V vsaki živi celici je veliko kemičnih reakcij. Encimi (encimi) so beljakovine s posebnimi in izjemno pomembnimi funkcijami. Imenujejo se biokatalizatorji. Glavna funkcija beljakovinskih encimov v telesu je pospeševanje biokemičnih reakcij. Začetne reagente, katerih interakcijo katalizirajo te molekule, imenujemo substrati, končne spojine pa produkti.
V naravi encimski proteini delujejo samo v živih sistemih. Toda v sodobni biotehnologiji, klinični diagnostiki, farmaciji in medicini se uporabljajo prečiščeni encimi ali njihovi kompleksi ter dodatne komponente, potrebne za delovanje sistema in vizualizacijo podatkov za raziskovalca.
Biološki pomen in lastnosti encimov
Brez teh molekul živi organizem ne bi mogel delovati. Vsi življenjski procesi delujejo harmonično zahvaljujoč encimom. Glavna funkcija encimskih beljakovin v telesu je uravnavanje presnove. Brez njih je normalna presnova nemogoča. Molekularno aktivnost uravnavajoaktivatorji (induktorji) ali inhibitorji. Kontrola deluje na različnih ravneh sinteze beljakovin. Prav tako "deluje" glede na končno molekulo.
Glavna lastnost proteinskih encimov je specifičnost za določen substrat. In v skladu s tem sposobnost kataliziranja le ene ali manj pogosto številnih reakcij. Običajno so takšni procesi reverzibilni. En encim je odgovoren za obe funkciji. Ampak to še ni vse.
Vloga encimskih beljakovin je bistvena. Brez njih se biokemične reakcije ne izvajajo. Zaradi delovanja encimov je mogoče, da reagenti premagajo aktivacijsko pregrado brez večjih porab energije. V telesu ni mogoče segreti temperature nad 100 °C ali uporabiti agresivne komponente, kot je kemični laboratorij. Encimski protein se veže na substrat. V vezanem stanju pride do modifikacije z naknadnim sproščanjem slednjega. Tako delujejo vsi katalizatorji, ki se uporabljajo pri kemični sintezi.
Kakšne so ravni organizacije proteinske molekule encima?
Običajno imajo te molekule terciarno (globulo) ali kvarterno (več povezanih globul) proteinsko strukturo. Najprej se sintetizirajo v linearni obliki. Nato se zložijo v zahtevano strukturo. Za zagotovitev aktivnosti biokatalizator potrebuje določeno strukturo.
Encime, tako kot druge beljakovine, uničijo toplota, ekstremne pH vrednosti, agresivne kemične spojine.
Dodatne lastnostiencimi
Med njimi se razlikujejo naslednje značilnosti komponent:
- Stereospecific - oblikovanje samo enega izdelka.
- Regioselektivnost - prekinitev kemične vezi ali sprememba skupine samo v enem položaju.
- Kemoselektivnost - kataliza samo ene reakcije.
Značilnosti dela
Encimska specifičnost se razlikuje. Toda vsak encim je vedno aktiven glede na določen substrat ali skupino spojin, ki so podobne po strukturi. Nebeljakovinski katalizatorji te lastnosti nimajo. Specifičnost se meri s konstanto vezave (mol/l), ki je lahko tudi 10−10 mol/l. Delovanje aktivnega encima je hitro. Ena molekula katalizira na tisoče do milijone operacij na sekundo. Stopnja pospeševanja biokemičnih reakcij je bistveno (1000-100000-krat) višja kot pri običajnih katalizatorjih.
Delovanje encimov temelji na več mehanizmih. Najpreprostejša interakcija se pojavi z eno molekulo substrata, čemur sledi tvorba produkta. Večina encimov lahko veže 2-3 različne molekule, ki reagirajo. Na primer, prenos skupine ali atoma iz ene spojine v drugo ali dvojna substitucija po principu "ping-pong". Pri teh reakcijah je običajno en substrat povezan, drugi pa je povezan preko funkcionalne skupine z encimom.
Proučevanje mehanizma delovanja encimov poteka z uporabo metod:
- Definicije vmesnih in končnih izdelkov.
- Študije geometrije strukture in funkcionalnih skupin, povezanih zsubstrat in zagotavljajo visoko stopnjo reakcije.
- Mutacija encimskih genov in ugotavljanje sprememb v njegovi sintezi in aktivnosti.
Aktivni in povezovalni center
Molekula substrata je veliko manjša od encimske beljakovine. Zato do vezave pride zaradi majhnega števila funkcionalnih skupin biokatalizatorja. Tvorijo aktivno središče, sestavljeno iz določenega nabora aminokislin. V kompleksnih beljakovinah je v strukturi prisotna protetična skupina nebeljakovinske narave, ki je lahko tudi del aktivnega centra.
Treba je izpostaviti ločeno skupino encimov. Njihova molekula vsebuje koencim, ki se nenehno veže na molekulo in se iz nje sprosti. Popolnoma oblikovan encimski protein se imenuje holoencim, in ko se kofaktor odstrani, se imenuje apoencim. Vitamini, kovine, derivati dušikovih baz pogosto delujejo kot koencimi (NAD - nikotinamid adenin dinukleotid, FAD - flavin adenin dinukleotid, FMN - flavin mononukleotid).
Vezivno mesto zagotavlja specifičnost substrata. Zaradi tega nastane stabilen kompleks substrat-encim. Struktura globule je zgrajena tako, da ima na površini določeno velikost nišo (režo ali vdolbino), ki zagotavlja vezavo substrata. To območje se običajno nahaja nedaleč od aktivnega središča. Nekateri encimi imajo mesta za vezavo na kofaktorje ali kovinske ione.
Sklep
protein-Encim igra pomembno vlogo v telesu. Takšne snovi katalizirajo kemične reakcije, so odgovorne za proces presnove - presnovo. V vsaki živi celici se nenehno odvija na stotine biokemičnih procesov, vključno z redukcijskimi reakcijami, cepljenjem in sintezo spojin. Oksidacija snovi se nenehno pojavlja z velikim sproščanjem energije. Po drugi strani pa se porabi za tvorbo ogljikovih hidratov, beljakovin, maščob in njihovih kompleksov. Produkti cepitve so gradniki za sintezo potrebnih organskih spojin.
