Co jsou enzymy a jak fungují

Enzym je definován jako makromolekula, která katalyzuje biochemickou reakci. Při tomto typu chemické reakce, výchozí molekuly se nazývají substráty. Enzym interaguje se substrátem a přeměňuje jej na nový produkt. Většina enzymů je pojmenována kombinací názvu substrátu s příponou -ase (např. Proteáza, ureáza). Téměř všechny metabolické reakce uvnitř těla se spoléhají na enzymy, aby reakce probíhaly dostatečně rychle, aby byly užitečné.

Chemikálie nazývané aktivátory může zvýšit aktivitu enzymu inhibitory snížit aktivitu enzymu. Studium enzymů se nazývá enzymologie.

Pro klasifikaci enzymů se používá šest širokých kategorií:

1. Oxidoreduktázy - účastní se přenosu elektronů
2. Hydrolasy - štěpí substrát hydrolýzou (vychytávání molekuly vody)
3. Izomerázy - přeneste skupinu v molekule za vzniku isomeru
4. Ligázy (nebo syntetázy) - spojují rozklad pyrofosfátové vazby v nukleotidu s tvorbou nových chemických vazeb
5. Oxidoreduktázy - působí při přenosu elektronů
6. Transferázy - přenos chemické skupiny z jedné molekuly na druhou

Enzymy pracují snížení aktivační energie potřeba udělat chemická reakce nastat. Jako ostatní katalyzátoryenzymy mění rovnováhu reakce, ale nejsou spotřebovány v procesu. Zatímco většina katalyzátorů může působit na řadu různých typů reakcí, klíčovým rysem enzymu je to, že je specifický. Jinými slovy, enzym, který katalyzuje jednu reakci, nebude mít žádný účinek na jinou reakci.

Většina enzymů jsou globulární proteiny, které jsou mnohem větší než substrát, se kterým interagují. Jejich velikost se pohybuje od 62 aminokyselin do více než 2 500 aminokyselinových zbytků, ale pouze část jejich struktury se podílí na katalýze. Enzym má to, čemu se říká Aktivní stránky, který obsahuje jedno nebo více vazebných míst, která orientují substrát ve správné konfiguraci, a také a katalytické místo, což je část molekuly, která snižuje aktivační energii. Zbytek struktury enzymu působí primárně pro prezentaci aktivního místa nejlepší substrát. Mohou také existovat alosterická stránka, kde se aktivátor nebo inhibitor může vázat a způsobit tak změnu konformace, která ovlivňuje enzymatickou aktivitu.

Některé enzymy vyžadují další chemikálii, nazývanou a kofaktor, aby došlo ke katalýze. Kofaktor může být kovový ion nebo organická molekula, jako je například vitamin. Kofaktory se mohou volně nebo pevně vázat na enzymy. Říká se těsně vázaný kofaktor protetické skupiny.

Jsou dvě vysvětlení toho, jak enzymy interagují se substráty model „lock and key“, navrhl Emil Fischer v 1894, a indukovaný fit model, což je modifikace zámku a klíčového modelu, který navrhl Daniel Koshland v roce 1958. V modelu zámku a klíče mají enzym a substrát trojrozměrné tvary, které se vzájemně hodí. Indukovaný fit model navrhuje, aby enzymové molekuly mohly měnit svůj tvar, v závislosti na interakci se substrátem. V tomto modelu se enzym a někdy substrát mění tvar, když interagují, dokud není aktivní místo plně vázáno.

Je známo, že více než 5 000 biochemických reakcí je katalyzováno enzymy. Molekuly se také používají v průmyslových a domácích produktech. Enzymy se používají k přípravě piva a výrobě vína a sýrů. Nedostatky enzymů jsou spojeny s některými chorobami, jako je fenylketonurie a albinismus. Zde je několik příkladů běžných enzymů:

• Amyláza ve slinách katalyzuje počáteční trávení uhlohydrátů v potravě.
• Papain je běžný enzym, který se vyskytuje v tenderizeru na maso, kde působí tak, že rozbije vazby, které drží molekuly proteinu pohromadě.
• Enzymy se nacházejí v pracích prostředcích a odstraňovačích skvrn, které pomáhají rozbít bílkovinné skvrny a rozpustit oleje na tkaninách.
• DNA polymeráza katalyzuje reakci při kopírování DNA a poté kontroluje, zda jsou použity správné báze.

Téměř všechny známé enzymy jsou proteiny. Najednou se věřilo, že všechny enzymy jsou proteiny, ale byly objeveny určité nukleové kyseliny, nazývané katalytické RNA nebo ribozymy, které mají katalytické vlastnosti. Většinu času studenti studují enzymy, opravdu studují enzymy založené na proteinech, protože jen velmi málo je známo o tom, jak RNA může působit jako katalyzátor.