Γιατί είναι σημαντικά τα ένζυμα και πώς λειτουργούν;

Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες που βοηθούν στην επιτάχυνση των αντιδράσεων στα κύτταρα και στη διαχείριση του μεταβολισμού του σώματος.

Κάθε φορά που εμφανίζεται η λέξη «ένζυμο» σε μια συζήτηση, υπάρχουν ορισμένες λέξεις που θα βρίσκονται πάντα σε σχέση με αυτήν, όπως καταλύτης, υπόστρωμα, αναστολή, μεταβολισμός κ.λπ. Ο όρος καταλύτης είναι ιδιαίτερα σημαντικός, καθώς τα ένζυμα είναι ουσιαστικά καταλύτες, αλλά συγκεκριμένα αυτά που σχηματίζονται οργανικά και γι' αυτό ονομάζονται «βιολογικοί καταλύτες». Έχοντας αυτό κατά νου, ας μπούμε σε μερικές από τις λεπτομέρειες.

Τι είναι ο καταλύτης;

Εάν έχετε πολλή δουλειά που πρέπει να κάνετε, για να την κάνετε μόνοι σας θα χρειαστεί πολύς χρόνος. Ωστόσο, εάν κάποιος σας βοηθήσει να κάνετε τη δουλειά, επιταχύνει τη διαδικασία και η εργασία γίνεται με ταχύτερους ρυθμούς. Ένας καταλύτης κάνει το ίδιο πράγμα με ένα επιπλέον άτομο. κάνει μια διαδικασία ή μια χημική αντίδραση να ξεκινά ή να τελειώνει πιο γρήγορα. Ένα ένζυμο, το οποίο είναι επίσης καταλύτης, διευκολύνει το έργο του ανθρώπινου σώματος κάνοντας τις μικρές διεργασίες στο σώμα να πραγματοποιούνται πιο γρήγορα.

Για παράδειγμα, μια συνηθισμένη αντίδραση θραύσης πεπτιδικού δεσμού θα χρειαζόταν περίπου 400 χρόνια σε θερμοκρασία δωματίου, επομένως χρειαζόμαστε σαφώς κάτι για να επιταχύνουμε τη διαδικασία. Τα ένζυμα επιταχύνουν την αντίδραση τόσο δραματικά, που μπορεί να είναι και οι βιολογικοί μας υπερήρωες.

Το Flash, ένας χαρακτήρας από την DC Comics, μπορεί να ξεπεράσει την ταχύτητα του φωτός. (Προστασία φωτογραφίας:Pixabay)

Αυτό το παράδειγμα θα σας δώσει κάποια ιδέα για το βαθμό στον οποίο τα ένζυμα απαιτούνται για τις σωματικές διαδικασίες και τη βιωσιμότητα. Δεδομένου ότι τα ένζυμα είναι τόσο σημαντικά για το μεταβολισμό μας, ας εξερευνήσουμε τις λεπτομέρειες της λειτουργίας και του σκοπού τους.

Πώς λειτουργούν τα ένζυμα;

Ένα απλωμένο ελατήριο. (Φωτογραφία:Pixabay)

Σκεφτείτε τα ένζυμα σαν ελατήριο. Κατά τη χρήση, το ελατήριο τεντώνεται και αλλάζει σχήμα, αλλά μόλις ολοκληρωθεί η εργασία, επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα. Τα ένζυμα λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο. Κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης, το ένζυμο μπορεί να αλλάξει τη σύνθεση ή τη μορφή του για να προωθήσει την αντίδραση και μόλις ολοκληρωθεί η εργασία, επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση, χωρίς να αφήνει μόνιμη αλλαγή στο ένζυμο.

Αναστολή

Στο παράδειγμα ότι εργάζεστε με κάποιον άλλο (που αναφέρθηκε παραπάνω), όταν πιστεύετε ότι η δουλειά έχει ολοκληρωθεί, μπορείτε να ζητήσετε από το άλλο άτομο να σταματήσει να λειτουργεί, αλλά δεν μπορεί να ζητηθεί από ένα ένζυμο να σταματήσει να λειτουργεί. Ευτυχώς, υπάρχουν υλικά, που ονομάζονται αναστολείς, τα οποία κάνουν τα ένζυμα να σταματήσουν να λειτουργούν. Αυτή η διαδικασία διακοπής ονομάζεται αναστολή.

Δύο τύποι αναστολής:

• Αναστρέψιμη
• Μη αναστρέψιμο

Σκεφτείτε το με αυτόν τον τρόπο… φανταστείτε ότι προσπαθείτε να ανάψετε μια φωτιά με κορμούς. Εάν υπάρχει δυνατός άνεμος, θα έσβησε τη φωτιά, αλλά αν μειωθεί η δύναμη του ανέμου, θα μπορούσατε να ανάψετε και να συνεχίσετε ξανά τη φωτιά. Από την άλλη, αν ρίξετε νερό πάνω από τη φωτιά σας, όχι μόνο θα σβήνατε τη φωτιά, αλλά θα βρέξατε και τα κούτσουρα και οτιδήποτε άλλο, που σημαίνει ότι δεν θα μπορούσατε να ανάψετε ξανά φωτιά με τα ίδια υλικά.

Είναι η ίδια αρχή στην αναστρέψιμη αναστολή. Με την παρουσία ενός αναστολέα, το ένζυμο δεν είναι σε θέση να παράγει το προϊόν, αλλά ελλείψει του αναστολέα, το ένζυμο θα μπορούσε να παράγει το προϊόν!

Φωτιά που καίει, όπως αναφέρεται στο παραπάνω παράδειγμα αναστρέψιμης αναστολής. απουσία ισχυρού ανέμου, η φωτιά θα έκαιγε. (Φωτογραφία:Sandis Ruperts/Shutterstock)

Σε μη αναστρέψιμη αναστολή, μόλις ο αναστολέας σταματήσει το ένζυμο για μια στιγμή, ακόμη και απουσία του αναστολέα, το ένζυμο δεν θα είναι σε θέση να παράγει το προϊόν.

Κατάσβεση πυρκαγιάς, όπως αναφέρεται στο παράδειγμα της μη αναστρέψιμης αναστολής. Εάν πιτσιλιστεί νερό πάνω από τη φωτιά, δεν μπορείτε να ανάψετε ξανά φωτιά χρησιμοποιώντας τα ίδια υλικά. (Προστασία φωτογραφίας:Pixabay)

Ένα ένζυμο, από τη φύση του, έχει διαφορετικές θέσεις—την ενεργή και τη μη ενεργή θέση.

δύο διαφορετικοί δρόμοι, διχάλωση (Φωτογραφία:Pixabay)

Φανταστείτε δύο δρόμους, έναν που είναι πιο φαρδύς και χρησιμοποιείται συχνά και έναν άλλο πολύ πιο στενό δρόμο που χρησιμοποιείται πολύ σπάνια. Και οι δύο σε οδηγούν στον ίδιο προορισμό, αλλά είναι διαφορετικοί δρόμοι. Αυτή είναι η περίπτωση των ενεργών και μη ενεργών τοποθεσιών, αντίστοιχα. Ο ευρύτερος δρόμος είναι η ενεργή θέση που χρησιμοποιείται κυρίως για δέσμευση και αντιδράσεις. Ο άλλος πιο στενός δρόμος είναι η μη ενεργή τοποθεσία, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως από αναστολείς για να δεσμεύουν όταν υπάρχει υπερβολική κίνηση.

Τρεις τύποι αναστρέψιμης αναστολής

Πριν μπούμε στα τρία είδη αναστολής, πρέπει να φανταστούμε ένα σενάριο. Φανταστείτε ότι θέλετε να κάνετε κάποια δουλειά. Όταν το σώμα σας και η πρόθεσή σας ενώνονται, η εργασία λαμβάνει χώρα, η οποία οδηγεί στην ολοκλήρωση του τελικού προϊόντος της εργασίας. Το ένζυμο εδώ είστε εσείς, η πρόθεση είναι το υπόστρωμα (η χημική ουσία με την οποία αντιδρά το ένζυμο), εσείς και η πρόθεσή σας οδηγείτε στην εργασία και η εργασία είναι το ισοδύναμο ενός συμπλέγματος που σχηματίζεται από την αντίδραση του ενζύμου και του υποστρώματος (που ονομάζεται ένζυμο σύμπλοκο υποστρώματος). Το τελικό προϊόν - η εργασία που ολοκληρώνεται - είναι το ισοδύναμο του τελικού προϊόντος της αντίδρασης.

Αναστολή ανταγωνισμού

Λαμβάνοντας υπόψη το σενάριο που αναφέραμε παραπάνω, φανταστείτε ότι πρέπει να εργαστείτε, αλλά νιώθετε τεμπέλης, κάτι που ανταγωνίζεται την πρόθεσή σας να δουλέψετε. Μπορεί να σας κάνει τεμπέλης σε βαθμό που δεν θα κινηθείτε και η τεμπελιά θα πολεμήσει την πρόθεσή σας να κάνετε δουλειά, αλλά αν μπορούσατε να αποφύγετε την τεμπελιά, θα κάνατε τη δουλειά. Αυτό ονομάζεται ανταγωνιστική αναστολή. Ο αναστολέας αντιδρά με το ελεύθερο ένζυμο στο πρώτο στάδιο και στη συνέχεια το ένζυμο πρέπει να ανταγωνιστεί για να συνδεθεί είτε με το υπόστρωμα είτε με τον αναστολέα.

Μη ανταγωνιστική αναστολή

Φανταστείτε ένα άλλο σενάριο στο οποίο είστε υγιείς και έχετε την πρόθεση να εργαστείτε, αλλά το διαδίκτυο σας είναι αργό. Υπάρχουν δύο τρόποι για να συμβεί αυτό:το αργό διαδίκτυο επηρεάζει την εργασία σας και δεν μπορείτε να το κάνετε, παρά την πρόθεσή σας, ή τελικά απογοητεύεστε με το αργό διαδίκτυο και δεν θέλετε πλέον να κάνετε τη δουλειά. Αυτό ονομάζεται μη ανταγωνιστική αναστολή, στην οποία ο αναστολέας μπορεί είτε να συνδεθεί με το ελεύθερο ένζυμο είτε με το σύμπλεγμα του υποστρώματος του ενζύμου.

Μη ανταγωνιστική αναστολή

Τέλος, φανταστείτε ένα σενάριο στο οποίο είστε παρόντες, με την πρόθεση να εργαστείτε, αλλά λόγω της εξάντλησης της μπαταρίας του υπολογιστή σας, η εργασία σας δεν αποθηκεύτηκε. Αυτό ονομάζεται μη ανταγωνιστική αναστολή, στην οποία ο αναστολέας δεσμεύεται μόνο με το σύμπλεγμα του υποστρώματος του ενζύμου, και έτσι επηρεάζεται μόνο η λειτουργία.

Και στις τρεις περιπτώσεις, ελλείψει τεμπελιάς, αργού ίντερνετ ή εξάντλησης της μπαταρίας, θα μπορούσατε να ολοκληρώσετε τη δουλειά ομαλά. Με τον ίδιο τρόπο, απουσία του αναστολέα, το ένζυμο θα λειτουργούσε τέλεια και η αντίδραση θα προχωρούσε στην ολοκλήρωση. Αυτή είναι απλώς μια σύντομη κατανόηση του πώς τα μικροσκοπικά ένζυμα βοηθούν το σώμα μας να λειτουργήσει!