor, potem je laktaza encim, ki jo pretvori. Če je saharoza (navaden sladkor), potem je encim, ki jo razgradi, saharoza. V skladu s tem se encimi, ki razgrajujejo beljakovine, imenujejo proteinaze.