Enzýmy sú globulárne proteíny, ktoré pomáhajú prebiehať všetky bunkové procesy. Rovnako ako všetky katalyzátory nemôžu zvrátiť reakciu, ale slúžia na jej urýchlenie.
Lokalizácia enzýmov v bunke
Vnútri bunky sú zvyčajne obsiahnuté jednotlivé enzýmy, ktoré pôsobia v presne definovaných organelách. Lokalizácia enzýmov priamo súvisí s funkciou, ktorú táto časť bunky zvyčajne vykonáva.
Takmer všetky enzýmy glykolýzy sa nachádzajú v cytoplazme. Enzýmy cyklu trikarboxylových kyselín sú v mitochondriálnej matrici. Účinné látky hydrolýzy sú obsiahnuté v lyzozómoch.
Jednotlivé tkanivá a orgány zvierat a rastlín sa líšia nielen súborom enzýmov, ale aj svojou aktivitou. Táto vlastnosť tkanív sa používa na klinike pri diagnostike určitých chorôb.
V aktivite a súbore enzýmov v tkanivách sú tiež znaky súvisiace s vekom. Najjasnejšie sú viditeľné počas embryonálneho vývoja počas diferenciácie tkaniva.
Nomenklatúra enzýmov
Existuje niekoľko systémov pomenovania, z ktorých každý zohľadňuje vlastnosti enzýmov v inej miere.
- Triviálne. Názvy látok sú uvedené náhodne. Napríklad pepsín (pepsis - "trávenie", grécky) a trypsín (tripsis - "tenký", grécky)
- Racionálne. Názov enzýmu pozostáva zo substrátu a koncovky „-ase“. Napríklad amyláza urýchľuje hydrolýzu škrobu (amylo - "škrob", grécky).
- Moskva. Bola prijatá v roku 1961 Medzinárodnou komisiou pre názvoslovie enzýmov na 5. medzinárodnom kongrese biochémie. Názov látky je tvorený substrátom a reakciou, ktorú enzým katalyzuje (urýchľuje). Ak je funkciou enzýmov preniesť skupinu atómov z jednej molekuly (substrát) na druhú (akceptor), názov katalyzátora zahŕňa chemický názov akceptora. Napríklad v reakcii prenosu aminoskupiny z alanínu na kyselinu 2-hydroxyglutárovú sa podieľa enzým alanín:2-oxoglutarátaminotransferáza. Názov odráža:
- substrát - alanín;
- akceptor – kyselina 2-oxoglutarová;
- v reakcii sa prenesie aminoskupina.
Medzinárodná komisia zostavila zoznam všetkých známych enzýmov, ktorý je neustále aktualizovaný. Je to kvôli objavu nových látok.
Klasifikácia enzýmov
Existujú dva spôsoby, ako rozdeliť enzýmy do skupín. Prvá ponúka dve triedy týchto látok:
- jednoduché – pozostávajú iba z bielkovín;
- komplex - obsahuje proteínovú časť (apoenzým) a neproteínovú časť nazývanú koenzým.
Do neproteínovej častikomplexný enzým môže zahŕňať vitamíny. K interakcii s inými látkami dochádza cez aktívne centrum. Celá molekula enzýmu sa nezúčastňuje procesu.
Vlastnosti enzýmov, podobne ako iných proteínov, sú určené ich štruktúrou. V závislosti od toho katalyzátory urýchľujú iba svoje reakcie.
Druhá metóda klasifikácie rozdeľuje látky podľa funkcie enzýmov. Výsledkom je šesť tried:
- oxidoreduktáza;
- transferázy;
- hydrolázy;
- izomeráza;
- lyases;
- ligases.
Toto sú všeobecne akceptované skupiny, líšia sa nielen typmi reakcií, ktoré regulujú enzýmy v nich. Látky rôznych skupín majú rôzne štruktúry. A funkcie enzýmov v bunke preto nemôžu byť rovnaké.
Oxidoreduktázy – redox
Hlavnou funkciou enzýmov prvej skupiny je urýchľovanie redoxných reakcií. Charakteristická vlastnosť: schopnosť vytvárať reťazce oxidačných enzýmov, v ktorých sa elektróny alebo atómy vodíka prenášajú z úplne prvého substrátu na konečný akceptor. Tieto látky sa oddeľujú podľa princípu práce alebo miesta pôsobenia v reakcii.
- Aeróbne dehydrogenázy (oxidázy) urýchľujú prenos elektrónov alebo protónov priamo na atómy kyslíka. Anaeróbne vykonávajú rovnaké akcie, ale v reakciách, ktoré prebiehajú bez prenosu elektrónov alebo atómov vodíka na atómy kyslíka.
- Primárnedehydrogenázy katalyzujú proces odstraňovania atómov vodíka z oxidovanej látky (primárneho substrátu). Sekundárne - urýchľujú odstraňovanie atómov vodíka zo sekundárneho substrátu, boli získané pomocou primárnej dehydrogenázy.
Ďalšia vlastnosť: keďže ide o dvojzložkové katalyzátory s veľmi obmedzeným súborom koenzýmov (aktívnych skupín), môžu urýchliť širokú škálu redoxných reakcií. Dosahuje sa to veľkým počtom možností: rovnaký koenzým môže spájať rôzne apoenzýmy. V každom prípade sa získa špeciálna oxidoreduktáza s vlastnými vlastnosťami.
Je tu ešte jedna funkcia enzýmov tejto skupiny, ktorú nemožno ignorovať – urýchľujú priebeh chemických procesov spojených s uvoľňovaním energie. Takéto reakcie sa nazývajú exotermické.
Transferázy – dopravcovia
Tieto enzýmy vykonávajú funkciu urýchľovania prenosových reakcií molekulárnych zvyškov a funkčných skupín. Napríklad fosfofruktokináza.
Na základe prenesenej skupiny sa rozlišuje osem skupín katalyzátorov. Pozrime sa len na niektoré z nich.
- Fosfotransferázy – pomáhajú pri prenose zvyškov kyseliny fosforečnej. Sú rozdelené do podtried podľa miesta určenia (alkohol, karboxyl a iné).
- Aminotransferázy – urýchľujú reakcie transaminácie aminokyselín.
- Glykozyltransferázy - prenos glykozylových zvyškov z molekúl esterov fosforu na molekuly mono- a polysacharidov. Poskytnite reakcierozklad a syntéza oligo- alebo polysacharidov v rastlinách a živočíchoch. Napríklad sa podieľajú na rozklade sacharózy.
- Acyltransferázy prenášajú zvyšky karboxylových kyselín na amíny, alkoholy a aminokyseliny. Acyl-koenzým-A je univerzálnym zdrojom acylových skupín. Možno ho považovať za aktívnu skupinu acyltransferáz. Acyl kyseliny octovej je najčastejšie tolerovaný.
Hydrolázy – rozdelené vodou
V tejto skupine pôsobia enzýmy ako katalyzátory reakcií štiepenia (menej často syntézy) organických zlúčenín, na ktorých sa podieľa voda. Látky tejto skupiny sú obsiahnuté v bunkách a v tráviacej šťave. Molekuly katalyzátorov v gastrointestinálnom trakte pozostávajú z jednej zložky.
Umiestnením týchto enzýmov sú lyzozómy. Vykonávajú ochranné funkcie enzýmov v bunke: rozkladajú cudzie látky, ktoré prešli cez membránu. Ničia aj tie látky, ktoré bunka už nepotrebuje, pre čo boli lyzozómy prezývané poriadkumilovníci.
Ich ďalšia „prezývka“sú samovraždy buniek, keďže sú hlavným nástrojom autolýzy buniek. Ak dôjde k infekcii, začnú sa zápalové procesy, lyzozómová membrána sa stane priepustnou a hydrolázy vstúpia do cytoplazmy, zničia všetko, čo jej stojí v ceste a zničia bunku.
Oddeľte niekoľko typov katalyzátorov z tejto skupiny:
- esterázy – zodpovedné za hydrolýzu alkoholových esterov;
- glykozidázy – urýchľujú hydrolýzu glykozidov v závislosti odaký izomér pôsobí, vylučujú α- alebo β-glykozidázy;
- peptidové hydrolázy sú zodpovedné za hydrolýzu peptidových väzieb v proteínoch a za určitých podmienok aj za ich syntézu, ale tento spôsob syntézy proteínov sa v živej bunke nepoužíva;
- amidázy - zodpovedné za hydrolýzu amidov kyselín, napríklad ureáza katalyzuje rozklad močoviny na amoniak a vodu.
Izomerázy – transformácia molekuly
Tieto látky urýchľujú zmeny v rámci jednej molekuly. Môžu byť geometrické alebo štrukturálne. To sa môže stať mnohými spôsobmi:
- prenos atómov vodíka;
- presunutie fosfátovej skupiny;
- zmena usporiadania atómových skupín v priestore;
- presunutie dvojitej väzby.
Izomerizáciou môžu byť organické kyseliny, sacharidy alebo aminokyseliny. Izomerázy dokážu premeniť aldehydy na ketóny a naopak, preusporiadať cis formu na trans formu a naopak. Aby sme lepšie pochopili, akú funkciu vykonávajú enzýmy tejto skupiny, je potrebné poznať rozdiely v izoméroch.
Liases prerušili väzby
Tieto enzýmy urýchľujú nehydrolytické štiepenie organických zlúčenín väzbami:
- carbon-carbon;
- fosfor-kyslík;
- uhlík-síra;
- uhlík-dusík;
- uhlík-kyslík.
V tomto prípade sa uvoľňujú také jednoduché produkty ako oxid uhličitý, voda, amoniak a uzatvárajú sa dvojité väzby. Len málo z týchto reakcií môže ísť opačným smerom, zodpovedajúce enzýmy vhodnýmza týchto podmienok katalyzujú procesy nielen rozpadu, ale aj syntézy.
Liasy sa klasifikujú podľa typu väzby, ktorú prerušia. Sú to komplexné enzýmy.
Ligase crosslinks
Hlavnou funkciou enzýmov tejto skupiny je urýchlenie syntéznych reakcií. Ich črtou je konjugácia tvorby s rozpadom látok, ktoré sú schopné poskytnúť energiu na realizáciu biosyntetického procesu. Existuje šesť podtried podľa typu vytvoreného spojenia. Päť z nich je identických s lyázovými podskupinami a šiesta je zodpovedná za vytvorenie väzby dusík-kov.
Niektoré ligázy sa podieľajú na obzvlášť dôležitých bunkových procesoch. Napríklad DNA ligáza sa podieľa na replikácii deoxyribonukleovej kyseliny. Zosieťuje jednovláknové zlomy a vytvorí nové fosfodiesterové väzby. Je to ona, ktorá spája fragmenty Okazakiho.
Ten istý enzým sa aktívne používa v genetickom inžinierstve. Umožňuje vedcom spojiť molekuly DNA z častí, ktoré potrebujú, a vytvoriť tak jedinečné reťazce kyseliny deoxyribonukleovej. Dá sa do nich vložiť akákoľvek informácia, čím vznikne továreň na výrobu potrebných bielkovín. Do DNA baktérie môžete napríklad všiť kúsok, ktorý je zodpovedný za syntézu inzulínu. A keď bude bunka prekladať svoje vlastné proteíny, zároveň vytvorí užitočnú látku potrebnú na lekárske účely. Zostáva to už len vyčistiť a pomôže to mnohým chorým ľuďom.
Obrovská úloha enzýmov v tele
Môžuzvýšiť rýchlosť reakcie viac ako desaťkrát. Je to jednoducho nevyhnutné pre normálne fungovanie bunky. A enzýmy sa zúčastňujú každej reakcie. Preto sú funkcie enzýmov v tele rôznorodé, ako všetky prebiehajúce procesy. A zlyhanie týchto katalyzátorov vedie k vážnym následkom.
Enzýmy majú široké využitie v potravinárstve, ľahkom priemysle, medicíne: vyrábajú sa z nich syry, údeniny, konzervy, sú súčasťou pracích práškov. Používajú sa aj pri výrobe fotografických materiálov.
