אנזימים הם חלבונים כדוריים שעוזרים לכל התהליכים התאיים להתקדם. כמו כל הזרזים, הם אינם יכולים להפוך את התגובה, אלא משמשים להאצה.
לוקליזציה של אנזימים בתא
בתוך התא, אנזימים בודדים מוכלים בדרך כלל ופועלים באברונים מוגדרים בקפדנות. לוקליזציה של אנזימים קשורה ישירות לתפקוד שחלק זה של התא מבצע בדרך כלל.
כמעט כל אנזימי הגליקוליזה ממוקמים בציטופלזמה. אנזימים של מחזור החומצה הטריקרבוקסילית נמצאים במטריקס המיטוכונדריאלי. החומרים הפעילים של הידרוליזה כלולים בליזוזומים.
רקמות ואיברים בודדים של בעלי חיים וצמחים שונים לא רק במערך האנזימים, אלא גם בפעילותם. תכונה זו של רקמות משמשת במרפאה באבחון של מחלות מסוימות.
יש גם מאפיינים הקשורים לגיל בפעילות ובסט של אנזימים ברקמות. הם נראים בצורה הכי ברורה במהלך התפתחות עוברית במהלך התמיינות רקמות.
מינוח האנזימים
ישנן מספר מערכות שמות, שכל אחת מהן לוקחת בחשבון את תכונות האנזימים במידה שונה.
- טריוויאלי. שמות החומרים ניתנים באופן אקראי. לדוגמה, פפסין (פפסיס - "עיכול", יוונית) וטריפסין (טריפסין - "דק", יווני)
- רציונלי. שם האנזים מורכב מהמצע ומהסיום "-ase". לדוגמה, עמילאז מאיץ את ההידרוליזה של עמילן (עמילו - "עמילן", יוונית).
- מוסקווה. הוא אומץ בשנת 1961 על ידי הוועדה הבינלאומית למינוח האנזימים בקונגרס הבינלאומי החמישי לביוכימיה. שם החומר מורכב מהמצע ומהתגובה שמזרזת (מואצת) על ידי האנזים. אם תפקידם של אנזימים הוא להעביר קבוצת אטומים ממולקולה (סובסטרט) אחת לאחרת (מקבל), שם הזרז כולל את השם הכימי של המקבל. לדוגמה, בתגובה של העברת קבוצת אמינו מאלנין לחומצה 2-hydroxyglutaric, מעורב האנזים אלנין: 2-oxoglutarate aminotransferase. השם משקף:
- substrate - alanine;
- acceptor - חומצה 2-אוקסוגלוטרית;
- קבוצת אמינו מועברת בתגובה.
הנציבות הבינלאומית ערכה רשימה של כל האנזימים הידועים, שמתעדכנת כל הזמן. זה נובע מגילוי של חומרים חדשים.
סיווג של אנזימים
ישנן שתי דרכים לחלק אנזימים לקבוצות. הראשון מציע שני סוגים של חומרים אלה:
- פשוט - מורכב מחלבון בלבד;
- קומפלקס - מכילים חלק חלבוני (אפואנזים) וחלק לא חלבוני הנקרא קו-אנזים.
לחלק שאינו חלבוןאנזים מורכב עשוי לכלול ויטמינים. אינטראקציה עם חומרים אחרים מתרחשת דרך המרכז הפעיל. כל מולקולת האנזים אינה לוקחת חלק בתהליך.
תכונות של אנזימים, כמו חלבונים אחרים, נקבעות לפי המבנה שלהם. בהתאם לזה, זרזים מאיצים רק את התגובות שלהם.
שיטת הסיווג השנייה מחלקת חומרים לפי תפקידם של אנזימים. התוצאה היא שש שיעורים:
- oxidoreductase;
- transferases;
- hydrolases;
- isomerase;
- lyases;
- ligases.
אלו קבוצות מקובלות, הן נבדלות לא רק בסוגי התגובות המווסתות את האנזימים בהן. לחומרים מקבוצות שונות יש מבנים שונים. והפונקציות של אנזימים בתא, לפיכך, לא יכולות להיות זהות.
Oxidoreductases - redox
תפקידם העיקרי של האנזימים של הקבוצה הראשונה הוא האצת תגובות חיזור. תכונה אופיינית: היכולת ליצור שרשראות של אנזימים חמצוניים שבהם מועברים אלקטרונים או אטומי מימן מהמצע הראשון למקבל הסופי. חומרים אלו מופרדים לפי עקרון העבודה או מקום העבודה בתגובה.
- דהידרוגנזות אירוביות (אוקסידאזות) מאיצות את העברת האלקטרונים או הפרוטונים ישירות לאטומי חמצן. אלה אנאירוביים מבצעים את אותן פעולות, אבל בתגובות שמתקיימות ללא העברת אלקטרונים או אטומי מימן לאטומי חמצן.
- ראשיdehydrogenases מזרזים את תהליך הסרת אטומי מימן מהחומר המחומצן (המצע העיקרי). שניוני - האצת סילוק אטומי מימן מהמצע המשני, הם התקבלו באמצעות דהידרוגנאז ראשוני.
תכונה נוספת: בהיותם זרזים דו-רכיביים עם סט מוגבל מאוד של קו-אנזימים (קבוצות פעילות), הם יכולים להאיץ מגוון רחב של תגובות חיזור. זה מושג על ידי מספר רב של אפשרויות: אותו קואנזים יכול להצטרף לאפואנזים שונים. בכל מקרה, מתקבל אוקסידורודוקטאז מיוחד עם תכונות משלו.
ישנה פונקציה נוספת של האנזימים מקבוצה זו, שאי אפשר להתעלם ממנה - הם מאיצים את מהלך התהליכים הכימיים הקשורים לשחרור אנרגיה. תגובות כאלה נקראות אקסותרמיות.
העברות - ספקים
אנזימים אלו מבצעים את הפונקציה של האצת תגובות ההעברה של שיירים מולקולריים וקבוצות פונקציונליות. לדוגמה, phosphofructokinase.
שמונה קבוצות של זרזים מובדלות על סמך הקבוצה המועברת. בואו נסתכל רק על כמה מהם.
- Phosphotransferases - עוזרים בהעברת שאריות חומצה זרחתית. הם מחולקים לתתי מחלקות לפי היעד (אלכוהול, קרבוקסיל ואחרים).
- Aminotransferases - האצת תגובות טרנסאמינציה של חומצות אמינו.
- Glycosyltransferases - העברת שאריות גליקוזיל ממולקולות אסטר זרחן למולקולות חד ופוליסכרידים. תן תגובותפירוק וסינתזה של אוליגו או פוליסכרידים בצמחים ובעלי חיים. לדוגמה, הם מעורבים בפירוק סוכרוז.
- Acyltransferases מעבירים שאריות חומצה קרבוקסילית לאמינים, אלכוהול וחומצות אמינו. Acyl-Coenzyme-A הוא מקור אוניברסלי לקבוצות אציל. זה יכול להיחשב כקבוצה פעילה של acyltransferases. אסיל חומצה אצטית נסבל לרוב.
Hydrolases - מפוצלים עם מים
בקבוצה זו, אנזימים פועלים כזרזים לתגובות של פיצול (לפחות סינתזה) של תרכובות אורגניות, שבהן מעורבים מים. חומרים מקבוצה זו נמצאים בתאים ובמיץ העיכול. מולקולות של זרזים במערכת העיכול מורכבות ממרכיב אחד.
מיקומם של אנזימים אלה הם ליזוזומים. הם מבצעים את תפקידי ההגנה של אנזימים בתא: הם מפרקים חומרים זרים שעברו דרך הממברנה. הם גם הורסים את החומרים שאינם נחוצים יותר לתא, שעבורם כינו הליזוזומים סדרנים.
ה"כינוי" הנוסף שלהם הוא התאבדויות תאים, מכיוון שהם הכלי העיקרי לאוטוליזה של תאים. אם מתרחש זיהום, מתחילים תהליכים דלקתיים, קרום הליזוזום הופך לחדיר והידרולאזות חודרות לציטופלזמה, הורסים את כל הנקרה בדרכו והורסים את התא.
הפרד מספר סוגים של זרזים מקבוצה זו:
- esterases - אחראי להידרוליזה של אסטרים אלכוהוליים;
- גליקוזידאזות - האצת הידרוליזה של גליקוזידים, בהתאם לאיזה איזומר הם פועלים, מפרישים α- או β-glycosidases;
- פפטיד הידרולאזות אחראיות להידרוליזה של קשרי פפטיד בחלבונים, ובתנאים מסוימים לסינתזה שלהם, אבל שיטה זו של סינתזת חלבונים אינה משמשת בתא חי;
- amidases - אחראי להידרוליזה של אמידים חומציים, למשל, urease מזרז את פירוק האוריאה לאמוניה ומים.
Isomerases - טרנספורמציה של המולקולה
החומרים האלה מאיצים שינויים בתוך מולקולה אחת. הם יכולים להיות גיאומטריים או מבניים. זה יכול לקרות בדרכים רבות:
- העברת אטומי מימן;
- העברת קבוצת הפוספטים;
- שינוי סידור הקבוצות האטומיות בחלל;
- העברת הקשר הכפול.
איזומריזציה יכולה להיות חומצות אורגניות, פחמימות או חומצות אמינו. איזומראזים יכולים להמיר אלדהידים לקטונים, ולהיפך, לארגן מחדש את צורת ה-cis לצורת הטרנס ולהיפך. כדי להבין טוב יותר איזו תפקיד ממלאים האנזימים מקבוצה זו, יש צורך להכיר את ההבדלים באיזומרים.
Liases cut ties
האנזימים האלה מאיצים את הפירוק הלא-הידרוליטי של תרכובות אורגניות על ידי קשרים:
- carbon-carbon;
- phosphorus-oxygen;
- פחמן-גופרית;
- פחמן-חנקן;
- פחמן-חמצן.
במקרה זה, מוצרים פשוטים כמו פחמן דו חמצני, מים, אמוניה משתחררים, וקשרים כפולים נסגרים. מעטים מהתגובות הללו יכולות ללכת בכיוון ההפוך, האנזימים המתאימים בהתאמהבתנאים אלה מזרז תהליכים של ריקבון לא רק, אלא גם סינתזה.
קשרים מסווגים לפי סוג הקשר שהם מפרים. הם אנזימים מורכבים.
קישורים צולבים של Ligase
תפקידם העיקרי של האנזימים מקבוצה זו הוא האצת תגובות סינתזה. התכונה שלהם היא צימוד הבריאה עם ריקבון של חומרים המסוגלים לספק אנרגיה ליישום התהליך הביוסינתטי. ישנן שש תת מחלקות בהתאם לסוג החיבור שנוצר. חמש מהן זהות לתת-קבוצות הליאזות, והשישית אחראית ליצירת קשר החנקן-מתכת.
חלק מהליגאזות מעורבות בתהליכים חשובים במיוחד של תאים. לדוגמה, ליגאז DNA מעורב בשכפול של חומצה דאוקסיריבונוקלאית. הוא מצלב שברי גדילים בודדים, ויוצר קשרי פוספודיסטר חדשים. היא זו שמחברת את שברי האוקאזאקי.
אותו אנזים נמצא בשימוש פעיל בהנדסה גנטית. זה מאפשר למדענים לתפור מולקולות DNA מהחלקים שהם צריכים, וליצור שרשראות ייחודיות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית. ניתן להכניס אליהם כל מידע, וכך ליצור מפעל לייצור החלבונים הדרושים. לדוגמה, ניתן לתפור לתוך ה-DNA של חיידק חתיכה שאחראית לסינתזה של אינסולין. וכאשר התא יתרגם את החלבונים שלו, באותו זמן הוא יפיק חומר שימושי הכרחי למטרות רפואיות. כל מה שנותר הוא לנקות אותו וזה יעזור לאנשים חולים רבים.
התפקיד העצום של אנזימים בגוף
הם יכוליםלהגדיל את קצב התגובה ביותר מפי עשרה. זה פשוט הכרחי לתפקוד תקין של התא. ואנזימים מעורבים בכל תגובה. לכן, תפקידי האנזימים בגוף מגוונים, כמו כל התהליכים המתמשכים. וכישלון הזרזים הללו מוביל לתוצאות חמורות.
אנזימים נמצאים בשימוש נרחב במזון, בתעשייה קלה, ברפואה: הם משמשים לייצור גבינות, נקניקים, שימורים ומהווים חלק מאבקות כביסה. הם משמשים גם לייצור חומרי צילום.
