Jokaisessa elävässä solussa tapahtuu monia kemiallisia reaktioita. Entsyymit (entsyymit) ovat proteiineja, joilla on erityisiä ja erittäin tärkeitä tehtäviä. Niitä kutsutaan biokatalyytiksi. Proteiinientsyymien päätehtävä kehossa on nopeuttaa biokemiallisia reaktioita. Alkuperäisiä reagensseja, joiden vuorovaikutusta nämä molekyylit katalysoivat, kutsutaan substraateiksi ja loppuyhdisteitä tuotteiksi.
Luonnossa entsyymiproteiinit toimivat vain elävissä järjestelmissä. Mutta nykyaikaisessa biotekniikassa, kliinisessä diagnostiikassa, lääkkeissä ja lääketieteessä käytetään puhdistettuja entsyymejä tai niiden komplekseja sekä lisäkomponentteja, jotka ovat välttämättömiä järjestelmän toiminnalle ja tietojen visualisoinnille tutkijalle.
Entsyymien biologinen merkitys ja ominaisuudet
Ilman näitä molekyylejä elävä organismi ei pystyisi toimimaan. Kaikki elämänprosessit toimivat harmonisesti entsyymien ansiosta. Entsyymiproteiinien päätehtävä kehossa on säädellä aineenvaihduntaa. Ilman niitä normaali aineenvaihdunta on mahdotonta. Molekyyliaktiivisuutta sääteleeaktivaattorit (induktorit) tai estäjät. Kontrolli toimii eri proteiinisynteesin tasoilla. Se "toimii" myös suhteessa valmiiseen molekyyliin.
Proteiinientsyymien pääominaisuus on spesifisyys tietylle substraatille. Ja vastaavasti kyky katalysoida vain yksi tai harvemmin useita reaktioita. Yleensä tällaiset prosessit ovat palautuvia. Yksi entsyymi vastaa molemmista toiminnoista. Mutta siinä ei vielä kaikki.
Entsyymiproteiinien rooli on olennainen. Ilman niitä biokemialliset reaktiot eivät etene. Entsyymien toiminnan ansiosta reagenssit voivat ylittää aktivaatioesteen ilman merkittävää energiankulutusta. Kehossa ei ole mitään keinoa lämmittää lämpötilaa yli 100 °C tai käyttää aggressiivisia komponentteja, kuten kemian laboratorio. Entsyymiproteiini sitoutuu substraattiin. Sidotussa tilassa muutos tapahtuu, kun jälkimmäinen vapautuu myöhemmin. Näin kaikki kemiallisessa synteesissä käytetyt katalyytit toimivat.
Mitkä ovat entsyymiproteiinimolekyylin organisoitumistasot?
Yleensä näillä molekyyleillä on tertiäärinen (globuli) tai kvaternäärinen (useita toisiinsa liittyviä palloja) proteiinirakenne. Ensin ne syntetisoidaan lineaarisessa muodossa. Ja sitten ne taitetaan vaadittuun rakenteeseen. Aktiivisuuden varmistamiseksi biokatalyytti tarvitsee tietyn rakenteen.
Entsyymit, kuten muut proteiinit, tuhoutuvat kuumuuden, äärimmäisten pH-arvojen ja aggressiivisten kemiallisten yhdisteiden vaikutuksesta.
Lisäominaisuudetentsyymit
Niistä erotetaan seuraavat komponenttien ominaisuudet:
- Stereospesifinen - vain yhden tuotteen muodostuminen.
- Regioselektiivisyys - kemiallisen sidoksen katkaiseminen tai ryhmän muokkaaminen vain yhdessä paikassa.
- Kemoselektiivisyys - vain yhden reaktion katalyysi.
Työn piirteet
Entsyymien spesifisyys vaihtelee. Mutta mikä tahansa entsyymi on aina aktiivinen suhteessa tiettyyn substraattiin tai rakenteeltaan samank altaisten yhdisteiden ryhmään. Ei-proteiinikatalyyteillä ei ole tätä ominaisuutta. Spesifisyys mitataan sitoutumisvakiolla (mol/l), joka voi olla jopa 10−10 mol/l. Aktiivisen entsyymin työ on nopeaa. Yksi molekyyli katalysoi tuhansia tai miljoonia operaatioita sekunnissa. Biokemiallisten reaktioiden kiihtyvyysaste on huomattavasti (1000-100000 kertaa) suurempi kuin tavanomaisten katalyyttien.
Entsyymien toiminta perustuu useisiin mekanismeihin. Yksinkertaisin vuorovaikutus tapahtuu yhden substraattimolekyylin kanssa, jota seuraa tuotteen muodostuminen. Useimmat entsyymit pystyvät sitomaan 2-3 erilaista molekyyliä, jotka reagoivat. Esimerkiksi ryhmän tai atomin siirto yhdisteestä toiseen tai kaksoissubstituutio "ping-pong"-periaatteen mukaisesti. Näissä reaktioissa yksi substraatti on yleensä kytkettynä ja toinen funktionaalisen ryhmän kautta entsyymiin.
Entsyymivaikutusmekanismin tutkiminen tapahtuu seuraavilla menetelmillä:
- Väli- ja lopputuotteiden määritelmät.
- Rakenteen geometrian ja siihen liittyvien funktionaalisten ryhmien tutkimuksetsubstraatti ja tarjoaa korkean reaktionopeuden.
- Entsyymigeenien mutaatio ja sen synteesin ja aktiivisuuden muutosten määrittäminen.
Aktiivinen ja yhdistävä keskus
Substraattimolekyyli on paljon pienempi kuin entsyymiproteiini. Siksi sitoutuminen tapahtuu johtuen pienestä määrästä biokatalyytin funktionaalisia ryhmiä. Ne muodostavat aktiivisen keskuksen, joka koostuu tietystä aminohappojoukosta. Monimutkaisissa proteiineissa rakenteessa on luonteeltaan ei-proteiininen proteettinen ryhmä, joka voi myös olla osa aktiivista keskusta.
On tarpeen erottaa erillinen entsyymien ryhmä. Niiden molekyyli sisältää koentsyymiä, joka sitoutuu jatkuvasti molekyyliin ja vapautuu siitä. Täysin muodostunutta entsyymiproteiinia kutsutaan holoentsyymiksi, ja kun kofaktori poistetaan, sitä kutsutaan apoentsyymiksi. Vitamiinit, metallit, typpipitoisten emästen johdannaiset toimivat usein koentsyymeinä (NAD - nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, FAD - flaviiniadeniinidinukleotidi, FMN - flaviinimononukleotidi).
Sitoutumiskohta tarjoaa substraattispesifisyyden. Sen ansiosta muodostuu stabiili substraatti-entsyymikompleksi. Pallon rakenne on rakennettu siten, että pinnalla on tietyn kokoinen syvennys (rako tai syvennys), joka varmistaa substraatin sitoutumisen. Tämä vyöhyke sijaitsee yleensä lähellä aktiivista keskustaa. Joillakin entsyymeillä on kohtia, jotka sitoutuvat kofaktoreihin tai metalli-ioneihin.
Johtopäätös
Proteiini-Entsyymillä on tärkeä rooli kehossa. Tällaiset aineet katalysoivat kemiallisia reaktioita, ovat vastuussa aineenvaihduntaprosessista - aineenvaihdunnasta. Missä tahansa elävässä solussa tapahtuu jatkuvasti satoja biokemiallisia prosesseja, mukaan lukien pelkistysreaktiot, halkeaminen ja yhdisteiden synteesi. Aineiden hapettuminen tapahtuu jatkuvasti suurella energian vapautumisella. Se puolestaan käytetään hiilihydraattien, proteiinien, rasvojen ja niiden kompleksien muodostukseen. Pilkkoutumistuotteet ovat tarvittavien orgaanisten yhdisteiden synteesin rakennuspalikoita.
