Vsebina
- Kaj so encimi, natančno?
- Kako delujejo encimi?
- Model ključavnice in ključavnice
- Kaj vpliva na delovanje encima?
- Kaj so koencimi in kofaktorji?
Na trilij celic v telesu se ves čas, ne da bi vas zavestno premišljevalo, dogajalo ogromno število kemičnih reakcij, ki ohranjajo živ in v ravnovesju. Čeprav se te reakcije lahko zgodijo same od sebe, če imamo dovolj časa, ta stopnja ne bi bila dovolj hitra za potrebe človeškega telesa.
Kot rezultat, skoraj vse biokemične reakcije pomagajo specializirani proteini, imenovani encimi, ki so biološki katalizatorji kar lahko naredi reakcije več kot milijon krat hitreje.
Prilagajanje encimov je zelo veliko; večina od sto znanih encimov lahko katalizira samo eno reakcijo, večina reakcij pa lahko katalizira le en specifičen encim.
Kaj so encimi, natančno?
Čeprav je nukleinska kislina molekula RNA (ribonukleinska kislina) lahko včasih deluje kot neenzimski katalizator, pravi encimi so beljakovine, kar pomeni, da so sestavljene iz dolgih verig amino kisline ki so zloženi v določeno obliko. V naravi je 20 aminokislin, ki jih v določeni količini potrebuje vaše telo.
Vaše telo lahko naredi približno polovico tega, medtem ko mora druge zaužiti v prehrani. Tisti, ki jih morate jesti, se imenujejo esencialne aminokisline.
Vse aminokisline imajo osrednji atom ogljika, pridružen skupini karboksilne kisline (-COOH), amino (-NH2) skupina in stranska veriga, ponavadi v kemijskih diagramih označena z "-R".
Stranska veriga določa edinstveno vedenje aminokisline. Vrstni red aminokislin v proteinu se imenuje njegov primarna struktura. Niz aminokislin se imenuje a polipeptid; ponavadi, ko se molekula omenja kot taka, to ni popoln, funkcionalen protein, temveč košček enega.
Strune aminokislin se lahko uvrstijo v spiralno ali v obliki listov; to se imenuje beljakovine sekundarna struktura. Kako se molekula končno uredi v treh dimenzijah, večinoma kot posledica električnih interakcij med aminokislinami v različnih delih molekule, se imenuje terciarna struktura.
Kot pri mnogih stvareh iz naravnega sveta deluje tudi oblika oblike; to pomeni, da oblika encima določa njegovo natančno vedenje, vključno s tem, kako močno "išče" določenega substrat (to je molekula, na katero deluje encim).
Kako delujejo encimi?
Kako encimi izvajajo katalitično aktivnost? To vprašanje lahko ločimo na dve povezani poizvedbi.
Prvo: kako encimi pospešujejo reakcije glede na osnovno gibanje atomov? In dve: katere posebnosti v strukturi encimov to omogočajo?
Encim pospeši hitrost reakcije tako, da zgladi pot med začetkom in koncem reakcije. V tovrstnih reakcijah izdelkov (molekule, ki ostanejo po končani reakciji), imajo nižjo skupno energijo kot reaktanti (molekule, ki se med reakcijo spremenijo v produkte).
Da pa se reakcija sproži, morajo izdelki premagati energijski "grbin", imenovan " aktivacijska energija (Ea).
Predstavljajte si, da ste na kolesu pol milje od vaše hiše, točke, ki je 100 navpičnih metrov nad voziščem. Če se cesta najprej povzpne 50 čevljev, preden hitro spustite 150 čevljev, da pridete do dovozne poti, morate očitno nekaj časa stopiti na pedal, preden lahko začnete z obvarovanjem. Če pa odsek ceste preprosto sestoji iz enakomernega nežnega dolgega pol kilometra, lahko celotno obalo obrobite.
Encim dejansko prvi scenarij spremeni v drugega; višinska razlika je še vedno 100 čevljev, vendar celotna postavitev ni enaka.
Model ključavnice in ključavnice
Na ravni molekularnega sodelovanja je encimsko-substratni kompleks pogosto opisan v smislu odnosa "ključavnica in ključ": Del molekule encima, ki se veže na substrat, imenovan aktivno spletno mesto, je oblikovan tako, da se skoraj popolnoma prilega molekuli substrata.
Tako kot drsanje ključa v ključavnico in njegovo obračanje povzroči spremembe v ključavnici (na primer gibanje mrtvega vijaka), katalizator doseže encimsko aktivnost s tem, da povzroči, da molekula substrata spremeni obliko.
Te spremembe lahko povzročijo oslabitev kemičnih vezi v substratu z mehanskim izkrivljanjem, kar daje molekuli ravno dovolj "potiska" ali "zasuka", da se premakne v obliko končnega izdelka.
Pogosto izdelek, ki naj bi obstajal v a prehodno stanje vmes, ki je nekako podoben reaktantu in nekoliko podoben izdelku.
Sorodni model je inducirano prileganje koncept. V tem primeru encim in substrat sprva ne ustrezata ključavnici, vendar že samo dejstvo, da pride v stik, povzroči spremembe v obliki substrata, ki optimizira fizično interakcijo med encimom in substratom.
Zaradi spremembe substrata bolj spominja na molekulo v prehodnem stanju, ki se nato spreminja v končni produkt, ko se reakcija premika naprej.
Kaj vpliva na delovanje encima?
Čeprav so močni, encimi, kot vse biološke molekule, niso nepremagljivi. Veliko istih stanj, ki poškodujejo ali uničijo druge molekule, pa tudi cele celice in tkiva, lahko upočasnijo delovanje encimov ali jim ustavijo, da delujejo v celoti.
Kot verjetno veste, mora vaša telesna temperatura ostati v ozkem območju (običajno okoli 97,5 do 98,8 stopinj Fahrenheita), da boste ostali zdravi. Eden od razlogov za to je, da encimi prenehajo delovati pravilno, če telesna temperatura naraste nad to raven - kar dojemate kot vročino.
Tudi zelo kisla stanja lahko porušijo kemične vezi encima. Takšna poškodba, povezana s temperaturo in pH, se imenuje denaturiranje encima.
Poleg tega, kot lahko pričakujete, povečanje količine encima še bolj pospeši reakcijo, zmanjšanje koncentracije encimov pa ga upočasni.
Podobno dodajanje več substrata, hkrati pa ohranja enako količino encima, pospeši reakcijo, dokler se encim ne "maksa" in se ne more udeležiti vseh prisotnih substratov.
Kaj so koencimi in kofaktorji?
Recimo, da se odpravljate na kolesarsko potovanje na dirkališče in vas na poti podpirajo prijatelji, ki vam nudijo pijačo in sveža oblačila iz kombija.
Tvoji prijatelji bodo med potjo potrebovali lastno podporo, na primer plin za vozilo in hrano za posadko.
Če je vaše potovanje mogoče razumeti kot "reakcijo" in je posadka kombija "encim", ki "katalizira" vaše potovanje, potem lahko zaloge hrane na tej poti veljajo za koencimi - v biokemiji snovi, ki niso encimi, vendar so potrebne, da encimi najbolje opravljajo svoje delo.
Tako kot substrati se koencimi vežejo na aktivno mesto encimov, kjer se substrat veže, vendar se ne štejejo za substrate same.
Koencimi pogosto delujejo kot prenašalci elektronov ali začasna stičišča atomov ali funkcionalnih skupin, ki se prenašajo med molekulami v celotni reakciji. Kofaktorji so anorganske molekule, kot je cink, ki pomagajo encimom v živih organizmih, vendar se za razliko od koencimov ne vežejo na aktivno mesto encima.
Primeri običajnih koencimov vključujejo: