Struktura a funkce enzymu

Enzymy je protein, který usnadňuje buněčný metabolický proces snížením hladin aktivační energie (Ea), aby katalyzoval chemické reakce mezi biomolekuly. Některé enzymy redukují aktivační energii na tak nízkou úroveň, že skutečně zvrátí buněčné reakce. Ve všech případech však enzymy usnadňují reakce, aniž by se měnily, například způsob, jakým palivo při jeho používání spaluje.

Aby došlo k chemickým reakcím, musejí se molekuly srážet za vhodných podmínek, které mohou enzymy pomoci vytvořit. Například bez přítomnosti vhodného enzymu zůstanou molekuly glukózy a molekuly fosfátu v glukóze-6-fosfátu vázány. Ale když představíte enzym hydrolázy, molekuly glukózy a fosfátu se oddělují.

Typická molekulová hmotnost enzymu (celková atomová hmotnost atomů molekuly) se pohybuje od asi 10 000 do více než 1 milionu. Malý počet enzymů ve skutečnosti nejsou proteiny, ale místo toho sestávají z malých katalytických molekul RNA. Dalšími enzymy jsou multiproteinové komplexy, které obsahují více jednotlivých proteinových podjednotek.

I když mnoho enzymy katalyzují reakce sám o sobě, někteří vyžadují další nonproteins komponenty volaly “kofaktory,” který může být anorganické ionty takový jako Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺nebo Zn²⁺nebo se mohou skládat z organických nebo metaloorganických molekul známých jako „koenzymy“.

Většina enzymů je klasifikována do následujících tří hlavních kategorií na základě reakcí, které katalyzují:

• Oxidoreduktázy katalyzují oxidační reakce, při kterých se elektrony pohybují z jedné molekuly na druhou. Příklad: alkoholdehydrogenáza, která přeměňuje alkoholy na aldehydy nebo ketony. Tento enzym způsobuje, že alkohol je méně toxický, protože ho rozkládá a také hraje klíčovou roli ve fermentačním procesu.
• Transferázy katalyzují transport funkční skupiny z jedné molekuly na druhou. Příklady zahrnují aminotransferázy, které katalyzují degradaci aminokyselin odstraněním aminoskupin.
• Hydroláza enzymy katalyzují hydrolýzu, kde se jednotlivé vazby rozkládají při vystavení vodě. Například glukóza-6-fosfatáza je hydroláza, která odstraňuje fosfátovou skupinu z glukózy-6-fosfátu, čímž zanechává glukózu a H3PO4 (kyselinu fosforečnou).

Tři méně běžné enzymy jsou následující:

• Lyázy katalyzují rozklad různých chemických vazeb jinými prostředky než hydrolýzou a oxidací, často vytvářením nových dvojných vazeb nebo kruhových struktur. Pyruvát dekarboxyláza je příkladem lyázy, která odstraňuje CO2 (oxid uhličitý) z pyruvátu.
• Isomerázy katalyzují strukturální posuny v molekulách, což způsobuje změny tvaru. Příklad: ribulóza fosfát epimeráza, která katalyzuje vzájemnou přeměnu ribulóza-5-fosfátu a xylulosy-5-fosfátu.
• Ligázy ligace katalyzuje - kombinace párů substrátů. Například hexokinázy je ligáza, která katalyzuje vzájemnou konverzi glukózy a ATP s glukózou-6-fosfátem a ADP.

Enzymy ovlivňují každodenní život. Například enzymy obsažené v pracích prostředcích pomáhají degradovat proteiny způsobující skvrny, zatímco lipázy pomáhají rozpouštět tukové skvrny. Termotolerantní a kryotolerantní enzymy fungují při extrémních teplotách a jsou proto užitečné pro průmyslové použití procesy, při nichž jsou vyžadovány vysoké teploty nebo pro bioremediaci, ke kterým dochází za drsných podmínek, jako jsou procesy v arktické.

V potravinářském průmyslu enzymy přeměňují škrob na cukr za účelem výroby sladidel z jiných zdrojů než cukrové třtiny. V oděvním průmyslu enzymy snižují nečistoty v bavlně a snižují potřebu potenciálně škodlivých chemikálií používaných v procesu činění kůže.

Konečně, plastikářský průmysl neustále hledá způsoby, jak používat enzymy k vývoji biologicky rozložitelných produktů.