Biochemistry encimi. Struktura, lastnosti in funkcije

Celica vsakega živega organizma, na milijone kemijskih reakcij poteka. Vsak od njih je pomembna, zato je pomembno, da se ohrani hitrost bioloških procesov na visoki ravni. Skoraj vsak Reakcijo katalizira svoji encima. Kaj so encimi? Kakšna je njihova vloga v kletki?

Encimi. opredelitev

Izraz "encim" izhaja iz latinske fermentum - kvas. Lahko se imenujejo tudi encime iz grške en Zyme - "v Skoke in meje."

Encimi - biološko aktivne snovi, tako da lahko vsak Reakcijsko pojavljajo v celico, ne more delati brez njih. Te snovi delujejo kot katalizatorji. V skladu s tem encim ima dve glavni lastnosti:

1) Encimska pospešuje biokemično reakcijo, vendar se ne porabi.

2) Vrednost konstante ravnotežno ne spremeni, ampak pospešuje le doseganje te vrednosti.

Encimi pospešijo biokemične reakcije v tisočih, in v nekaterih primerih, milijon krat. To pomeni, da v odsotnosti encimskega sistema je vse znotrajceličnih procesov praktično ustavi, in celično sam umre. Zato je vloga encimov kot učinkovin je visoka.

Različne encimov omogoča razpršitev regulirati celični metabolizem. V vsakem kaskado reakcij sodeluje več različnih razredov encimov. Biološke katalizatorji imajo visoko selektivnost pomočjo posebnega konformacije molekule. T. Da. V večini primerov so encimi beljakovine v naravi, so v terciarno ali kvarterno strukturo. Razlog za to je spet posebnost molekule.

Funkcija encimov v celici

Glavna naloga encima - pospešek, ki ustreza reakcija. Vse kaskadni procesi, saj razgradnjo vodikovega peroksida in se konča glikolize, zahteva prisotnost biološkega katalizatorja.

Pravilno delovanje encimov dosegli visoko specifičnost na določeno podlago. To pomeni, da lahko katalizator pospeši samo določene reakcije in nič več, celo zelo podobna. S stopnjo specifičnosti encima, naslednje skupine:

1) encime z absolutnim specifičnostjo, kadar katalizira le ene reakcije. Na primer, kolagenaze prebavlja kolagen in maltaze cepi maltozo.

2) encime z relativnim specifičnostjo. To vključuje snovi, ki lahko katalizirajo določen razred reakcije, na primer, hidrolitično cepitev.

biokatalizator delo se začne s povezavo svojega aktivnega mesta na podlago. Hkrati pa govorimo o dodatno medsebojno podobno ključavnico in ključ. To se nanaša na popolno ujemanje s substratom tvori aktivno center, ki omogoča za pospešitev reakcije.

Naslednja stopnja sestoji iz potekom reakcije. Njegova hitrost poveča za delovanje encima kompleksa. Na koncu smo dobili encim, ki je povezana z reakcijskih produktov.

Končna faza - odstraniti reakcijske produkte iz encima, po katerem aktivno mesto ponovno postane prost za drugo operacijo.

Shematsko, lahko delo encima v vsaki fazi zapišemo kot:

1) S + E -> SE

2) JV -> SP

3) SP -> S + P, kjer S - je substrat, E - encim, in P - izdelek.

Klasifikacija encimov

V človeškem telesu, lahko najdete veliko število encimov. Vse znanje o njihovih funkcijah in delo je bilo sistematizirati, in kot rezultat je bilo skupno razvrstitev, preko katerega lahko enostavno ugotoviti, kaj je poseben katalizator. Tu je šest osnovnih razredov encimov, pa tudi nekaj primerov podskupin.

1. Oksidoreduktaza.

Encimi v tem razredu katalizirajo redoks reakcije. Skupaj vrniti 17 podskupin. Oksidoreduktaze so običajno brez proteina odsek pogojem vitamini heme.

Med oksidoreduktaze so pogosto najdemo naslednje podskupine:

a) dehidrogenaza. Biochemistry-dehidrogenaze encim cepitvijo atoma vodika in ga prenese na drug substrat. Ta podskupina je najbolj pogosta pri reakcijah dihanje, fotosinteza. Kot del dehidrogenaze je nujno prisotna v obliki koencima NAD / NADH ali flavoproteins FAD / FMN. Pogosto so kovinski ioni. Primeri vključujejo encime, kot so tsitohromreduktazy, piruvata dehidrogenaze Izocitrat dehidrogenaza in tudi veliko jetrnih encimov (laktat dehidrogenazo, glutamata dehidrogenaze in tako naprej. D.).

b) oksidaze. Številni encimi katalizirajo dodajanje kisika vodika, pri čemer lahko reakcijske produkte z vodo ali vodikov peroksid (H ₂ 0, H ₂ 0 _2). Primeri encimov citokrom oksidaze, tirozinaza.

c) peroksidazo in katalaza - encimi, ki katalizirajo razpad H ₂ O ₂ v vodo in kisik.

g) oksidaza. Te biokatalizatorjev pospešiti pritrditev kisika na podlago. Dofamingidroksilaza - eden od primerov takih encimov.

2. transferaze.

Ciljni encimi iz te skupine je prenos ostanki iz snovi, snovi dajalca do prejemnika.

a) metiltransferaze. DNA metiltransferaza - ključni encimi, ki nadzorujejo proces replikacije DNA. Metilacije nukleotidov igra pomembno vlogo pri urejanju dela nukleinske kisline.

b) aciltransferaze. Encimi te podskupine prevaža z ene molekule na drugo acilno skupino. Primeri acyltransferases: lecitin-holesterol aciltransferaza (nosi funkcionalno skupino, z maščobno kislino na holesterol), lizofosfatidilholinatsiltransferaza (acilna skupina se prenese lizofosfatidilholin).

c) aminotransferaz - encimov, ki sodelujejo pri pretvorbi aminokislin. Primeri encimov alanin aminotransferaze ki katalizira sintezo alanina iz piruvata in glutamata s prenosom amino skupino.

g) fosfotransferaze. Encimi katalizirajo dodajanje te podskupine skupine fosfata. Drugo ime fosfotransferaze kinaza, je pogostejša. Primeri vključujejo encime, kot so heksokinaza in aspartat, ki sta vezana ostankom heksozni fosfat (predvsem glukoza) in aspartinsko kislino , v tem zaporedju.

3. Hidrolaze - razred encimov, ki katalizirajo cepitev vezi v molekuli, čemur je sledilo dodajanje vode. Snovi, ki spadajo v to skupino - glavna prebavni encim.

a) esteraze - zlom estrske vezi. Primer - lipaze, ki razgrajujejo maščobe.

b) glikozidaze. Biochemistry encimi iz te serije je v uničenje glikozidnih vezi polimerov (oligosaharidov in polisaharidov). Primeri: amilaze, pomanjkanjem saharoza, maltaze.

c) peptidaze - encimi, ki katalizirajo razgradnjo proteinov aminokislinam. povezanih peptidaze encimov kot pepsin, tripsin, himotripsin, karboiksipeptidaza.

g) amidaz - cepila amidne vezi. Primeri: .. arginaze, ureaze, glutaminaze itd Mnogi amidaze encimi se nahajajo v ornitin ciklu.

4. liaze - encimi za deluje podobno hidrolaze, vendar v cepitve vezi v molekuli ne uživajo vodo. Encimi tega razreda vedno del neproteinski odseka, na primer v obliki vitaminov B1 in B6.

a) dekarboksilaze. Ti encimi deluje na vezi C-C. Primeri so glutaminske dekarboksilazo kislina ali piruvat dekarboksilaze.

b) hydratase in dehidrataza - encimi, ki katalizirajo cepitev C = O vezi.

c) amidinska-liaze - uničevanje C-N vezi. Primer: argininsuktsinatliaza.

g) R-O-liaze. Ti encimi so navadno cepimo fosfatno skupino z nosilnim materialom. Primer: adenilil ciklaze.

Biokemije encimov na osnovi njihove strukture

Sposobnost posameznega encima opredeljujejo posameznika, le njegov prirojenega strukturo. Vsak encim - predvsem beljakovine, in njegova struktura in stopnja zložljivih igrajo ključno vlogo pri določanju svojo funkcijo.

Vsaka Biokatalizator je značilna prisotnost aktivne centra, ki v zameno, je razdeljena na več ločenih funkcionalnih področjih:

1) Katalitična jedro - posebna regija proteina, pri kateri encim oprijem na podlago. Odvisno od konformacije proteinske molekule katalitskega središča lahko v različnih oblikah, ki morajo ustrezati substrat kot tudi ključem. Takšna kompleksna struktura pojasnjuje, zakaj je encim protein v terciarno ali kvarterno stanju.

2) adsorpcija Center - služi kot "nosilca". Tukaj, v prvi vrsti komunikacija poteka med encimske molekule in molekule substrata. Vendar pa je povezava, ki tvori adsorpcijske center, zelo šibka in tako katalitično reakcijo je reverzibilna na tej stopnji.

3) alosterični centrom se lahko nahaja v aktivnem centru, in po celotni površini encima. Njihova funkcija - ureditev encima. Uredba poteka preko inhibitorjev molekul in aktivatorje molekul.

Aktivatorju proteini vežejo na encim molekulo, pospešeno delovanje. Zaviralci, nasprotno, zavirajo katalitsko aktivnost, in to lahko zgodi na dva načina: bodisi molekula veže na alosterični središče regije aktivne središča encima (kompetitivne inhibicije) ali pa je vezan na drugo regijo proteina (nekompetitiven inhibicije). Konkurenčni zaviranja se šteje za bolj učinkovito. Po tem zaprtem prostoru za substrata vezavo na encim, in ta postopek je možen le pri praktično popolne sovpadanja molekule inhibitorja in tvori aktivno center.

Encimski pogosto ni sestavljena iz aminokislin, temveč tudi druge organske in anorganske snovi. V skladu s tem Izoliran apoenzyme - proteinski del koencim - organski del in kofaktor - anorganski del. Koencim lahko zastopa ulgevodami, maščobe, nukleinske kisline, vitamine. Po drugi strani pa kofaktor - pogosto podpirajo kovinskih ionov. Encimsko aktivnost določimo s svojo strukturo: Dodatne snovi, vključene v sestavku, spreminjati katalitskih lastnosti. Različne vrste encimov - je posledica kombinacije vseh teh dejavnikov se tvori kompleks.

Ureditev dela encimov

Encimi kot je biološko aktivna snov ni vedno potreben za telo. Biokemija encimov je, da se lahko v primeru živih celic pretirano kataliza škode. Da bi preprečili škodljive učinke na telo encimov treba nekako urediti svoje delo.

T. Da. Encimi so beljakovine v naravi, se zlahka uniči pri visokih temperaturah. denaturacija proces je reverzibilen, vendar pa lahko bistveno vplivajo na vsebino.

pH prav tako igra pomembno vlogo v uredbi. Največja encimska aktivnost je na splošno opaziti pri nevtralnem pH (7,0-7,2). Ima tudi encime, ki deluje le v kislih pogojih, ali le v alkalno. Tako je v celičnih lizosomih vzdržuje nizek pH, pri katerem maksimalno aktivnost hidrolitičnih encimov. V primeru stika z citoplazmo, kjer je okolje bližje nevtralen, bo njihova aktivnost zmanjša. Takšna zaščita pred "samopoedaniya" temelji na značilnosti hidrolaze.

Treba je omeniti o pomenu koencimom in kofaktor v sestavi encimov. Prisotnost vitaminov ali kovinskih ionov bistveno vpliva na delovanje nekaterih posebnih encimov.

Nomenklatura encimov

Vsi encimi telesa se imenujejo po katerem pripadnost kateremkoli izmed razredov, kakor tudi substrat, ki se odzivajo. Včasih sistematično nomenklatura se uporablja ne enega, ampak dva substrata v naslovu.

Primeri imena nekaterih encimov:

1. Jetrni encimi: laktat degidrogen aza-glutamat-aza-degidrogen.
2. Polno sistematično ime encima: laktat + NAD-aza -oksidoredukt.

Ohranjene in trivialna imena, ki se ne držijo pravil nomenklature. Primeri so prebavnih encimov: tripsin, kimotripsin, pepsin.

Postopek sinteze encimov

Naloge encimov so določene tudi na genetski ravni. Ker je molekula s splošno -. Protein, in njegova sinteza je povsem enako kot procese transkripcijo in translacijo.

Sinteza encimov poteka na naslednji način. Sprva DNK bere informacijo o željeni encima, da se tvori mRNA. RNA kodira vse aminokisline, ki so del encima. Regulacija encimov se lahko pojavi tudi na nivoju DNA, če je produkt reakcije katalizirani dovolj gensko transkripcijo ustavi in nasprotno, če obstaja potreba v izdelku, aktivira proces transkripcije.

Ko je bil mRNA sprosti v citoplazmo, v naslednji fazi - radiodifuzije. Na ribosomov endoplazemski retikulum sintetiziramo glavno verigo, sestavljeno iz aminokislin povezanih s peptidnimi vezmi. Vendar pa je proteinska molekula v primarni strukturi še ne more opravljati svoje encimsko funkcijo.

Encimska aktivnost je odvisna od strukture proteinov. Same EPS proteina pride sukanjem, pri čemer se tvori prvo sekundarno in potem terciarno strukturo. Sinteza nekaterih encimov ustavi na tej stopnji, vendar za povečanje aktivnost katalizatorja je pogosto potrebno pritrdilni in kofaktor koencim.

Na nekaterih področjih endoplazemski retikulum prihaja vezana organske sestavine encima: sladkorji, nukleinske kisline, maščob in vitaminov. Nekateri encimi ne more delovati brez prisotnosti koencima.

Kofaktor igra ključno vlogo pri nastanku kvarteme strukture proteina. Nekatere od funkcij encimov so na voljo samo, če organizacija protein domena. Zato je zelo pomembno za njihovo prisotnost kvaternarnega strukturo, v kateri je vez med več kroglic protein kovinski ion.

Več oblik encimov

Obstajajo situacije, ko je potrebno prisotnost več encimov, ki katalizirajo isto reakcijo, ampak med seboj razlikujejo v nekaterih pogledih. Na primer, lahko encim deluje na 20 stopinj, vendar pa pri 0 stopinjah, on ne bo mogel opravljati svoje funkcije. Kaj storiti v takem položaju, dnevni telesa pri nizkih temperaturah?

Ta problem se lahko reši s prisotnostjo več encimov, ki katalizirajo isto reakcijo, vendar v različnih delovnih pogojih. Obstajata dve vrsti različnih oblik encimov:

1. Izoencimi. Taki proteini so kodirana z različnimi genov, so sestavljeni iz različnih amino kislin, toda katalizirajo isto reakcijo.
2. Res je več oblik. Ti proteini so prepisane iz istega gena, vendar se pojavlja na ribosomi modifikacijo peptidov. Na izhodu proizvaja različne oblike istega encima.

Kot rezultat, število oblik prvega tipa tvorjen na genetski ravni, kadar se drugo - na posttranslacijsko.

Pomen encimov

Uporaba encimov v medicini pride do izdaje novih zdravil, v okviru katerega so snovi, ki so že v pravih količinah. Znanstveniki še niso našli način za spodbujanje sintezo manjka encimov v telesu, vendar je zdaj zelo razširjen drog, ki lahko za čas trajanja njihovo škodo.

Različni encimi v celici za katalizo veliko število reakcij, ki se nanašajo na vzdrževanje življenja. Eden od teh predstavnikov se enizmov nukleazami skupino: endonukleazo in eksonukleaza. Njihovo delo je za vzdrževanje konstantne stopnje nukleinskih kislin v celico, odstranjevanje poškodovanih DNA in RNA.

Ne pozabite na pojav strjevanju krvi. Kot učinkovit ukrep zaščite, je postopek pod nadzorom številnih encimov. Glavni med njimi je trombin, ki pretvarja neaktivni proteinski fibrinogen v fibrin aktivni. Njena nit ustvari nekakšno mrežo, ki zapre mesto poškodbe žil, kar preprečuje prekomerno izgubo krvi.

Encimi se uporabljajo za pridelavo vin, piva, proizvodnjo številnih mlečnih izdelkov. Za lahko uporabimo alkohol iz glukoze kvasa, vendar pa je za uspešno pojava tega procesa in izvleček dovolj.

Zanimivosti o tem, katere niste vedeli

- Vse encimov v telesu imajo veliko maso - 5.000 do 1.000.000 Da. To je posledica prisotnosti proteina v molekuli. Za primerjavo, je molekulska masa glukoze - 180 Da in ogljikov dioksid - skupaj 44 Da.

- Do danes odprli več kot 2000 encimov, ki se nahajajo v celicah različnih organizmov. Vendar pa je večina teh snovi še vedno ni povsem jasno.

- Encimsko aktivnost se uporablja za pridobivanje učinkovite pralne praške. Tukaj, encimi izpolnjujejo enako vlogo kot v telesu: se razgradijo organske snovi, in ta lastnost omogoča, da boj proti mestih. Priporočljivo je, da uporaba takšnega detergenta pri temperaturi, ki ni višja od 50 stopinj, sicer lahko gre za postopek denaturacijo.

- Po statističnih podatkih, 20% ljudi po vsem svetu trpi zaradi pomanjkanja katerega koli od encimov.

- O lastnosti encimov je znano že dolgo, vendar le leta 1897, ljudje spoznali, da ni kvas, in izpisek iz svojih celic, se lahko uporablja za fermentacijo sladkorja v alkohol.