هيكل ووظيفة الإنزيم

الإنزيمات هي بروتين يسهل عملية التمثيل الغذائي الخلوي عن طريق خفض مستويات طاقة التنشيط (Ea) من أجل تحفيز التفاعلات الكيميائية بين الجزيئات الحيوية. تقلل بعض الإنزيمات من طاقة التنشيط إلى مستويات منخفضة لدرجة أنها تعكس التفاعلات الخلوية. ولكن في جميع الحالات ، تسهل الإنزيمات التفاعلات دون أن تتغير ، مثل طريقة احتراق الوقود عند استخدامه.

لكي تحدث التفاعلات الكيميائية ، يجب أن تتصادم الجزيئات في ظل الظروف المناسبة التي يمكن أن تساعد الإنزيمات على إنشائها. على سبيل المثال ، بدون وجود إنزيم مناسب ، ستظل جزيئات الجلوكوز وجزيئات الفوسفات في الجلوكوز 6 فوسفات مرتبطة. ولكن عند تقديم انزيم هيدرولاز، جزيئات الجلوكوز والفوسفات منفصلة.

يتراوح الوزن الجزيئي النموذجي للأنزيم (الأوزان الذرية الإجمالية لذرات الجزيء) من حوالي 10000 إلى أكثر من مليون. عدد قليل من الإنزيمات ليست في الواقع بروتينات ، ولكنها تتكون بدلاً من ذلك من جزيئات RNA الحفازة الصغيرة. الإنزيمات الأخرى عبارة عن مجمعات بروتينات متعددة تشتمل على وحدات فرعية بروتينية فردية متعددة.

بينما كثير تحفز الإنزيمات التفاعلات يحتاج البعض في حد ذاته إلى مكونات إضافية غير بروتينات تسمى "العوامل المساعدة" ، والتي قد تكون أيونات غير عضوية مثل Fe

يتم تصنيف غالبية الإنزيمات إلى الفئات الرئيسية الثلاث التالية ، بناءً على التفاعلات التي تحفزها:

• انزيمات الأكسدة حفز تفاعلات الأكسدة التي تنتقل فيها الإلكترونات من جزيء إلى آخر. مثال: ديهيدروجينيز الكحول ، الذي يحول الكحول إلى الألدهيدات أو الكيتونات. هذا الإنزيم يجعل الكحول أقل سمية لأنه يكسره ، كما أنه يلعب دورًا رئيسيًا في عملية التخمير.
• النواقل تحفيز نقل مجموعة وظيفية من جزيء إلى آخر. تشمل الأمثلة الرئيسية على النواقل الأمينية ، التي تحفز تدهور الأحماض الأمينية عن طريق إزالة المجموعات الأمينية.
• هيدرولاز تحفز الإنزيمات التحلل المائي ، حيث يتم تفكيك الروابط الفردية عند التعرض للماء. على سبيل المثال ، الجلوكوز 6 فوسفاتيز هو هيدرولاز يزيل مجموعة الفوسفات من الجلوكوز 6 فوسفات ، تاركًا الجلوكوز و H3PO4 (حمض الفوسفوريك).

فيما يلي ثلاثة إنزيمات أقل شيوعًا:

• لياز تحفيز تفكك الروابط الكيميائية المختلفة بوسائل أخرى غير التحلل المائي والأكسدة ، وغالبًا ما تشكل روابط مزدوجة جديدة أو هياكل حلقية. Pyruvate decarboxylase هو مثال على اللياز الذي يزيل CO2 (ثاني أكسيد الكربون) من البيروفات.
• Isomerases تحفيز التحولات الهيكلية في الجزيئات ، مما يسبب تغييرات في الشكل. مثال: الوبريم الفوسفات الريبولوسي ، الذي يحفز التحويل المتبادل بين الريبولوز 5 فوسفات و زيلولوز 5 فوسفات.
• إنزيمات دمج الجزيئات تحفيز الربط - مزيج من أزواج الركائز. على سبيل المثال ، hexokinases هو ligase يحفز التداخل بين الجلوكوز و ATP مع الجلوكوز 6-فوسفات و ADP.

تؤثر الإنزيمات على الحياة اليومية. على سبيل المثال ، تساعد الإنزيمات الموجودة في منظفات الغسيل على تدهور البروتينات المسببة للبقع ، بينما تساعد الليباز على إذابة بقع الدهون. تعمل الإنزيمات المقاومة للحرارة والبرودة في درجات الحرارة القصوى ، وبالتالي فهي مفيدة للصناعة العمليات التي تتطلب درجات حرارة عالية أو للمعالجة البيولوجية ، والتي تحدث في ظروف قاسية ، مثل تلك الموجودة في القطب الشمالي.

في صناعة المواد الغذائية ، تحول الإنزيمات النشا إلى سكر ، من أجل صنع مواد تحلية من مصادر أخرى غير قصب السكر. في صناعة الملابس ، تقلل الإنزيمات الشوائب في القطن وتقلل الحاجة إلى المواد الكيميائية الضارة المحتملة المستخدمة في عملية دباغة الجلود.

وأخيرًا ، تبحث صناعة البلاستيك باستمرار عن طرق لاستخدام الإنزيمات لتطوير منتجات قابلة للتحلل.