תוֹכֶן
- מהם אנזימים, בדיוק?
- איך אנזימים עובדים?
- מודל המנעול והמפתח
- מה משפיע על תפקוד האנזים?
- מהם קואנזימים וקופקטורים?
בכל עת, בלי שום מחשבה מודעת ממך, טריליוני התאים בגופך עוברים מספר עצום של תגובות כימיות המשאירות אותך בחיים ובאיזון. אמנם תגובות אלה עשויות להתרחש בכוחות עצמם מספיק זמן נתון, אך שיעור זה לא יהיה מהיר מספיק לדרישות גוף האדם.
כתוצאה מכך כמעט כל התגובות הביוכימיות נעזרות בחלבונים מיוחדים הנקראים אנזימיםשהם ביולוגיים זרזים שיכולים להפוך תגובות יותר ממיליון מהר יותר.
התאמת אנזימים גבוהה מאוד; רוב מאות האנזימים הידועים יכולים לזרז רק תגובה אחת ורוב התגובות יכולות להיות מנותזות על ידי אנזים ספציפי אחד.
מהם אנזימים, בדיוק?
למרות ש חומצות גרעין מולקולה RNA (חומצה ריבונוקלעית) יכולה לפעמים לפעול כזרז שאינו אנזים, אנזימים אמיתיים הם חלבוניםכלומר שהם מורכבים משרשראות ארוכות של חומצות אמינו המקופלים לצורה מסוימת. ישנן 20 חומצות אמיניות בטבע, אשר כל הגוף זקוק לכמות מסוימת.
גופך יכול להכין כמחצית מאלה, ואילו האחרים חייבים להילקח בתזונה. אלה שאתה צריך לאכול נקראים חומצות אמינו חיוניות.
חומצות אמינו לכולן אטום פחמן מרכזי המחובר לקבוצה של חומצה קרבוקסילית (-COOH), אמינו (-NH2) קבוצה, ושרשרת צדדית, המכונה בדרך כלל "-R" בתרשימים כימיים.
השרשרת הצדדית קובעת את ההתנהגות הייחודית של חומצת האמינו. סדר חומצות האמינו בחלבון נקרא שלו מבנה ראשוני. מחרוזת של חומצות אמינו נקראת א פוליפפטיד; בדרך כלל כאשר מכנים מולקולה ככזו, זה לא חלבון מלא ופונקציונלי, אלא חתיכה של אחת.
מיתרי חומצות אמינו יכולים לסדר את עצמם לתצורות דמויות ספירלה או דמויות גיליון; זה נקרא חלבונים מבנה משני. איך המולקולה מסדרת את עצמה בסופו של דבר בשלושה ממדים, בעיקר כתוצאה מאינטראקציות חשמליות בין חומצות אמינו בחלקים שונים של המולקולה, נקראת מבנה שלישוני.
כמו כל כך הרבה דברים בעולם הטבע, גם הצורה מתאימה לתפקוד; כלומר, צורת האנזים קובעת את התנהגותו המדויקת, כולל עד כמה הוא "מבקש" מסוים מצע (כלומר, המולקולה שעליה פועל אנזים).
איך אנזימים עובדים?
כיצד אנזימים מבצעים פעילות קטליטית? ניתן לחלק את השאלה הזו לשתי בירורים קשורים.
האחת: כיצד מבחינת התנועה הבסיסית של האטומים אנזימים מזרזים את התגובות? ושניים: אילו תכונות מיוחדות במבנה האנזימים מאפשרים לזה לקרות?
האופן בו אנזים מזרז את קצב התגובה הוא על ידי החלקה של הנתיב בין התחלה לסוף התגובה. בתגובות מסוג זה, מוצרים (למולקולות שנותרו לאחר סיום התגובה) יש אנרגיה כוללת נמוכה יותר מ מגיבים (המולקולות המוחלפות למוצרים במהלך התגובה).
אולם על מנת לגרום לתגובה להתגלגל, על המוצרים להתגבר על "דבורה" אנרגטית, המכונה " אנרגיית הפעלה (הא).
דמיין שאתה נמצא על אופניים במרחק של חצי קילומטר מהבית שלך, נקודה שגובהה מטר וחצי אנכית מעל שביל הגישה שלך. אם הכביש מטפס תחילה מטר וחצי לפני שהוא יורד במהירות 150 מטר כדי להגיע לחניה, ברור שעליך לדווש זמן מה לפני שתוכל להתחיל לצוף. אבל אם קטע הכביש פשוט מורכב משדר שדרוג אחיד ואורך חצי קילומטר, תוכלו לחוף את כל הדרך.
אנזים, למעשה, הופך את התרחיש הראשון לסיבוב השני; הפרש הגבהים הוא עדיין מטר וחצי, אך הפריסה הכוללת אינה זהה.
מודל המנעול והמפתח
ברמה של שיתוף פעולה מולקולרי, מתחם האנזים-מצע מתואר לעתים קרובות במונחים של קשר "נעילה ומפתח": החלק של מולקולת האנזים הנקשר למצע, הנקרא אתר פעיל, מעוצב כך שהוא מתאים כמעט למולקולת המצע.
כשם שהחלפת מפתח למנעול והפיכתו גורמת לשינויים במנעול (כמו תנועה של בורג דופק), זרז משיג פעילות אנזימטית על ידי גרימת מולקולת המצע לשנות צורה.
שינויים אלה עלולים לגרום להחלשת הקשרים הכימיים במצע באמצעות עיוות מכני, ולתת למולקולה מספיק "דחיפה" או "טוויסט" בכדי לעבר צורת המוצר הסופי.
לעיתים קרובות המוצר לעתיד קיים ב- מצב מעבר בינתיים, שנראה מעט כמו המגיב וקצת דומה למוצר.
מודל קשור הוא התאמה מושרה מושג. בתרחיש זה, האנזים והמצע אינם מהווים תחילה התאמה מושלמת למנעול ומפתח, אך עצם בואם במגע גורם לשינויים בצורת המצע המיטוב את האינטראקציה הגופנית בין אנזים למצע.
השינוי למצע גורם לכך שהוא דומה יותר למולקולת של מצב מעבר, אשר לאחר מכן משתנה למוצר הסופי ככל שהתגובה נעה קדימה.
מה משפיע על תפקוד האנזים?
אף שהם עוצמתיים, אנזימים, כמו כל המולקולות הביולוגיות, אינם ניתנים לבלתי מנוצחים. רבים מאותם מצבים הפוגעים או הורסים מולקולות אחרות, כמו גם תאים שלמים ורקמות, יכולים להאט את פעילות האנזים או למנוע מהם לעבוד לחלוטין.
כפי שאתה בטח יודע, טמפרטורת גופך חייבת להישאר בטווח צר (בדרך כלל כ 97.5-98.8 מעלות פרנהייט) כדי שתישאר בריאה. אחת הסיבות לכך היא שאנזימים מפסיקים לעבוד כראוי אם טמפרטורת הגוף עולה מעל לרמה זו - מה שאתה תופס כחום.
כמו כן, מצבים חומציים ביותר עלולים לשבש את הקשרים הכימיים של האנזים. נזק כזה הקשור לטמפרטורה ו- pH נקרא denatating של האנזים.
בנוסף, כפי שניתן לצפות, עלייה בכמות האנזים נוטה להאיץ את התגובה עוד יותר, ואילו ירידה בריכוז האנזים מאטה אותה.
באופן דומה, הוספת מצע רב יותר תוך שמירה על כמות האנזים זהה מזרזת תגובה עד שהאנזים "יוצא החוצה" ואינו יכול לדאוג לכל המצע הנוכחי.
מהם קואנזימים וקופקטורים?
נניח שאתה יוצא לטיול אופני קרוס קאנטרי ונתמך לאורך הדרך על ידי חברים שנותנים לך שתייה ובגדים טריים של טנדר.
החברים שלך יזדקקו לתמיכה משלהם במהלך המסע, כמו דלק לרכב ואוכל לצוות.
אם ניתן לחשוב על הטיול שלך כ"תגובה "וצוות הוואן הוא" האנזים "ש"מזרז" את המסע שלך, אז ניתן לחשוב על חנויות מזון במסלול כ קואנזימים - בביוכימיה, חומרים שאינם אנזימים, אך נחוצים כדי שאנזימים יבצעו את עבודתם בצורה הטובה ביותר.
כמו מצעים, גם קואנזימים נקשרים לאתר הפעיל של אנזימים, שם המצע נקשר, אך הם אינם נחשבים מצעים עצמם.
קואנזימים מתפקדים לרוב כנשאי אלקטרונים, או כמקומות עגינה זמניים לאטומים או לקבוצות פונקציונליות המועברות בין מולקולות בתגובה הכוללת. קופקטורים הן מולקולות אורגניות כמו אבץ המסייעות לאנזימים באורגניזמים חיים, אך בשונה מקואנזימים, הן אינן נקשרות לאתר הפעיל של אנזים.
דוגמאות לקואנזימים נפוצים כוללים: