Enzymen zijn bolvormige eiwitten die alle cellulaire processen helpen door te gaan. Zoals alle katalysatoren kunnen ze de reactie niet omkeren, maar dienen ze om deze te versnellen.
Lokalisatie van enzymen in de cel
In de cel bevinden zich gewoonlijk individuele enzymen die werken in strikt gedefinieerde organellen. De lokalisatie van enzymen is direct gerelateerd aan de functie die dit deel van de cel gewoonlijk vervult.
Bijna alle glycolyse-enzymen bevinden zich in het cytoplasma. Enzymen van de tricarbonzuurcyclus bevinden zich in de mitochondriale matrix. De actieve stoffen van hydrolyse zitten in lysosomen.
Individuele weefsels en organen van dieren en planten verschillen niet alleen in de reeks enzymen, maar ook in hun activiteit. Deze eigenschap van weefsels wordt in de kliniek gebruikt bij de diagnose van bepaalde ziekten.
Er zijn ook leeftijdsgerelateerde kenmerken in de activiteit en reeks enzymen in weefsels. Ze zijn het duidelijkst zichtbaar tijdens de embryonale ontwikkeling tijdens weefseldifferentiatie.
Enzymnomenclatuur
Er zijn verschillende naamgevingssystemen, die elk in verschillende mate rekening houden met de eigenschappen van enzymen.
- Triviaal. De namen van stoffen worden willekeurig gegeven. Bijvoorbeeld pepsine (pepsis - "spijsvertering", Grieks) en trypsine (tripsis - "dun", Grieks)
- Rationeel. De naam van het enzym bestaat uit het substraat en de uitgang "-ase". Amylase versnelt bijvoorbeeld de hydrolyse van zetmeel (amylo - "zetmeel", Grieks).
- Moskou. Het werd in 1961 aangenomen door de International Commission on Enzyme Nomenclature op het 5e International Congress of Biochemistry. De naam van de stof bestaat uit het substraat en de reactie die door het enzym wordt gekatalyseerd (versneld). Als de functie van enzymen is om een groep atomen van het ene molecuul (substraat) naar het andere (acceptor) over te brengen, dan bevat de naam van de katalysator ook de chemische naam van de acceptor. Bij de reactie van de overdracht van een aminogroep van alanine naar 2-hydroxyglutaarzuur is bijvoorbeeld het enzym alanine: 2-oxoglutaraat-aminotransferase betrokken. Naam weerspiegelt:
- substraat - alanine;
- acceptor - 2-oxoglutaarzuur;
- een aminogroep wordt overgedragen in de reactie.
De Internationale Commissie heeft een lijst samengesteld van alle bekende enzymen, die voortdurend wordt bijgewerkt. Dit komt door de ontdekking van nieuwe stoffen.
Classificatie van enzymen
Er zijn twee manieren om enzymen in groepen te verdelen. De eerste biedt twee klassen van deze stoffen:
- simple - bestaat alleen uit eiwitten;
- complex - bevat een eiwitgedeelte (apo-enzym) en een niet-eiwitgedeelte dat een co-enzym wordt genoemd.
In het niet-eiwitgedeeltecomplex enzym kan vitamines bevatten. Interactie met andere stoffen vindt plaats via het actieve centrum. Het hele enzymmolecuul neemt niet deel aan het proces.
Eigenschappen van enzymen worden, net als andere eiwitten, bepaald door hun structuur. Afhankelijk daarvan versnellen katalysatoren alleen hun reacties.
De tweede classificatiemethode verdeelt stoffen volgens de functie van enzymen. Het resultaat is zes klassen:
- oxidoreductase;
- transferases;
- hydrolasen;
- isomerase;
- lyases;
- ligasen.
Dit zijn algemeen aanvaarde groepen, ze verschillen niet alleen in de soorten reacties die de enzymen erin reguleren. Stoffen van verschillende groepen hebben verschillende structuren. En de functies van enzymen in een cel kunnen daarom niet hetzelfde zijn.
Oxidoreductasen - redox
De belangrijkste functie van de enzymen van de eerste groep is het versnellen van redoxreacties. Kenmerkend: het vermogen om ketens van oxidatieve enzymen te vormen waarin elektronen of waterstofatomen van het allereerste substraat naar de uiteindelijke acceptor worden overgebracht. Deze stoffen worden gescheiden volgens het werkprincipe of de werkplek in de reactie.
- Aerobe dehydrogenases (oxidasen) versnellen de overdracht van elektronen of protonen rechtstreeks naar zuurstofatomen. Anaërobe soorten voeren dezelfde acties uit, maar in reacties die verlopen zonder de overdracht van elektronen of waterstofatomen naar zuurstofatomen.
- Primairdehydrogenasen katalyseren het proces van het verwijderen van waterstofatomen uit de geoxideerde stof (primair substraat). Secundair - versnel de verwijdering van waterstofatomen van het secundaire substraat, ze werden verkregen met behulp van primaire dehydrogenase.
Een ander kenmerk: als tweecomponentenkatalysatoren met een zeer beperkte set co-enzymen (actieve groepen), kunnen ze een breed scala aan redoxreacties versnellen. Dit wordt bereikt door een groot aantal opties: hetzelfde co-enzym kan zich bij verschillende apo-enzymen voegen. In elk geval wordt een speciale oxidoreductase verkregen met zijn eigen eigenschappen.
Er is nog een andere functie van de enzymen van deze groep, die niet kan worden genegeerd: ze versnellen het verloop van chemische processen die gepaard gaan met het vrijkomen van energie. Dergelijke reacties worden exotherm genoemd.
Overdrachten - vervoerders
Deze enzymen vervullen de functie van het versnellen van de overdrachtsreacties van moleculaire residuen en functionele groepen. Bijvoorbeeld fosfofructokinase.
Er worden acht groepen katalysatoren onderscheiden op basis van de overgedragen groep. Laten we er een paar bekijken.
- Fosfotransferasen - helpen fosforzuurresten over te dragen. Ze zijn onderverdeeld in subklassen volgens de bestemming (alcohol, carboxyl en andere).
- Aminotransferasen – versnellen aminozuurtransamineringsreacties.
- Glycosyltransferasen - brengen glycosylresten over van fosforestermoleculen naar mono- en polysacharidemoleculen. Geef reactiesafbraak en synthese van oligo- of polysachariden in planten en dieren. Ze zijn bijvoorbeeld betrokken bij de afbraak van sucrose.
- Acyltransferasen dragen carbonzuurresten over aan aminen, alcoholen en aminozuren. Acyl-co-enzym-A is een universele bron van acylgroepen. Het kan worden beschouwd als een actieve groep van acyltransferasen. Azijnzuuracyl wordt het meest verdragen.
Hydrolasen - gesplitst met water
In deze groep werken enzymen als katalysatoren voor de reacties van splitsing (minder vaak synthese) van organische verbindingen, waarbij water is betrokken. Stoffen van deze groep bevinden zich in de cellen en in het spijsverteringssap. Moleculen van katalysatoren in het maagdarmkanaal bestaan uit één component.
De locatie van deze enzymen zijn lysosomen. Ze vervullen de beschermende functies van enzymen in de cel: ze breken vreemde stoffen af die door het membraan zijn gegaan. Ze vernietigen ook die stoffen die de cel niet langer nodig heeft, waarvoor de lysosomen de bijnaam verplegers kregen.
Hun andere "bijnaam" is celzelfmoord, omdat ze het belangrijkste hulpmiddel zijn voor celautolyse. Als er een infectie optreedt, beginnen ontstekingsprocessen, het lysosoommembraan wordt doorlaatbaar en hydrolasen komen het cytoplasma binnen, vernietigen alles op zijn pad en vernietigen de cel.
Scheid verschillende soorten katalysatoren uit deze groep:
- esterasen - verantwoordelijk voor de hydrolyse van alcoholesters;
- glycosidasen - versnellen de hydrolyse van glycosiden, afhankelijk vanwelke isomeer werken ze, scheiden α- of β-glycosidasen af;
- peptidehydrolasen zijn verantwoordelijk voor de hydrolyse van peptidebindingen in eiwitten, en onder bepaalde voorwaarden voor hun synthese, maar deze methode van eiwitsynthese wordt niet gebruikt in een levende cel;
- amidasen - verantwoordelijk voor de hydrolyse van zuuramiden, bijvoorbeeld urease katalyseert de afbraak van ureum in ammoniak en water.
Isomerasen - transformatie van het molecuul
Deze stoffen versnellen veranderingen binnen een enkel molecuul. Ze kunnen geometrisch of structureel zijn. Dit kan op veel manieren gebeuren:
- overdracht van waterstofatomen;
- verplaatsen van de fosfaatgroep;
- de rangschikking van atoomgroepen in de ruimte veranderen;
- de dubbele binding verplaatsen.
Isomerisatie kan organische zuren, koolhydraten of aminozuren zijn. Isomerasen kunnen aldehyden omzetten in ketonen en omgekeerd de cis-vorm herschikken in de trans-vorm en vice versa. Om beter te begrijpen welke functie de enzymen van deze groep vervullen, is het noodzakelijk om de verschillen in isomeren te kennen.
Liases verbreken banden
Deze enzymen versnellen de niet-hydrolytische afbraak van organische verbindingen door bindingen:
- koolstof-koolstof;
- fosforzuurstof;
- koolstofzwavel;
- koolstof-stikstof;
- koolstof-zuurstof.
In dit geval komen eenvoudige producten zoals koolstofdioxide, water, ammoniak vrij en worden dubbele bindingen gesloten. Weinig van deze reacties kunnen in de tegenovergestelde richting gaan, de corresponderende enzymen in de juisteonder deze omstandigheden katalyseren niet alleen de processen van verval, maar ook van synthese.
Liassen worden geclassificeerd op basis van het type binding dat ze verbreken. Het zijn complexe enzymen.
Ligase-crosslinks
De belangrijkste functie van de enzymen van deze groep is het versnellen van synthesereacties. Hun kenmerk is de vervoeging van de schepping met het verval van stoffen die energie kunnen leveren voor de uitvoering van het biosynthetische proces. Er zijn zes subklassen volgens het gevormde type verbinding. Vijf ervan zijn identiek aan de lyase-subgroepen en de zesde is verantwoordelijk voor het creëren van de stikstof-metaalbinding.
Sommige ligasen zijn betrokken bij bijzonder belangrijke celprocessen. DNA-ligase is bijvoorbeeld betrokken bij de replicatie van deoxyribonucleïnezuur. Het verknoopt enkelstrengige breuken, waardoor nieuwe fosfodiesterbindingen ontstaan. Zij is het die de Okazaki-fragmenten met elkaar verbindt.
Hetzelfde enzym wordt actief gebruikt bij genetische manipulatie. Het stelt wetenschappers in staat om DNA-moleculen aan elkaar te naaien uit de stukjes die ze nodig hebben, waardoor unieke ketens van deoxyribonucleïnezuur ontstaan. Alle informatie kan erin worden gestopt, waardoor een fabriek ontstaat voor de productie van de benodigde eiwitten. Je kunt bijvoorbeeld in het DNA van een bacterie een stukje naaien dat verantwoordelijk is voor de synthese van insuline. En wanneer de cel zijn eigen eiwitten verta alt, zal het tegelijkertijd een nuttige stof maken die nodig is voor medische doeleinden. Het enige dat overblijft is om het op te ruimen en het zal veel zieke mensen helpen.
De enorme rol van enzymen in het lichaam
Ze kunnenverhoog de reactiesnelheid met meer dan tien keer. Het is gewoon noodzakelijk voor het normaal functioneren van de cel. En bij elke reactie zijn enzymen betrokken. Daarom zijn de functies van enzymen in het lichaam divers, zoals alle lopende processen. En het falen van deze katalysatoren leidt tot ernstige gevolgen.
Enzymen worden veel gebruikt in voedingsmiddelen, lichte industrie, medicijnen: ze worden gebruikt om kazen, worsten, ingeblikt voedsel te maken en maken deel uit van waspoeders. Ze worden ook gebruikt bij de vervaardiging van fotografisch materiaal.
