Ензимите са глобуларни протеини, които помагат на всички клетъчни процеси да продължат. Както всички катализатори, те не могат да обърнат реакцията, но служат за нейното ускоряване.
Локализация на ензимите в клетката
В клетката отделните ензими обикновено се съдържат и действат в строго определени органели. Локализацията на ензимите е пряко свързана с функцията, която тази част от клетката обикновено изпълнява.
Почти всички гликолизни ензими се намират в цитоплазмата. Ензимите от цикъла на трикарбоксилната киселина са в митохондриалния матрикс. Активните вещества на хидролизата се съдържат в лизозомите.
Отделните тъкани и органи на животните и растенията се различават не само по набора от ензими, но и по своята активност. Тази характеристика на тъканите се използва в клиниката при диагностицирането на някои заболявания.
Има и възрастови особености в активността и набора от ензими в тъканите. Те са най-ясно видими по време на ембрионалното развитие по време на тъканна диференциация.
Ензимна номенклатура
Има няколко системи за именуване, всяка от които отчита свойствата на ензимите в различна степен.
- Тривиално. Имената на веществата са дадени на случаен принцип. Например пепсин (pepsis - "храносмилане", гръцки) и трипсин (tripsis - "тънък", гръцки)
- Rational. Името на ензима се състои от субстрата и окончанието "-ase". Например, амилазата ускорява хидролизата на нишестето (амило - "нишесте", гръцки).
- Москва. Приет е през 1961 г. от Международната комисия по ензимна номенклатура на 5-ия международен конгрес по биохимия. Името на веществото се състои от субстрата и реакцията, която се катализира (ускорява) от ензима. Ако функцията на ензимите е да прехвърлят група атоми от една молекула (субстрат) към друга (акцептор), името на катализатора включва химичното име на акцептора. Например, в реакцията на прехвърляне на аминогрупа от аланин към 2-хидроксиглутарова киселина участва ензимът аланин: 2-оксоглутарат аминотрансфераза. Името отразява:
- субстрат - аланин;
- акцептор - 2-оксоглутарова киселина;
- аминогрупа се прехвърля в реакцията.
Международната комисия е съставила списък на всички известни ензими, който постоянно се актуализира. Това се дължи на откриването на нови вещества.
Класификация на ензимите
Има два начина за разделяне на ензимите на групи. Първият предлага два класа от тези вещества:
- просто - състои се само от протеин;
- комплекс - съдържа протеинова част (апоензим) и непротеинова част, наречена коензим.
В небелтъчната часткомплексен ензим може да включва витамини. Взаимодействието с други вещества се осъществява чрез активния център. Цялата ензимна молекула не участва в процеса.
Свойствата на ензимите, подобно на другите протеини, се определят от тяхната структура. В зависимост от това катализаторите ускоряват само реакциите си.
Вторият метод на класификация разделя веществата според функцията на ензимите. Резултатът е шест класа:
- оксидоредуктаза;
- трансферази;
- хидролази;
- изомераза;
- lyases;
- лигази.
Това са общоприети групи, те се различават не само по видовете реакции, които регулират ензимите в тях. Веществата от различни групи имат различна структура. И следователно функциите на ензимите в клетката не могат да бъдат еднакви.
Оксидоредуктази - редокс
Основната функция на ензимите от първата група е ускоряването на редокс реакциите. Характерна особеност: способността да се образуват вериги от окислителни ензими, в които електрони или водородни атоми се прехвърлят от първия субстрат към крайния акцептор. Тези вещества се разделят според принципа на работа или мястото на работа в реакцията.
- Аеробните дехидрогенази (оксидази) ускоряват трансфера на електрони или протони директно към кислородните атоми. Анаеробните извършват същите действия, но в реакции, които протичат без прехвърляне на електрони или водородни атоми към кислородни атоми.
- Основнодехидрогеназите катализират процеса на отстраняване на водородните атоми от окисленото вещество (първичен субстрат). Вторични - ускоряват отстраняването на водородните атоми от вторичния субстрат, те са получени с помощта на първична дехидрогеназа.
Друга характеристика: като двукомпонентни катализатори с много ограничен набор от коензими (активни групи), те могат да ускорят голямо разнообразие от редокс реакции. Това се постига чрез голям брой опции: един и същ коензим може да се присъедини към различни апоензими. Във всеки случай се получава специална оксидоредуктаза със собствени свойства.
Има и друга функция на ензимите от тази група, която не може да бъде пренебрегната - те ускоряват протичането на химичните процеси, свързани с освобождаването на енергия. Такива реакции се наричат екзотермични.
Преводи - превозвачи
Тези ензими изпълняват функцията за ускоряване на реакциите на трансфер на молекулярни остатъци и функционални групи. Например фосфофруктокиназа.
Осем групи катализатори се разграничават въз основа на прехвърлената група. Нека разгледаме само някои от тях.
- Фосфотрансферази - спомагат за пренасянето на остатъци от фосфорна киселина. Те са разделени на подкласове според дестинацията (алкохол, карбоксил и други).
- Аминотрансферази – ускоряват реакциите на трансаминиране на аминокиселини.
- Гликозилтрансферази - пренасят гликозилни остатъци от молекули на фосфорния естер към моно- и полизахаридни молекули. Осигурете реакцииразграждане и синтез на олиго- или полизахариди в растенията и животните. Например, те участват в разграждането на захарозата.
- Ацилтрансферазите пренасят остатъци от карбоксилна киселина към амини, алкохоли и аминокиселини. Ацил-коензим-А е универсален източник на ацилни групи. Може да се разглежда като активна група на ацилтрансферазите. Ацилът на оцетната киселина се понася най-често.
Хидролази - разделени с вода
В тази група ензимите действат като катализатори за реакциите на разцепване (по-рядко синтез) на органични съединения, в които участва вода. Веществата от тази група се съдържат в клетките и в храносмилателния сок. Молекулите на катализаторите в стомашно-чревния тракт се състоят от един компонент.
Местоположението на тези ензими са лизозоми. Те изпълняват защитните функции на ензимите в клетката: разграждат чужди вещества, преминали през мембраната. Те също така унищожават онези вещества, които вече не са необходими на клетката, за които лизозомите са наречени санитари.
Другият им "прякор" е клетъчните самоубийства, тъй като те са основното средство за клетъчна автолиза. Ако възникне инфекция, започват възпалителни процеси, лизозомната мембрана става пропусклива и хидролазите навлизат в цитоплазмата, унищожавайки всичко по пътя си и унищожавайки клетката.
Разделете няколко вида катализатори от тази група:
- естерази - отговорни за хидролизата на алкохолните естери;
- гликозидази - ускоряват хидролизата на гликозидите, в зависимост откакъв изомер действат, отделят α- или β-гликозидази;
- пептидните хидролази са отговорни за хидролизата на пептидните връзки в протеините и при определени условия за техния синтез, но този метод на протеинов синтез не се използва в жива клетка;
- амидази - отговорни за хидролизата на киселинни амиди, например, уреазата катализира разграждането на уреята до амоняк и вода.
Изомерази - трансформация на молекулата
Тези вещества ускоряват промените в рамките на една молекула. Те могат да бъдат геометрични или структурни. Това може да се случи по много начини:
- пренос на водородни атоми;
- преместване на фосфатната група;
- промяна на подреждането на атомните групи в пространството;
- преместване на двойната връзка.
Изомеризацията може да бъде органични киселини, въглехидрати или аминокиселини. Изомеразите могат да превърнат алдехидите в кетони и обратно, да пренаредят цис формата в транс форма и обратно. За да разберем по-добре каква функция изпълняват ензимите от тази група, е необходимо да се знаят разликите в изомерите.
Liases прекъсва връзки
Тези ензими ускоряват нехидролитичното разграждане на органичните съединения чрез връзки:
- въглерод-въглерод;
- фосфор-кислород;
- въглерод-сяра;
- въглерод-азот;
- въглерод-кислород.
В този случай се отделят такива прости продукти като въглероден диоксид, вода, амоняк и двойните връзки се затварят. Малко от тези реакции могат да вървят в обратна посока, съответните ензими в съответнатапри тези условия катализира процесите не само на разпад, но и на синтез.
Лиазите се класифицират според вида на връзката, която прекъсват. Те са сложни ензими.
Ligase crosslinks
Основната функция на ензимите от тази група е ускоряването на реакциите на синтез. Тяхната особеност е конюгирането на творението с разпадането на вещества, които са в състояние да осигурят енергия за осъществяване на биосинтетичния процес. Има шест подкласа според вида на образуваната връзка. Пет от тях са идентични с лиазните подгрупи, а шестата е отговорна за създаването на връзката азот-метал.
Някои лигази участват в особено важни клетъчни процеси. Например, ДНК лигазата участва в репликацията на дезоксирибонуклеинова киселина. Той омрежва прекъсванията на една верига, създавайки нови фосфодиестерни връзки. Тя е тази, която свързва фрагментите на Оказаки.
Същият ензим се използва активно в генното инженерство. Тя позволява на учените да съединяват ДНК молекули от парчетата, от които се нуждаят, създавайки уникални вериги от дезоксирибонуклеинова киселина. В тях може да се вкара всякаква информация, като по този начин се създаде фабрика за производство на необходимите протеини. Например, можете да зашиете в ДНК на бактерия парче, което е отговорно за синтеза на инсулин. И когато клетката ще преведе собствените си протеини, в същото време тя ще направи полезно вещество, необходимо за медицински цели. Остава само да го почистите и това ще помогне на много болни хора.
Огромната роля на ензимите в тялото
Могатувеличава скоростта на реакцията с повече от десет пъти. Той просто е необходим за нормалното функциониране на клетката. А ензимите участват във всяка реакция. Следователно функциите на ензимите в тялото са разнообразни, както всички протичащи процеси. А повредата на тези катализатори води до сериозни последствия.
Ензимите се използват широко в хранителната, леката промишленост, медицината: от тях се правят сирена, колбаси, консерви и са част от праховете за пране. Използват се и при производството на фотографски материали.
