Entsyymit ovat pallomaisia proteiineja, jotka auttavat kaikkia solun prosesseja etenemään. Kuten kaikki katalyytit, ne eivät voi kääntää reaktiota, mutta ne auttavat nopeuttamaan sitä.
Entsyymien lokalisointi solussa
Yksittäiset entsyymit ovat yleensä solun sisällä ja ne toimivat tiukasti määritellyissä organelleissa. Entsyymien sijainti liittyy suoraan toimintoon, jota tämä solun osa tavallisesti suorittaa.
Melkein kaikki glykolyysientsyymit sijaitsevat sytoplasmassa. Trikarboksyylihapposyklin entsyymit ovat mitokondriomatriisissa. Hydrolyysin vaikuttavat aineet sisältyvät lysosomeihin.
Eläinten ja kasvien yksittäiset kudokset ja elimet eroavat entsyymien lisäksi myös aktiivisuudestaan. Tätä kudosten ominaisuutta käytetään klinikalla tiettyjen sairauksien diagnosoinnissa.
Kudosten aktiivisuudessa ja entsyymijoukossa on myös ikään liittyviä piirteitä. Ne näkyvät selkeimmin alkion kehityksen aikana kudosten erilaistumisen aikana.
Entsyyminimikkeistö
On olemassa useita nimeämisjärjestelmiä, joista jokainen ottaa huomioon entsyymien ominaisuudet eri tavalla.
- Triviaali. Aineiden nimet annetaan satunnaisesti. Esimerkiksi pepsiini (pepsis - "sulatus", kreikka) ja trypsiini (tripsis - "ohut", kreikka)
- Rational. Entsyymin nimi koostuu substraatista ja päätteestä "-ase". Esimerkiksi amylaasi nopeuttaa tärkkelyksen hydrolyysiä (amylo - "tärkkelys", kreikka).
- Moskova. Kansainvälinen entsyyminimikkeistökomissio hyväksyi sen vuonna 1961 5. kansainvälisessä biokemian kongressissa. Aineen nimi koostuu substraatista ja reaktiosta, jota entsyymi katalysoi (kiihdyttää). Jos entsyymien tehtävänä on siirtää atomiryhmä yhdestä molekyylistä (substraatista) toiseen (akseptoriin), katalyytin nimi sisältää vastaanottajan kemiallisen nimen. Esimerkiksi reaktiossa, jossa aminoryhmä siirretään alaniinista 2-hydroksiglutaarihappoon, osallistuu entsyymi alaniini:2-oksoglutaraattiaminotransferaasi. Nimi kuvastaa:
- substraatti - alaniini;
- vastaanotin - 2-oksoglutaarihappo;
- aminoryhmä siirtyy reaktiossa.
Kansainvälinen komissio on koonnut luettelon kaikista tunnetuista entsyymeistä, jota päivitetään jatkuvasti. Tämä johtuu uusien aineiden löytämisestä.
Entsyymien luokitus
On kaksi tapaa jakaa entsyymit ryhmiin. Ensimmäinen sisältää kaksi näiden aineiden luokkaa:
- yksinkertainen - koostuu vain proteiinista;
- kompleksi - sisältää proteiiniosan (apoentsyymin) ja ei-proteiiniosan, jota kutsutaan koentsyymiksi.
Proteiinittomaan osaanmonimutkainen entsyymi voi sisältää vitamiineja. Vuorovaikutus muiden aineiden kanssa tapahtuu aktiivisen keskuksen kautta. Koko entsyymimolekyyli ei osallistu prosessiin.
Entsyymien, kuten muidenkin proteiinien, ominaisuudet määräytyvät niiden rakenteen mukaan. Siitä riippuen katalyytit kiihdyttävät vain reaktioitaan.
Toinen luokitusmenetelmä jakaa aineet entsyymien toiminnan mukaan. Tuloksena on kuusi luokkaa:
- oksidoreduktaasi;
- siirrot;
- hydrolaasit;
- isomeraasi;
- lyases;
- ligaasit.
Nämä ovat yleisesti hyväksyttyjä ryhmiä, ne eroavat toisistaan paitsi reaktiotyypeissä, jotka säätelevät niissä olevia entsyymejä. Eri ryhmien aineilla on erilaiset rakenteet. Ja siksi entsyymien tehtävät solussa eivät voi olla samat.
Oksidoreduktaasit - redox
Ensimmäisen ryhmän entsyymien päätehtävä on redox-reaktioiden kiihdyttäminen. Ominaisuus: kyky muodostaa oksidatiivisten entsyymien ketjuja, joissa elektronit tai vetyatomit siirtyvät ensimmäisestä substraatista lopulliseen vastaanottajaan. Nämä aineet erotetaan reaktiossa työskentelyperiaatteen tai työpaikan mukaan.
- Aerobiset dehydrogenaasit (oksidaasit) nopeuttavat elektronien tai protonien siirtymistä suoraan happiatomeihin. Anaerobiset suorittavat samat toiminnot, mutta reaktioissa, jotka etenevät ilman elektronien tai vetyatomien siirtymistä happiatomeiksi.
- Ensisijainendehydrogenaasit katalysoivat vetyatomien poistamisprosessia hapettuneesta aineesta (primäärisubstraatista). Toissijainen - nopeuttaa vetyatomien poistumista sekundaarisubstraatista, ne saatiin käyttämällä primääristä dehydrogenaasia.
Toinen ominaisuus: koska ne ovat kaksikomponenttisia katalyyttejä, joissa on hyvin rajallinen joukko koentsyymejä (aktiivisia ryhmiä), ne voivat nopeuttaa monenlaisia redox-reaktioita. Tämä saavutetaan useilla vaihtoehdoilla: sama koentsyymi voi liittyä eri apoentsyymeihin. Kussakin tapauksessa saadaan erityinen oksidoreduktaasi, jolla on omat ominaisuudet.
Tämän ryhmän entsyymeillä on toinenkin toiminto, jota ei voida jättää huomiotta - ne nopeuttavat energian vapautumiseen liittyvien kemiallisten prosessien kulkua. Tällaisia reaktioita kutsutaan eksotermisiksi.
Siirrot - operaattorit
Nämä entsyymit suorittavat tehtävän kiihdyttää molekyylitähteiden ja funktionaalisten ryhmien siirtoreaktioita. Esimerkiksi fosfofruktokinaasi.
Siirretyn ryhmän perusteella erotetaan kahdeksan katalyyttiryhmää. Katsotaanpa vain muutamia niistä.
- Fosfotransferaasit - auttavat siirtämään fosforihappojäämiä. Ne on jaettu alaluokkiin kohteen mukaan (alkoholi, karboksyyli ja muut).
- Aminotransferaasit – nopeuttavat aminohappojen transaminaatioreaktioita.
- Glykosyylitransferaasit - siirtävät glykosyylijäännöksiä fosforiesterimolekyyleistä mono- ja polysakkaridimolekyyleihin. Tarjoa reaktioitaoligo- tai polysakkaridien hajoaminen ja synteesi kasveissa ja eläimissä. Ne osallistuvat esimerkiksi sakkaroosin hajoamiseen.
- Asyylitransferaasit siirtävät karboksyylihappojäännöksiä amiineihin, alkoholeihin ja aminohappoihin. Asyylikoentsyymi-A on yleinen asyyliryhmien lähde. Sitä voidaan pitää aktiivisena asyylitransferaasiryhmänä. Etikkahappoasyyli on yleisimmin siedetty.
Hydrolaasit - jaettu vedellä
Tässä ryhmässä entsyymit toimivat katalyytteinä orgaanisten yhdisteiden halkeamisreaktioissa (harvemmin synteesi), joissa vesi on osallisena. Tämän ryhmän aineita on soluissa ja ruoansulatusmehussa. Ruoansulatuskanavan katalyyttimolekyylit koostuvat yhdestä komponentista.
Näiden entsyymien sijainti on lysosomeja. Ne suorittavat solussa olevien entsyymien suojaavia tehtäviä: ne hajottavat kalvon läpi kulkeneita vieraita aineita. Ne tuhoavat myös ne aineet, joita solu ei enää tarvitse ja joista lysosomeille annettiin lempinimeltään järjestys.
Heidän toinen "lempinimi" on soluitsemurhat, koska ne ovat tärkein työkalu solujen autolyysissä. Jos infektio tapahtuu, tulehdusprosessit alkavat, lysosomikalvosta tulee läpäisevä ja hydrolaasit pääsevät sytoplasmaan tuhoten kaiken tiellään ja tuhoavat solun.
Erottele tästä ryhmästä useita katalyyttityyppejä:
- esteraasit - vastaavat alkoholiesterien hydrolyysistä;
- glykosidaasit - nopeuttavat glykosidien hydrolyysiä riippuenmitä isomeeriä ne toimivat, erittävät α- tai β-glykosidaaseja;
- peptidihydrolaasit vastaavat proteiinien peptidisidosten hydrolyysistä ja tietyissä olosuhteissa niiden synteesistä, mutta tätä proteiinisynteesimenetelmää ei käytetä elävässä solussa;
- amidaasit - vastaavat happoamidien hydrolyysistä, esimerkiksi ureaasi katalysoi urean hajoamista ammoniakiksi ja vedeksi.
Isomeraasit - molekyylin muutos
Nämä aineet nopeuttavat muutoksia yhdessä molekyylissä. Ne voivat olla geometrisia tai rakenteellisia. Tämä voi tapahtua monella tavalla:
- vetyatomien siirto;
- siirtää fosfaattiryhmää;
- atomiryhmien järjestyksen muuttaminen avaruudessa;
- kaksoissidoksen siirtäminen.
Isomerointi voi olla orgaanisia happoja, hiilihydraatteja tai aminohappoja. Isomeraasit voivat muuttaa aldehydejä ketoneiksi ja päinvastoin järjestää cis-muodon trans-muotoon ja päinvastoin. Jotta ymmärtäisimme paremmin tämän ryhmän entsyymien tehtävän, on tarpeen tietää isomeerien erot.
Liasit katkaisivat siteet
Nämä entsyymit nopeuttavat orgaanisten yhdisteiden ei-hydrolyyttistä hajoamista sidoksilla:
- hiili-hiili;
- fosfori-happi;
- hiili-rikki;
- hiili-typpi;
- hiili-happi.
Tässä tapauksessa yksinkertaisia tuotteita, kuten hiilidioksidia, vettä, ammoniakkia, vapautuu ja kaksoissidokset sulkeutuvat. Harvat näistä reaktioista voivat mennä päinvastaiseen suuntaan, vastaavat entsyymit sopivatnäissä olosuhteissa katalysoi paitsi hajoamisprosesseja myös synteesiä.
Liasit luokitellaan sen mukaan, minkä tyyppistä sidettä ne rikkovat. Ne ovat monimutkaisia entsyymejä.
Ligasen ristislinkit
Tämän ryhmän entsyymien päätehtävä on synteesireaktioiden kiihdyttäminen. Niiden ominaisuus on luomisen konjugaatio sellaisten aineiden hajoamiseen, jotka pystyvät tarjoamaan energiaa biosynteettisen prosessin toteuttamiseen. Muodostetun yhteyden tyypin mukaan on kuusi alaluokkaa. Viisi niistä on identtisiä lyaasi-alaryhmien kanssa, ja kuudes vastaa typpi-metalli-sidoksen luomisesta.
Jotkut ligaasit osallistuvat erityisen tärkeisiin soluprosesseihin. Esimerkiksi DNA-ligaasi osallistuu deoksiribonukleiinihapon replikaatioon. Se silloi yksisäikeiset katkeamat ja luo uusia fosfodiesterisidoksia. Hän yhdistää Okazaki-fragmentit.
Samaa entsyymiä käytetään aktiivisesti geenitekniikassa. Sen avulla tutkijat voivat yhdistää DNA-molekyylejä tarvitsemistaan osista ja luoda ainutlaatuisia deoksiribonukleiinihappoketjuja. Niihin voidaan laittaa mitä tahansa tietoa ja näin luoda tehdas tarvittavien proteiinien tuotantoa varten. Voit esimerkiksi ommella bakteerin DNA:han palan, joka vastaa insuliinin synteesistä. Ja kun solu kääntää omat proteiininsa, se tuottaa samalla lääketieteellisiin tarkoituksiin tarpeellisen hyödyllisen aineen. Jäljelle jää vain se puhdistaminen ja se auttaa monia sairaita ihmisiä.
Entsyymien v altava rooli kehossa
He voivatlisää reaktionopeutta yli kymmenen kertaa. Se on yksinkertaisesti välttämätöntä solun normaalille toiminnalle. Ja entsyymit ovat mukana jokaisessa reaktiossa. Siksi entsyymien toiminnot kehossa ovat monimuotoiset, kuten kaikki käynnissä olevat prosessit. Ja näiden katalyyttien epäonnistuminen johtaa vakaviin seurauksiin.
Entsyymejä käytetään laaj alti elintarvikkeissa, kevyessä teollisuudessa, lääketieteessä: niistä valmistetaan juustoja, makkaroita, säilykkeitä ja ne ovat osa pesujauheita. Niitä käytetään myös valokuvausmateriaalien valmistuksessa.
