Enzymbiokemi - vad enzymer är och hur de fungerar

Ett enzym definieras som en makromolekyl som katalyserar en biokemisk reaktion. I denna typ av kemisk reaktion kallas utgångsmolekylerna substrat. Enzymet interagerar med ett substrat och omvandlar det till en ny produkt. De flesta enzymer benämns genom att kombinera namnet på substratet med -as-suffixet (t.ex. proteas, urease). Nästan alla metaboliska reaktioner i kroppen förlitar sig på enzymer för att få reaktionerna att fortsätta tillräckligt snabbt för att vara användbara.

Kemikalier kallas aktivatorer kan förbättra enzymaktiviteten inhibitorer minska enzymaktiviteten. Studien av enzymer benämns enzymologi.

Det finns sex breda kategorier som används för att klassificera enzymer:

1. Oxidoreduktaser - involverad i elektronöverföring
2. Hydrolaser - klyva underlaget genom hydrolys (ta upp en vattenmolekyl)
3. Isomeraser - överför en grupp i en molekyl för att bilda en isomer
4. Ligaser (eller syntetaser) - koppla nedbrytningen av en pyrofosfatbindning i en nukleotid till bildandet av nya kemiska bindningar
5. Oxidoreduktaser - agera vid elektronöverföring
6. Transferaser - överför en kemisk grupp från en molekyl till en annan

Hur enzymer fungerar

Enzymer fungerar genom att sänka den aktiveringsenergi som behövs för att få en kemisk reaktion att inträffa. Liksom andra katalysatorer förändrar enzymer jämvikten i en reaktion, men de konsumeras inte i processen. Medan de flesta katalysatorer kan agera på ett antal olika typer av reaktioner, är ett viktigt inslag i ett enzym att det är specifikt. Med andra ord, ett enzym som katalyserar en reaktion kommer inte att ha någon effekt på en annan reaktion.

De flesta enzymer är kulaproteiner som är mycket större än substratet som de interagerar med. De sträcker sig i storlek från 62 aminosyror till mer än 2500 aminosyrarester, men endast en del av deras struktur är involverad i katalys. Enzymet har det som kallas ett aktiv sida, som innehåller en eller flera bindningsställen som orienterar substratet i rätt konfiguration, och även en katalytiskt ställe, som är den del av molekylen som sänker aktiveringsenergin. Resten av enzyms struktur verkar främst för att presentera det aktiva stället för substratet på bästa sätt. Det kan också vara allosterisk webbplats, där en aktivator eller hämmare kan binda för att orsaka en konformation förändring som påverkar enzymaktiviteten.

Vissa enzymer kräver ytterligare kemikalier, kallad a kofaktor, för att katalys ska ske. Kofaktorn kan vara en metalljon eller en organisk molekyl, såsom ett vitamin. Kofaktorer kan binda löst eller tätt till enzymer. Tätbundna kofaktorer kallas protesgrupper.

Två förklaringar till hur enzymer interagerar med substrat är "lås och nyckel" -modell, föreslagen av Emil Fischer 1894, och inducerad passform, vilket är en modifiering av lås- och nyckelmodellen som föreslogs av Daniel Koshland 1958. I lås- och nyckelmodellen har enzymet och underlaget tredimensionella former som passar varandra. Den inducerade passformmodellen föreslår att enzymmolekyler kan ändra sin form, beroende på interaktionen med substratet. I denna modell ändrar enzymet och ibland substratet form när de samverkar tills det aktiva stället är helt bundet.

Exempel på enzymer

Över 5 000 biokemiska reaktioner är kända för att katalyseras av enzymer. Molekylerna används också i industri och hushållsprodukter. Enzymer används för att brygga öl och för att göra vin och ost. Enzymbrister är förknippade med vissa sjukdomar, såsom fenylketonuri och albinism. Här är några exempel på vanliga enzymer:

• Amylas i saliv katalyserar den initiala matsmältningen av kolhydrater i maten.
• Papain är ett vanligt enzym som finns i köttbensmedel, där det fungerar för att bryta bindningarna som håller proteinmolekyler ihop.
• Enzymer finns i tvättmedel och fläckborttagningsmedel för att hjälpa till att bryta upp proteinfläckar och lösa oljor på tyger.
• DNA-polymeras katalyserar en reaktion när DNA kopieras och kontrollerar sedan för att se till att rätt baser används.

Är alla enzymproteiner?

Nästan alla kända enzymer är proteiner. En gång trodde man att alla enzymer var proteiner, men vissa nukleinsyror, kallad katalytiska RNA eller ribozym, har upptäckts som har katalytiska egenskaper. För det mesta studerar studenter enzymer, de studerar verkligen proteinbaserade enzymer, eftersom mycket lite är känt om hur RNA kan fungera som en katalysator.