אנו מסבירים מהם אנזימים והמבנה שלהם.כמו כן, כיצד חלבונים אלו מסווגים וכיצד הם פועלים.
מהם אנזימים?
אנזימים הם קבוצה של חֶלְבּוֹן אחראי לזרז (ירי, האצה, שינוי, האטה ואפילו עצירה) תגובה כימית, בתנאי שהם אפשריים מבחינה תרמודינמית. זה אומר שהם חומרים מווסתים בגוף של יצורים חיים, בדרך כלל על ידי הקטנת ה אֵנֶרְגִיָה ראשוני נדרש כדי להתחיל את התגובה.
אנזימים חיוניים עבור חַיִים ומזרז כ-4,000 תגובות כימיות ידועות, בתנאי התנאים של pH, טֶמפֶּרָטוּרָה או ריכוז כימי, שכן אנזימים, בהיותם חלבונים, יכולים גם להפוך לדנטורציה ולאבד את יעילותם.
האנזים הראשון התגלה באמצע המאה ה-19 על ידי אנסלמה פיין וז'אן פרנסואה פרסוז, למרות שהניסויים סביב תְסִיסָה זה של לואי פסטר כבר זיהה את נוכחותו של חומר "מאיץ" אורגני כלשהו בתהליכים הללו, שנחשבו בזמנו כימיים בלבד.
אנזימים כיום ידועים ברבים ולמעשה נמצאים בשימוש על ידי תעשיות אנושיות שונות (מזון, כימיקלים, חקלאות, נפט וכו'), בנוסף להיותו חלק הכרחי מהרכיבים השומרים על האיזון הפנימי של גופנו, מאיצים את התגובות הכרחיות (כגון אלו המספקות אנרגיה), מפעילים ומנטרלים אחרים באופן סלקטיבי (כפי שעושים הורמונים) ומנוטלי וכו'.
מבנה של אנזימים
רוב האנזימים מורכבים מחלבונים כדוריים בגודל משתנה מאוד: ממונומרים של 62 חומצות אמינו ועד לשרשראות ענקיות של כ-2,500. עם זאת, רק מעטים מהם מעורבים ישירות בזרזת התגובה, הידועה בשםמרכז פעיל.
הרצף שבו מורכבות כל חומצות האמינו הללו קובע את המבנה התלת מימדי של האנזים, מה שמכתיב גם את תפקודו הספציפי. לפעמים למבנה הזה יש גם אתרים למשוך קו-פקטורים, כלומר חומרים אחרים שהתערבותם נחוצה כדי לייצר את האפקט הרצוי.
אנזימים הם מאוד ספציפיים, כלומר, הם לא מגיבים עם שום דבר או לוקחים חלק בתגובה כלשהי. יש להם משימה ביוכימית מאוד ספציפית ומדויקת, שאותה הם מבצעים באחוז נמוך מאוד של טעויות.
סיווג אנזימים
אנזימים מסווגים על סמך התגובה הספציפית שהם מזרזים, כדלקמן:
- אוקסידורדוקטז. הם מזרזים תגובות חמצון-צמצום, כלומר העברה של אלקטרונים או מ אטומים של מימן ממצע אחד למשנהו. דוגמאות לכך הן האנזימים דהידרוגנאז וג אוקסידאז.
- העברות. הם מזרזים העברה של קבוצה כימית מסוימת מלבד מימן, ממצע אחד למשנהו. דוגמה לכך היא האנזים גלוקוקינאז.
- הידרולאזים. הם מתמודדים עם התגובות של הִידרוֹלִיזָה (קרע של מולקולות אורגני על ידי מולקולות של מים). למשל, לקטאז.
- ליאסאס. אנזימים המזרזים שבירה או ריתוך של מצעים. לדוגמה, אצטט דקרבוקסילאז.
- איזומראזים. הם מזרזים את ההמרה ההדדית של איזומרים, כלומר, הם ממירים מולקולה לגרסה הגיאומטרית התלת מימדית שלה.
- ביריות. אנזימים אלה מזרזים תגובות קושרות ספציפיות למצע באמצעות הידרוליזה בו-זמנית של נוקלאוטידים טריפוספטים (כגון ATP או ה-GTP). למשל, האנזים קרבוקסילאז פרטי.
כיצד פועלים אנזימים?
ניתן להאיץ את פעולת האנזים עם עלייה ברמות האנרגיה הקלורית.
אנזימים יכולים לפעול בדרכים שונות, אם כי תמיד מפחיתים את אנרגיית ההפעלה של תגובה כימית, כלומר, את כמות האנרגיה הדרושה כדי להתחיל אותה. מצבים שונים אלה הם:
- אווירה. אנרגיית ההפעלה מופחתת על ידי יצירת סביבה תורמת לתגובה המתרחשת, למשל, על ידי שינוי התכונות הכימיות של המצע באמצעות תגובות עם שכבת חומצת אמינו משלו.
- להקל על המעבר. אנרגיית המעבר מצטמצמת מבלי לשנות את המצע, כלומר ליצור סביבה עם מטענים אופטימליים להתרחשות התגובה.
- תן מסלול חלופי. במקרה זה, האנזימים מגיבים עם הסובסטרט ליצירת קומפלקס ES (אנזים / מצע) ש"מדלג על שלבים" במסלול הרגיל של התגובה, ומצמצם את הזמן הדרוש להתרחשותה.
- הגדל את הטמפרטורה. בתוך פרמטרים מסוימים, ניתן להאיץ את פעולת האנזים על ידי עלייה ברמות של אנרגיה קלורית, ניתנו על ידי תגובות אקסותרמיות מַקְבִּיל.