Encimi so kroglasti proteini, ki pomagajo, da se vsi celični procesi nadaljujejo. Kot vsi katalizatorji ne morejo obrniti reakcije, ampak služijo za njeno pospešitev.
Lokalizacija encimov v celici
Znotraj celice so posamezni encimi običajno vsebovani in delujejo v strogo določenih organelah. Lokalizacija encimov je neposredno povezana s funkcijo, ki jo ta del celice običajno opravlja.
Skoraj vsi encimi glikolize se nahajajo v citoplazmi. Encimi cikla trikarboksilne kisline so v mitohondrijskem matriksu. Aktivne snovi hidrolize so vsebovane v lizosomih.
Posamezna tkiva in organi živali in rastlin se ne razlikujejo le po naboru encimov, temveč tudi po svoji aktivnosti. Ta lastnost tkiv se uporablja v kliniki pri diagnostiki nekaterih bolezni.
Obstajajo tudi starostne značilnosti v aktivnosti in naboru encimov v tkivih. Najbolj jasno so vidni med embrionalnim razvojem med diferenciacijo tkiva.
Nomenklatura encimov
Obstaja več sistemov poimenovanja, od katerih vsak v različni meri upošteva lastnosti encimov.
- Trivialno. Imena snovi so podana naključno. Na primer, pepsin (pepsis - "prebava", grško) in tripsin (tripsis - "tanek", grško)
- Racionalno. Ime encima je sestavljeno iz substrata in končnice "-ase". Na primer, amilaza pospešuje hidrolizo škroba (amilo - "škrob", grško).
- Moskva. Leta 1961 ga je sprejela Mednarodna komisija za nomenklaturo encimov na 5. mednarodnem biokemijskem kongresu. Ime snovi je sestavljeno iz substrata in reakcije, ki jo katalizira (pospešuje) encim. Če je funkcija encimov prenos skupine atomov z ene molekule (substrata) na drugo (akceptor), ime katalizatorja vključuje kemično ime akceptorja. Na primer, v reakciji prenosa amino skupine iz alanina v 2-hidroksiglutarno kislino sodeluje encim alanin: 2-oksoglutarat aminotransferaza. Ime odraža:
- substrat - alanin;
- acceptor - 2-oksoglutarna kislina;
- v reakciji se prenese amino skupina.
Mednarodna komisija je sestavila seznam vseh znanih encimov, ki se nenehno posodablja. To je posledica odkritja novih snovi.
Razvrstitev encimov
Obstajata dva načina za razdelitev encimov v skupine. Prvi ponuja dva razreda teh snovi:
- enostavno - sestavljeno samo iz beljakovin;
- kompleks - vsebuje beljakovinski del (apoencim) in nebeljakovinski del, imenovan koencim.
V nebeljakovinski delkompleksni encim lahko vključuje vitamine. Interakcija z drugimi snovmi poteka preko aktivnega centra. Celotna molekula encima ne sodeluje v procesu.
Lastnosti encimov, tako kot drugih beljakovin, določa njihova struktura. Odvisno od tega katalizatorji pospešijo samo svoje reakcije.
Druga metoda razvrščanja deli snovi glede na funkcijo encimov. Rezultat je šest razredov:
- oksidoreduktaza;
- transferaze;
- hidrolaze;
- izomeraza;
- lyases;
- ligaze.
To so splošno sprejete skupine, ne razlikujejo se le po vrstah reakcij, ki uravnavajo encime v njih. Snovi različnih skupin imajo različno strukturo. In funkcije encimov v celici torej ne morejo biti enake.
Oksidoreduktaze - redoks
Glavna funkcija encimov prve skupine je pospeševanje redoks reakcij. Značilna lastnost: sposobnost tvorbe verig oksidativnih encimov, v katerih se elektroni ali vodikovi atomi prenašajo od prvega substrata do končnega akceptorja. Te snovi se ločijo glede na princip delovanja oziroma mesto dela v reakciji.
- Aerobne dehidrogenaze (oksidaze) pospešujejo prenos elektronov ali protonov neposredno na atome kisika. Anaerobni izvajajo enaka dejanja, vendar v reakcijah, ki potekajo brez prenosa elektronov ali vodikovih atomov na atome kisika.
- Primarnodehidrogenaze katalizirajo proces odstranjevanja vodikovih atomov iz oksidirane snovi (primarnega substrata). Sekundarni - pospeši odstranjevanje vodikovih atomov iz sekundarnega substrata, pridobljeni so z uporabo primarne dehidrogenaze.
Še ena lastnost: ker so dvokomponentni katalizatorji z zelo omejenim naborom koencimov (aktivnih skupin), lahko pospešijo najrazličnejše redoks reakcije. To dosežemo z velikim številom možnosti: isti koencim se lahko pridruži različnim apoencimom. V vsakem primeru dobimo posebno oksidoreduktazo z lastnimi lastnostmi.
Obstaja še ena funkcija encimov te skupine, ki je ni mogoče prezreti - pospešujejo potek kemičnih procesov, povezanih s sproščanjem energije. Takšne reakcije imenujemo eksotermne.
Prenosi - prevozniki
Ti encimi opravljajo funkcijo pospeševanja reakcij prenosa molekularnih ostankov in funkcionalnih skupin. Na primer, fosfofruktokinaza.
Na podlagi prenesene skupine se razlikuje osem skupin katalizatorjev. Poglejmo si le nekaj izmed njih.
- fosfotransferaze - pomagajo pri prenosu ostankov fosforne kisline. Razdeljeni so v podrazrede glede na cilj (alkohol, karboksil in drugi).
- Aminotransferaze – pospešujejo reakcije transaminacije aminokislin.
- Glikoziltransferaze - prenašajo ostanke glikozila iz molekul fosforjevega estra v mono- in polisaharidne molekule. Zagotovite reakcijerazgradnjo in sintezo oligo- ali polisaharidov v rastlinah in živalih. Na primer, sodelujejo pri razgradnji saharoze.
- Aciltransferaze prenašajo ostanke karboksilne kisline v amine, alkohole in aminokisline. Acil-koencim-A je univerzalni vir acilnih skupin. Lahko ga obravnavamo kot aktivno skupino aciltransferaz. Najpogosteje se prenaša acil ocetne kisline.
Hidrolaze - split z vodo
V tej skupini delujejo encimi kot katalizatorji reakcij cepitve (redkeje sinteze) organskih spojin, v katere je vključena voda. Snovi te skupine se nahajajo v celicah in v prebavnem soku. Molekule katalizatorjev v prebavilih so sestavljene iz ene komponente.
Lokacija teh encimov so lizosomi. V celici opravljajo zaščitne funkcije encimov: razgrajujejo tuje snovi, ki so prešle skozi membrano. Uničijo tudi tiste snovi, ki jih celica ne potrebuje več, zaradi česar so bili lizosomi poimenovani "oskrbniki".
Njun drugi "vzdevek" je celični samomor, saj so glavno orodje za celično avtolizo. Če pride do okužbe, se začnejo vnetni procesi, lizosomska membrana postane prepustna in hidrolaze vstopijo v citoplazmo, uničijo vse na svoji poti in uničijo celico.
Ločite več vrst katalizatorjev iz te skupine:
- esteraze - odgovorne za hidrolizo alkoholnih estrov;
- glikozidaze - pospešujejo hidrolizo glikozidov, odvisno odkateri izomer delujejo, izločajo α- ali β-glikozidaze;
- peptidne hidrolaze so odgovorne za hidrolizo peptidnih vezi v beljakovinah in pod določenimi pogoji za njihovo sintezo, vendar se ta metoda sinteze beljakovin ne uporablja v živi celici;
- amidaze - odgovorne za hidrolizo kislinskih amidov, na primer ureaza katalizira razgradnjo sečnine v amoniak in vodo.
Izomeraze - transformacija molekule
Te snovi pospešujejo spremembe znotraj ene molekule. Lahko so geometrijske ali strukturne. To se lahko zgodi na več načinov:
- prenos vodikovih atomov;
- premikanje fosfatne skupine;
- spreminjanje razporeditve atomskih skupin v prostoru;
- premikanje dvojne vezi.
Izomerizacija so lahko organske kisline, ogljikovi hidrati ali aminokisline. Izomeraze lahko pretvorijo aldehide v ketone in, nasprotno, prerazporedijo cis obliko v trans obliko in obratno. Da bi bolje razumeli, kakšno funkcijo opravljajo encimi te skupine, je treba poznati razlike v izomerih.
Liases reže kravate
Ti encimi pospešujejo nehidrolitično razgradnjo organskih spojin z vezmi:
- carbon-carbon;
- fosfor-kisik;
- ogljikovo-žveplo;
- ogljikov-dušik;
- ogljik-kisik.
V tem primeru se tako preprosti produkti, kot so ogljikov dioksid, voda, amoniak, sprostijo in dvojne vezi se zaprejo. Nekaj teh reakcij lahko poteka v nasprotni smeri, ustrezni encimi v ustreznipod temi pogoji katalizirajo procese ne le razpadanja, ampak tudi sinteze.
Liaze so razvrščene glede na vrsto vezi, ki jo pretrgajo. So kompleksni encimi.
Ligase crosslinks
Glavna funkcija encimov te skupine je pospeševanje sinteznih reakcij. Njihova značilnost je konjugacija ustvarjanja z razpadom snovi, ki lahko zagotovijo energijo za izvajanje biosintetskega procesa. Glede na vrsto oblikovane povezave je šest podrazredov. Pet jih je identičnih podskupinam liaz, šesta pa je odgovorna za ustvarjanje vezi dušik-kovina.
Nekatere ligaze so vključene v posebno pomembne celične procese. Na primer, DNA ligaza je vključena v replikacijo deoksiribonukleinske kisline. Premreže prelome ene verige in ustvarja nove fosfodiesterske vezi. Ona je tista, ki povezuje drobce Okazaki.
Isti encim se aktivno uporablja v genskem inženiringu. Omogoča znanstvenikom, da združijo molekule DNK iz kosov, ki jih potrebujejo, in ustvarijo edinstvene verige deoksiribonukleinske kisline. V njih je mogoče vnesti kakršne koli informacije in tako ustvariti tovarno za proizvodnjo potrebnih beljakovin. V DNK bakterije lahko na primer zašijete delček, ki je odgovoren za sintezo inzulina. In ko bo celica prevedla lastne beljakovine, bo hkrati naredila koristno snov, potrebno za medicinske namene. Ostaja le, da ga očistimo in pomagalo bo mnogim bolnim.
Velika vloga encimov v telesu
Lahkopovečati hitrost reakcije za več kot desetkrat. To je preprosto potrebno za normalno delovanje celice. In encimi so vključeni v vsako reakcijo. Zato so funkcije encimov v telesu raznolike, tako kot vsi tekoči procesi. In okvara teh katalizatorjev vodi do resnih posledic.
Encimi se pogosto uporabljajo v živilstvu, lahki industriji, medicini: uporabljajo se za izdelavo sirov, klobas, konzervirane hrane in so del pralnih praškov. Uporabljajo se tudi pri izdelavi fotografskih materialov.
