Τι είναι τα ένζυμα; – Ρόλοι, Παραδείγματα και Χαρακτηριστικά

Ένζυμα

Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από διαφορετικά κύτταρα, ιστούς και άλλα πολύπλοκα όργανα. Απελευθερώνει ορισμένες χημικές ουσίες για την αποτελεσματική λειτουργία βιολογικών λειτουργιών όπως η απέκκριση, η πέψη, η αναπνοή και μερικές άλλες μεταβολικές δραστηριότητες. Αυτές οι χημικές ουσίες ονομάζονται γενικά ένζυμα. Επομένως, είναι απαραίτητα για τη ζωή καθώς διέπουν όλες τις βιολογικές διεργασίες.

Αυτό το άρθρο θα σας δώσει λύσεις σε ερωτήσεις όπως τι είναι ένα ένζυμο, ποιες είναι οι λειτουργίες τους, ποια είναι η σημασία τους, οι ιδιότητές τους και ορισμένες άλλες.

Τι είναι τα ένζυμα;

Όλες οι βιολογικές αντιδράσεις καταλύονται από κάποιους ειδικούς καταλύτες που ονομάζονται ένζυμα. Ως εκ τούτου, ορίζονται ως «βιοχημικοί καταλύτες.» Ενισχύουν τον ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων, δηλ. αντιδράσεων σε ζωντανούς οργανισμούς.

Αυτές είναι γενικά πρωτεΐνες που περιέχουν σειρές αμινοξέων. Η λειτουργία τους καθορίζεται από το σχήμα, τη σειρά και τους τύπους αμινοξέων τους. Προκαλούν την αντίδραση ακόμη και κάτω από δυσμενείς θερμοδυναμικές συνθήκες.

Οι λειτουργίες των κυττάρων βασίζονται στα ένζυμα. Αυτά βοηθούν στην ανάπτυξη και επιτάχυνση των χημικών αντιδράσεων στα κύτταρα. Εν ολίγοις, υποστηρίζουν τα κύτταρα για να ολοκληρώσουν τα πράγματα. Μπορεί να συμμετέχει σε βιοχημικές αντιδράσεις χωρίς καταστροφή ή μη αναστρέψιμες τροποποιήσεις κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Ως εκ τούτου, θεωρούνται βιοχημικοί καταλύτες.

Το ανθρώπινο σώμα περιέχει χιλιάδες ένζυμα. Εκτιμάται ότι περισσότερα από 75.000 ένζυμα χρησιμοποιούνται σε βιοκαύσιμα, ζυθοποιία, γαλακτοκομικά προϊόντα και άλλους τομείς παραγωγής.

Ποιος είναι ο ρόλος ενός ενζύμου;

Ο ρόλος τους είναι να μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης, επιτρέποντας έτσι την αντίδραση να λάβει χώρα σε χαμηλότερη θερμοκρασία λόγω της αναστρέψιμης σύνδεσής τους με τα αντιδρώντα. Τα βήματα που εμπλέκονται στην ενζυμική κατάλυση μιας μεμονωμένης αντίδρασης μπορούν να αναπαρασταθούν όπως δίνονται παρακάτω:

E + S ⇌ ES* ⇌ ES ⇌ EX* ⇌ EP ⇌ EP* ⇌ P + E

Όπου S =Αντιδρόν (ονομάζεται Υπόστρωμα),

P =Προϊόν,

ES και EP =Συμπλέγματα ενζύμων,

EX* και EP* =Ενεργοποιημένα σύμπλοκα σε μεταβατική κατάσταση

Η παραπάνω αντίδραση μπορεί να συντομευτεί ως

E + S ⇌ ES ⇌ P + E

Όπου ES =σύμπλοκο υποστρώματος ενζύμου.

Στις αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα, αν και η ενέργεια ενεργοποίησης μειώνεται, οι καθαρές ενέργειες της αντίδρασης παραμένουν αμετάβλητες.

Παραδείγματα ενζύμων

1. Λιπάσες: Βρίσκονται στα φυτά και στο πάγκρεας. Υδρολύουν το λίπος σε λιπαρά οξέα και γλυκερίνη.
2. Αμυλάση: Αυτά βρίσκονται σε ζώα και φυτά, ιδιαίτερα στο σάλιο και τους παγκρεατικούς χυμούς. Υδρολύει το άμυλο (άμυλο) σε μαλτόζη.
3. Μαλτάση: Εμφανίζεται στη ζύμη και υδρολύει τη μαλτόζη σε γλυκόζη.
4. Άλλα ένζυμα: Η ρενίνη χρησιμοποιείται για να πήξει το γάλα σε τυρί. Η λιγνινάση και οι κυτταρινάσες βοηθούν στο μαλακό χαρτί. Η καταλάση βοηθά στη μετατροπή του λατέξ σε καουτσούκ. Οι λιπάσες, οι πρωτεάσες και άλλες χρησιμοποιούνται σε μαλακτικά υφασμάτων.

Υπάρχουν πολλοί περισσότεροι τύποι ενζύμων.

Τι είναι τα χαρακτηριστικά των ενζύμων;

Έχουν μερικές αξιόλογες ιδιότητες. Μερικά από αυτά δίνονται παρακάτω:

1. Ειδικότητα:

Είναι ειδικά για την αντίδραση, δηλ. καθένα καταλύει μόνο μία χημική αντίδραση. Για παράδειγμα, το ένζυμο ουρεάση μπορεί να υδρολύσει μόνο την ουρία σε NH₃ και CO₂; αναστρέφει την υδρόλυση της σακχαρόζης σε γλυκόζη και φρουκτόζη. για την υδρόλυση της μαλτόζης, χρησιμοποιείται το ένζυμο μαλτάση.

2. Αποδοτικότητα:

Τα ένζυμα καταλύουν τους ρυθμούς βιολογικών διεργασιών με εξαιρετικά ταχύτερο ρυθμό. Μια χημική αντίδραση παρουσία ενζύμων εξελίσσεται εκατοντάδες έως εκατομμύρια φορές πιο γρήγορα. Επιπλέον, αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν στη θερμοκρασία του σώματος και στο φυσιολογικό εύρος pH. Εκθέτουν τις δραστηριότητές τους ακόμα και όταν έχουν εξαχθεί από την πηγή.

3. Μικρή ποσότητα:

Ένας μικρός αριθμός ενζύμων μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικός. Είναι επειδή ο ρυθμός αναγέννησης των ενζύμων είναι πολύ γρήγορος σε σύγκριση με τους χημικούς καταλύτες. Για παράδειγμα, ένα μόνο μόριο ενζύμου καρβονικής ανυδράσης μπορεί να αποσυνθέσει 36 εκατομμύρια μόρια ανθρακικού οξέος σε CO₂ και H₂ O σε ένα λεπτό.

4. Βέλτιστη θερμοκρασία και pH:

Κάθε ένζυμο εμφανίζει μέγιστη δραστηριότητα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και pH, γνωστή ως βέλτιστη θερμοκρασία και pH. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις δεν συμβαίνουν με αξιόλογους ρυθμούς εάν χρησιμοποιούνται συνηθισμένοι καταλύτες.

5. Ενεργοποιητές ενζύμων (συνένζυμα):

Αυτές είναι οι ουσίες που ενισχύουν τις ενζυμικές δραστηριότητες σε μια αντίδραση. Για παράδειγμα, εάν μια πρωτεΐνη περιέχει μια μικρή ποσότητα βιταμίνης ως μη πρωτεϊνικό μέρος, η δραστηριότητα της πρωτεΐνης ενισχύεται πολύ. Οι ενεργοποιητές είναι γενικά ιόντα μετάλλων σε μια αντίδραση.

6. Αναστολείς ενζύμων και δηλητήρια

Οι αναστολείς ή τα δηλητήρια είναι ενώσεις που μειώνουν τον ρυθμό των αντιδράσεων ενζυμικής κατάλυσης. Λειτουργούν συνδυάζοντας με την ενεργή λειτουργική ομάδα, μειώνοντας ή καταστρέφοντας έτσι την καταλυτική τους δραστηριότητα. Πολλά φάρμακα εισχωρούν στο ανθρώπινο σώμα λόγω της ανασταλτικής φύσης τους.

Τύποι ενζύμων

Κάθε βιολογική αντίδραση απαιτεί ένα ανόμοιο είδος ενζύμου. Καθώς υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός τέτοιων βιολογικών αντιδράσεων, επομένως, υπάρχει μεγάλος αριθμός ενζύμων που λειτουργούν σε ένα ζωντανό σύστημα. Ένα συγκεκριμένο κύτταρο, κατά μέσο όρο, περιέχει περίπου 3000 διαφορετικά είδη ενζύμων. Καθένα από αυτά καταλύει διαφορετική λειτουργία και αντίδραση.

Σύμφωνα με τη Διεθνή Ένωση Ταξινόμησης Βιοχημείας, χωρίζονται σε έξι βασικούς τύπους.

1. Οξειδορεδουκτάσες:

Αυτά είναι υπεύθυνα για τεράστιες αντιδράσεις παροχής ενέργειας των ζώων και των φυτικών ιστών. Κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων, λαμβάνει χώρα η μεταφορά ηλεκτρονίων και πρωτονίων, δίνοντάς τους ονόματα οξειδοαναγωγάσης.

2. Μεταγραφές:

Αυτά είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά ατόμων ή ομάδων ατόμων από το ένα υπόστρωμα στο άλλο. Για παράδειγμα, το ένζυμο τρανσαμινάση καταλύει τη μεταφορά μιας αμινομάδας ενός αμινοξέος στην κετο ομάδα ενός κετοξέος.

3. Υδρολάσες:

Φέρνουν την υδρόλυση πολύπλοκων μορίων σε απλά. Για παράδειγμα, η λιπάση υδρολύει τα γλυκερίδια σε γλυκερίνη και ανώτερα λιπαρά οξέα. Μερικά άλλα ένζυμα υδρολάσης είναι η πεπτιδάση, η θειολάση, οι φωσφατάσες κ.λπ.

4. Λυάσες:

Καταλύουν την προσθήκη ομάδων σε διπλό δεσμό ή εξαλείφουν ομάδες για να δημιουργήσουν έναν διπλό δεσμό χωρίς να υποβληθούν σε διαδικασία οξείδωσης, αναγωγής ή υδρόλυσης. Για παράδειγμα, η αποκαρβοξυλάση καταλύει την απομάκρυνση του CO₂ , σχηματίζοντας μια καρβονυλική ένωση.

5. Ισομεράσες:

Καταλύουν τις δομικές αλλαγές που υπάρχουν σε ένα μόριο. Επιφέρει αλλαγή στο σχήμα του μορίου ή σχηματισμό ισομερών.

6. Λιγκάσες:

Η φωσφορική ομάδα του ΑΤΡ διασπάται από τα μόρια ΑΤΡ. Επίσης, δεσμοί μεταξύ ομάδων δημιουργούνται σε αντιδράσεις που καταλύονται από λιγάσες. Αυτά τα ένζυμα καταλύουν τις διαδικασίες απολίνωσης.

Τι είναι τα πεπτικά ένζυμα και τι κάνουν;

Η πέψη είναι η δραστηριότητα της χρήσης των θρεπτικών συστατικών από τα τρόφιμα για να δώσει ενέργεια στο σώμα, να το βοηθήσει να αναπτυχθεί και να εκτελέσει όλες τις ζωτικές λειτουργίες. Οι πρωτεΐνες που παράγει το σώμα σας για να διασπάσει τα τρόφιμα και να βοηθήσει την πέψη είναι φυσικά πεπτικά ένζυμα.

Όταν τρώτε ένα γεύμα ή ένα γεύμα, η πέψη αναλαμβάνεται στο στόμα. Το σάλιο στο στόμα σας αρχίζει να διασπά την τροφή αμέσως σε μια μορφή που μπορεί να απορροφήσει το σώμα. Υπάρχουν πολλά διάφορα σημεία στη διαδικασία της πέψης όπου τα ένζυμα αφήνονται και ενεργοποιούνται.

Το λεπτό έντερο, το στομάχι και το πάγκρεας παράγουν πεπτικά ένζυμα. Το πάγκρεας είναι η πραγματική «παραγωγική δύναμη» τους. Παράγει τα πιο σημαντικά πεπτικά ένζυμα, τα οποία βοηθούν στη διάσπαση των λιπών, των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων.

Τύποι πεπτικών ενζύμων

Υπάρχουν πολλά πεπτικά ένζυμα. Τα κύρια πεπτικά ένζυμα που αποτελούνται στο πάγκρεας περιλαμβάνουν –

1. Η αμυλάση υπάρχει στο πάγκρεας και το στόμα και διασπά τους σύνθετους υδατάνθρακες.
2. Η λιπάση υπάρχει στο πάγκρεας και διασπά τα λίπη.
3. Η πρωτεάση υπάρχει στο πάγκρεας και διασπά τις πρωτεΐνες.

Μερικά άλλα κοινά ένζυμα στο λεπτό έντερο είναι –

1. Η λακτάση διασπά τη λακτόζη.
2. Η σακχαράση διασπά τη σακχαρόζη.

Συμπέρασμα

Είναι ζωτικής σημασίας για τις βιολογικές διεργασίες. Χωρίς αυτά, οι διαδικασίες της ζωής θα ήταν πολύ αργές και υποτονικές. Για παράδειγμα, εάν δεν υπήρχαν ένζυμα στο πεπτικό σύστημα, θα χρειαζόταν περίπου 50 χρόνια για να αφομοιωθεί ένα μόνο γεύμα.

Αυτό που διαφέρει ένα ένζυμο από έναν καταλύτη είναι με την έννοια ότι καταλύουν τη βιολογική διαδικασία και υφίστανται αλλαγές. Ωστόσο, τα ένζυμα και οι καταλύτες τελικά απελευθερώνονται στο τέλος. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν επανειλημμένα και δεν φθείρονται ή εξαντλούνται.

Συχνές ερωτήσεις

1. Ποιες είναι μερικές από τις κοινές αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα;

Α. Καθώς υπάρχουν πολλές βιοχημικές αντιδράσεις που καταλύονται από ένα διαφορετικό ένζυμο, υπάρχουν πολλές κοινές αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα.

Αντίδραση	Ένζυμο	Πηγή
Αντιστροφή ζάχαρης από ζαχαροκάλαμο	Αντιστροφή	Μαγιά
Μετατροπή της γλυκόζης σε αιθυλική αλκοόλη	Zymase	Μαγιά
Αποσύνθεση της ουρίας σε NH3 και CO2	Ουρεάση	Σόγια
Μετατροπή πρωτεϊνών σε πεπτίδια στο στομάχι	Πεψίνη	Στομάχι
Μετατροπή γάλακτος σε τυρόπηγμα	Γαλακτικοί βάκιλοι	Τυρίδι

2. Ποιες είναι οι βιομηχανικές εφαρμογές των ενζύμων;

Α. Λόγω της διαθεσιμότητας και του γρήγορου ρυθμού ανάπτυξης, έχουν ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών εφαρμογών. Βιομηχανίες όπως τα γαλακτοκομικά, η αρτοποιία, τα ποτά, οι ζωοτροφές, ο χαρτοπολτός και το χαρτί, τα πολυμερή, τα απορρυπαντικά, τα δέρματα, τα καλλυντικά, η οργανική σύνθεση και η διαχείριση απορριμμάτων χρησιμοποιούν έντονα ένζυμα.

 3. Πώς δρουν τα ένζυμα ως καταλύτες;

Α. Τα ένζυμα είναι ιδιαίτερα συγκεκριμένα στη δράση τους. Κάθε ένα από αυτά έχει μια ειδική περιοχή στην επιφάνειά του που ονομάζεται ενεργή περιοχή. Το μόριο με το οποίο λειτουργεί το ένζυμο ταιριάζει σε αυτή την περιοχή. Το μόριο ονομάζεται υπόστρωμα. Η χημική αντίδραση λαμβάνει χώρα σε αυτό το ενεργό σημείο και το ένζυμο απελευθερώνει ένα νέο μόριο ή ουσία που ονομάζεται προϊόν.