Ενζυμικοί Ενεργοποιητές
Τα ένζυμα είναι βιολογικά μόρια που δρουν ως καταλύτες που επιταχύνουν τις διαδικασίες. Είναι πηγές πρωτεΐνης που σχηματίζονται από αλυσίδες αμινοξέων σε διάφορους συνδυασμούς. Τα ένζυμα είναι εξαιρετικά ειδικά ως προς την αντιδραστικότητα. Υπάρχουν χιλιάδες ένζυμα στο ανθρώπινο σώμα που θα καταλύουν διάφορες μεταβολικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο σώμα.
Τι είναι τα ένζυμα;
Τα ένζυμα είναι συνήθως σφαιρικές πρωτεΐνες που είναι τρισδιάστατες και παράγονται από ριβοσώματα και RNA (Ribo Nucleic Acids) του κυττάρου. Όλα τα ένζυμα έχουν συγκεκριμένες ενεργές θέσεις στην επιφάνειά τους, κάτι που λειτουργεί για ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα. Το υπόστρωμα είναι το αντιδρών είδος μιας αντίδρασης που αλλάζει για να σχηματίσει προϊόντα. Κάθε υπόστρωμα και προϊόν έχει μια συγκεκριμένη ενέργεια. Μερικοί μπορεί να έχουν χαμηλή ενέργεια και άλλοι μπορεί να έχουν υψηλή ενέργεια. Για να μετατραπεί το υπόστρωμα σε προϊόντα, τα σωματίδια που αντιδρούν πρέπει να διασχίσουν το ενεργειακό φράγμα που ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης. Αυτή η ενέργεια ενεργοποίησης για όλα τα μόρια του υποστρώματος μπορεί να μην είναι ίση και οδηγεί σε λιγότερα προϊόντα και χρειάζεται σχετικά περισσότερο χρόνο για να ολοκληρωθεί.
Για να αυξηθεί ο ρυθμός μετατροπής του υποστρώματος σε προϊόντα, χρησιμοποιείται ένας μικρός αριθμός ενζύμων που είναι κατάλληλα για μια αντίδραση. Αυτό ενισχύει την ταχύτητα της αντίδρασης μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση.
Παράδειγμα 1:Το σάλιο στο στόμα παράγει ένζυμα σάλιου για να ενισχύσει την πέψη της τροφής στο στόμα.
Παράδειγμα 2:Σχηματισμός Αμμωνίας
N2 + 3H2 → 2NH3
Αυτή η αντίδραση χρειάζεται σχετικά μεγάλο χρόνο για να ολοκληρωθεί. Για να επιταχυνθεί η διαδικασία, χρησιμοποιείται ένας μεταλλικός καταλύτης σιδήρου (Fe). Στην ίδια αντίδραση, το μολυβδαίνιο χρησιμοποιείται ως προαγωγέας.
Ενεργές τοποθεσίες ενζύμων
Τα ένζυμα έχουν ενεργές θέσεις συγκεκριμένου σχήματος καθώς έχουν τριτοταγείς δομές. Μια μικρή αλλαγή στο μέγεθος ή το σχήμα της ενεργού θέσης μπορεί να αλλάξει τη δραστηριότητα των ενζύμων. Οι ενεργές θέσεις των ενζύμων μπορούν περαιτέρω να ταξινομηθούν ως θέση δέσμευσης και καταλυτική θέση.
Binding site:Αυτή η τοποθεσία επιλέγει το υπόστρωμα και το συνδέει με την ενεργή τοποθεσία.
Καταλυτική θέση:Αυτή η τοποθεσία εκτελεί την καταλυτική λειτουργία ενός ενζύμου.
Οι συμπαράγοντες είναι τα μη πρωτεϊνικά μόρια που εκτελούν ή καταλύουν αντιδράσεις που δεν πραγματοποιούνται από 20 αμινοξέα που υπάρχουν στο σώμα μας. Οι συμπαράγοντες μπορεί να είναι οργανικοί και ανόργανοι.
Οι συμπαράγοντες συνδέονται με την πρωτεΐνη και την καθιστούν ενεργή, ενώ οι πρωτεΐνες χωρίς πρωτεΐνη συμπαράγοντα είναι ανενεργές.
Τα ένζυμα μπορεί να είναι ενδοκυτταρικά και εξωκυτταρικά. Ενδοκυτταρικά είναι αυτά που παράγονται στο σώμα και διατηρούνται για τη λειτουργία του κυττάρου. Τα εξωκυτταρικά ένζυμα είναι εκείνα που παράγονται στο κύτταρο και αποστέλλονται έξω από το κύτταρο για να λειτουργήσουν εξωτερικά.
Μηχανισμός ενζυμικής δράσης
Η ενζυμική καταλυτική δραστηριότητα μπορεί να εξηγηθεί με όρους θερμοδυναμικών αλλαγών και διεργασιών στην ενεργό θέση.
Θερμοδυναμικές αλλαγές:
Κάθε χημική αντίδραση στο σώμα ή έξω από το σώμα έχει ένα συγκεκριμένο ενεργειακό φράγμα μεταξύ των μορίων των αντιδρώντων και των μορίων του προϊόντος. Η διαφορά ενέργειας μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων λέγεται ότι είναι ένα φράγμα ενεργοποίησης.
Όλα τα μόρια του υποστρώματος δεν διαθέτουν αρκετή ενέργεια για να διασχίσουν το φράγμα, επομένως οι περισσότερες από τις αντιδράσεις χωρίς τον καταλύτη είναι αργές. Τα ένζυμα βοηθούν στην αλλαγή της διαδρομής για τη μετατροπή των αντιδρώντων σε προϊόντα μειώνοντας το φράγμα ενεργοποίησης για τα αντιδρώντα και βοηθώντας στη διέλευση αυτού του φραγμού για πολλά αντιδρώντα και αυξάνοντας τον ρυθμό αντίδρασης και επιταχύνοντας τη διαδικασία. Ο ρυθμός της αντίδρασης με τον καταλύτη αυξάνεται σε μεγάλο βαθμό. Η συνολική ενέργεια, που είναι το άθροισμα της ενέργειας των αντιδρώντων και των προϊόντων, παραμένει η ίδια.
Διαδικασίες στον ενεργό ιστότοπο:
Τα ένζυμα συνδέονται στην ενεργό θέση με ομοιοπολικούς δεσμούς με τα μόρια του υποστρώματος και σχηματίζουν ένα σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος με πολύ χαμηλή ενέργεια ενεργοποίησης και σχηματίζουν προϊόντα εύκολα σε σύντομο χρονικό διάστημα.
Μετά την αντίδραση, τα ένζυμα απελευθερώνονται και έρχονται στην αρχική τους μορφή χωρίς καμία αλλαγή.
Ενεργοποίηση ενζύμου
Η μετατροπή ενός ανενεργού ενζύμου στην ενεργό του μορφή με την οποία μπορούν να πραγματοποιηθούν οι μεταβολικές δραστηριότητες λέγεται ότι είναι ενεργοποίηση ενζύμου. Η ενεργοποίηση ενός ενζύμου μπορεί να γίνει με συμπαράγοντες και μετατροπή ενός προδρόμου ενζύμου.
Ενεργοποίηση από συμπαράγοντες:
Τα περισσότερα από τα ένζυμα ενεργοποιούνται από συμπαράγοντες.
Παράδειγμα 1:DNA-Πολυμεράση, η οποία είναι ένα ολοένζυμο που χρησιμοποιεί ιόν μαγνησίου ως συμπαράγοντα.
Παράδειγμα 2:Η αφυδρογονάση του ήπατος αλόγου χρησιμοποιεί ιόν ψευδαργύρου ως συμπαράγοντα.
Τα ένζυμα δρουν με πολύ συγκεκριμένο τρόπο. Έχουν διαφορετικούς βαθμούς ειδικότητας ως προς:
- Ειδικότητα σύνδεσης
- Ειδικότητα ομάδας
- Απόλυτη ειδικότητα
- Οπτική ή στερεοειδικότητα
- Διπλή ειδικότητα
Μετατροπή ενός πρόδρομου ενζύμου:
Μια κοινή μέθοδος ενεργοποίησης ενός ενζύμου είναι η ειδική πρωτεόλυση, η οποία είναι η διάσπαση των πρωτεϊνών σε απλούστερα αμινοξέα.
Παράδειγμα:Η πρωτεόλυση του τρυψινογόνου σχηματίζει θρυψίνη η οποία ενεργοποιεί άλλα ζυμογόνα.
Διαφημιστές
Οι υποκινητές είναι τα χημικά συστατικά που βοηθούν στην αύξηση της δραστηριότητας των ενζύμων. Βοηθούν στην αυξημένη αποτελεσματικότητα των ενζύμων. Οι προαγωγείς λαμβάνονται συνήθως σε μικρή ποσότητα μαζί με τον καταλύτη σε μια χημική αντίδραση.
Παράδειγμα:Στη διαδικασία του Haber, αυτός είναι ο σχηματισμός αμμωνίας που χρησιμοποιεί το μολυβδαίνιο ως προαγωγέα για τον καταλύτη Σίδηρο.
Συμπέρασμα
Τα ένζυμα είναι τα βιομόρια που οδηγούν διάφορες αντιδράσεις μέσα και έξω από το σώμα. Αυτά τα ένζυμα ενεργοποιούνται από ουσίες που ονομάζονται ενεργοποιητές ενζύμων. Χωρίς αυτά, τα ένζυμα παραμένουν ανενεργά.
