ENZYMY
ENZYMY są biokatalizatorami umożliwiającymi przebieg reakcji enzymatycznej w żywej komórce poprzez obniżenie energii aktywacji.
Enzymy wpływają na przebieg określonych reakcji chemicznych w organizmach żywych, chociaż mogą działać także poza komórką. Jedną z najbardziej charakterystycznych cech enzymów jest ich specyficzność, polegająca na katalizowaniu reakcji tylko określonego typu. Obok enzymów o małej specyficzności istnieją enzymy o bardzo dużej specyficzności, katalizując przebieg tylko jednej reakcji.
Katalityczne działanie enzymów związane jest z aktywacją cząsteczki substancji reagującej. Enzymy obniżają wymaganą ilość energii aktywacji, zwiększając szybkość reakcji. Wpływają jedynie na takie procesy chemiczne, które są termodynamicznie możliwe. Przyspieszają osiągnięcie stanu końcowej równowagi chemicznej, do którego dąży dana reakcja.
Właściwy akt katalizy odbywa się w centrum aktywnym enzymu. Centrum aktywne tworzą niektóre grupy reszt aminokwasów wchodzących w skład łańcucha polipeptydowego enzymu / najczęściej pochodzą one z cysteiny, kwasu asparaginowego, seryny, histydyny, lizyny /.
Na pierwszym etapie katalizy związek podlegający przemianom /substrat / łączy się z enzymem za pomocą centrum aktywnego,tworząc przejściowy, nietrwały kompleks enzym-substrat. W wyniku przyłączenia się enzymu do substratu następują przesunięcia w układzie elektronów zgrupowanych dookoła określonych wiązań chemicznych w substracie, sprzyjające rozlużnieniu tych wiązań, dlatego substrat staje się bardziej aktywny i łatwiej może ulegać przemianom w toku reakcji.
Na drugim etapie reqakcji dochodzi do rozpadu kompleksu enzym-substrat. Towarzyszy temu powstanie produktów reakcjio i zregenerowanie enzymu do jego pierwotnej postaci.
Najogólniej przebieg reakcji enzymatycznej można przedstawić następująco:
E + S < - > ES -> E + P
Przebieg reakcji katalizy enzymatycznej poprzez centrum aktywne enzymu a więc jedynie przez niewielki fragment cząsteczki białka, powoduje wiązanie tylko określonych substratów i katalizę tylko określonych reakcji, z czego wynika specyficzność działania enzymu.
Na szybkość przebiegu reakcji enzymatycznej wpływają:
- temperatura
- pH
- siła jonowa
- stężenie substratu
- stężenie enzymu
- obecność aktywatorów
- obecność inhibitorów
Wpływ temperatury na aktywność enzymów
Wzrost temperatury zwiększa szybkość reakcji enzymatycznych, ale tylko w pewnych granicach temperatur. Enzym jest substancją białkową więc wzrost temperatury powyżej optymalnej dla jego działania powoduje stopniową denaturację i zanik własności katalitycznych.
Optymalna temperatura dla działania enzymów zależy od ich pochodzenia, np. dla enzymów zwierzęcych zbliżona jest do temperatury ciała, czyli 37 stopni , a dla enzymów roślinnych jej zakres mieści się w przedziale 20 do 30 stopni. Przy podwyższaniu temperatury wzrasta szybkość reakcji enzymatycznej. Przy podwyższeniu temperatury do40 stopni wzrasta szybkość przebiegu katalizy enzymatycznej, jednak powyżej tej temperatury szybkość spada, ponieważ enzymy ulegają uszkodzeniu termicznemu.
Wpływ odczynu środowiska na aktywność enzymów.
Do działania enzymy wymagają odpowiedniego odczynu pH środowiska. Dla większości enzymów optymalne jest pH występujące w naszym organizmie, czyli 7,38 – 7,42. nane są jednak enzymy, które działają najlepiej w środowisku kwaśnym ( np. pepsyna pH. 1,5 – 2,7 ) lub zasadowym ( trypsyna, chymotrypsyna – pH 8 – 9 ).
Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe ( skrajne wartości pH ) z reguły działa denaturująco, niszcząc nieodwracalnie aktywność enzymów. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość reakcji, ponieważ wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się kompleksu ES.
Dla większości enzymów optymalne jest środowisko obojętne lub słabo kwaśne.
WPŁYW STĘŻENIA SUBSTRATU I STĘŻENIA ENZYMU NA SZYBKOŚĆ REAKCJI ENZYMATYCZNEJ
Szybkość reakcji enzymatycznych opisuje równanie Michaelisa – Menten:
V max [ S ]
V = ------------
Km + [ S ]
Równanie to pozwala obliczyć parametry kinetyczne reakcji enzymatycznej ( K m , Vmax ).
Km – stała Michaelisa – odpowiada takiemu stężeniu substratu [ S ], przy którym szybkość reakcji V równa się połowie szybkości mamaksymalnej Vmax. Stanowi wartość charakterystyczną dla danego enzymu w odpowiednich warunkach pH i temperatury. Km określa powinowactwo enzymu do substratu. Znając wartość Km można tak dobierać stężenie substratu, oby osiągnąć stan nasycenia enzymu substratem.
WPŁYW AKTYWATORÓW I INHIBITORÓW NA AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW
Aktywatory
Większość enzymów wymaga obecności aktywatorów. Aktywatorami nazywamy związki drobnocząsteczkowe, których obecność w miejscu katalizy enzymatycznej przyspiesza przebieg reakcji.
Aktywatorami enzymów mogą być jony metali (np. Mn2 ,CO + 2 ZN2+ ) aniony współdziałające z białkami ( np. CL- ), a także związki regulujące potencjał redoks środowiska, od których zależy budowa centrów aktywnych.
Inhibitory
Substancje, które hamują działanie enzymów, to inhibitory reakcji enzymatycznych. Można wyróżnić inhibitory specyficzne i niespecyficzne.
Inhibitory niespecyficzne
Za niespecyficzne inhibitory reakcji enzymatycznej można uznać wszystkie czynniki uszkadzające strukturę białka enzymatycznego. Dlatego do inhibitorów niespecyficznych zaliczamy wszystkie czynniki denaturujące.
Inhibitory specyficzne
Inhibitory specyficzne, ze względu na mechanizm działania, dzielą się na:
1. kopetycyjne ( I ) – mechanizm ich działania polega na współzawodnictwie między substratem a inhibitorem o centrum aktywne enzymu.
2. niekompetycyjne ( IN ), inaczej allosteryczne – ich działanie polega na łączeniu się inhibitora z enzymem w innym miejscu niż centrum aktywne. Połączenie ( enzym – inhibitor EIN ) powoduje, że zmienia się konformacja białka a tym samym ukształtowanie centrum aktywnego enzymu, wobec czego substrat nie może zostać przyłączony.
AKTYWNOŚĆ ENZYMÓW
Dla celów praktycznych wprowadzono pojęci aktywności enzymu, które w warunkach nasycenia enzymu substratem jest funkcją stężenia enzymu. Miarą aktywności enzymatycznej jest szybkość reakcji katalizowanej przez enzym.
Standardowa jednostka aktywności enzymu ( IU ) jest to taka ilość enzymu, która katalizuje przemianę jednego µ mola substratu w ciągu jednej minuty w temperaturze 30oC w standardowych warunkach.
Dużą jednostką aktywności enzymatycznej stosowaną w układzie SI jest katal. Odpowiada on przekształceniu 1 mola substratu lub wytworzenia 1 mola produktu w ciągu 1s.
Aktywność enzymatyczną można badać w płynach ustrojowych, tkankach, materiale roślinnym zwierzęcym. Przy oznaczeniu aktywności w płynach biologicznych obliczanie jednostki odnosi się do objętości badanego płynu.
KLASYFIKACJA ENZYMÓW
Przy określaniu enzymów używa się nazw historycznych, takich jak pepsyna, trypsyna, nazw potocznych ( np. maltaza, sacharoza ), a także nazw systematycznych. Wszystkie enzymy podzielono na sześć klas. W każdej klasie wyróżniono grupy i podgrupy, przypisując im poszczególne enzymy. W ten sposób opisane zostały liczbowo wszystkie enzymy.
Wyróżniamy następujące klasy enzymów:
1. oksydoreduktazy,
2. transferazy,
3. hydrolazy
4. liazy,
5. izomerazy,
6. syntetazy ( ligazy ).
Oksydoreduktazy
Do klasy oksyreduktaz należą enzymy katalizujące procesy utleniania i redukcji. Wśród nich wyróżniamy grupy, które różnią się mechanizmem działania enzymów.
SĄ TO:
dehydrogenazy tlenowe - katalizujące przeniesienie elektronów i protonów na tlen
dehydrogenazy beztlenowe - przenoszą elektrony i protony z jednego substratu na drugi.
oksydazy - aktywują tlen cząsteczkowy
oksygenazy – to enzymy katalizujące łączenie tlenu z substratem;
hydroperoksydazy – katalizują rozpad nadtlenku wodoru.
Transferazy
Są to enzymy przenoszące atomy lub grupy atomów z jednego substratu na drugi. W tej klasie enzymów możemy wyróżnić:
- metylotransferazy,
- karboksylotransferazy,
- acylotransferazy,
- aminotransferazy
i inne
Hydrolazy
Enzymy tej klasy katalizują reakcje rozbijania wiązań z udziałem wody. Mogą to być wiązania estrowe, glikozydowi lub peptydowe.
Liazy
Liazy rozbijają wiązania, podobnie jak hydrolazy, ale już bez udziału wody.
Izomerazy
Enzymy te katalizują przekształcenia wewnątrzcząsteczkowe substratu, prowadząc do wytworzenia nowego produktu.
Syntetazy ( Ligazy )
Ligazy katalizują powstawanie wiązań pomiędzy atomami.
KOENZYMY
Wszystkie enzymy są białkami. Mogą mieć budowę białek prostych lub zawierać, obok części białkowej związki drobnocząsteczkowe – koenzymy które odgrywają istotnąrolę w katalizie enzymatycznej. Jedynie klasa hydrolaz nie posiada koenzymów.
W KLASIE OKSYREDUKTAZ KOENZYMAMI SĄ:
- nukleotydy mikotynamidowe ( NAD, NADP ),
- nukleotydy flawinowe ( FMN, FAD ),
- kwas liponowy,
- koenzym Q
- cytochromy ( b, c, c1, a, a3 ).
KOENZYMAMI TRANSFERAZ SĄ:
- koenzym A
- pirofosforan tiaminy,
- biotyna,
- fosforan piroksalu,
- adenozynotrójfosforan ( ATP ),
- adenozynometionina,
- kwas tetrahydrofoliowy.
Liazy, izomerazy i syntetazy nie mają wielu koenzymów. Do najważniejszych można zaliczyć kobalaminę oraz związki już wymienione jako koenzymy enzymów innych klas. Należą do nich:
pirofosforan tiaminy, fosforan pirydoksalu, koenzym A.
lukpie17842