Fermentu bioķīmija — kas ir enzīmi un kā tie darbojas
Izpratne par enzīmiem bioķīmiskajās reakcijās
Tas ir restrikcijas enzīms vai endonukleāze, enzīma veids, kas sagriež DNS molekulu noteiktā vietā. Callista Images / Getty Images
Fermentu definē kā makromolekulu, kas katalizē bioķīmisko reakciju. Šāda veida ķīmiskajā reakcijā , sākuma molekulas tiek saukti par substrātiem. Enzīms mijiedarbojas ar substrātu, pārvēršot to jaunā produktā. Lielākā daļa fermentu tiek nosaukti, apvienojot substrāta nosaukumu ar -ase sufiksu (piemēram, proteāze, ureāze). Gandrīz visas vielmaiņas reakcijas organismā ir atkarīgas no fermentiem, lai reakcijas noritētu pietiekami ātri, lai tās būtu noderīgas.
Ķimikālijas sauc aktivatori var uzlabot enzīmu aktivitāti, vienlaikus inhibitori samazināt enzīmu aktivitāti. Fermentu izpēti sauc par enzimoloģija .
Ir sešas plašas kategorijas, ko izmanto, lai klasificētu fermentus:
- Oksidoreduktāzes - piedalās elektronu pārnesē
- Hidrolāzes - šķeļ substrātu ar hidrolīzi (uzņemot ūdens molekulu)
- Izomerāzes - pārnes grupu molekulā, veidojot izomēru
- Ligāzes (vai sintetāzes) - savieno pirofosfāta saites sadalīšanos nukleotīdā ar jaunu ķīmisko saišu veidošanos
- Liāzes - pievienojiet vai izvadiet ūdeni, oglekļa dioksīdu vai amonjaku caur dubultsaitēm vai izveidojiet dubultās saites
- Transferāzes - pārnes ķīmisko grupu no vienas molekulas uz otru
Kā darbojas enzīmi
Fermenti darbojas ar pazeminot aktivizācijas enerģiju nepieciešams izgatavotķīmiska reakcijarodas. Tāpat kā citi katalizatori , fermenti maina reakcijas līdzsvaru, bet tie netiek patērēti šajā procesā. Lai gan lielākā daļa katalizatoru var iedarboties uz vairāku veidu reakcijām, galvenā fermenta iezīme ir tā specifiskums. Citiem vārdiem sakot, ferments, kas katalizē vienu reakciju, neietekmēs citu reakciju.
Lielākā daļa fermentu ir lodveida proteīni, kas ir daudz lielāki par substrātu, ar kuru tie mijiedarbojas. To izmērs svārstās no 62 aminoskābēm līdz vairāk nekā 2500 aminoskābju atlikumiem, bet tikai daļa no to struktūras ir iesaistīta katalīzē. Enzīmam ir tas, ko sauc par an aktīvā vietne , kas satur vienu vai vairākas saistīšanās vietas, kas orientē substrātu pareizā konfigurācijā, un arī a katalītiskā vieta , kas ir tā molekulas daļa, kas pazemina aktivācijas enerģiju. Pārējā enzīma struktūras darbība galvenokārt darbojas, lai parādītu aktīvo vietu substrāts vislabākajā veidā . Var būt arī allosteriskā vieta , kur aktivators vai inhibitors var saistīties, lai izraisītu konformācijas izmaiņas, kas ietekmē fermentu aktivitāti.
Dažiem fermentiem nepieciešama papildu ķīmiska viela, ko sauc par a kofaktors , lai notiktu katalīze. Kofaktors varētu būt metāla jons vai organiska molekula, piemēram, vitamīns. Kofaktori var brīvi vai cieši saistīties ar fermentiem. Tiek saukti cieši saistītie kofaktori protezēšanas grupas .
Ir divi paskaidrojumi par to, kā fermenti mijiedarbojas ar substrātiem 'slēdzenes un atslēgas' modelis , ko ierosināja Emīls Fišers 1894. gadā, un inducētais fit modelis , kas ir slēdzenes un atslēgas modeļa modifikācija, ko 1958. gadā ierosināja Daniels Koshlands. Slēdzenes un atslēgas modelī fermentam un substrātam ir trīsdimensiju formas, kas sakrīt viena ar otru. Inducētais atbilstības modelis ierosina, ka enzīmu molekulas var mainīt savu formu atkarībā no mijiedarbības ar substrātu. Šajā modelī enzīms un dažreiz substrāts maina formu, kad tie mijiedarbojas, līdz aktīvā vieta ir pilnībā saistīta.
Fermentu piemēri
Ir zināms, ka vairāk nekā 5000 bioķīmisko reakciju katalizē fermenti. Molekulas izmanto arī rūpniecībā un mājsaimniecības izstrādājumos. Fermentus izmanto alus brūvēšanai un vīna un siera pagatavošanai. Fermentu trūkums ir saistīts ar dažām slimībām, piemēram, fenilketonūriju un albīnismu. Šeit ir daži izplatītu enzīmu piemēri:
- Amilāze siekalās katalizē sākotnējo ogļhidrātu sagremošanu pārtikā.
- Papaīns ir izplatīts enzīms, kas atrodams gaļas mīkstinātājos, kur tas darbojas, lai sarautu saites, kas satur kopā olbaltumvielu molekulas.
- Fermenti ir atrodami veļas mazgāšanas līdzekļos un traipu tīrīšanas līdzekļos, lai palīdzētu izjaukt olbaltumvielu traipus un izšķīdināt eļļas uz audumiem.
- DNS polimerāze katalizē reakciju, kad tiek kopēta DNS, un pēc tam pārbauda, vai tiek izmantotas pareizās bāzes.
Vai visi enzīmi ir olbaltumvielas?
Gandrīz visi zināmie fermenti ir olbaltumvielas. Vienā reizē tika uzskatīts, ka visi fermenti ir olbaltumvielas, taču tika atklātas noteiktas nukleīnskābes, ko sauc par katalītiskajām RNS vai ribozīmiem, kurām ir katalītiskas īpašības. Lielāko daļu laika studenti mācās fermentus, viņi patiešām pēta proteīnu bāzes fermentus, jo ļoti maz ir zināms par to, kā RNS var darboties kā katalizators.