definisi
Enzim adalah protein yang dihasilkan dalam sel tumbuhan dan haiwan, yang bertindak sebagai pemangkin oleh mempercepat tindak balas biologi tanpa diubah suai.
Enzim berfungsi dengan menggabungkan dengan bahan tertentu untuk mengubahnya menjadi bahan yang berbeza; contoh-contoh klasik diberikan oleh enzim pencernaan yang terdapat dalam air liur, perut, dalam pankreas dan usus kecil, yang melakukan fungsi penting dalam pencernaan dan membantu memecah makanan ke dalam unsur-unsur asas, yang kemudiannya dapat diserap dan digunakan oleh badan, diproses oleh enzim lain atau dibuang sebagai sisa.
Setiap enzim mempunyai peranan tertentu: yang memecah lemak, sebagai contoh, tidak menjejaskan protein atau karbohidrat. Enzim adalah penting untuk kesejahteraan organisma. Kekurangan, walaupun satu enzim, boleh menyebabkan gangguan serius. Contoh yang paling terkenal ialah fenilketonuria (PKU), penyakit yang dicirikan oleh ketidakupayaan untuk memetabolisme asid amino, phenylalanine, pengumpulan yang boleh menyebabkan kecacatan fizikal dan penyakit mental.
Analisis biokimia
Enzim adalah sejenis protein yang mempunyai ciri sebagai pemangkin biologi, iaitu, mereka mempunyai keupayaan untuk mengurangkan tenaga pengaktifan (Eatt) tindak balas, mengubah laluannya untuk membuat proses perlahan secara perlahan muncul lebih cepat.
Enzim meningkatkan kinetika reaksi termodinamik mungkin dan, tidak seperti pemangkin, lebih kurang spesifik: oleh itu mereka mempunyai kekhususan substrat.
Enzim ini tidak terlibat dalam stoikiometri reaksi: untuk ini berlaku, adalah penting bahawa tapak pemangkin terakhir adalah sama dengan yang bermula.
Dalam tindakan pemangkin, hampir ada fasa perlahan yang menentukan kelajuan proses.
Apabila kita bercakap tentang enzim tidak tepat untuk bercakap tentang tindak balas keseimbangan, kita bercakap bukannya keadaan mantap (menyatakan di mana metabolit tertentu dibentuk dan dimakan berterusan, mengekalkan kepekatannya hampir berterusan dari masa ke masa). Produk tindak balas yang dipangkinkan oleh enzim biasanya merupakan reaktan untuk tindak balas seterusnya, yang dipangkinkan oleh enzim lain, dan sebagainya.
Proses enzim-catalyzed biasanya terdiri daripada urutan tindak balas.
Tindak balas generik yang dikatalisis oleh enzim (E), dengan itu boleh dijelaskan:
Enzim generik (E) menggabungkan dengan substrat (S) untuk membentuk tambahan (ES) dengan pemalar kelajuan K1; ia boleh memisahkan semula dalam E + S, dengan pemalar halaju K2, atau, (jika "hidup" cukup lama) ia boleh meneruskan untuk membentuk P dengan halaju pemalar K3.
Produk (P) boleh, seterusnya, bergabung semula dengan enzim dan pembaharuan tambahan dengan K4 pemalar kelajuan.
Apabila enzim dan substrat bercampur, terdapat sebahagian kecil masa di mana pertemuan antara kedua-dua spesies belum lagi berlaku: iaitu, terdapat selang masa yang sangat singkat (yang bergantung kepada tindak balas) di mana enzim dan substrat belum dipenuhi; selepas tempoh ini, enzim dan substrat akan dihubungkan dengan peningkatan jumlah dan penambahan ES terbentuk. Selanjutnya enzim bertindak pada substrat dan produk dikeluarkan. Ia kemudiannya boleh dikatakan bahawa terdapat selang masa awal di mana kepekatan ketumpatan ES tidak boleh didefinisikan; selepas tempoh ini, diandaikan bahawa keadaan stabil ditubuhkan, iaitu kelajuan proses yang membawa kepada penambahan adalah sama dengan kelajuan proses yang membawa kepada pemusnahan tambahan tersebut.
Pemalar Michaelis-Menten (KM) adalah pemalar keseimbangan (dirujuk kepada keseimbangan pertama yang dinyatakan di atas); kita boleh katakan, dengan penghampiran yang baik (kerana K3 juga perlu dipertimbangkan) bahawa KM diwakili oleh nisbah antara pemalar kinetik K2 dan K1 (merujuk kepada pemusnahan dan pembentukan ES penambahan dalam keseimbangan pertama yang diterangkan di atas).
Melalui pemalar Michaelis-Menten kita mempunyai petunjuk persamaan antara enzim dan substrat: jika KM kecil terdapat persamaan yang tinggi antara enzim dan substrat, maka penambahan ES stabil.
Enzim tertakluk kepada peraturan (atau modulasi).
Pada masa lalu terdapat perbincangan di atas semua modulasi negatif, iaitu perencatan kapasiti pemangkin suatu enzim, tetapi satu juga boleh mempunyai modulasi positif, iaitu spesies yang mampu meningkatkan kapasiti katalitik enzim.
Terdapat 4 jenis hambatan (diperoleh daripada anggaran yang dibuat pada model untuk memadankan data eksperimen dengan persamaan matematik):
- perencatan kompetitif
- perencangan bukan persaingan
- Perencatan yang tidak kompetitif
- perencatan yang kompetitif
Terdapat ceramah tentang perencatan yang kompetitif apabila molekul (perencat) dapat bersaing dengan substrat. Dengan persamaan struktur, perencat boleh bertindak sebagai pengganti substrat; ini adalah di mana istilah "perencatan bersaing" berasal dari. Kebarangkalian enzim yang mengikat kepada perencat atau substrat bergantung kepada kepekatan kedua-dua dan hubungannya dengan enzim; Kelajuan tindak balas bergantung kepada faktor-faktor ini.
Untuk mendapatkan kadar tindak balas yang sama yang akan berlaku tanpa kehadiran perencat, perlu mempunyai kepekatan substrat yang lebih tinggi.
Ia ditunjukkan secara eksperimen bahawa, dengan kehadiran perencat, peningkatan berterusan Michaelis-Menten.
Berhubung, sebaliknya, perencatan yang tidak kompetitif, interaksi antara molekul yang harus berfungsi sebagai modulator (positif atau negatif-penghambat) dan enzim, berlaku di tapak yang berbeza dari yang di mana interaksi antara enzim dan substrat; Oleh itu, kita bercakap tentang modulasi allosteric (dari bahasa Yunani allosteros → laman web lain).
Sekiranya perencat itu terikat kepada enzim, ia dapat mendorong pengubahsuaian struktur enzim dan, dengan itu, dapat mengurangkan kecekapan yang mana substrat terikat kepada enzim.
Dalam proses ini, pemalar Michaelis-Menten tetap malar kerana nilai ini bergantung pada kesamaan antara enzim dan substrat dan, kesamaan ini, walaupun di hadapan perencat, tidak berubah.
Fenomena perencat yang tidak cekap adalah jarang berlaku; perencat yang tidak berkeupayaan yang biasa adalah bahan yang secara kebalikan mengikat kepada tambahan ES menimbulkan ESI:
Inhibisi substrat yang berlebihan kadang-kadang boleh menjadi jenis yang tidak cekap, kerana ini berlaku ketika molekul substrat kedua mengikat kompleks ES, yang menimbulkan kompleks ESS.
Satu inhibitor acompetitive, sebaliknya, hanya boleh mengikat kepada substrat enzim substrat seperti dalam kes sebelumnya: pengikatan substrat ke enzim bebas mendorong pengubahsuaian konformasi yang menjadikan laman web dapat diakses oleh perencat.
Oleh itu, konstanta Michaelis Menten berkurangan dengan peningkatan kepekatan penghambat: Oleh itu, maka afiniti enzim ke substrat bertambah.
Serine proteases
Mereka adalah keluarga enzim yang mana chimotripsin dan trypsin tergolong.
Chymotrypsin adalah enzim proteolitik dan hidrolisis yang memotong asid amino hidrofobik dan aromatik ke kanan.
Produk gen yang kod untuk chymotrypsin tidak aktif (ia diaktifkan dengan arahan); bentuk tidak aktif chymotrypsin diwakili oleh rantai polipeptida 245 asid amino. Chymotrypsin mempunyai bentuk globular kerana lima jambatan disulfida dan interaksi kecil lain (elektrostatik, daya Van der Waals, ikatan hidrogen, dan sebagainya).
Chymotrypsin dihasilkan oleh sel-sel kanser pankreas di mana ia terkandung dalam membran khas dan dibuang melalui saluran pankreas ke dalam usus, pada masa pencernaan makanan: chymotrypsin sebenarnya enzim pencernaan. Protein dan nutrien yang kita makan melalui diet tertakluk kepada pencernaan untuk dikurangkan kepada rantai yang lebih kecil dan diserap dan diubah menjadi tenaga (contohnya amilase dan protease membahagi nutrien ke dalam glukosa dan asid amino yang mencapai sel, melalui saluran darah mereka mencapai vena portal dan dari sana mereka disampaikan kepada hati di mana mereka menjalani rawatan lanjut).
Enzim dikeluarkan dalam bentuk tidak aktif dan diaktifkan hanya apabila mereka sampai ke "tapak di mana mereka mesti beroperasi"; apabila tindakan mereka selesai, mereka dinyahaktifkan. Enzim, sekali dinyahaktifkan, tidak dapat diaktifkan semula: untuk mempunyai tindakan katalitik tambahan, ia mesti digantikan oleh molekul enzim lain. Jika chimitripsina telah dihasilkan dalam bentuk aktif dalam pankreas, ia akan menyerang yang berikut: pankreatitis adalah patologi akibat enzim pencernaan yang sudah diaktifkan dalam pankreas (dan tidak di lokasi yang diperlukan); sesetengah daripada mereka jika tidak dirawat tepat pada masanya, membawa kepada kematian.
Dalam chymotrypsin dan dalam semua protease serina, tindakan pemangkin adalah disebabkan oleh anion alkolat (-CH2O-) di rantai sampingan serine.
Protease serine mengambil nama ini dengan tepat kerana tindakan pemangkin mereka adalah disebabkan serine.
Sebaik sahaja semua enzim telah melakukan tindakannya, sebelum dapat mengendalikan semula substrat itu lagi, ia mesti dipulihkan dengan air; "pembebasan" serine oleh air adalah peringkat paling lambat dalam proses, dan fasa ini menentukan kelajuan pemangkinan.
Tindakan pemangkin berlaku dalam dua fasa:
- pembentukan anion dengan sifat pemangkin (anion alkolat) dan serangan nucleophilic berikutnya ke karbon karbonil (C = O) dengan perpecahan ikatan peptida dan pembentukan ester;
- serangan air dengan pemulihan pemangkin (mampu, sekali lagi melaksanakan tindakan pemangkinnya).
Pelbagai enzim yang termasuk dalam keluarga serine protease boleh terdiri daripada asid amino yang berbeza tetapi, untuk semua, tapak pemangkin diwakili oleh anion alkolat rantai sampingan serine.
Subfamili protease serine adalah enzim yang terlibat dalam pembekuan (yang terdiri daripada transformasi protein, dari bentuk tidak aktif mereka ke bentuk lain yang aktif). Enzim-enzim ini memastikan bahawa pembekuan adalah seperti yang mungkin dan terhad dalam ruang dan masa (pembekuan mesti berlaku dengan cepat dan mesti berlaku hanya berhampiran kawasan yang cedera). Enzim-enzim yang terlibat dalam pembekuan, diaktifkan dalam lata (dari pengaktifan enzim tunggal, berbilion-bilion enzim diperolehi: setiap enzim diaktifkan, seterusnya mengaktifkan banyak enzim lain).
Trombosis adalah penyakit yang disebabkan oleh kerosakan enzim pembekuan: ia disebabkan oleh pengaktifan, tanpa keperluan (kerana tidak ada lesi), enzim yang digunakan dalam pembekuan.
Terdapat enzim pengubahsuaian (pengawal selia) dan enzim penghambatan untuk enzim lain: dengan berinteraksi dengan yang kedua, mereka mengawal atau menghalang aktiviti mereka; walaupun produk enzim boleh menjadi perencat untuk enzim. Terdapat juga enzim yang berfungsi lebih banyak, semakin besar substrat yang ada sekarang.
lysozyme
Luigi Pasteur mendapati, secara kebetulan, bersin pada hidangan petri, bahawa dalam lendir terdapat enzim yang mampu membunuh bakteria: lysozyme ; dari bahasa Yunani: liso = yang memotong; zimo = enzyme.
Lysozyme mampu memecahkan dinding sel bakteria. Bakteria dan, secara amnya, organisma bersel tunggal, memerlukan struktur tahan mekanikal yang mengehadkan bentuknya; di dalam bakteria terdapat tekanan osmotik yang sangat tinggi oleh itu mereka menarik air. Membran plasma akan meletup jika tidak ada dinding sel yang menentang kemasukan air dan menghadkan jumlah bakterium.
Dinding sel terdiri daripada rantai polysaccharide di mana molekul N-asetil-glukosamin (NAG) dan molekul asid N-asetil-muram (NAM) bergantian; pautan antara NAG dan NAM rosak oleh hidrolisis. Kumpulan carboxyl NAM dalam dinding sel terlibat dalam ikatan peptida dengan asid amino.
Antara jambatan rantaian pelbagai terbentuk yang terdiri daripada bon pseudo-peptida: cawangan adalah disebabkan oleh molekul lisin; struktur secara keseluruhannya sangat bercabang dan ini memberikan kestabilan yang tinggi.
Lysozyme adalah antibiotik (ia membunuh bakteria): ia bertindak dengan membuat retak di dinding bakteria; apabila struktur ini pecah (yang tahan mekanikal) bakterium menarik air sehingga ia pecah. Lysozyme mampu memecahkan ikatan b-1, 4 glukosidik antara NAM dan NAG.
Tapak pemangkin lysozyme diwakili oleh alur yang berjalan di sepanjang enzim ke mana rantai polysaccharide dimasukkan: enam cincin glucosidic dari rantai, mencari tempat mereka di alur.
Di posisi tiga alur ada hambatan: dalam posisi ini hanya satu NAG dapat diletakkan, karena NAM, yang lebih besar, tidak dapat masuk. Tapak pemangkin sebenarnya adalah di antara jawatan empat dan lima: terdapat NAG dalam kedudukan tiga, pemotongan akan berlaku di antara NAM dan NAG (dan tidak sebaliknya); Oleh itu, pemotongan adalah khusus.
PH optimum untuk fungsi lysozyme adalah lima. Di tapak pemangkin enzim, iaitu antara kedudukan empat dan lima, terdapat rantai sampingan asid aspartik dan asid glutamat.
Ijazah homologi : mengukur hubungan (iaitu persamaan) antara struktur protein.
Terdapat hubungan ketat antara lysozyme dan laktosa-sintetase.
Synthase laktosa mensintesis laktosa (yang merupakan gula utama dalam susu): laktosa adalah galaktosil glukosida di mana terdapat ikatan β-1, 4 glukosidik antara galaktosa dan glukosa.
Oleh itu, synthetase laktosa memangkinkan tindak balas yang bertentangan dengan yang dikatalisis oleh lysozyme (yang sebaliknya memecah ikatan β-1, 4 glukosidik)
Synthase laktosa adalah dimer, iaitu, ia terdiri daripada dua rantai protein, salah satunya mempunyai sifat katalitik dan sebanding dengan lysozyme dan yang lain adalah subunit pengawalseliaan.
Semasa kehamilan, glikoprotein disintesis dari sel-sel kelenjar mamma dengan tindakan galatosyl-tranferase (ia mempunyai 40% urutan homologi dengan lysozyme): enzim ini dapat memindahkan kumpulan galaktosil dari struktur tenaga tinggi kepada struktur glikoprotein. Semasa mengandung, ungkapan pengekodan gen untuk galactosis-transferase diinduksi (terdapat juga ekspresi gen lain yang juga memberi produk lain): terdapat peningkatan dalam saiz payudara kerana kelenjar susu diaktifkan (sebelumnya tidak aktif) yang mesti menghasilkan susu. Semasa melahirkan, α-laktalalbumin dihasilkan yang merupakan protein pengawalseliaan: ia dapat mengawal kapasiti katalitik galactosyl-transferase (disebabkan oleh diskriminasi substrat). Galactosyl-transferase yang diubahsuai oleh α-laktalalbumin, dapat memindahkan galaktosil ke atas molekul glukosa: membentuk ikatan β-1, 4 glikosidik dan memberikan laktosa (synthetase laktosa).
Oleh itu, pemindahan galaktosa menyediakan kelenjar susu sebelum penghantaran dan menghasilkan susu selepas penghantaran.
Untuk menghasilkan glikoprotein, galactosyltransferase mengikat kepada galactosyl dan NAG; Semasa kelahiran, albumin laktal terikat kepada galactosyltransferase, menyebabkan mereka mengenali glukosa daripada NAG untuk memberikan laktosa.
