Enzyme sind globuläre Proteine, die allen zellulären Prozessen helfen, voranzukommen. Wie alle Katalysatoren können sie die Reaktion nicht umkehren, sondern beschleunigen sie.
Lokalisierung von Enzymen in der Zelle
Innerhalb der Zelle sind meist einzelne Enzyme enth alten und wirken in genau definierten Organellen. Die Lokalisierung von Enzymen steht in direktem Zusammenhang mit der Funktion, die dieser Teil der Zelle normalerweise ausführt.
Fast alle Enzyme der Glykolyse befinden sich im Zytoplasma. Enzyme des Tricarbonsäurezyklus befinden sich in der mitochondrialen Matrix. Die Wirkstoffe der Hydrolyse sind in Lysosomen enth alten.
Einzelne Gewebe und Organe von Tieren und Pflanzen unterscheiden sich nicht nur in der Zusammensetzung der Enzyme, sondern auch in ihrer Aktivität. Diese Eigenschaft von Geweben wird in der Klinik bei der Diagnose bestimmter Krankheiten verwendet.
Es gibt auch altersbedingte Merkmale in der Aktivität und dem Satz von Enzymen im Gewebe. Am deutlichsten sind sie während der Embryonalentwicklung während der Gewebedifferenzierung sichtbar.
Enzymnomenklatur
Es gibt mehrere Namenssysteme, die jeweils die Eigenschaften von Enzymen in unterschiedlichem Maße berücksichtigen.
- Trivial. Die Namen der Substanzen werden zufällig vergeben. Zum Beispiel Pepsin (pepsis - "Verdauung", griechisch) und Trypsin (tripsis - "dünn", griechisch)
- Rational. Der Name des Enzyms setzt sich aus dem Substrat und der Endung „-ase“zusammen. Beispielsweise beschleunigt Amylase die Hydrolyse von Stärke (amylo – „Stärke“, griechisch).
- Moskau. Es wurde 1961 von der International Commission on Enzyme Nomenclature auf dem 5. International Congress of Biochemistry verabschiedet. Der Name der Substanz setzt sich aus dem Substrat und der durch das Enzym katalysierten (beschleunigten) Reaktion zusammen. Wenn die Funktion von Enzymen darin besteht, eine Gruppe von Atomen von einem Molekül (Substrat) auf ein anderes (Akzeptor) zu übertragen, enthält der Name des Katalysators die chemische Bezeichnung des Akzeptors. Beispielsweise ist an der Reaktion der Übertragung einer Aminogruppe von Alanin auf 2-Hydroxyglutarsäure das Enzym Alanin: 2-Oxoglutarat-Aminotransferase beteiligt. Name widerspiegelt:
- Substrat - Alanin;
- Akzeptor - 2-Oxoglutarsäure;
- bei der Reaktion wird eine Aminogruppe übertragen.
Die Internationale Kommission hat eine Liste aller bekannten Enzyme zusammengestellt, die ständig aktualisiert wird. Dies ist auf die Entdeckung neuer Substanzen zurückzuführen.
Enzymklassifizierung
Es gibt zwei Möglichkeiten, Enzyme in Gruppen einzuteilen. Die erste bietet zwei Klassen dieser Substanzen an:
- einfach - besteht nur aus Eiweiß;
- Komplex - enthält einen Proteinteil (Apoenzym) und einen Nichtproteinteil, der Coenzym genannt wird.
In den Nicht-Protein-TeilKomplexes Enzym kann Vitamine enth alten. Die Wechselwirkung mit anderen Substanzen erfolgt über das aktive Zentrum. Das ganze Enzymmolekül ist an dem Prozess nicht beteiligt.
Die Eigenschaften von Enzymen werden wie andere Proteine durch ihre Struktur bestimmt. Abhängig davon beschleunigen Katalysatoren nur ihre Reaktionen.
Die zweite Klassifikationsmethode unterteilt Substanzen nach der Funktion von Enzymen. Das Ergebnis sind sechs Klassen:
- Oxidoreduktase;
- Transferasen;
- Hydrolasen;
- Isomerase;
- lyases;
- ligasen.
Dies sind allgemein akzeptierte Gruppen, sie unterscheiden sich nicht nur in der Art der Reaktionen, die die Enzyme in ihnen regulieren. Substanzen verschiedener Gruppen haben unterschiedliche Strukturen. Und die Funktionen von Enzymen in einer Zelle können daher nicht gleich sein.
Oxidoreduktasen - Redox
Die Hauptfunktion der Enzyme der ersten Gruppe ist die Beschleunigung von Redoxreaktionen. Ein charakteristisches Merkmal: die Fähigkeit, Ketten oxidativer Enzyme zu bilden, bei denen Elektronen oder Wasserstoffatome vom allerersten Substrat auf den letzten Akzeptor übertragen werden. Diese Stoffe werden nach dem Arbeitsprinzip bzw. dem Arbeitsort in der Reaktion getrennt.
- Aerobe Dehydrogenasen (Oxidasen) beschleunigen die Übertragung von Elektronen oder Protonen direkt auf Sauerstoffatome. Anaerobe führen die gleichen Aktionen aus, jedoch in Reaktionen, die ohne die Übertragung von Elektronen oder Wasserstoffatomen auf Sauerstoffatome ablaufen.
- PrimärDehydrogenasen katalysieren den Prozess der Entfernung von Wasserstoffatomen aus der oxidierten Substanz (Primärsubstrat). Sekundär - beschleunigt die Entfernung von Wasserstoffatomen aus dem sekundären Substrat, sie wurden mit primärer Dehydrogenase erh alten.
Ein weiteres Merkmal: Als Zwei-Komponenten-Katalysatoren mit einem sehr begrenzten Satz an Coenzymen (aktive Gruppen) können sie eine Vielzahl von Redoxreaktionen beschleunigen. Dies wird durch eine Vielzahl von Optionen erreicht: Dasselbe Coenzym kann verschiedene Apoenzyme verbinden. Es wird jeweils eine spezielle Oxidoreduktase mit eigenen Eigenschaften erh alten.
Die Enzyme dieser Gruppe haben noch eine andere Funktion, die nicht ignoriert werden darf - sie beschleunigen den Ablauf chemischer Prozesse, die mit der Freisetzung von Energie verbunden sind. Solche Reaktionen nennt man exotherm.
Transferasen - Träger
Diese Enzyme haben die Funktion, die Übertragungsreaktionen von Molekülresten und funktionellen Gruppen zu beschleunigen. Zum Beispiel Phosphofructokinase.
Anhand der übertragenen Gruppe werden acht Gruppen von Katalysatoren unterschieden. Sehen wir uns nur einige davon an.
- Phosphotransferasen - helfen beim Transfer von Phosphorsäureresten. Sie werden je nach Bestimmungsort in Unterklassen eingeteilt (Alkohol, Carboxyl und andere).
- Aminotransferasen – beschleunigen Aminosäuretransaminierungsreaktionen.
- Glykosyltransferasen - übertragen Glykosylreste von Phosphorestermolekülen auf Mono- und Polysaccharidmoleküle. Reaktionen liefernAbbau und Synthese von Oligo- oder Polysacchariden in Pflanzen und Tieren. Sie sind beispielsweise am Abbau von Saccharose beteiligt.
- Acyltransferasen übertragen Carbonsäurereste auf Amine, Alkohole und Aminosäuren. Acyl-Coenzym-A ist eine universelle Quelle für Acylgruppen. Sie kann als aktive Gruppe von Acyltransferasen betrachtet werden. Essigsäureacyl wird am häufigsten vertragen.
Hydrolasen - mit Wasser gesp alten
In dieser Gruppe wirken Enzyme als Katalysatoren für Sp altungsreaktionen (seltener Synthesen) organischer Verbindungen, an denen Wasser beteiligt ist. Stoffe dieser Gruppe sind in den Zellen und im Verdauungssaft enth alten. Moleküle von Katalysatoren im Magen-Darm-Trakt bestehen aus einer Komponente.
Der Ort dieser Enzyme sind Lysosomen. Sie übernehmen die Schutzfunktionen von Enzymen in der Zelle: Sie bauen Fremdstoffe ab, die die Membran passiert haben. Sie zerstören auch jene Stoffe, die von der Zelle nicht mehr benötigt werden, wofür die Lysosomen den Spitznamen Pfleger erhielten.
Ihr anderer "Spitzname" ist Zellselbstmord, da sie das Hauptwerkzeug für die Zellautolyse sind. Kommt es zu einer Infektion, setzen entzündliche Prozesse ein, die Lysosomenmembran wird durchlässig und Hydrolasen dringen in das Zytoplasma ein, zerstören alles auf ihrem Weg und zerstören die Zelle.
Trenne mehrere Arten von Katalysatoren aus dieser Gruppe:
- Esterasen - verantwortlich für die Hydrolyse von Alkoholestern;
- Glykosidasen - beschleunigen die Hydrolyse von Glykosiden, je nachwelche Isomere wirken sie, sezernieren α- oder β-Glykosidasen;
- Peptidhydrolasen sind für die Hydrolyse von Peptidbindungen in Proteinen und unter bestimmten Bedingungen für deren Synthese verantwortlich, aber diese Methode der Proteinsynthese wird in einer lebenden Zelle nicht verwendet;
- Amidasen - verantwortlich für die Hydrolyse von Säureamiden, Urease katalysiert beispielsweise den Abbau von Harnstoff zu Ammoniak und Wasser.
Isomerasen - Umwandlung des Moleküls
Diese Substanzen beschleunigen Veränderungen innerhalb eines einzelnen Moleküls. Sie können geometrisch oder strukturell sein. Dies kann auf viele Arten geschehen:
- Übertragung von Wasserstoffatomen;
- Verschieben der Phosphatgruppe;
- Ändern der Anordnung von Atomgruppen im Raum;
- Doppelbindung verschieben.
Isomerisierung können organische Säuren, Kohlenhydrate oder Aminosäuren sein. Isomerasen können Aldehyde in Ketone umwandeln und umgekehrt die cis-Form in die trans-Form umlagern und umgekehrt. Um die Funktion der Enzyme dieser Gruppe besser zu verstehen, ist es notwendig, die Unterschiede der Isomere zu kennen.
Liases trennen die Krawatten
Diese Enzyme beschleunigen den nichthydrolytischen Abbau organischer Verbindungen durch Bindungen:
- Kohlenstoff-Kohlenstoff;
- Phosphor-Sauerstoff;
- Kohlenstoff-Schwefel;
- Kohlenstoff-Stickstoff;
- Kohlenstoff-Sauerstoff.
In diesem Fall werden so einfache Produkte wie Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak freigesetzt und Doppelbindungen geschlossen. Nur wenige dieser Reaktionen können in die entgegengesetzte Richtung gehen, die entsprechenden Enzyme in die entsprechende Richtungkatalysieren unter diesen Bedingungen nicht nur Zerfalls-, sondern auch Syntheseprozesse.
Liases werden nach der Art der Bindung klassifiziert, die sie lösen. Sie sind komplexe Enzyme.
Ligase-Crosslinks
Die Hauptfunktion der Enzyme dieser Gruppe ist die Beschleunigung von Synthesereaktionen. Ihr Merkmal ist die Konjugation der Schöpfung mit dem Zerfall von Substanzen, die Energie für die Durchführung des Biosyntheseprozesses liefern können. Je nach Art der gebildeten Verbindung gibt es sechs Unterklassen. Fünf von ihnen sind identisch mit den Lyase-Untergruppen, und die sechste ist für die Bildung der Stickstoff-Metall-Bindung verantwortlich.
Manche Ligasen sind an besonders wichtigen Zellvorgängen beteiligt. Beispielsweise ist DNA-Ligase an der Replikation von Desoxyribonukleinsäure beteiligt. Es vernetzt Einzelstrangbrüche und schafft neue Phosphodiesterbindungen. Sie ist es, die die Okazaki-Fragmente verbindet.
Dasselbe Enzym wird aktiv in der Gentechnik eingesetzt. Es ermöglicht Wissenschaftlern, DNA-Moleküle aus den benötigten Stücken zusammenzufügen und so einzigartige Ketten aus Desoxyribonukleinsäure zu erzeugen. In sie können beliebige Informationen eingegeben werden, wodurch eine Fabrik zur Herstellung der notwendigen Proteine entsteht. Beispielsweise kann man in die DNA eines Bakteriums ein Stück einnähen, das für die Synthese von Insulin verantwortlich ist. Und wenn die Zelle ihre eigenen Proteine übersetzt, stellt sie gleichzeitig eine nützliche Substanz her, die für medizinische Zwecke notwendig ist. Es muss nur noch aufgeräumt werden und es wird vielen Kranken helfen.
Die große Rolle von Enzymen im Körper
Sie könnenErhöhen Sie die Reaktionsgeschwindigkeit um mehr als das Zehnfache. Es ist einfach für das normale Funktionieren der Zelle notwendig. Und an jeder Reaktion sind Enzyme beteiligt. Daher sind die Funktionen von Enzymen im Körper vielfältig, wie alle ablaufenden Prozesse. Und das Versagen dieser Katalysatoren hat schwerwiegende Folgen.
Enzyme sind in der Lebensmittelindustrie, in der Leichtindustrie und in der Medizin weit verbreitet: Sie werden zur Herstellung von Käse, Wurst und Konserven verwendet und sind Bestandteil von Waschpulvern. Sie werden auch bei der Herstellung von fotografischen Materialien verwendet.
