Enzymy jsou globulární proteiny, které pomáhají všem buněčným procesům pokračovat. Jako všechny katalyzátory nemohou zvrátit reakci, ale slouží k jejímu urychlení.
Lokalizace enzymů v buňce
Uvnitř buňky jsou obvykle obsaženy jednotlivé enzymy, které působí v přesně definovaných organelách. Lokalizace enzymů přímo souvisí s funkcí, kterou tato část buňky obvykle plní.
Téměř všechny enzymy glykolýzy jsou umístěny v cytoplazmě. Enzymy cyklu trikarboxylových kyselin jsou v mitochondriální matrix. Účinné látky hydrolýzy jsou obsaženy v lysozomech.
Jednotlivé tkáně a orgány zvířat a rostlin se liší nejen souborem enzymů, ale také svou aktivitou. Tato vlastnost tkání se používá na klinice při diagnostice určitých onemocnění.
V aktivitě a souboru enzymů v tkáních jsou také rysy související s věkem. Nejzřetelněji jsou viditelné během embryonálního vývoje během diferenciace tkání.
Nomenklatura enzymů
Existuje několik systémů pojmenování, z nichž každý v různé míře zohledňuje vlastnosti enzymů.
- Trviální. Názvy látek jsou uvedeny náhodně. Například pepsin (pepsis - "trávení", řecky) a trypsin (tripsis - "tenký", řecky)
- Racionální. Název enzymu se skládá ze substrátu a koncovky „-ase“. Například amyláza urychluje hydrolýzu škrobu (amylo - "škrob", řecky).
- Moskva. Byl přijat v roce 1961 Mezinárodní komisí pro nomenklaturu enzymů na 5. mezinárodním kongresu biochemie. Název látky tvoří substrát a reakce, kterou enzym katalyzuje (urychluje). Je-li funkcí enzymů přenos skupiny atomů z jedné molekuly (substrát) do druhé (akceptor), název katalyzátoru zahrnuje chemický název akceptoru. Například v reakci přenosu aminoskupiny z alaninu na kyselinu 2-hydroxyglutarovou se účastní enzym alanin:2-oxoglutarátaminotransferáza. Název odráží:
- substrát - alanin;
- akceptor – kyselina 2-oxoglutarová;
- při reakci se přenese aminoskupina.
Mezinárodní komise sestavila seznam všech známých enzymů, který je neustále aktualizován. Je to kvůli objevu nových látek.
Klasifikace enzymů
Existují dva způsoby, jak rozdělit enzymy do skupin. První nabízí dvě třídy těchto látek:
- jednoduché – skládají se pouze z bílkovin;
- komplex - obsahuje proteinovou část (apoenzym) a neproteinovou část zvanou koenzym.
Do neproteinové částikomplexní enzym může zahrnovat vitamíny. Prostřednictvím aktivního centra dochází k interakci s jinými látkami. Celá molekula enzymu se procesu neúčastní.
Vlastnosti enzymů, stejně jako jiných proteinů, jsou určeny jejich strukturou. V závislosti na tom katalyzátory urychlují pouze své reakce.
Druhá metoda klasifikace rozděluje látky podle funkce enzymů. Výsledkem je šest tříd:
- oxidoreduktáza;
- transferases;
- hydrolázy;
- izomeráza;
- lyases;
- ligázy.
Jsou to obecně uznávané skupiny, liší se nejen v typech reakcí, které regulují enzymy v nich. Látky různých skupin mají různé struktury. A funkce enzymů v buňce proto nemohou být stejné.
Oxidoreduktázy - redox
Hlavní funkcí enzymů první skupiny je urychlování redoxních reakcí. Charakteristický rys: schopnost vytvářet řetězce oxidačních enzymů, ve kterých jsou elektrony nebo atomy vodíku přenášeny z úplně prvního substrátu na konečný akceptor. Tyto látky se oddělují podle principu práce nebo místa působení v reakci.
- Aerobní dehydrogenázy (oxidázy) urychlují přenos elektronů nebo protonů přímo na atomy kyslíku. Anaerobní provádějí stejné akce, ale v reakcích, které probíhají bez přenosu elektronů nebo atomů vodíku na atomy kyslíku.
- Primárnídehydrogenázy katalyzují proces odstraňování atomů vodíku z oxidované látky (primárního substrátu). Sekundární - urychlují odstranění atomů vodíku ze sekundárního substrátu, byly získány pomocí primární dehydrogenázy.
Další vlastnost: jako dvousložkové katalyzátory s velmi omezeným souborem koenzymů (aktivních skupin) mohou urychlit širokou škálu redoxních reakcí. Toho je dosaženo velkým množstvím možností: stejný koenzym může spojovat různé apoenzymy. V každém případě se získá speciální oxidoreduktáza s vlastními vlastnostmi.
Enzymy této skupiny mají ještě jednu funkci, kterou nelze ignorovat – urychlují průběh chemických procesů spojených s uvolňováním energie. Takové reakce se nazývají exotermické.
Transferázy – přenašeči
Tyto enzymy plní funkci urychlení přenosových reakcí molekulárních zbytků a funkčních skupin. Například fosfofruktokináza.
Na základě přenesené skupiny se rozlišuje osm skupin katalyzátorů. Podívejme se na několik z nich.
- Fosfotransferázy – pomáhají přenášet zbytky kyseliny fosforečné. Jsou rozděleny do podtříd podle místa určení (alkohol, karboxyl a další).
- Aminotransferázy – urychlují reakce transaminace aminokyselin.
- Glykosyltransferázy - přenášejí glykosylové zbytky z molekul esterů fosforu na molekuly mono- a polysacharidů. Poskytněte reakcerozklad a syntéza oligo- nebo polysacharidů v rostlinách a zvířatech. Podílejí se například na rozkladu sacharózy.
- Acyltransferázy přenášejí zbytky karboxylových kyselin na aminy, alkoholy a aminokyseliny. Acyl-koenzym-A je univerzálním zdrojem acylových skupin. Lze ji považovat za aktivní skupinu acyltransferáz. Nejčastěji je tolerován acyl kyseliny octové.
Hydrolázy – štěpené vodou
V této skupině působí enzymy jako katalyzátory reakcí štěpení (méně často syntézy) organických sloučenin, na kterých se podílí voda. Látky této skupiny jsou obsaženy v buňkách a v trávicí šťávě. Molekuly katalyzátorů v gastrointestinálním traktu se skládají z jedné složky.
Umístěním těchto enzymů jsou lysozomy. Provádějí ochranné funkce enzymů v buňce: rozkládají cizorodé látky, které prošly membránou. Ničí také ty látky, které již buňka nepotřebuje, pro což se lysozomům přezdívalo sanitáři.
Jejich další „přezdívka“je sebevražda buněk, protože jsou hlavním nástrojem autolýzy buněk. Pokud dojde k infekci, začnou zánětlivé procesy, lysozomální membrána se stane propustnou a hydrolázy se dostanou do cytoplazmy, zničí vše, co jí stojí v cestě, a zničí buňku.
Oddělte několik typů katalyzátorů z této skupiny:
- esterázy – zodpovědné za hydrolýzu alkoholových esterů;
- glykosidázy – urychlují hydrolýzu glykosidů v závislosti najaký izomer působí, vylučují α- nebo β-glykosidázy;
- peptidové hydrolázy jsou zodpovědné za hydrolýzu peptidových vazeb v proteinech a za určitých podmínek i za jejich syntézu, ale tento způsob proteinové syntézy se v živé buňce nepoužívá;
- amidázy – zodpovědné za hydrolýzu amidů kyselin, například ureáza katalyzuje rozklad močoviny na amoniak a vodu.
Izomerázy – transformace molekuly
Tyto látky urychlují změny v jedné molekule. Mohou být geometrické nebo strukturální. To se může stát mnoha způsoby:
- přenos atomů vodíku;
- přesunutí fosfátové skupiny;
- změna uspořádání atomových skupin v prostoru;
- přesun dvojné vazby.
Izomerizací mohou být organické kyseliny, uhlohydráty nebo aminokyseliny. Isomerázy mohou převádět aldehydy na ketony a naopak přeskupovat cis formu na trans formu a naopak. Pro lepší pochopení, jakou funkci plní enzymy této skupiny, je nutné znát rozdíly v izomerech.
Liasy přerušily vazby
Tyto enzymy urychlují nehydrolytické štěpení organických sloučenin vazbami:
- carbon-carbon;
- fosfor-kyslík;
- uhlík-síra;
- uhlík-dusík;
- uhlík-kyslík.
V tomto případě se uvolňují takové jednoduché produkty, jako je oxid uhličitý, voda, čpavek a uzavírají se dvojné vazby. Jen málo z těchto reakcí může jít opačným směrem, odpovídající enzymy ve vhodném směruza těchto podmínek katalyzují procesy nejen rozpadu, ale i syntézy.
Liasy jsou klasifikovány podle typu vazby, kterou přeruší. Jsou to složité enzymy.
Ligasové křížové odkazy
Hlavní funkcí enzymů této skupiny je urychlení syntézních reakcí. Jejich rysem je konjugace tvorby s rozpadem látek, které jsou schopny poskytnout energii pro realizaci biosyntetického procesu. Existuje šest podtříd podle typu vytvořeného spojení. Pět z nich je identických s lyázovými podskupinami a šestá je zodpovědná za vytvoření vazby dusík-kov.
Některé ligázy se účastní zvláště důležitých buněčných procesů. Například DNA ligáza se účastní replikace deoxyribonukleové kyseliny. Zesíťuje jednovláknové zlomy a vytváří nové fosfodiesterové vazby. Je to ona, kdo spojuje Okazakiho fragmenty.
Stejný enzym se aktivně používá v genetickém inženýrství. Umožňuje vědcům sešít molekuly DNA z částí, které potřebují, a vytvořit tak jedinečné řetězce deoxyribonukleové kyseliny. Lze do nich vložit jakoukoliv informaci a vytvořit tak továrnu na výrobu potřebných bílkovin. Do DNA bakterie můžete například všít kousek, který je zodpovědný za syntézu inzulínu. A když bude buňka překládat své vlastní proteiny, zároveň vytvoří užitečnou látku nezbytnou pro lékařské účely. Zbývá to jen vyčistit a pomůže to mnoha nemocným lidem.
Obrovská role enzymů v těle
Mohouzvýšit rychlost reakce více než desetkrát. Je to prostě nezbytné pro normální fungování buňky. A enzymy se účastní každé reakce. Proto jsou funkce enzymů v těle různorodé, jako všechny probíhající procesy. A selhání těchto katalyzátorů vede k vážným následkům.
Enzymy jsou široce používány v potravinářství, lehkém průmyslu, medicíně: vyrábějí se z nich sýry, uzeniny, konzervy a jsou součástí pracích prášků. Používají se také při výrobě fotografických materiálů.
