In jeder lebenden Zelle laufen viele chemische Reaktionen ab. Enzyme (Enzyme) sind Eiweiße mit besonderen und äußerst wichtigen Funktionen. Sie werden Biokatalysatoren genannt. Die Hauptfunktion von Proteinenzymen im Körper besteht darin, biochemische Reaktionen zu beschleunigen. Die anfänglichen Reagenzien, deren Wechselwirkung durch diese Moleküle katalysiert wird, werden Substrate genannt, und die Endverbindungen werden als Produkte bezeichnet.
In der Natur funktionieren Enzymproteine nur in lebenden Systemen. In der modernen Biotechnologie, klinischen Diagnostik, Pharmazie und Medizin werden jedoch gereinigte Enzyme oder deren Komplexe sowie zusätzliche Komponenten verwendet, die für den Betrieb des Systems und die Visualisierung von Daten für den Forscher erforderlich sind.
Biologische Bedeutung und Eigenschaften von Enzymen
Ohne diese Moleküle könnte ein lebender Organismus nicht funktionieren. Alle Lebensprozesse funktionieren dank Enzymen harmonisch. Die Hauptfunktion von Enzymproteinen im Körper besteht darin, den Stoffwechsel zu regulieren. Ohne sie ist ein normaler Stoffwechsel nicht möglich. Die molekulare Aktivität wird reguliert durchAktivatoren (Induktoren) oder Inhibitoren. Die Kontrolle wirkt auf verschiedenen Ebenen der Proteinsynthese. Es "funktioniert" auch in Bezug auf das fertige Molekül.
Die Haupteigenschaft von Protein-Enzymen ist die Spezifität für ein bestimmtes Substrat. Und dementsprechend die Fähigkeit, nur eine oder seltener mehrere Reaktionen zu katalysieren. Normalerweise sind solche Prozesse reversibel. Ein Enzym ist für beide Funktionen verantwortlich. Aber das ist noch nicht alles.
Die Rolle von Enzymproteinen ist wesentlich. Ohne sie laufen biochemische Reaktionen nicht ab. Durch die Wirkung von Enzymen wird es den Reagenzien ermöglicht, die Aktivierungsbarriere ohne nennenswerten Energieaufwand zu überwinden. Im Körper gibt es keine Möglichkeit, die Temperatur über 100 ° C zu erhitzen oder aggressive Komponenten wie ein chemisches Labor zu verwenden. Das Enzymprotein bindet an das Substrat. Im gebundenen Zustand erfolgt die Modifikation mit der anschließenden Freisetzung des letzteren. So funktionieren alle Katalysatoren, die in der chemischen Synthese verwendet werden.
Was sind die Organisationsebenen eines Enzymproteinmoleküls?
Normalerweise haben diese Moleküle eine tertiäre (Kügelchen) oder quartäre (mehrere zusammenhängende Kügelchen) Proteinstruktur. Zunächst werden sie in linearer Form synthetisiert. Und dann werden sie in die gewünschte Struktur gef altet. Um Aktivität zu gewährleisten, benötigt der Biokatalysator eine bestimmte Struktur.
Enzyme werden wie andere Proteine durch Hitze, extreme pH-Werte, aggressive chemische Verbindungen zerstört.
Zusätzliche EigenschaftenEnzyme
Unter ihnen werden folgende Merkmale der Komponenten unterschieden:
- Stereospezifisch - die Bildung von nur einem Produkt.
- Regioselektivität - Aufbrechen einer chemischen Bindung oder Modifizieren einer Gruppe in nur einer Position.
- Chemoselektivität - Katalyse von nur einer Reaktion.
Arbeitsmerkmale
Enzymspezifität variiert. Aber jedes Enzym ist immer in Bezug auf ein bestimmtes Substrat oder eine Gruppe von Verbindungen mit ähnlicher Struktur aktiv. Nicht-Protein-Katalysatoren haben diese Eigenschaft nicht. Die Spezifität wird anhand der Bindungskonstante (mol/l) gemessen, die bis zu 10−10 mol/l betragen kann. Die Arbeit des aktiven Enzyms ist schnell. Ein Molekül katalysiert Tausende bis Millionen von Operationen pro Sekunde. Der Grad der Beschleunigung biochemischer Reaktionen ist deutlich (1000-100000 Mal) höher als bei herkömmlichen Katalysatoren.
Die Wirkung von Enzymen beruht auf mehreren Mechanismen. Die einfachste Wechselwirkung tritt mit einem Substratmolekül auf, gefolgt von der Bildung eines Produkts. Die meisten Enzyme sind in der Lage, 2-3 verschiedene Moleküle zu binden, die reagieren. Beispielsweise die Übertragung einer Gruppe oder eines Atoms von einer Verbindung auf eine andere oder eine doppelte Substitution nach dem "Ping-Pong"-Prinzip. Bei diesen Reaktionen wird in der Regel ein Substrat angebunden und das zweite über eine funktionelle Gruppe mit dem Enzym assoziiert.
Die Untersuchung des Mechanismus der Enzymwirkung erfolgt mit folgenden Methoden:
- Definitionen von Zwischen- und Endprodukten.
- Untersuchungen der Geometrie der Struktur und der damit verbundenen funktionellen GruppenSubstrat und sorgen für eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit.
- Mutation von Enzymgenen und Bestimmung von Änderungen in ihrer Synthese und Aktivität.
Aktives und verbindendes Zentrum
Ein Substratmolekül ist viel kleiner als ein Enzymprotein. Daher erfolgt die Bindung aufgrund einer geringen Anzahl funktioneller Gruppen des Biokatalysators. Sie bilden ein aktives Zentrum, das aus einem bestimmten Satz von Aminosäuren besteht. Bei komplexen Proteinen ist in der Struktur eine prosthetische Gruppe nichtproteinischer Natur vorhanden, die auch Teil des aktiven Zentrums sein kann.
Es ist notwendig, eine separate Gruppe von Enzymen herauszugreifen. Ihr Molekül enthält ein Coenzym, das sich ständig an das Molekül bindet und daraus freigesetzt wird. Ein vollständig gebildetes Enzymprotein wird als Holoenzym bezeichnet, und wenn der Cofaktor entfernt wird, wird es als Apoenzym bezeichnet. Vitamine, Metalle, Derivate stickstoffh altiger Basen wirken oft als Coenzyme (NAD - Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, FAD - Flavin-Adenin-Dinukleotid, FMN - Flavin-Mononukleotid).
Die Bindungsstelle bietet Substratspezifität. Dadurch wird ein stabiler Substrat-Enzym-Komplex gebildet. Die Struktur des Kügelchens ist so aufgebaut, dass es auf der Oberfläche eine Nische (Schlitz oder Vertiefung) einer bestimmten Größe hat, die die Bindung des Substrats gewährleistet. Diese Zone befindet sich normalerweise nicht weit vom aktiven Zentrum entfernt. Einige Enzyme haben Bindungsstellen an Cofaktoren oder Metallionen.
Schlussfolgerung
Protein-Das Enzym spielt eine wichtige Rolle im Körper. Solche Substanzen katalysieren chemische Reaktionen, sind für den Stoffwechselprozess verantwortlich - Stoffwechsel. In jeder lebenden Zelle finden ständig Hunderte von biochemischen Prozessen statt, einschließlich Reduktionsreaktionen, Sp altung und Synthese von Verbindungen. Die Oxidation von Stoffen erfolgt ständig unter großer Energiefreisetzung. Es wird wiederum für die Bildung von Kohlenhydraten, Proteinen, Fetten und deren Komplexen aufgewendet. Sp altprodukte sind die Bausteine für die Synthese der notwendigen organischen Verbindungen.
