Struktura i funkcija enzima

Da bi razumjeli strukturu i funkciju enzima, prvo je važno znati što jesu. Jednostavno rečeno, enzimi su proteini koji olakšavaju stanične metaboličke procese ubrzavanjem brzine reakcije između biomolekula. Život ne bi postojao bez prisutnosti enzima.

Enzimi najčešće kataliziraju kemijske reakcije koje se inače ne bi mogle pojaviti snižavanjem energije aktivacije na "pristupačnu" razinu za stanicu. Neki enzimi mogu čak i preokrenuti reakciju (ili reaktante) od pravca koji bi inače trebao smanjiti energiju aktivacije (Ea) do te mjere da reakcija favorizira obrnuti smjer. Dio onoga što čini posebne enzime je da mogu olakšati te reakcije, a da se ne mijenja način na koji se gorivo gori kada se koristi.

Kontinuirano mogu olakšati reakciju nakon reakcije.

Enzimi se mogu izolirati pomoću različitih metoda pročišćavanja proteina. Čistoća enzimskog pripravka mjeri se određivanjem njegove specifične aktivnosti.

Kako rade

Da bi došlo do kemijske reakcije, uključene molekule moraju se sudarati pod odgovarajućim uvjetima, a to su enzimi koji pomažu stvoriti prikladne uvjete prilikom uvođenja tih sudara. Na primjer, u normalnim uvjetima, bez prisutnosti odgovarajućeg enzima, molekule glukoze i molekule fosfata u glukoza-6-fosfatu ostaju međusobno povezane. Uvesti hidrolazni enzim, glukoza-6-fosfatazu, a molekule glukoze i fosfata će se odvojiti jedna od druge.

Sastav

Enzimi mogu imati molekularne težine u rasponu od oko 10.000 do više od 1 milijun. Molekularna težina je zbroj atomskih težina molekula atoma. U kemiji, pojam se često upotrebljava zamjenjivo s molekulskom masom. Neki enzimi imaju molekularne težine koji padaju ispod gore navedenog raspona.

Mali broj enzima nisu proteini, već se sastoje od malih katalitičkih RNA molekula. Često, enzimi su multiproteinski kompleksi koji se sastoje od niza pojedinačnih proteina podjedinica.

Mnogi enzimi kataliziraju reakcije bez pomoći, ali neki zahtijevaju dodatnu neproteinnu komponentu pod nazivom kofaktor. Kofaktori mogu biti anorganski ioni poput Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, ili Zn²⁺, ili se sastoje od organskih ili metaloorganskih molekula poznatih kao ko-enzimi.

Klasifikacija

Enzimi su razvrstani u šest kategorija prema reakcijama koje kataliziraju. Najčešći od šest su ta tri:

• oksidoreduktaze kataliziraju reakcije oksidacije u kojima elektronovi putuju iz jedne molekule u drugu. Primjer je alkoholna dehidrogenaza, koja pretvara alkohole u aldehide ili ketone. Ovaj enzim čini alkohol manje toksičan jer ga razbija. Ona također igra ključnu ulogu u procesu fermentacije.
• transferaza katalizira transport funkcionalne skupine iz jedne molekule u drugu. Aminotransferaze su dobar primjer. Oni kataliziraju degradaciju aminokiseline uklanjanjem amino skupina.
• hidrolaza enzimi kataliziraju hidrolizu ili postupak kojim se pojedinačne veze razgrađuju nakon izlaganja vodi. Glukoza-6-fosfataza je primjer hidrolaze koji uklanja fosfatnu skupinu od glukoza-6-fosfata, ostavljajući glukozu i H3P04 (fosfornu kiselinu).

Tri manje uobičajena enzima su:

• liaze kataliziraju lomljenje različitih kemijskih veza drugim sredstvima osim hidrolize i oksidacije, često stvarajući novu dvostruku vezu ili novu strukturu prstena. Piruvat dekarboksilaza je primjer liase koja uklanja CO2 (ugljični dioksid) iz piruvata.
• izomeraze kataliziraju strukturne pomake u molekulama, uzrokujući promjenu oblika. Primjer je ribuloza fosfat epimeraza, koja katalizira interkonverziju ribuloza-5-fosfata i ksiluloza-5-fosfata.
• ligases su zaduženi za katalizu ligacije, također poznat kao kombinacija parova supstrata ili reaktanata. Dobar primjer su heksokinaze, ligaze koja katalizira interkonverziju glukoze i ATP s glukoza-6-fosfatom i ADP.

Primjeri u svakodnevnom životu

Jedan od najčešćih primjera kako enzimi utječu na elemente svakodnevnog života dolazi u obliku sapuna i deterdženata. Enzimi u deterdžentima za pranje razgrađuju bjelančevine koje uzrokuju mrlje, a lipaze pomažu u otapanju masnih mrlja. Termotolerantni i kriotolerantni enzimi djeluju na ekstremnim temperaturama - toplim ili hladno - i korisni su za industrijske procese gdje su potrebne visoke temperature ili za bioremedijaciju u otežanim uvjetima, poput onih na Arktiku.

U prehrambenoj industriji, enzimi se koriste za pretvaranje škroba u šećer, čime se štedi novac dopuštajući da zasladivači budu razvijeni od više nego samo šećerne trske. U industriji odjeće, enzimi pomažu smanjiti nečistoće u pamuku i smanjiti potrebu za potencijalno štetnim kemikalijama pri tamnjenju kože.

Plastika također neprestano traži načine za razvoj biorazgradivih proizvoda koji se lakše mogu razbiti.