Soru 18. Enzimler ve inorganik katalizörler arasındaki benzerlikler ve farklılıklar. Enzimatik reaksiyonların hızının sıcaklığa, pH'a bağımlılığı. Spesifiklik türleri.
Basit ve karmaşık enzimlerin yapısı (örneğin hidrolazlar, dehidrojenazlar).
Bileşimlerine göre enzimler basit ve karmaşık olarak ikiye ayrılır.
Basit enzimler aminoasitlerden oluşur. Bunlar gastrointestinal sistem enzimlerini içerir - a-amilaz, pepsin, trypsin, lipaz, vb. Tüm bu enzimler sınıf 3 - hidrolazlara aittir.
Kompleks enzimler protein kısmı olan apoenzim ve protein olmayan kısım olan kofaktörden oluşur. Katalitik olarak aktif enzim-kofaktör kompleksine holoenzim denir. Birçoğu vitamin türevleri olan metal iyonları ve organik bileşikler kofaktör görevi görebilir.
Örneğin oksidoredüktazlar kofaktör olarak Fe²+, Cu²+, Mn²+, Mg²+ kinazları kullanır; Hidrojen peroksiti nötralize eden bir enzim olan glutatyon peroksidaz selenyum gerektirir.
Koenzimler, protein kısmına gevşek bir şekilde bağlanan organik maddelerdir. Örneğin, NAD'a bağımlı dehidrojenazlar, protein ve koenzimler NAD, NADP, PP vitamini türevlerinden oluşur.
Protez grup, bir apoenzim ile sıkı bir şekilde (çoğunlukla kovalent olarak) ilişkili olan bir koenzimdir. Örneğin flavin dehidrojenazlar protein ve protez grupları FAD, FMN ve B2 vitamini türevlerinden oluşur. Apoenzim, enzimin hareketinin yönünü veya özgüllüğünü belirler.
. Enzimlerin genel özellikleri: özgüllük, sıcaklığın etkisi, ortamın pH'ının enzim aktivitesine etkisi.
Enzimlerin aktivitesi sıcaklık, ortamın pH'ı ve çözeltilerin iyonik gücünden etkilenir.
Enzimler kimyasal yapı olarak protein olduklarından sıcaklığın 45-50˚C'nin üzerine çıkması termal denatürasyona neden olur ve enzimler inaktive olur (kas miyokinazı, papain hariç).
Düşük sıcaklıklar enzimleri yok etmez, sadece onların etkisini durdurur. Enzim aktivitesinin ortaya çıkması için en uygun sıcaklık 37-40˚C'dir.
Enzimlerin aktivitesi çevrenin reaksiyonundan etkilenir. Enzimin maksimum aktivite gösterdiği ortamın pH değerine, bu enzimin faaliyet gösterebileceği ortamın optimum pH'ı denir. Enzim etkisi için optimum pH, 6,0-8,0 arasındaki fizyolojik aralıkta yer alır. İstisnalar: pH optimumu 2,0 olan pepsin; arginaz – pH optimumu 10.0'dır.
Enzimlerin özgüllüğü vardır. Birkaç tür spesifiklik vardır:
1. Mutlak özgüllük - enzim yalnızca bir substratla etkileşime girer. Örneğin üreaz, ürenin hidrolizini hızlandırır ancak tiyoüreyi parçalamaz.
2. Stereospesifiklik - enzim, spesifik bir optik ve geometrik izomer ile etkileşime girer.
3. Mutlak grup özgüllüğü - enzimler, bağın doğasına ve bu bağı oluşturan bileşiklere göre özgüldür. Örneğin, a-amilaz, iki glikoz molekülünden oluşan bir maltoz molekülündeki a-glikosidik bağı keser, ancak bir glikoz molekülü ve bir fruktoz molekülünden oluşan bir sakaroz molekülünü ayırmaz.
4. Göreceli grup özgüllüğü. Bu durumda enzimler yalnızca bağa göre spesifiktir ancak bu bağı oluşturan bileşiklere karşı kayıtsızdır. Örneğin, proteazlar çeşitli proteinlerdeki peptid bağlarının hidrolizini hızlandırır, lipazlar ise yağlardaki ester bağlarının parçalanmasını hızlandırır.
Soru 19 Enzim aktivatörleri ve inhibitörleri. Eylemlerinin mekanizması. Geri döndürülebilir ve geri döndürülemez, rekabetçi ve rekabetçi olmayan engelleme. Tıpta rekabetçi inhibisyon ilkesinin kullanılması.
.Enzim aktivatörleri ve inhibitörleri, etki mekanizmaları ve önemi.
Kimyasal reaksiyonların hızı çeşitli maddelerden etkilenir. Etkilerinin niteliğine göre maddeler, enzim aktivitesini artıran aktivatörlere ve enzim aktivitesini baskılayan inhibitörlere (felç ediciler) ayrılır.
Enzim aktivasyonuna şunlar neden olabilir:
1. Kofaktörlerin varlığı – metal iyonları Fe²+, Mg²+, Mn²+, Cu²+, Zn²+, ATP, lipoik asit.
2. Kısmi proteolizleri.
Gastrointestinal sistemin enzimleri aktif olmayan formlar - zimojenler formunda üretilir. Çeşitli faktörlerin etkisi altında peptit, aktif bir merkez oluşturacak şekilde bölünür ve zimojen, enzimin aktif formuna dönüştürülür.
Pepsinojen HCl pepsin + peptit
Tripsinojen enterokinaz trypsin + peptid
Bu tür aktivasyon, gastrointestinal sistem hücrelerini kendi kendine sindirimden korur.
3. Fosforilasyon ve defosforilasyon. Örneğin:
aktif değil lipaz + ATP → lipaz-fosfat (aktif lipaz);
lipaz-fosfat + H3PO4 → lipaz (aktif olmayan lipaz)
İnhibitörler, eylemlerinin niteliğine göre geri dönüşümlü ve geri döndürülemez olarak ikiye ayrılır. Bu ayrım, inhibitör ile enzim arasındaki bağlantının gücüne dayanmaktadır.
Tersinir inhibitörler, bir enzimle kovalent olmayan bir şekilde etkileşime giren ve enzimden ayrılabilen bileşiklerdir.
Geri dönüşümsüz inhibitörler, enzimle kovalent, güçlü bağlar oluşturan bileşiklerdir.
Geri dönüşü olmayan inhibisyon spesifik veya spesifik olmayabilir.
Spesifik inhibisyon ile inhibitörler, aktif bölgenin bireysel fonksiyonel gruplarına bağlanarak belirli enzimlerin etkisini inhibe eder. Örneğin tiyol zehirleri, aktif merkezi SH gruplarını içeren enzimleri inhibe eder; karbon monoksit (CO), aktif bölgesinde Fe²+ bulunan enzimleri inhibe eder.
Spesifik olmayan inhibitörler tüm enzimlerin etkisini engeller. Bunlar, tüm denatüre edici faktörleri (yüksek sıcaklık, organik ve mineral asitler, ağır metal tuzları vb.) içerir.
Geri dönüşümlü inhibisyon rekabetçi olabilir. Bu durumda inhibitör, substratın yapısal bir analoğudur ve aktif merkezin substrat bağlanma bölgesine bağlanmak için onunla rekabet eder.
Rekabetçi inhibisyonun ayırt edici bir özelliği, substrat konsantrasyonunun arttırılmasıyla zayıflatılabilmesi veya tamamen ortadan kaldırılabilmesidir.
Sitrat döngüsündeki bir enzim olan süksinat dehidrojenaz (SDH), süksinatı dehidrojene ederek fumarata dönüştürür. Yapısal olarak süksinata benzeyen malonat, LDH'nin aktif bölgesine bağlanır ancak dehidrojene edilemez. Bu nedenle malonat, SDH'nin rekabetçi bir inhibitörüdür.
Birçok ilaç rekabetçi enzim inhibitörleridir. Örneğin, patojenik mikroorganizmaların ana büyüme faktörü olan para-aminobenzoik asidin (PABA) yapısal analogları olan sülfonamid ilaçları, enzimin aktif merkezinin substrat bağlanma bölgesine bağlanmak için onunla rekabet eder. Sülfonamid ilaçlarının antimikrobiyal etkisi buna dayanmaktadır.
Enzimler ve yaşam süreçlerindeki önemi
Kimya dersinizden katalizörün ne olduğunu biliyorsunuz. Bu, reaksiyonu hızlandıran, reaksiyonun sonunda değişmeden kalan (tükenmeyen) bir maddedir. Biyolojik katalizörlere denir enzimler(lat. fermentum– fermantasyon, ekşi maya) veya enzimler.
Hemen hemen tüm enzimler proteindir (ancak tüm proteinler enzim değildir!). Son yıllarda bazı RNA moleküllerinin aynı zamanda enzim özelliği taşıdığı da bilinmektedir.
Yüksek oranda saflaştırılmış kristal enzim ilk olarak 1926'da Amerikalı biyokimyacı J. Sumner tarafından izole edildi. Bu enzim üreazürenin parçalanmasını katalize eder. Bugüne kadar 2 binden fazla enzim biliniyor ve sayıları artmaya devam ediyor. Birçoğu canlı hücrelerden izole edilir ve saf formda elde edilir.
Hücrede sürekli olarak binlerce reaksiyon gerçekleşmektedir. Organik ve inorganik maddeleri bir test tüpünde canlı bir hücredekiyle tamamen aynı oranlarda, ancak enzimler olmadan karıştırırsanız, gözle görülür bir hızda neredeyse hiçbir reaksiyon meydana gelmez. Genetik bilginin gerçekleşmesi ve tüm metabolizmanın gerçekleşmesi enzimler sayesinde gerçekleşir.
Çoğu enzimin adı, çoğunlukla enzimin etkileşime girdiği madde olan substratın adına eklenen -az sonekiyle karakterize edilir.
Enzimlerin yapısı
Substratın moleküler ağırlığıyla karşılaştırıldığında enzimler çok daha büyük bir kütleye sahiptir. Bu tutarsızlık, enzim molekülünün tamamının katalizde yer almadığını göstermektedir. Bu konuyu anlamak için enzimlerin yapısını tanımanız gerekir.
Enzimler yapı itibariyle basit veya karmaşık proteinler olabilir. İkinci durumda, enzim, protein kısmına ek olarak ( apoenzim) protein olmayan nitelikte ek bir grup var - bir aktivatör ( kofaktör, veya koenzim), aktif oluşumuna neden olur holoenzim. Enzim aktivatörleri şunlardır:
1) inorganik iyonlar (örneğin tükürükte bulunan amilaz enzimini aktive etmek için klorür iyonları (Cl-) gereklidir);
2) substrata sıkı bir şekilde bağlı protez grupları (FAD, biyotin);
3) substratla gevşek bir şekilde ilişkili olan koenzimler (NAD, NADP, koenzim A).
Protein kısmı ve protein olmayan bileşen ayrı ayrı enzimatik aktiviteye sahip değildir, ancak bir araya getirildiklerinde bir enzimin karakteristik özelliklerini kazanırlar.
Enzimlerin protein kısmı, yapı bakımından benzersiz olan, belirli amino asit kalıntılarının birbirine sıkı bir şekilde yönlendirilmiş bir kombinasyonu olan aktif merkezler içerir (bir dizi enzimin aktif merkezlerinin yapısı şimdi deşifre edilmiştir). Aktif merkez, bir "enzim-substrat kompleksi" oluşturmak için substrat molekülüyle etkileşime girer. "Enzim-substrat kompleksi" daha sonra enzime ve reaksiyonun ürün veya ürünlerine ayrışır.
1890 yılında E. Fisher tarafından ortaya atılan hipoteze göre substrat enzime şu şekilde yaklaşmaktadır: kilidin anahtarı, yani enzimin aktif bölgesinin ve substratın uzaysal konfigürasyonları tam olarak karşılık gelir ( tamamlayıcı) birbirlerine. Substrat, "kilide" uyan bir "anahtarla", yani enzimle karşılaştırılır. Bu nedenle, lizozimin aktif merkezi (tükürüğün enzimi) bir yarık şeklindedir ve şekli, bu enzimin etkisi altında parçalanan bakteriyel bir basilin karmaşık bir karbonhidrat molekülünün bir parçasına tam olarak karşılık gelir.
1959'da D. Koshland, substrat yapısının ve enzimin aktif merkezinin mekansal yazışmasının yalnızca birbirleriyle etkileşime girdikleri anda yaratıldığına göre bir hipotez öne sürdü. Bu hipoteze çağrıldı "eller ve eldivenler" hipotezi(indüklenen etkileşim hipotezi). Bu “dinamik tanıma” süreci günümüzde en yaygın kabul gören hipotezdir.
Enzimler ve biyolojik olmayan katalizörler arasındaki farklar
Enzimler biyolojik olmayan katalizörlerden birçok yönden farklılık gösterir.
1. Enzimler çok daha verimlidir (10 4 –10 9 kez). Böylece katalaz enziminin tek bir molekülü, hücreler için toksik olan 10 bin molekül hidrojen peroksiti bir saniyede parçalayabilmektedir:
2H 2 O 2 ––> 2H 2 O + O 2,
Vücuttaki çeşitli bileşiklerin oksidasyonu sırasında ortaya çıkar. Veya enzimlerin yüksek verimliliğini doğrulayan başka bir örnek: Oda sıcaklığında bir üreaz molekülü, bir saniyede 30 bine kadar üre molekülünü parçalama kapasitesine sahiptir:
H 2 N–CO–NH2 + H2O ––> CO2 + 2NH3.
Katalizör olmasaydı bu süreç yaklaşık 3 milyon yıl sürerdi.
2. Enzim etkisinin yüksek özgüllüğü. Çoğu enzim, yalnızca bir veya çok az sayıda “kendi” doğal bileşiği (substrat) üzerinde etki gösterir. Enzimlerin özgüllüğü formülle yansıtılır "bir enzim - bir substrat". Bu nedenle canlı organizmalarda birçok reaksiyon bağımsız olarak katalize edilir.
3. Enzimler hassas ve hassas düzenlemelere tabidir. Bir enzimin aktivitesi, "çalıştığı" koşullardaki küçük değişikliklerle artabilir veya azalabilir.
4. Biyolojik olmayan katalizörler çoğu durumda yalnızca yüksek sıcaklıklarda iyi çalışır. Hücrelerde küçük miktarlarda bulunan enzimler normal sıcaklık ve basınçta çalışırlar (her ne kadar yüksek sıcaklık denatürasyona neden olduğundan enzimlerin etki alanı sınırlıdır). Çoğu enzim protein olduğundan aktiviteleri fizyolojik olarak normal koşullar altında en yüksektir: t = 35–45 °C; hafif alkalin ortam (her enzimin kendi optimal pH değeri olmasına rağmen).
5. Enzimler, biyolojik taşıyıcılar adı verilen kompleksler oluşturur. Bir hücredeki herhangi bir maddenin parçalanması veya sentezlenmesi süreci genellikle bir takım kimyasal işlemlere bölünür. Her işlem ayrı bir enzim tarafından gerçekleştirilir. Bu tür enzimlerden oluşan bir grup, bir tür biyokimyasal taşıma bandını oluşturur.
6. Enzimler düzenlenebilme özelliğine sahiptir; "aç" ve "kapat" (ancak bu tüm enzimler için geçerli değildir; örneğin tükürük amilazı ve diğer bazı sindirim enzimleri düzenlenmez). Çoğu apoenzim molekülünde, çoklu enzim konveyöründen çıkan son ürünü de tanıyan bölümler vardır. Böyle bir üründen çok fazla varsa, o zaman başlangıçtaki enzimin aktivitesi onun tarafından inhibe edilir ve bunun tersi de yeterli ürün yoksa, enzim aktive edilir. Pek çok biyokimyasal süreç bu şekilde düzenlenir.
Bu nedenle enzimlerin biyolojik olmayan katalizörlere göre birçok avantajı vardır.
| | | sonraki ders ==> | |
| Kalan araştırma ve yayınların analizi. Avrupa Birliği ve Ukrayna bölgelerinin finansmanı sorunları şu bilim adamları tarafından değerlendirildi: Voznyak G.V., Grigor’eva O.N., Belichenko A.F. | | |
|
Enzimler arasındaki benzerlikler ve
|
Enzimler arasındaki farklar inorganik katalizörler |
|
1. Yalnızca termodinamik olarak mümkün olan reaksiyonlar hızlandırılır |
1. Enzimler yüksek özgüllük ile karakterize edilir: substrat spesifikliği : ▪ mutlak (1 enzim - 1 substrat), ▪ grup (1 enzim – birkaç benzer substrat) ▪ stereospesifiklik (enzimler yalnızca belirli bir L veya D stereo serisine ait substratlarla çalışır). katalitik özgüllük (enzimler ağırlıklı olarak bir tür kimyasal reaksiyonun reaksiyonlarını katalize eder - hidroliz, oksidasyon-indirgeme, vb.) |
|
2. Reaksiyon dengesinin durumunu değiştirmezler, yalnızca başarısını hızlandırırlar. |
2. Yüksek verimlilik: enzimler reaksiyonları 10 8 -10 14 kat hızlandırır. |
|
3. Reaksiyonlarda tüketilmezler |
3. Enzimler yalnızca ılımlı koşullar altında etki gösterir (t = 36-37°С, pH ~ 7,4, atmosferik basınç), çünkü konformasyonel değişkenliğe sahiptirler - denatüre edici maddelerin (pH, T, kimyasallar) etkisi altında molekülün konformasyonunu değiştirme yeteneği. |
|
4. Küçük miktarlarda etkilidir |
4. Vücutta enzimlerin etkisi spesifik olarak düzenlenir (katalizörler yalnızca spesifik değildir) |
|
5. Aktivatörlere ve inhibitörlere duyarlı |
5. Geniş etki alanı (vücuttaki çoğu süreç enzimler tarafından katalize edilir). |
Şu anda, enzimlerin incelenmesi biyokimyada merkezi bir öneme sahiptir ve bağımsız bir bilime ayrılmıştır. enzimoloji . Enzimolojinin kazanımları tıpta teşhis ve tedavi amacıyla, patoloji mekanizmalarını incelemek için ve ayrıca tarım, gıda endüstrisi, kimya, ilaç vb. gibi diğer alanlarda da kullanılmaktadır.
Enzimlerin yapısı
Metabolit - metabolik süreçlere katılan bir madde.
Yüzey – kimyasal reaksiyona giren bir madde.
Ürün – kimyasal reaksiyon sırasında oluşan bir madde.
Enzimler belirli kataliz merkezlerinin varlığıyla karakterize edilir.
Aktif merkez (Ac), enzim molekülünün substratla spesifik olarak etkileşime giren ve doğrudan katalize katılan bir parçasıdır. Ats, kural olarak bir nişte (cepte) bulunur. Ac'de iki bölge ayırt edilebilir: substrat bağlanma bölgesi - alt tabaka alanı (temas yüzeyi) ve aslında katalitik merkez .
Substratların çoğu enzimle en az üç bağ oluşturur, bu sayede substrat molekülü aktif bölgeye mümkün olan tek şekilde bağlanır ve bu da enzimin substrat spesifikliğini sağlar. Katalitik merkez, kimyasal dönüşüm yolunun seçimini ve enzimin katalitik özgüllüğünü sağlar.
Bir grup düzenleyici enzim vardır. allosterik merkezler Aktif merkezin dışında bulunanlar. Allosterik merkeze enzim aktivitesini düzenleyen “+” veya “-” modülatörler bağlanabilir.
Yalnızca amino asitlerden oluşan basit enzimler ve aynı zamanda protein olmayan nitelikteki düşük moleküler ağırlıklı organik bileşikleri (koenzimler) ve (veya) metal iyonlarını (kofaktörler) içeren karmaşık enzimler vardır.
Koenzimler aktif merkezin katalitik bölgesinin bir parçası olarak katalizde yer alan, protein olmayan nitelikteki organik maddelerdir. Bu durumda protein bileşenine denir. apoenzim ve karmaşık bir proteinin katalitik olarak aktif formu holoenzim . Böylece: holoenzim = apoenzim + koenzim.
Koenzimler olarak aşağıdaki işlevler:
nükleotidler,
koenzim Q,
Glutatyon
suda çözünen vitaminlerin türevleri:
Protein kısmına kovalent bağlarla bağlanan koenzimlere denir. protez grubu . Bunlar örneğin FAD, FMN, biyotin, lipoik asittir. Protez grubu protein kısmından ayrılmaz. Protein kısmına kovalent olmayan bağlarla bağlanan koenzime denir. ortak substrat . Bunlar örneğin NAD +, NADP +'dır. Kosubstrat reaksiyon sırasında enzime bağlanır.
Enzim kofaktörleri Birçok enzimin katalitik aktivitesi için gerekli olan metal iyonlarıdır. Potasyum, magnezyum, kalsiyum, çinko, bakır, demir vb. iyonlar kofaktör görevi görür. Rolleri çeşitlidir; enzimin aktif merkezi olan substrat moleküllerini, üçüncül ve dördüncül yapısını stabilize ederler ve substrat bağlanmasını ve katalizini sağlarlar. Örneğin ATP kinazlara yalnızca Mg2+ ile birlikte bağlanır.
İzoenzimler - bunlar aynı reaksiyonu katalize eden bir enzimin çoklu formlarıdır, ancak fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır (substrat için afinite, katalize edilen reaksiyonun maksimum hızı, elektroforetik hareketlilik, inhibitörlere ve aktivatörlere karşı farklı hassasiyet, optimum pH ve termal stabilite) . İzoenzimler çift sayıda alt birimden (2, 4, 6 vb.) oluşan dördüncül bir yapıya sahiptir. Enzim izoformları, alt birimlerin farklı kombinasyonlarından oluşur.
Örnek olarak, geri dönüşümlü bir reaksiyonu katalize eden bir enzim olan laktat dehidrojenazı (LDH) düşünün:
NADH2NAD +
piruvat ← LDH → laktat
LDH, her biri M (kas) ve H (kalp) olmak üzere 2 tip 4 protomerden (alt birim) oluşan 5 izoform formunda mevcuttur. M ve H tipi protomerlerin sentezi iki farklı genetik lokus tarafından kodlanır. LDH izoenzimleri dördüncül yapı düzeyinde farklılık gösterir: LDH 1 (NNNN), LDH 2 (NNMM), LDH 3 (NNMM), LDH 4 (NMMM), LDH 5 (MMMM).
H ve M tipi polipeptit zincirleri aynı moleküler ağırlığa sahiptir, ancak ilkine karboksilik amino asitler, ikincisine ise diamino asitler hakimdir, dolayısıyla farklı yükler taşırlar ve elektroforez ile ayrılabilirler.
Dokulardaki oksijen metabolizması LDH'nin izoenzim kompozisyonunu etkiler. Aerobik metabolizmanın hakim olduğu yerde, LDH 1, LDH 2 baskındır (miyokard, adrenal bezler), burada anaerobik metabolizma - LDH 4, LDH 5 (iskelet kasları, karaciğer). Organizmanın bireysel gelişimi sırasında dokularda oksijen içeriğinde ve LDH izoformlarında değişiklikler meydana gelir. Embriyoda LDH 4 ve LDH 5 baskındır. Doğumdan sonra bazı dokularda LDH 1 ve LDH 2 içeriği artar.
İzoformların varlığı dokuların, organların ve bir bütün olarak vücudun değişen koşullara uyum sağlama kapasitesini artırır. Organ ve dokuların metabolik durumu izoenzim bileşimindeki değişikliklerle değerlendirilir.
Enzimlerin hücre ve dokularda lokalizasyonu ve bölümlendirilmesi.
Enzimler lokalizasyonlarına göre 3 gruba ayrılır:
I – genel enzimler (evrensel)
II - organa özgü
III - organele özgü
Ortak enzimler Hemen hemen tüm hücrelerde bulunan protein ve nükleik asit biyosentezi, biyomembranların ve ana hücresel organellerin oluşumu ve enerji alışverişi reaksiyonlarını katalize ederek hücrenin yaşamsal aktivitesini sağlarlar. Ancak farklı doku ve organlardaki ortak enzimlerin aktiviteleri farklılık gösterir.
Organa özgü enzimler yalnızca belirli bir organ veya dokuya özgüdür. Örneğin: Karaciğer için - arginaz. Böbrekler ve kemik dokusu için - alkalin fosfataz. Prostat bezi için – AF (asit fosfataz). Pankreas için – α-amilaz, lipaz. Miyokard için – CPK (kreatin fosfokinaz), LDH, AST, vb.
Enzimler ayrıca hücrelerin içinde eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Bazı enzimler sitozolde kolloidal çözünmüş halde bulunur, diğerleri hücresel organellere gömülüdür (yapılandırılmış durum).
Organele özgü enzimler . Farklı organellerin, işlevlerini belirleyen belirli bir enzim seti vardır.
Organele özgü enzimler, hücre içi oluşumların, organellerin belirteçleridir:
Hücre zarı: ALP (alkalin fosfataz), AC (adenilat siklaz), K-Na-ATPase
Sitoplazma: glikoliz enzimleri, pentoz döngüsü.
ER: Hidroksilasyonu (mikrozomal oksidasyon) sağlayan enzimler.
Ribozomlar: Protein sentezini sağlayan enzimler.
Mitokondri: oksidatif fosforilasyon enzimleri, TCA döngüsü (sitokrom oksidaz, süksinat dehidrojenaz), yağ asitlerinin β-oksidasyonu.
Hücre çekirdeği: RNA, DNA (RNA polimeraz, NAD sentetaz) sentezini sağlayan enzimler.
Nucleolus : DNA'ya bağımlı RNA polimeraz
Sonuç olarak, hücrede enzim ve metabolizma kümesinde farklılık gösteren bölmeler oluşur (metabolizmanın bölümlendirilmesi).
Enzimler arasında küçük bir grup var R düzenleyici enzimler, aktiviteyi değiştirerek belirli düzenleyici etkilere yanıt verme yeteneğine sahip olanlardır. Bu enzimler tüm organ ve dokularda bulunur ve metabolik yolların başlangıç veya dallanma noktalarında lokalize olurlar.
Tüm enzimlerin kesin lokalizasyonu genlerde kodlanmıştır.
Plazma veya serumdaki organele özgü enzimlerin aktivitesinin belirlenmesi, klinik teşhiste yaygın olarak kullanılmaktadır.
Enzimlerin sınıflandırılması ve isimlendirilmesi
İsimlendirme – bireysel bileşiklerin isimleri, grupları, sınıfları ve bu isimleri oluşturma kuralları. Enzim isimlendirmesi önemsiz (kısa çalışma adı) veya sistematik olabilir. Uluslararası Biyokimya Birliği tarafından 1961 yılında benimsenen sistematik isimlendirmeye göre, enzim ve onun katalize ettiği reaksiyon doğru bir şekilde tanımlanabilmektedir.
sınıflandırma - bir şeyin seçilen özelliklere göre bölünmesi.
Enzimlerin sınıflandırılması, katalize ettikleri kimyasal reaksiyonun türüne dayanmaktadır;
6 tip kimyasal reaksiyona dayanarak, bunları katalize eden enzimler 6 sınıfa ayrılır; bunların her biri çeşitli alt sınıflara ve alt sınıflara sahiptir (4-13);
Her enzimin kendi EC 1.1.1.1 kodu vardır. İlk rakam sınıfı, ikincisi alt sınıfı, üçüncüsü alt sınıfı, dördüncüsü alt sınıfındaki enzimin seri numarasını (keşif sırasına göre) gösterir.
Enzimin adı 2 bölümden oluşur: 1 kısım - substratın adı (substratlar), 2 kısım - katalize edilen reaksiyonun türü. Bitiş – AZA;
Gerekirse ek bilgiler sonuna yazılır ve parantez içine alınır: L-malat + NADP+ ↔ PVK + CO2 + NADH2 L-malat: NADP+ - oksidoredüktaz (dekarboksile edici);
Enzimlerin isimlendirilmesine ilişkin kurallara ilişkin tek tip bir yaklaşım yoktur.
|
benzerlikler | |
|
1. Yalnızca enerji açısından mümkün olan reaksiyonlar katalize edilir. 2. Reaksiyonun yönünü değiştirmezler. 3. Reaksiyon dengesinin başlangıcını hızlandırırlar, ancak onu değiştirmezler. 4. Reaksiyon sürecinde tüketilmezler. |
1. Enzimatik reaksiyonun hızı çok daha yüksektir. 2. Yüksek özgüllük. 3. Hafif çalışma koşulları (hücre içi). 4. Reaksiyon hızını ayarlama imkanı. 5. Bir enzimatik reaksiyonun hızı, enzim miktarıyla orantılıdır. |
Kataliz aşamaları
Bir enzimatik reaksiyonda aşağıdaki adımlar ayırt edilebilir:
1. Bir enzim-substrat kompleksi (E-S) oluşturmak için bir substratın (S) bir enzime (E) bağlanması.
2. Enzim-substrat kompleksinin bir veya daha fazla aşamada bir veya daha fazla geçiş kompleksine (E-X) dönüştürülmesi.
3. Geçiş kompleksinin bir enzim-ürün (E-P) kompleksine dönüştürülmesi.
4. Nihai ürünlerin enzimden ayrılması.
Kataliz mekanizmaları
|
Bağışçılar |
Kabul edenler |
|
COOH -NH3 + -SH |
COO- -NH2 -S- |
2. Kovalent kataliz Enzimler substratlarıyla reaksiyona girerek kovalent bağlar kullanarak çok kararsız enzim-substrat kompleksleri oluşturur ve molekül içi yeniden düzenlemeler sırasında reaksiyon ürünleri oluşur.
Enzim Reaksiyonlarının Türleri
1. Masa tenisi türü– enzim ilk önce substrat A ile etkileşime girer, içindeki tüm kimyasal grupları çıkarır ve onu karşılık gelen ürüne dönüştürür. Substrat B daha sonra enzime bağlanarak bu kimyasal grupları alır. Bir örnek, amino gruplarının amino asitlerden keto asitlere transferinin reaksiyonu - transaminasyondur.
Masa tenisi enzimatik reaksiyonu
2. Sıralı reaksiyonların türü- A ve B substratları enzime sırayla eklenir ve bir "üçlü kompleks" oluşturulur, ardından kataliz meydana gelir. Reaksiyon ürünleri de sırayla enzimden ayrılır.
"Ardışık reaksiyonlar" tipine göre enzimatik reaksiyon
3. Rastgele etkileşimlerin türü A ve B substratları enzime herhangi bir sırayla rastgele eklenir ve katalizden sonra bunlar da parçalanır.
"Rastgele etkileşimler" türüne göre enzimatik reaksiyon
Enzimler doğası gereği proteindir
Tüm enzimlerin protein olduğu ve proteinlerin tüm özelliklerine sahip olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Bu nedenle proteinler gibi enzimler de basit ve karmaşık olarak ikiye ayrılır.
Basit enzimler yalnızca amino asitlerden oluşur - örneğin, pepsin , Tripsin , lizozim.
Kompleks enzimler(holoenzimler) amino asitlerden oluşan bir protein kısmına sahiptir - apoenzim ve protein olmayan kısım – kofaktör. Kofaktör de çağrılabilir koenzim veya protez grup. Bir örnek olabilir süksinat dehidrojenaz (FAD içerir) (trikarboksilik asit döngüsünde), aminotransferazlar (piridoksal fosfat içerir) (fonksiyon), peroksidaz(hem içerir). Katalizin gerçekleştirilmesi için tam bir apoprotein ve kofaktör kompleksi gereklidir; ayrı ayrı kataliz gerçekleştiremezler.
Birçok protein gibi enzimler de monomerler, yani bir alt birimden oluşur ve polimerler birçok alt birimden oluşur.
Oluşturulma tarihi: 2015/04/30
Vücudun tüm yaşam süreçlerinin maddi temeli, enzimler tarafından katalize edilen binlerce kimyasal reaksiyondan oluşur. Enzimlerin anlamı I.P. Pavlov tarafından çok doğru ve mecazi olarak tanımlanmış ve onlara "yaşam uyarıcıları" adı verilmiştir. Vücuttaki uyumlu bir metabolik reaksiyon sisteminde herhangi bir enzimin sentezinin ihlali, sıklıkla ölümle sonuçlanan hastalıkların gelişmesine yol açar. Örneğin çocuklarda galaktozu glikoza dönüştüren enzimin eksikliği galaktozemiye neden olur. Bu hastalıkta çocuklar aşırı galaktozdan zehirlenir ve yaşamın ilk aylarında ölürler. Artan ksantin oksidaz aktivitesi gutun nedenidir. Bunun gibi verilebilecek pek çok örnek var. Bu nedenle enzimler, bir araya getirildiğinde yaşamın altında yatan metabolizmayı oluşturan sonsuz çeşitlilikteki kimyasal dönüşümlerin arkasındaki itici güçtür. Enzimlerin incelenmesinin bu kadar büyük önem taşımasının nedeni budur. Enzim bilimi biyokimyanın önemli bir dalıdır ve tıpta açıkça görülebilen bir yön vardır - tıbbi enzimoloji.
Fermentoloji veya başka bir deyişle enzimoloji, herhangi bir canlı hücre tarafından oluşturulan ve vücutta meydana gelen çeşitli kimyasal reaksiyonları aktive etme yeteneğine sahip, protein niteliğindeki biyolojik katalizörler olan enzimlerin (enzimler) incelenmesidir.
Enzimler bilimin ve endüstrinin birçok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda yüksek oranda saflaştırılmış enzim preparatlarının yardımıyla, bazı proteinler ve nükleik asitler de dahil olmak üzere vücudu oluşturan karmaşık bileşiklerin yapısının deşifre edilmesi mümkün olmuştur.
Endüstrinin birçok alanı (şarap yapımı, fırıncılık, alkol, çay, amino asitler, vitaminler, antibiyotikler) çeşitli enzimatik süreçlerin kullanımına dayandığından enzimler büyük pratik öneme sahiptir. Bu nedenle, enzimlerin özelliklerinin ve etki mekanizmalarının incelenmesi kimyacıların kimya endüstrisi için yeni, daha gelişmiş katalizörler oluşturmasına olanak tanır. Tıpta ve tarımda kullanılan çeşitli fizyolojik olarak aktif bileşiklerin - tıbbi maddeler, bitki büyüme uyarıcıları vb. - etkisi, sonuçta bu maddelerin vücudun metabolizmasındaki bir veya başka bir bağlantıyı, bir veya başka bir enzimatik süreci aktive ettiği veya bastırdığı gerçeğine iner. Kuşkusuz, enzimlerin etki kalıplarının ve çeşitli uyarıcıların veya felç edicilerin onlar üzerindeki etkisinin incelenmesi tıp ve tarım için büyük önem taşımaktadır.
Enzimolojinin incelediği konuların kapsamı çok geniştir. Yapılarını oluşturmak için enzimleri izole etmek ve saflaştırmak için yöntemlerin geliştirilmesi, canlı bir hücrede enzim oluşum süreçlerinin incelenmesi, etkinin düzenlenmesi, çeşitli fizyolojik fonksiyonların uygulanmasında enzimlerin rolü - bu tam bir liste değildir günümüzde üzerinde yoğun olarak çalışılan en önemli biyolojik problemlerdir.
Enzim çalışmalarının tarihi hakkında
Enzimlerin tarihi çok eskilere dayanmaktadır. İnsan toplumunun gelişmesinde bile insanlar çeşitli enzimatik süreçlerle karşılaşmış ve bunları yaşamlarında kullanmışlardır. Alkol ve laktik asit fermantasyonu, ekmek yapımında başlatıcıların kullanılması, peynir yapımında peynir mayası kullanımı vb. - tüm bu enzimatik süreçler çok eski zamanlardan beri iyi bilinmektedir.
Enzimatik süreçleri inceleyen ilk takipçilerden biri Reaumur ve Spallanzani idi. Kuşların midesindeki etin sindirimi üzerine yaptıkları deneylerde, ilk olarak sindirim suyunun kimyasal bileşiminin incelenmesi gerektiği sorusunu gündeme getirdiler. Rus bilim adamı K. S. Kirchhoff (1814)
Filizlenmiş arpa ekstraktının, nişastanın şekere dönüşmesine neden olan bir madde içerdiğini gösterdi. Böylece Kirchhoff, amilazın (nişastayı parçalayan bir enzim) enzim preparatını elde eden ilk kişi oldu ve bu tarihi haklı olarak enzimolojinin ortaya çıkış tarihi olarak kabul edebiliriz. Hollandalı bilim adamı Van Helmont, fermantasyon süreçlerini incelerken bilime ilk kez "enzimler" (fermentum - maya) terimini tanıttı. "Enzim" kelimesi eski Yunanca "maya" anlamına gelen en zume kelimesinden gelir.
1950'lerin ortalarına gelindiğinde, enzimlerin biyolojik katalizörler olduğu kavramı bilimde sağlam bir şekilde yerleşmişti. Dünyanın en büyük iki bilim adamı Louis Pasteur ve Liebig Yu arasındaki enzimlerin hücredeki konumu hakkındaki büyük tartışma bu zamana kadar uzanıyor; bu anlaşmazlık, özünde bilimdeki iki dünya görüşü olan idealizm ve ideoloji arasındaki bir mücadeleydi. materyalizm ve enzim doktrininin gelişimini neredeyse 50 yıl boyunca yavaşlattı. Enzimlerin aktivitesinin hücrenin yapısından ayrılamaz olduğunu ve onun yok edilmesiyle sona erdiğini kanıtlayan Louis Pasteur, biyolojideki idealizmin çeşitlerinden biri olan Virchowianizm'in yanında yer aldı. Liebig, enzimlerin etkisinin hücrenin yapısıyla ilgili olmadığını savundu. Bu tartışma pratikte 100 yıldan fazla sürdü ve bir kez daha biyolojik yasaların incelenmesinde materyalist bir yaklaşıma duyulan ihtiyacı doğruladı. J. Liebig'in bakış açısının doğruluğunu ilk doğrulayan, 1871'de Rus araştırmacı M.M. Manassein oldu. Maya hücrelerini kuvars kumu ile öğüterek, yani. hücre yapısını tamamen yok ederek hücre özsuyunun nişastayı fermente etme yeteneğine sahip olduğunu kanıtladı. Ancak Çarlık Rusya'sında sıklıkla olduğu gibi, M.M. Manasseina'nın araştırması göz ardı edildi ve bu konudaki avuç, 26 yıl sonra benzer bir deney gerçekleştiren (yüksek basınç kullanarak hücreleri yok ettiler) Alman bilim adamları Buchner kardeşlere verildi. ve aynı sonuçları aldım. Daha sonra A.N. Lebedev, I.P. Pavlov, M. Duclos, E. Fisher, L. Michaelis ve diğer birçok bilim adamının çalışmaları nihayet idealistlerin bakış açısını çürüttü. J. Sumner'a 1927'de bu fırsatı veren şey bilimsel araştırmaya materyalist yaklaşımdı. ilk kez üreaz enzimini elde etti ve 1931'de J. Northrop'a - kristalin trypsin ve pepsin.
Günümüzde hem ülkemizde hem de yurt dışında büyük bir bilim adamı ordusunun çalışmaları sayesinde enzim çalışmaları başarıyla gelişmektedir. Şu anda yaklaşık 1000 enzim bilinmektedir. Akademisyen A.E. Braunshtein, V.A. Engelhard, A.I. Oparin, S.E. Severin, V.N. Orekhovich, A.A. Pokrovsky ve insan vücudundaki enzimlerin incelenmesi alanındaki diğer birçok yerli bilim insanının çalışmaları tıpta büyük öneme sahiptir. Teşhis koymak, doğru tedaviyi seçmek ve korunmak, çeşitli ilaçları geliştirmek ve kullanmak vb. enzimlerin çalışmasına dayanmaktadır.
Kataliz hakkında ne biliyoruz?
Kataliz, çeşitli maddelerin etkisi altında bir kimyasal reaksiyonun hızını değiştirme işlemidir - bu sürece katılan katalizörler ve reaksiyonun sonunda kimyasal olarak değişmeden kalanlar. Katalizörün eklenmesi kimyasal bir süreci hızlandırıyorsa bu olaya pozitif kataliz, reaksiyonun yavaşlamasına ise negatif denir. Çoğu zaman pozitif katalizle karşılaşırız. Katalizörler kimyasal yapılarına göre inorganik ve organik olmak üzere ikiye ayrılır. İkincisi ayrıca biyolojik katalizörleri - enzimleri de içerir.
Katalizörlerin etkisini anlamak için katalizin özünü kısaca düşünmek gerekir. Herhangi bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaksiyona giren maddelerin aktif moleküllerinin çarpışmalarına bağlıdır. Aktifleştirilmiş bir molekül, belirli miktarda potansiyel enerjiye sahip olan bir moleküldür. Bu tür iki molekülün etkileşimi, yalnızca bu moleküllerin enerji kaynağı, aralarındaki çarpışma kuvvetlerinin - reaksiyonun "enerji bariyeri" olarak adlandırılan - üstesinden gelmeye yeterli olması durumunda meydana gelecektir. Reaksiyona giren moleküllerin enerji değeri enerji bariyerinden daha büyükse reaksiyon meydana gelecektir. Reaksiyona giren cisimlerin enerji rezervi, enerji bariyerini aşmak için yeterli değilse, etkileşime girmeyeceklerdir. Bu durumda reaksiyonun gerçekleşmesi için molekülleri aktive etmek, yani onlara, moleküllerdeki mevcut potansiyel enerjiyle birleştiğinde enerji bariyerini aşmak için yeterli olacak ek miktarda enerji sağlamak gerekir. Bu ekstra enerjiye “aktivasyon enerjisi!” denir. Moleküller ısıtma, basınç artırma, ışınlama vb. yöntemlerle etkinleştirilebilir.
Katalizörlerin etkisinin özü, öncelikle reaksiyona giren maddelerin moleküllerini aktive etme yeteneğine sahip olmaları ve ikinci olarak, moleküllerin (veya maddelerin) etkileşiminin bir değil, birkaç aşamada gerçekleşmesidir.
Böylece, katalizörün sadece reaksiyonların enerji maliyetlerini azaltmakla kalmayıp aynı zamanda hızlarını da önemli ölçüde arttırdığı ortaya çıktı.
Katalizörlerin temel özellikleri aşağıdakileri içerir: a) katalizörler yalnızca genellikle kendi termodinamik yasalarına göre ilerleyebilen kimyasal reaksiyonları hızlandırabilir, b) katalizörler bir kimyasal reaksiyonun yönünü değiştirmez, yalnızca bir durumun elde edilmesini hızlandırır. denge.
Enzimler ve diğer katalizör türleri arasındaki fark
Enzimlerin özelliklerini incelerken, bunların çoğunlukla pozitif kataliz sağlayan katalizörler oldukları bulunmuştur. Bu nedenle kataliz işleminin tüm özellikleriyle karakterize edilirler.
Bununla birlikte enzimlerin, katalizledikleri reaksiyonların “kozmik” hızları, çok karmaşık bir kimyasal yapısı, bazı durumlarda reaksiyon sırasında değişebilen ve tamamlandıktan sonra orijinaline geri dönebilen kendine özgü bazı farklılıkları vardır. ve son olarak, yüksek eylem özgüllüğü.
Enzimler tarafından katalize edilen reaksiyonların yüksek oranını doğrulamak için hidrojen peroksit örneğimize tekrar bakalım. Vücutta H2O2'nin ayrışması, katalaz enzimi tarafından, katalizlenmeyen bir reaksiyonun hızından 2x1011 kat, platin siyahında ise 107 kat daha yüksek bir hızda katalize edilir. Bir enzimatik reaksiyon sırasında aktivasyon enerjisi sırasıyla 9 ve 6 kat azalır. Diğer örnekler arasında aşağıdakiler yer almaktadır. İnsan midesi, proteinleri parçalayan pepsin enzimini üretir. Saatte 1 gram pepsin, 50 kg yumurta akını hidrolize edebilmekte, pankreas ve tükürük bezlerinde sentezlenen 1,6 g amilaz ise saatte 175 kg nişastayı parçalayabilmektedir.
Enzimlerin yapısının karmaşıklığı, hepsinin protein, yani büyük molekül ağırlığına sahip yüksek moleküllü bileşikler olmasından kaynaklanmaktadır.
Enzimler incelendiğinde hepsinin protein olduğu ve dolayısıyla proteinlerin tüm özelliklerine sahip olduğu bulundu. Enzimler proteinlere benzer karmaşık bir yapıya sahiptir, proteolitik enzimlerin etkisi altında parçalanır, suda çözündüğünde oluşur, vb. Enzimlerin moleküler ağırlıkları yüz binlerce ila milyonlarca moleküler ağırlık birimi arasında değişir.
Ribonükleazın moleküler ağırlığı 12.700, pepsin - 35.500, kan katalizi - 248.000, glutamat dehidrojenaz - 1.000.000'dir.
Yapılarına göre tüm enzimler basit ve karmaşık olarak ikiye ayrılır.
Basit enzimler, protein enzimleri, yalnızca amino asitlerden oluşur ve karmaşık enzimler, protein enzimleri, yalnızca amino asitlerden oluşan bir protein kısmına, bir apoenzime ve protein olmayan bir kısma, bir koenzim veya protez grubuna sahiptir. Protein olmayan kısım mineraller ve vitaminlerle temsil edilebilir.
Protein enzimleri arasında örneğin su da dahil olmak üzere gıda ürünlerini parçalayan mide-bağırsak sisteminin hidrolitik enzimleri bulunur; protein enzimleri redoks enzimlerinin çoğunu içerir;