Ензимите - studopediya

Ензими - каталитично активни протеини. Като химически катализатори неорганична природа, те ускоряват химични реакции. По време на реакцията, те се променят, но завършването му се нулират. Ензимите не образуват химически реакции, а само променят скоростта на техния курс. Те катализират само енергично възможни реакции. Почти всички биохимични реакции катализирани от ензими. Организираната последователност метаболитни процеси е възможно при условие, че всяка клетка е снабдена със собствен генетично даден набор от ензими.

В структурата на ензимите може да бъде монокомпонентните влакна и двукомпонентно прости и сложни протеини с допълнителна група небелтъчни природата. Ензимен комплекс като цяло се нарича холоензим, неговата протеинова част - апоензим, допълнително група - коензим. Ако добавената група е здраво свързан с ароензим, той се нарича протеза група. В apofermentami kofermentsvyazyvayuschy имат определен домейн.

Коензим може да се счита като втория субстрат, така че:

1) коензим претърпява химични промени точно противоположни промени, които се срещат в субстрата;

2) е коензим участващите в реакцията може да бъде от съществено значение физиологичен - например NADN2 превръщане до NAD + в намаляването на пируват до лактат, необходими за синтеза на АТФ.

Активното място на ензима - комбинация на субстрата и на каталитични-он центрове. ензим каталитичен сайт е образуван чрез комбинация от аминокиселинни остатъци от просто добавяне на ензим или коензим в сложни ензими. Структурата на активните центрове на ензими прости включва предимно аминокиселини, такива като хистидин, тирозин, цистеин, серин, триптофан, аспартат, глутамат, аргинин и лизин. Коензими най-често са производни на водоразтворими витамини, металопорфирини и някои други съединения, включително метали с променлива валентност (кофактори). Метали, различни от коензим функции могат да бъдат активатори на ензими. Ако металът не се отделя чрез диализа на ензима и неговите резултати повече твърди преместване до пълно инхибиране на каталитичната активност, така че е истински металоензими. Субстрат Механизъм - В тази област на молекулата, отговорна за свързването на субстрата. Той може да е или може да се припокриват с каталитичния център, или каталитичен сайт може най-накрая да се формира по време на присъединяването към субстрата. В много случаи, субстратът се прикрепя към ензима се дължи на взаимодействието с # 949-амино група на лизин, карбоксилна група на глутамат или аспартат, или сулфхидрилна група на цистеин. Въпреки това, често много по-важни са хидрофобни взаимодействия и водородно свързване.

Алостерична център - ензимна молекула част, в резултат на свързване към които специално с ниско молекулно тегло, а понякога и с високо молекулно вещество променя третичната структура на молекулата на протеин. Като следствие от тази конфигурация на активните промени мястото, придружен от увеличаване или намаляване на каталитичната активност на ензима. Този феномен е в основата на алостеричен регулиране на ензими.

Ензимите са много активни катализатори, като се увеличи скоростта на реакцията, катализирана при 10 23 пъти или повече. Механизмът на действие на ензимите е да се намали енергията на активиране. Кинетична теория или теорията за сблъсък се основава на две основни допускания:

1. За взаимодействието на молекулата трябва да се сблъскват една с друга, което е по-близо до разстояние, достатъчно да образуват връзки.

2. среща е продуктивно, реагиращи молекули трябва да имат достатъчно енергия за преодоляване на енергийна бариера.

Химическа реакция S → P възниква, защото във всеки даден момент определена фракция от молекулите S има по-висока вътрешна енергия в сравнение с други молекули на дадена популация, и тази енергия е достатъчна за постигане на техните върхове енергийна бариера и прехода към активната форма нарича преходно състояние. Скоростта на всяка химическа реакция е пропорционална на концентрацията на молекули в състояние на преход. От това следва, че ако има достатъчно енергия в реагиращи молекули, всички фактори, които повишават тяхната честота на сблъсъци ще се увеличи скоростта на реакцията. Такива фактори могат да бъдат повишаване на температурата (скорост се увеличава двукратно за всеки 10 ° С) и добавяне на катализатори, които са "отклонения", което позволява на молекулите за преодоляване на бариерата на активиране на по-ниско енергийно ниво.

Катализатор Е в междинния етап на реакцията се привежда във взаимодействие с субстрат S за образуване на комплекс на ES, преходно състояние, което съответства на значително по-ниска енергия активиране в сравнение с преходното състояние на субстрат S в некатализираната реакцията. след комплекс ES се разлага в продукт Р и свободен катализатор, който отново може да се свърже с друга молекула на S и повтори цикъла.

Ензими ускори химични реакции, защото гарантират правилно ориентиране на молекулата на субстрат в непосредствена близост на каталитичния център, предвиждат катализа протонен донор и протонен акцептор група се образува чрез ковалентни връзки нестабилни междинни съединения към субстрат и причинява стрес в молекулата на субстрат или деформация. Освен това, свързването на субстрата в активното място на ензима води до хидратация обвивка субстрат изтриване-niju. Отстраняването на водните молекули в активния център на ензима са много различни условия по време на катализа, отколкото в разтвор.

Кинетиката на ензимната реакция се определя главно от свойствата на катализатора, при което е значително по-трудно от кинетиката на не-каталитични реакции. Най-удобния за практическото използване оказа Михаелис-Ментен уравнение

където Vo - началната скорост при концентрация на субстрат [S],

Vmax - максималната скорост,

км - константа на Michaelis за ензима да специфичен субстрат.

Константата Michaelis е числено концентрация на специфичен субстрат, при която даден ензим осигурява скорост на реакция, равна на половината от максималната скорост. Константата Michaelis характеризира афинитета на ензима към субстрата. Високият афинитет на ензима за субстрата се характеризира с ниска стойност на км и обратно.

Каталитичната активност на ензима се определя при стандартни условия за увеличаване на каталитично скоростта на реакция в сравнение с некаталитичен. Обикновено скоростта на реакцията посочва как промяна в концентрацията на субстрата или продукт за единица време - мола / (L · а). Тъй като каталитична активност не зависи от обема на разтвор, в който протича реакцията, ензимната активност се изразява в катодната - количество ензим, който превръща 1 мол субстрат на 1 сек. Друг единица активност е международна единица Е - количеството ензим, който превръща 1 микромол на субстрата в една минута (1Е = 16.7 nkat). Специфична активност на ензима е броят на единици ензимна активност на 1 мг протеин; тази мярка е чистотата на ензимния препарат. Броя на оборотите на ензима е броят на субстратните молекули, подложени на конверсия за единица време на ензимната молекула при условия, при които концентрацията на ензима е единственият фактор, ограничаващ скоростта на реакцията.

Свойства на ензимите, които ги отличават от химически катализатори:

1. Thermolability. Въпреки факта, че повишаването на температурата повишава катализа, при висока температура, денатуриране на протеина и ензим инактивиране на. Температурата, при която каталитичната активност на ензима е максимална, се нарича температура оптимално. При животни, тази оптимална е между 40 и 50 ° С, растенията - между 50 и 60 ° С, обаче, има отклонения, папаин е най-активен при 80 ° С, и каталаза - при 4 ° С

2. зависимост от рН. Повечето ензими имат максимална активност при неутрално рН, тъй като степента на йонизация се променя аминокиселинни остатъци на други стойности. В силно кисела (пепсин - рН 1.5-2.5) или силно алкална среда (трипсин - рН 7.8, аргиназата - рН 9,5-9,9) само някои ензими работят добре.

3. специфика. Ефектите на повечето ензими е силно специфични. За типична реакция ензим специфичност (тип реакции катализирани) и специфичност на субстрата (съединението с природата). Силно специфични ензими катализират разцепването на само един вид на комуникация в определен субстрати структура (абсолютен специфичност). Някои от тези ензими са различни стереохимична специфичност, т.е. действа само на един от региоизомери. Srednespetsifichnye ензими са ограничени специфичност на реакцията, но широка субстратна специфичност (относителен или група специфичност). Nizkospetsifichnye ензими - ниска субстратна специфичност и реакционни - са редки. Някои от ензимите са полифункционален с пептидна верига. Тази схема е образуването на третична структура дефинира множество области, всяка от които се характеризира с нейната каталитична активност. Има няколко обяснения за спецификата на действието на ензими. теория Фишер: ензим разтвор на субстрата, като ключ към ключалката. Хипотезата Koshland: индуцирана субстрат съответствие и ензим. Хипотеза специфичност topochemical съответствието на ензими се дължи предимно на тази част от признаване субстрат, който не се променя по време на катализа.

4. Чрез активатори и инхибитори. Сред активатори включват метални йони и някои аниони. Активатори повишават каталитично действие на ензими, кофактори, за разлика от отсъствието им не инхибира реакцията ензимната. Метали активатори улесняват образуването на ензим-субстрат комплекс, за да се улесни свързването на коензим апоензим осигури образуване на кватернерна структура на ензима. Инхибиторите са два основни типа:

1) необратимо - свързват или унищожи функционална група на молекула ензим, необходим да проявяват своята каталитична активност;

2) обратим, има три вида:

а) конкурентно - конкурират със субстрата за свързване към активния център на Ним, но за разлика от субстрата, свързан с ензим не е предмет на конкурентен инхибитор на ензимната конверсия. Според структурата обикновено приличат конкурентни инхибитори на ензима субстрат. Поради тази прилика, конкурентни инхибитори на ензима е възможно да мамят и да се свържа с него. Конкурентно инхибиране могат да бъдат отстранени или отслабена чрез просто увеличаване на концентрацията на субстрат;

б) неконкурентен - не е свързано към ензима в активното място, където той се свързва субстрата и на друго място, се нарушава структурата на активния център. Такова инхибиране може да се намали или елиминира чрез увеличаване на концентрацията на субстрат;

в) ненадмината - присъединят ензим-субстрат комплекс, предотвратяване на неговото разпадане.

Ензимите са разположени във всички части на клетката. Повечето от тях са свързани с мембрани. В клетката, ензими обикновено събрани в поли-ензимни комплекси. Тези комплекси се състоят от поредица от ензими, които катализират съгласувана реакция, крайните продукти от една реакция са изходните субстрати за следващата реакция. Мултиен системи могат да бъдат разтворени в цитоплазмата и субстратите се преместват от един ензим към друг чрез проста дифузия (гликолитични ензими). Ензимите могат да бъдат свързани една с друга чрез протеин-протеин взаимодействия (синтаза комплексни мастни киселини). Също ензими могат да бъдат имобилизирани в определен ред на мембраната (дихателна верига).

регулацията на клетъчния ензимната активност се извършва с помощта на няколко механизма:

1) индуциране или потискане на гени, кодиращи синтеза на съответните ензими;

2) инхибиране алостеричен - на ключови места в метаболитни пътища са алостерични ензими, протеини с кватернерна структура с каталитични и регулаторни субединици. С натрупването на някаква причина продуктите от тази пътека, тези продукти ще взаимодействат с регулаторната субединица на ензима. Това ще доведе до намаляване на каталитична активност в резултат на промени на ензимните каталитични сайтове;

3) ограничена протеолиза - много Протеазни ензими са синтезирани като неактивни прекурсори (зимогени). Те се активират извън клетки чрез хидролиза на някои връзки на полипептидната верига с след-разпенващ образуване на третичната структура, когато е необходимо;

4) ковалентна модификация - метилиране, гликозилиране, фосфорилиране, но по-често / дефосфорилиране на ензима се зарежда с групи с ниско молекулно тегло, които трябва да бъдат прехвърлени към желаните молекули в първоначалното състояние е неактивен;

5) обединяване на молекули - се извършва инхибитори на протеин природа, те блокират действието на ензима поради протеин-протеин взаимодействия, произтичащи затваря активния център на ензима. Например, # 945; 1-антитрипсин блокира действието на еластаза, секретиран от неутрофили белодробната тъкан.

Около половината от идентифицираната ензимът е във формата на множество молекулни форми. Тази хетерогенност се дължи на присъствието на няколко гена, всеки от които кодира една субединица на ензима, и те се събират в различни групи. В допълнение, няколко алели могат да присъстват в ген на ензима. Генетично определя молекулни форми на ензими, наречени изоензими или изозими. Размножаване изозими в различни тъкани и органи се определя от най-малко четири фактора:

1) различия в метаболизма на всички особености в различни органи. Например, различни форми на ензима се намират в лактат дехидрогеназа сърдечни и скелетни мускули. A4 предпочитане изозим катализира бързо намаляване на пируват до лактат в скелетните мускули на много ниска концентрация на пируват, а В4 изозим предпочитане катализира бързо окисляване на лактат да пируват в мускулната тъкан на сърцето.

2) разлики в локализирането и метаболитни роли на ензима в клетките от същия тип. Например, малат дехидрогеназа ензим съществува в различни форми в митохондриите и цитозола, където тези изоензими изпълняват различни функции.

3) диференциацията и развитието на възрастни тъкани от ембрионално-ционни форми на тези тъкани. За черния дроб на ембриони, например, определено съотношение характеристика на различни форми на лактат дехидрогеназа, която варира в хода на по-нататъшното развитие на този орган. Някои ензими, които катализират разцепването на глюкоза бяха открити в туморни клетки в тези форми, които се случват в ембриона.

4) фината настройка на скорост метаболитни реакции, извършвани поради различната чувствителност към алостерични регулатори изоензими. Някои регулаторни ензими (например, фосфофруктокиназа) съществуват в няколко молекулни форми, които се различават по тяхната чувствителност към модулаторите.

Освен протеини са известни също каталитично активни нуклеинови киселини - рибозоми. Рибозимите са малки ядрени РНК (мяРНК), участващи в пост-транскрипционни модификации на RNA и 28S рРНК-пептидил осъществяване на реакцията в процеса на протеиновата транслация. Че съществуващите рибозоми могат да се разглеждат като реликви от "РНК свят" - най-ранния период на биохимичната еволюция, когато протеините все още не са получили такова разширение и не са придобили такава важност, както и в следващи периоди.