يتم تعريف الإنزيم على أنه جزيء ضخم يحفز التفاعل الكيميائي الحيوي. في هذا النوع من التفاعل الكيميائي, جزيئات البداية تسمى ركائز. يتفاعل الإنزيم مع الركيزة ، وتحويله إلى منتج جديد. تتم تسمية معظم الإنزيمات عن طريق دمج اسم الركيزة مع لاحقة -ase (على سبيل المثال ، البروتياز ، اليورياز). تعتمد جميع التفاعلات الأيضية تقريبًا داخل الجسم على الإنزيمات من أجل دفع التفاعلات بسرعة كافية لتكون مفيدة.
دعا المواد الكيميائية المنشطات يمكن أن يعزز نشاط الإنزيم ، في حين مثبطات تقليل نشاط الإنزيم. تسمى دراسة الإنزيمات الانزيم.
هناك ست فئات عامة تستخدم لتصنيف الإنزيمات:
- انزيمات الأكسدة - تشارك في نقل الإلكترون
- Hydrolases - يلتصق الركيزة عن طريق التحلل المائي (امتصاص جزيء الماء)
- Isomerases - نقل مجموعة في جزيء لتكوين أيزومر
- Ligases (أو synthetases) - زوجان تفكك رابطة بيروفوسفات في النوكليوتيدات لتشكيل روابط كيميائية جديدة
- انزيمات الأكسدة - تعمل في نقل الإلكترون
- المحولات - نقل مجموعة كيميائية من جزيء إلى آخر
كيف تعمل الانزيمات
تعمل الانزيمات من قبل خفض طاقة التنشيط هناك حاجة للقيام به تفاعل كيميائي تحدث. مثل الأخر
المحفزات، تغير الإنزيمات توازن التفاعل ، لكنها لا تستهلك في هذه العملية. في حين أن معظم المحفزات يمكن أن تعمل على عدد من أنواع التفاعلات المختلفة ، فإن السمة الرئيسية للإنزيم هي أنه محدد. وبعبارة أخرى ، فإن الإنزيم الذي يحفز تفاعلًا واحدًا لن يكون له أي تأثير على تفاعل مختلف.معظم الإنزيمات هي بروتينات كروية أكبر بكثير من الركيزة التي تتفاعل معها. يتراوح حجمها من 62 حمضًا أمينيًا إلى أكثر من 2500 بقايا من الأحماض الأمينية ، ولكن جزءًا فقط من تركيبها يشارك في التحفيز. الانزيم لديه ما يسمى ب موقع نشط، الذي يحتوي على واحد أو أكثر من مواقع الربط التي توجه الركيزة في التكوين الصحيح ، وكذلك موقع تحفيزي، وهو جزء من الجزيء الذي يخفض طاقة التنشيط. يعمل ما تبقى من بنية إنزيم في المقام الأول لتقديم الموقع النشط ل الركيزة في أفضل طريقة. قد يكون هناك أيضا موقع ألوستر، حيث يمكن للمنشط أو المثبط الارتباط معًا لإحداث تغيير في التكوين يؤثر على نشاط الإنزيم.
تتطلب بعض الإنزيمات مادة كيميائية إضافية تسمى أ العامل المساعد، لكي يحدث الحفز. يمكن أن يكون العامل المساعد أيونًا معدنيًا أو جزيءًا عضويًا ، مثل فيتامين. قد ترتبط العوامل المساعدة بالأنزيمات بشكل فضفاض أو محكم. تسمى العوامل المساعدة المرتبطة بإحكام المجموعات التعويضية.
شرحان لكيفية تفاعل الانزيمات مع الركائز نموذج "القفل والمفتاح"، اقترحه إميل فيشر عام 1894 ، و نموذج صالح المستحثة، وهو تعديل للقفل والنموذج الرئيسي الذي اقترحه دانيال كوشلاند في عام 1958. في القفل والنموذج الرئيسي ، يحتوي الإنزيم والركيزة على أشكال ثلاثية الأبعاد تناسب بعضها البعض. يقترح النموذج الملائم المستحث أن جزيئات الإنزيم يمكن أن تغير شكلها ، اعتمادًا على التفاعل مع الركيزة. في هذا النموذج ، يتغير شكل الإنزيم وأحيانًا الركيزة أثناء تفاعلها حتى يرتبط الموقع النشط بالكامل.
أمثلة على الإنزيمات
من المعروف أن أكثر من 5000 تفاعل كيميائي حيوي يتم تحفيزها بواسطة الإنزيمات. كما تستخدم الجزيئات في الصناعة والمنتجات المنزلية. تستخدم الإنزيمات في تحضير الجعة وصنع النبيذ والجبن. ترتبط حالات نقص الإنزيم ببعض الأمراض ، مثل بيلة الفينيل كيتون والمهق. إليك بعض الأمثلة على الإنزيمات الشائعة:
- يحفز الأميليز في اللعاب عملية الهضم الأولية للكربوهيدرات في الطعام.
- Papain هو إنزيم شائع يوجد في مطري اللحوم ، حيث يعمل على كسر الروابط التي تربط جزيئات البروتين معًا.
- توجد الإنزيمات في منظفات الغسيل ومزيلات البقع للمساعدة على تكسير بقع البروتين وإذابة الزيوت على الأقمشة.
- يحفز بوليميراز الحمض النووي التفاعل عند نسخ الحمض النووي ثم يتحقق للتأكد من استخدام القواعد الصحيحة.
هل جميع البروتينات الانزيمات؟
تقريبا جميع الإنزيمات المعروفة هي البروتينات. في وقت ما ، كان يعتقد أن جميع الإنزيمات كانت بروتينات ، ولكن تم اكتشاف بعض الأحماض النووية ، تسمى الحمض النووي الريبي الحفاز أو الريبوزيمات ، التي لها خصائص تحفيزية. في معظم الأحيان يدرس الطلاب الإنزيمات ، إنهم يدرسون حقًا الإنزيمات القائمة على البروتين ، حيث لا يُعرف إلا القليل جدًا عن كيفية عمل الحمض النووي الريبي كمحفز.