هناك العديد من التفاعلات الكيميائية في كل خلية حية. الإنزيمات (الإنزيمات) عبارة عن بروتينات لها وظائف خاصة وهامة للغاية. يطلق عليهم المحفزات الحيوية. تتمثل الوظيفة الرئيسية لإنزيمات البروتين في الجسم في تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية. الكواشف الأولية ، التي يتم تحفيز تفاعلها بواسطة هذه الجزيئات ، تسمى الركائز ، والمركبات النهائية تسمى المنتجات.
في الطبيعة ، تعمل بروتينات الإنزيم فقط في الأنظمة الحية. ولكن في التكنولوجيا الحيوية الحديثة ، يتم استخدام التشخيص السريري والأدوية والطب والإنزيمات المنقاة أو معقداتها ، بالإضافة إلى المكونات الإضافية اللازمة لتشغيل النظام وتصور البيانات للباحث.
الأهمية البيولوجية وخصائص الإنزيمات
بدون هذه الجزيئات ، لن يكون الكائن الحي قادرًا على العمل. تعمل جميع العمليات الحياتية بانسجام بفضل الإنزيمات. تتمثل الوظيفة الرئيسية لبروتينات الإنزيم في الجسم في تنظيم عملية التمثيل الغذائي. بدونهم ، يكون التمثيل الغذائي الطبيعي مستحيلًا. يتم تنظيم النشاط الجزيئي بواسطةالمنشطات (المحاثات) أو المثبطات. تعمل السيطرة على مستويات مختلفة من تخليق البروتين. كما أنه "يعمل" بالنسبة للجزيء النهائي.
الخاصية الرئيسية لإنزيمات البروتين هي الخصوصية لركيزة معينة. وبالتالي ، فإن القدرة على تحفيز عدد من التفاعلات أو أقل في كثير من الأحيان. عادة ما تكون هذه العمليات قابلة للعكس. إنزيم واحد مسؤول عن كلتا الوظيفتين. لكن هذا ليس كل شيء.
دور بروتينات الإنزيم ضروري. بدونها ، لا تستمر التفاعلات الكيميائية الحيوية. بسبب عمل الإنزيمات ، يصبح من الممكن للكواشف التغلب على حاجز التنشيط دون إنفاق كبير للطاقة. لا توجد طريقة في الجسم لتسخين درجة حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية أو استخدام مكونات قوية مثل المختبر الكيميائي. يرتبط بروتين الإنزيم بالركيزة. في الحالة المقيدة ، يحدث التعديل مع الإصدار اللاحق للأخير. هذه هي الطريقة التي تعمل بها جميع المحفزات المستخدمة في التخليق الكيميائي.
ما هي مستويات تنظيم جزيء بروتين الإنزيم؟
عادة ما تحتوي هذه الجزيئات على هيكل بروتين ثلاثي (كريات) أو رباعي (عدة كريات متصلة). أولاً ، يتم تصنيعها في شكل خطي. وبعد ذلك يتم طيها في الهيكل المطلوب. لضمان النشاط ، يحتاج المحفز الحيوي إلى هيكل معين.
الإنزيمات ، مثل البروتينات الأخرى ، يتم تدميرها بالحرارة وقيم الأس الهيدروجيني القصوى والمركبات الكيميائية العدوانية.
خصائص إضافيةالانزيمات
من بينها السمات التالية للمكونات مميزة:
- Stereospecific - تشكيل منتج واحد فقط.
- Regioselectivity - كسر رابطة كيميائية أو تعديل مجموعة في موضع واحد فقط.
- الانتقائية الكيميائية - تحفيز تفاعل واحد فقط.
ميزات العمل
تختلف خصوصية الإنزيم. لكن أي إنزيم يكون دائمًا نشطًا فيما يتعلق بركيزة معينة أو مجموعة من المركبات المتشابهة في الهيكل. لا تحتوي المحفزات غير البروتينية على هذه الخاصية. يتم قياس الخصوصية بواسطة ثابت الربط (مول / لتر) ، والذي يمكن أن يصل إلى 10−10مول / لتر. عمل الانزيم النشط سريع. جزيء واحد يحفز آلاف إلى ملايين العمليات في الثانية. درجة تسارع التفاعلات البيوكيميائية أعلى بشكل ملحوظ (1000-100000 مرة) من تلك الخاصة بالمحفزات التقليدية.
يعتمد عمل الإنزيمات على عدة آليات. أبسط تفاعل يحدث مع جزيء ركيزة واحد ، متبوعًا بتكوين منتج. معظم الإنزيمات قادرة على ربط 2-3 جزيئات مختلفة تتفاعل. على سبيل المثال ، نقل مجموعة أو ذرة من مركب إلى آخر ، أو استبدال مزدوج وفقًا لمبدأ "ping-pong". في هذه التفاعلات ، عادة ما يتم توصيل ركيزة واحدة ، والثانية مرتبطة من خلال مجموعة وظيفية بالإنزيم.
تحدث دراسة آلية عمل الإنزيم باستخدام الطرق:
- تعريفات المنتجات الوسيطة والنهائية.
- دراسات هندسة الهيكل والمجموعات الوظيفية المرتبطة بهالركيزة وتوفر معدل رد فعل مرتفع.
- تحور جينات الإنزيم وتحديد التغيرات في تركيبها ونشاطها.
مركز نشط ومتصل
جزيء الركيزة أصغر بكثير من بروتين الإنزيم. لذلك ، يحدث الارتباط بسبب عدد صغير من المجموعات الوظيفية للمحفز الحيوي. إنها تشكل مركزًا نشطًا ، يتكون من مجموعة محددة من الأحماض الأمينية. في البروتينات المعقدة ، توجد مجموعة صناعية ذات طبيعة غير بروتينية في الهيكل ، والتي يمكن أن تكون أيضًا جزءًا من المركز النشط.
من الضروري تحديد مجموعة منفصلة من الإنزيمات. يحتوي جزيءهم على أنزيم يرتبط باستمرار بالجزيء ويتم إطلاقه منه. يسمى بروتين الإنزيم المتشكل بالكامل بـ holoenzyme ، وعندما تتم إزالة العامل المساعد ، يطلق عليه اسم apoenzyme. غالبًا ما تعمل الفيتامينات والمعادن ومشتقات القواعد النيتروجينية كأنزيمات مساعدة (NAD - نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد ، FAD - فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد ، FMN - فلافين أحادي النوكليوتيد).
يوفر موقع الربط خصوصية الركيزة. نتيجة لذلك ، يتم تكوين مركب إنزيم ركيزة مستقر. تم بناء هيكل الكرة الأرضية بطريقة تجعل لها مكانة (شق أو انخفاض) على سطح بحجم معين ، مما يضمن ربط الركيزة. عادة ما تكون هذه المنطقة ليست بعيدة عن المركز النشط. تحتوي بعض الإنزيمات على مواقع للارتباط بالعوامل المساعدة أو أيونات المعادن.
الخلاصة
بروتين-يلعب الإنزيم دورًا مهمًا في الجسم. هذه المواد تحفز التفاعلات الكيميائية ، وهي المسؤولة عن عملية التمثيل الغذائي - التمثيل الغذائي. في أي خلية حية ، تحدث المئات من العمليات الكيميائية الحيوية باستمرار ، بما في ذلك تفاعلات الاختزال ، والانقسام ، وتوليف المركبات. تحدث أكسدة المواد باستمرار مع إطلاق كبير للطاقة. وهو بدوره ينفق على تكوين الكربوهيدرات والبروتينات والدهون ومركباتها. منتجات الانقسام هي اللبنات الأساسية لتخليق المركبات العضوية الضرورية.
