Enzime - studopediya
Enzime - proteine de active catalitic. Ca catalizatori chimici natură anorganică, acestea accelerează reacțiile chimice. În timpul reacției, acestea se schimbă, dar finalizarea acestuia sunt resetate. Enzimele nu inițiază reacții chimice, și de a schimba doar viteza cursului lor. Ele catalizează doar energic reacții posibile. Aproape toate reacțiile biochimice sunt catalizate de enzime. procesele metabolice ale secvenței organizate este posibilă cu condiția ca fiecare celulă este prevăzută cu propriul set dat genetic de enzime.
In structura enzimelor pot fi fibre monocomponente și bicomponentă simplu, proteine complexe cu caracter de grup suplimentar nonproteinici. Complexul de enzime ca un întreg este numit un holoenzimatic, partea sa de proteine - apoenzimei, grup suplimentar - coenzima. În cazul în care grupul de adăugat este ferm legată de apoenzimei, aceasta se numește o grupare prostetică. În apofermentami kofermentsvyazyvayuschy au un anumit domeniu.
Coenzima poate fi considerat ca al doilea substrat, astfel încât:
1) coenzima suferă modificări chimice modificări exact opuse care apar în substrat;
2) este o coenzima care participă la reacție poate avea o semnificație fiziologică fundamentală - de exemplu, NADN2 conversia la NAD + în reducerea piruvatului la lactat necesare pentru sinteza ATP-ului.
Site-ul activ al enzimei - o combinație a substratului și a catalitice one-centre. site-ul catalitic al enzimei este format dintr-o combinație de resturi de aminoacizi de la simpla adăugare de enzimă sau coenzima în enzime complexe. Structura centrelor active ale enzimelor simple, include, în principal, aminoacizi cum ar fi histidina, tirozina, cisteină, serină, triptofan, aspartat, glutamat, arginină și lizină. Co-enzime sunt cel mai adesea derivați de vitamine solubile în apă, metaloporfirine și alți compuși, inclusiv metale cu valență variabilă (cofactori). altele decât funcții coenzima metale pot fi, de asemenea, activatori de enzime. În cazul în care metalul nu este separat prin dializă enzimei, iar mai rigide rezultatele sale de îndepărtare în inhibarea completă a activității catalitice, așa că este adevărat metaloenzimelor. Substratul Facilitatea - In aceasta regiune a unei molecule responsabile pentru atașarea substratului. El poate sau se poate suprapune cu centrul catalitic sau catalitice poate fi format în cele din urmă, la momentul aderării substratului. In multe cazuri, substratul atașați la enzimă se datorează interacțiunii cu # 949-amino grup de lizină, o grupare carboxil de glutamat sau aspartat, sau sulfhidril de cisteină. Cu toate acestea, de multe ori sunt mult mai importante interacțiuni hidrofobe și legături de hidrogen.
Centrul alosteric - enzimă porțiune moleculă, rezultând în atașament la care o anumită greutate moleculară mică, și, uneori, substanța moleculară ridicată, se modifică structura terțiară a moleculei de proteină. Ca o consecință a acestei configurații a modificărilor site-ului activ, însoțite de orice creștere sau descreștere a activității catalitice a enzimei. Acest fenomen este baza de reglementare alosterica a enzimelor.
Enzimele sunt catalizatori foarte activi, măresc viteza reacției catalizate la 10 de 23 ori sau mai mult. Mecanismul de acțiune al enzimelor este de a reduce energia de activare. Teoria Kinetic sau teoria coliziune se bazează pe două ipoteze principale:
1. Pentru reacția moleculei trebuie să se ciocnesc unele cu altele, adică, mai aproape de o distanță suficientă pentru a forma legături.
2. Pentru a întâlnire a fost productiv, moleculele reactive trebuie să aibă suficientă energie pentru a depăși bariera energetică.
Reacția chimică S → P are loc deoarece, în orice moment dat o anumită fracțiune din moleculele S are o energie internă mai mare comparativ cu alte molecule ale unei populații date, iar această energie este suficientă pentru a atinge bariera lor nodurile energetice și trecerea la forma activă numită o stare de tranziție. Viteza oricărei reacții chimice este proporțională cu concentrația de molecule în stare de tranziție. Rezultă că, dacă există suficientă energie în moleculele reactive, toți factorii care măresc frecvența lor de coliziuni va crește viteza de reacție. Astfel de factori pot fi o creștere a temperaturii (viteza este mărită de două ori pentru fiecare 10 ° C) și adăugarea de catalizatori care sunt „ocolișuri“, permițând moleculelor să depășească bariera de activare la un nivel mai redus de energie.
Catalizator E în etapa intermediară a reacției reacționează cu substratul S pentru a forma un complex de ES, starea tranzitorie care corespunde unei energii de activare semnificativ mai mică în comparație cu starea de tranziție a substratului S în reacția necatalizată. ES complex este apoi descompus în produsul P și catalizatorul liber care se poate conecta din nou cu o altă moleculă de S și se repetă ciclul.
accelera enzime reacții chimice, deoarece asigura orientarea corectă a moleculei de substrat, în imediata vecinătate a centrului catalitic, asigură grupul cataliză donor de proton și proton-acceptor este format prin legături covalente intermediari instabili la un substrat și stres care provoacă în molecula de substrat sau deformare. Mai mult, legarea substratului în situsul activ al enzimei conduce la o delete-Niju substrat hidratare coajă. După îndepărtarea moleculelor de apă în situsul activ al enzimei sunt condiții foarte diferite în timpul catalizei decât în soluție.
Cinetica reacției enzimatice este determinată în primul rând de proprietățile catalizatorului, care este considerabil mai dificilă decât cinetica reacțiilor non-catalitice. Cel mai convenabil pentru utilizarea practică a dovedit a ecuației Michaelis-Menten
unde Vo - viteza inițială, la o concentrație a substratului [S],
Vmax - viteza maximă,
km - constanta Michaelis pentru enzima la un substrat specific.
Constanta Michaelis este concentrarea numeric a substratului specific la care o anumită enzimă asigură o viteză de reacție egală cu jumătate din viteza sa maximă. Constanta Michaelis caracterizează afinitatea enzimei la substrat. Afinitatea ridicată a enzimei pentru substrat este caracterizat printr-o valoare mică de km și vice-versa.
Activitatea catalitică a enzimei este determinată în condiții standard pentru a crește viteza de reacție catalitică în comparație cu necatalitic. În mod tipic, viteza de reacție indică modul în care schimbările în concentrația de substrat sau produs per unitate de timp - mol / (L · s). Deoarece activitatea catalitică nu depinde de volumul de soluție, în care reacția are loc, activitatea enzimei este exprimată în catolitul - o cantitate de enzimă care convertește 1 mol de substrat per 1 s. O altă unitate de activitate este unitatea internațională E - cantitatea de enzimă care convertește 1 micromol de substrat în 1 minut (1E = 16,7 nkat). Activitatea specifică a enzimei este numărul de unități de activitate enzimatică per 1 mg proteină; această măsură este puritatea preparatului enzimatic. Numărul de rotații ale enzimei este numărul de molecule de substrat in curs de conversie pe unitatea de timp per moleculă de enzimă în condițiile în care concentrația enzimei este singurul factor de limitare a vitezei de reacție.
Proprietățile de enzime care le diferențiază de catalizatori chimici:
1. termolabilității. În ciuda faptului că creșterea temperaturii crește cataliză, la temperatură ridicată, Denaturarea proteinei din și inactivarea enzimei. Temperatura la care activitatea catalitică a enzimei este maximă, se numește temperatura optimă. La animale, acest optim se situează între 40 și 50 ° C, plantele - între 50 și 60 C. Cu toate acestea, există abateri, papaina este cel mai activ la 80 ° C, și catalaza - la 4 ° C
2. Dependența de pH. Cele mai multe enzime au o activitate maximă la un pH neutru, deoarece gradul de ionizare este modificat de resturi de aminoacizi la alte valori. In puternic acid (pepsină - pH 1,5-2,5) sau mediu puternic alcalin (tripsina - pH 7,8, arginase - pH 9,5-9,9) numai unele enzime funcționează bine.
3. specificitate. Efectele cele mai multe enzime este foarte specifică. Pentru o specificitate tipic de reacție enzimatică (reacții catalizate de tip) și specificitatea de substrat (compusul naturii). Extrem de enzime specifice catalizează scindarea doar un singur tip de comunicare la o anumită structură de substraturi (specificitate absolută). Unele dintre aceste enzime sunt diferite specificitate stereochimică, adică acționând numai pe unul dintre regioizomerii. enzimele Srednespetsifichnye au specificitatea reacției limitate, dar o largă specificitate de substrat (relativă sau specificitate de grup). enzime Nizkospetsifichnye - o specificitate scăzută a substratului și de reacție - sunt rare. Unele dintre enzimele sunt polifuncțional cu un lanț peptidic. Acest circuit este formarea structurii terțiare definește o multitudine de domenii, fiecare dintre acestea fiind caracterizate prin activitatea sa catalitică. Există mai multe explicații pentru specificitatea acțiunii enzimei. Teoria lui Fisher: soluția de enzimă la substrat, ca și cheia de blocare. Ipoteza Koshland: induse de substrat și enzimă de conformitate. Ipoteză specificitatea conformității topochemical enzimelor se datorează în primul rând la acea porțiune de recunoaștere substrat, care nu se schimbă în timpul cataliza.
4. Expunerea la activatori și inhibitori. Printre activatorii sunt ionii metalici și unii anioni. Activatori intensifica acțiunea catalitică a enzimelor, cofactori, spre deosebire de absența lor nu inhibă reacția enzimatică. Metale activatori facilitează formarea complexului enzimă-substrat, pentru a facilita conectarea apoenzimei coenzima asigura formarea structurii cuaternare a enzimei. Inhibitorii sunt de două tipuri de bază:
1) ireversibil - se leaga sau distruge gruparea funcțională a moleculei de enzimă necesară pentru a prezenta activitate catalitică;
2) reversibil, există trei tipuri:
a) competitiv - concurează cu substratul pentru legarea centrului activ al NYM, dar spre deosebire de substrat legat de enzima nu este supusă unui inhibitor competitiv al conversiei enzimatice. Conform structurii sale de obicei, se aseamănă cu inhibitori competitivi ai substratului enzimatic. Din cauza acestei similitudine, inhibitori competitivi ai enzimei este posibil să trișeze și de a lua legătura cu el. Inhibarea competitivă poate fi eliminată sau diminuată prin simpla creștere a concentrației de substrat;
b) necompetitiv - nu este atașat la enzimă la situsul activ unde se leagă substratul, și într-un alt loc, perturba conformația centrului activ. O astfel de inhibare poate fi redusă sau eliminată prin creșterea concentrației de substrat;
c) imbatabil - alăture complexului enzimă-substrat, prevenind colapsul său.
Enzimele sunt situate în toate părțile celulei. Cele mai multe dintre ele sunt asociate cu membrane. In celula, enzimele colectate în mod normal în complexe poli-enzime. Astfel de complecși cuprind o serie de enzime care catalizează reacția concertată, produsele finale ale unei reacții sunt substraturile de pornire pentru următoarea reacție. Sistemele multienzimatic ar putea fi dizolvat în citoplasmă și substraturile sunt mutate de la o enzimă la alta prin simpla difuzie (enzime glicolitice). Enzimele pot fi cuplate unul cu altul prin interacțiuni proteină-proteină (acizi grași complecși ai sintazei). De asemenea, enzimele pot fi imobilizată într-o anumită ordine pe membrana (lanțul respirator).
reglementarea activității enzimei celulară este realizată prin intermediul mai multor mecanisme:
1) inducerea sau reprimarea genelor care codifică sinteza enzimelor corespunzătoare;
2) inhibarea alosterică - la siturile cheie din căile metabolice sunt enzime alosterice, proteine cu structură cuaternară având subunități catalitice și de reglementare. Odată cu acumularea de orice motiv produsele din aceasta cale, aceste produse vor interacționa cu subunitatea de reglementare a enzimei. Acest lucru va duce la o scădere a activității catalitice datorită modificărilor siturilor catalitice ale enzimelor;
3) proteoliza limitată - multe enzime proteazei sunt sintetizate ca precursori inactivi (zimogenele). Ele sunt activate in afara de celule prin hidroliza unor legături ale lanțului polipeptidic cu după-suflare formarea structurii terțiare atunci când este necesar;
4) modificarea covalentă - metilare, glicozilarea, fosforilarea dar cel mai adesea / defosforilare a enzimei este încărcat de către grupurile cu greutate moleculară scăzută care trebuie să fie transferate la moleculele dorite în starea inițială este inactiv;
5) agregarea moleculelor - inhibitorilor este realizată de natura proteinelor, ele blochează acțiunea enzimei datorită proteină-proteină, interacțiunile care rezultă se închide situsul activ al enzimei. De exemplu, # 945; blocuri 1-antitripsină acțiunea elastazei secretat de țesutul pulmonar neutrofile.
Aproximativ jumătate din enzimă identificată este sub formă de forme moleculare multiple. Această eterogenitate se datorează prezenței mai multor gene, fiecare dintre care codifică o subunitate a enzimei, iar acestea sunt colectate în diferite seturi. In plus, mai multe alele pot fi prezente într-o genă a enzimei. determinate genetic forme moleculare ale enzimelor, numite izoenzime, sau izozime. isozymes de propagare în diferite țesuturi și organe este definită de cel puțin patru factori:
1) diferențele în metabolismul oricăror particularități în diferite organe. De exemplu, diferite forme ale enzimei se găsesc în mușchiul cardiac și scheletic lactat dehidrogenază. A4 preferabil catalizeaza izozimică reducerea rapidă a piruvatului la lactat în mușchii scheletici la o concentrație foarte scăzută de piruvatului, în timp ce B4 izozime catalizeaza preferabil oxidarea rapidă a lactatului la piruvatului în țesutul muscular al inimii.
2) diferențele în localizarea și rolurile metabolice ale enzimei în celulele de același tip. De exemplu, enzima malat dehidrogenază exista in diferite forme, în mitocondrii și citosol, unde aceste izoenzime efectua mai multe funcții diferite.
3) diferențierea și dezvoltarea țesutului adulte din formele embrionare-TION ale acestor țesuturi. Pentru ficatul de embrioni, de exemplu, o anumită caracteristică raportul diferitelor forme de lactat dehidrogenazei, care variază în cursul dezvoltării ulterioare a acestui organ. Unele enzime care catalizează scindarea glucozei au fost detectate în celulele tumorale în acele forme care apar în embrion.
4) Ajustarea fină a vitezelor reacțiilor metabolice efectuate datorită sensibilitatea diferită a izoenzimelor regulatori alosterice. Unele enzime de reglementare (de exemplu, fosfofructokinaza) exista în mai multe forme moleculare care diferă în sensibilitatea lor la modulatoarele.
De asemenea proteine sunt de asemenea cunoscute acizi nucleici activi catalitic - ribozomi. Ribozimele sunt mici ARN nuclear (snRNA) implicate în modificările post-transcripționale de ARN și 28S-ARNr peptidil care efectuează reacția în procesul de traducere de proteine. Faptul că ribozimele existente pot fi considerate ca fiind relicve ale „lumea ARN-ului“ - perioada timpurie a evoluției biochimice, atunci când proteinele nu au primit încă o astfel de extindere și nu au dobândit o asemenea importanță ca și în perioadele ulterioare.