תוֹכֶן
אנזימים הם מולקולות חלבון קריטיות במערכות חיות, אשר לאחר סינתזה, אינן הופכות בדרך כלל למין מולקולה מסוג אחר, וכך גם החומרים הנלקחים כדלק לתהליכי עיכול ונשימה (למשל, סוכרים, שומנים, חמצן מולקולרי). הסיבה לכך היא שאנזימים הם זרזיםמה שאומר שהם יכולים לקחת חלק בתגובות כימיות מבלי שהם ישתנו, בדומה למנחה של דיון ציבורי שמוביל באופן אידיאלי את המשתתפים ואת הקהל לקראת מסקנה על ידי הכתבת תנאי הוויכוח תוך לא הוספת מידע ייחודי.
יותר מ -2,000 אנזימים זוהו, וכל אחד מהם מעורב בתגובה כימית אחת ספציפית. אנזימים הם אפוא ספציפיים למצע. הם מקובצים לחצי תריסר שיעורים על סמך סוגי התגובות שהם לוקחים בהם חלק.
יסודות אנזים
אנזימים מאפשרים למספר רב של תגובות להתרחש בגוף בתנאים של הומאוסטזיס, או איזון ביוכימי כללי. לדוגמא, אנזימים רבים מתפקדים בצורה הטובה ביותר ברמת pH (חומציות) הקרובה ל- pH שהגוף שומר בדרך כלל, הנמצא בטווח של 7 (כלומר לא אלקליין ולא חומצי). אנזימים אחרים מתפקדים בצורה הטובה ביותר ב- pH נמוך (חומציות גבוהה) בגלל דרישות הסביבה שלהם; לדוגמה, החלק הפנימי של הקיבה, בו פועלים אנזימי עיכול, הוא חומצי ביותר.
אנזימים לוקחים חלק בתהליכים החל מקרישת דם לסינתזת DNA לעיכול. חלקם נמצאים רק בתוך תאים ומשתתפים בתהליכים הכוללים מולקולות קטנות, כמו גליקוליזה; אחרים מופרשים ישירות לתוך הבטן ופועלים על חומר בתפזורת כגון מזון שבולע.
מכיוון שאנזימים הם חלבונים בעלי מסה מולקולרית גבוהה למדי, לכל אחד מהם צורה תלת ממדית מובחנת. זה קובע את המולקולות הספציפיות עליהן הן פועלות. בנוסף להיותם תלויי pH, צורתם של מרבית האנזימים תלויה בטמפרטורה, כלומר הם מתפקדים בצורה הטובה ביותר בתחום טמפרטורות צר למדי.
איך אנזימים עובדים
רוב האנזימים פועלים על ידי הורדת ה- אנרגיית הפעלה של תגובה כימית. לפעמים, צורתם מקרבת את המגיבים זה לזה באופן פיזי בסגנון, אולי, של מאמן קבוצת ספורט או מנהל קבוצת עבודה שמטרתו לבצע את המשימה במהירות רבה יותר. ההערכה היא שכאשר אנזימים נקשרים למגיב, צורתם משתנה באופן שמערער את המגיב והופך אותו לרגיש יותר לכל שינוי כימי שהתגובה כרוכה בו.
תגובות שיכולות להתקדם ללא הזנת אנרגיה נקראות תגובות אקזוטריות. בתגובות אלה, למוצרים או לכימיקלים הנוצרים במהלך התגובה רמת אנרגיה נמוכה יותר מהכימיקלים המשמשים כמרכיבי התגובה. באופן זה מולקולות, כמו מים, "מחפשות" את רמתן (האנרגיה) שלהן; האטומים "מעדיפים" להיות בסידורים עם אנרגיה כוללת נמוכה יותר, ממש כמו מים זורמים במורד עד לנקודה הפיזית הנמוכה ביותר. אם מצרפים את כל זה יחד, ברור שתגובות אקזוותרמיות מתרחשות תמיד באופן טבעי.
עם זאת, העובדה שתגובה תתרחש גם ללא קלט אינה אומרת דבר על הקצב בו היא תתרחש. אם חומר שנלקח לגוף ישתנה באופן טבעי לשני חומרים נגזרים שיכולים לשמש כמקורות ישירים לאנרגיה סלולרית, הדבר לא מועיל אם התגובה אורכת באופן טבעי שעות או ימים. כמו כן, גם כאשר סך האנרגיה של מוצרים גבוהה מזו של המגיבים, נתיב האנרגיה אינו מדרון במורד החלקה בגרף; במקום זאת, המוצרים חייבים להגיע לרמה גבוהה יותר של אנרגיה מזו בה הם התחילו כדי שיוכלו "להתגבר על הגבן" והתגובה עשויה להתקיים. ההשקעה הראשונית הזו של אנרגיה בתוך המגיבים שמשתלמת בצורה של מוצרים היא האמורה אנרגיה של הפעלה, או הא.
סוגי אנזימים
גוף האדם כולל שש קבוצות, או מחלקות, של אנזימים עיקריים.
Oxidoreductases לשפר את קצב התגובות של חמצון והפחתה. בתגובות אלה, המכונות גם תגובות רדוקס, אחד המגיבים מוותר על זוג אלקטרונים שגורם אחר מרוויח. אומרים כי תורם צמד האלקטרונים מחומצן ופועל כסוכן מקטין, בעוד שמקבל צמד האלקטרונים מופחת נקרא החומר המחמצן. דרך פשוטה יותר לומר זאת היא שבתגובות מסוג זה מועברים אטומי חמצן, אטומי מימן או שניהם. דוגמאות לכך כוללות ציטוכרום אוקסידאז ולטהאט דהידרוגנז.
העברות מהירות לאורך העברת קבוצות אטומים, כגון מתיל (CH3), אצטיל (CH3CO) או אמינו (NH2) קבוצות, ממולקולה אחת למולקולה אחרת. אצטט קינאז ואלנין דיאמיניז הם דוגמאות לטרנספרזות.
הידרולסים להאיץ תגובות הידרוליזה. בתגובות הידרוליזה משתמשים במים (H2O) לפצל קשר במולקולה ליצירת שני מוצרים לבת, בדרך כלל על ידי הצבת ה- OH (קבוצת הידרוקסיל) מהמים לאחד התוצרים ואחד-H (אטום מימן) לשני. בינתיים נוצרת מולקולה חדשה מהאטומים העקורים על ידי רכיבי ה- H ו- -OH. אנזימי העיכול ליפאז וסוכרז הם הידרולאזים.
Lyases לשפר את קצב התוספת של קבוצה מולקולרית אחת לקשר כפול או להוצאת שתי קבוצות מהאטומים הסמוכים ליצירת קשר כפול. אלה פועלים כמו הידרולאזים, פרט לכך שהרכיב שהוסר לא נעקר על ידי מים או חלקים של מים. סוג אנזימים זה כולל אוקסלט דקרבוקסילאז ואיזוציטרט lyase.
איזומרים להאיץ תגובות איזומריזציה. אלה תגובות בהן נשמרים כל האטומים המקוריים בנגיב, אך הם מסודרים מחדש ליצירת איזומר של המגיב. (איזומרים הם מולקולות עם אותה נוסחה כימית, אך סידורים שונים.) הדוגמאות כוללות איזומרז גלוקוז-פוספט ואלסמין ראַסמאז.
ליגסים (המכונה גם סינתזות) משפרים את קצב ההצטרפות לשתי מולקולות. הם בדרך כלל משיגים זאת על ידי שימוש באנרגיה שמקורם בפירוק של אדנוזין טריפוספט (ATP). דוגמאות לליגזות כוללות סינתזת אצטיל-CoA וליגאז DNA.
עיכוב אנזים
בנוסף לשינויי טמפרטורה וחומציות pH, גורמים אחרים יכולים לגרום להפחתה או כיבוי של פעילות אנזימים. בתהליך המכונה אינטראקציה אלוסטרית, צורת האנזים משתנה באופן זמני כאשר מולקולה נקשרת לחלק ממנו הרחק מהמקום בו היא מצטרפת לתגובה. זה מוביל לאובדן תפקוד. לפעמים זה מועיל כאשר המוצר עצמו משמש כמעכב האלוסטרלי, מכיוון שלרוב זהו סימן לתגובה שהתרחשה עד לנקודה בה כבר אין צורך במוצר נוסף.
בעיכוב תחרותי, חומר הנקרא תרכובת רגולטורית מתחרה עם המגיב על אתר הכריכה. זה דומה לנסות להכניס מספר מפתחות עבודה לאותה מנעול בו זמנית. אם מספיק מתרכובות רגולטוריות אלה מצטרפות לכמות מספיק גבוהה של האנזים הקיים, הוא מאט או מכבה את מסלול התגובה. זה יכול להועיל בפרמקולוגיה מכיוון שמיקרוביולוגים יכולים לתכנן תרכובות שמתחרות באתרי הכריכה של אנזימים חיידקיים, מה שמקשה על החיידקים לגרום למחלות או לשרוד בגוף האדם, בתקופה זו.
בעיכוב לא תחרותי, מולקולה מעכבת נקשרת לאנזים במקום שונה מהאתר הפעיל, בדומה למתרחש באינטראקציה אלוסטרית. עכבה בלתי הפיכה מתרחשת כאשר המעכב נקשר לצמיתות או משפיל את האנזים כך שתפקודו אינו יכול להתאושש. הגז העצבי והפניצילין עושים שימוש בסוג זה של מעצורים, אם כי מתוך מחשבה על כוונות שונות ומגוונות.