Entsyymin rakenne ja toiminta

Entsyymit on proteiini, joka helpottaa solun metabolista prosessia alentamalla aktivaatioenergian (Ea) tasoja katalysoidakseen kemiallisia reaktioita biomolekyylien välillä. Jotkut entsyymit vähentävät aktivointienergiaa niin alhaiselle tasolle, että ne todella kääntävät solureaktiot. Mutta kaikissa tapauksissa entsyymit helpottavat reaktioita muuttamatta niitä, kuten tapa, jolla polttoaine palaa käytettynä.

Kemiallisten reaktioiden tapahtumiseksi molekyylien on törmättävä sopivissa olosuhteissa, joita entsyymit voivat auttaa luomaan. Esimerkiksi, ilman asianmukaisen entsyymin läsnäoloa, glukoosimolekyylit ja fosfaattimolekyylit glukoosi-6-fosfaatissa pysyvät sitoutuneina. Mutta kun esität hydrolaasientsyymi, glukoosi- ja fosfaattimolekyylit erottuvat.

Entsyymin tyypillinen molekyylipaino (molekyylin atomien kokonaisatomipainot) vaihtelee välillä noin 10 000 - yli miljoona. Pieni määrä entsyymejä ei oikeastaan ​​ole proteiineja, vaan koostuu pienistä katalyyttisistä RNA-molekyyleistä. Muut entsyymit ovat moniproteiinikomplekseja, jotka käsittävät useita yksittäisiä proteiiniyksiköitä.

Vaikka monet entsyymit katalysoivat reaktioita itsessään jotkut vaativat lisäproteiineja, joita kutsutaan "kofaktoreiksi", jotka voivat olla epäorgaanisia ioneja, kuten Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺tai Zn²⁺, tai ne voivat koostua orgaanisista tai metalloorgaanisista molekyyleistä, jotka tunnetaan nimellä "koentsyymit".

Suurin osa entsyymeistä luokitellaan seuraaviin kolmeen pääluokkaan niiden katalysoimien reaktioiden perusteella:

• oksidoreduktaasit katalysoida hapettumisreaktioita, joissa elektronit kulkevat yhdestä molekyylistä toiseen. Esimerkki: alkoholidehydrogenaasi, joka muuttaa alkoholit aldehydeiksi tai ketoneiksi. Tämä entsyymi tekee alkoholista vähemmän myrkyllisen, koska se hajottaa sen, ja sillä on myös avainrooli käymisprosessissa.
• transferaasit katalysoida funktionaalisen ryhmän kuljetusta yhdestä molekyylistä toiseen. Ensisijaisiin esimerkkeihin kuuluvat aminotransferaasit, jotka katalysoivat aminohappojen hajoamista poistamalla aminoryhmät.
• hydrolaasi entsyymit katalysoivat hydrolyysiä, jolloin yksittäiset sidokset hajoavat altistuessaan vedelle. Esimerkiksi glukoosi-6-fosfataasi on hydrolaasi, joka poistaa fosfaattiryhmän glukoosi-6-fosfaatista, jättäen glukoosin ja H3PO4 (fosforihappo).

Kolme vähemmän yleistä entsyymiä ovat seuraavat:

• lyaasit katalysoida erilaisten kemiallisten sidosten hajoamista muilla tavoin kuin hydrolyysillä ja hapetuksella muodostaen usein uusia kaksoissidoksia tai rengasrakenteita. Pyruvaattidekarboksylaasi on esimerkki lyaasista, joka poistaa CO2 (hiilidioksidi) pyruvaatista.
• isomeraaseihin katalysoida molekyylien rakenteellisia muutoksia, aiheuttaen muodomuutoksia. Esimerkki: ribuloosifosfaattiepimeraasi, joka katalysoi ribuloosi-5-fosfaatin ja ksyluloosi-5-fosfaatin vuorovaikutusta.
• ligaaseista katalysoida ligaatiota - substraattiparien yhdistelmä. Esimerkiksi heksokinaasit on ligaasi, joka katalysoi glukoosin ja ATP: n muunnoksia glukoosi-6-fosfaatin ja ADP: n kanssa.

Entsyymit vaikuttavat jokapäiväiseen elämään. Esimerkiksi pyykinpesuaineissa olevat entsyymit auttavat hajottamaan tahroja aiheuttavia proteiineja, kun taas lipaasit auttavat liuottamaan rasva-tahrat. Lämpö- ja kyllästyskykyiset entsyymit toimivat äärimmäisissä lämpötiloissa, ja ovat tästä syystä käyttökelpoisia teollisuudessa prosessit, joissa vaaditaan korkeita lämpötiloja, tai bioremediaatiota varten, jotka tapahtuvat ankarissa olosuhteissa, kuten arktinen.

Elintarviketeollisuudessa entsyymit muuntavat tärkkelyksen sokeriksi makeutusaineiden valmistamiseksi muista lähteistä kuin sokeriruoko. Vaateteollisuudessa entsyymit vähentävät puuvillan epäpuhtauksia ja vähentävät mahdollisesti haitallisten kemikaalien tarvetta, joita käytetään nahan parkitusprosessissa.

Viimeiseksi muoviteollisuus etsii jatkuvasti tapoja käyttää entsyymejä biohajoavien tuotteiden kehittämiseen.