آنزیم ها پروتئین های کروی هستند که به انجام تمام فرآیندهای سلولی کمک می کنند. مانند همه کاتالیزورها، آنها نمی توانند واکنش را معکوس کنند، اما برای سرعت بخشیدن به آن عمل می کنند.
محلی سازی آنزیم ها در سلول
در داخل سلول، آنزیم‌های منفرد معمولاً در اندامک‌های کاملاً مشخص وجود دارند و عمل می‌کنند. محلی سازی آنزیم ها به طور مستقیم با عملکردی که این قسمت از سلول معمولاً انجام می دهد، مرتبط است.
تقریبا همه آنزیم های گلیکولیز در سیتوپلاسم قرار دارند. آنزیم های چرخه اسید تری کربوکسیلیک در ماتریکس میتوکندری هستند. مواد فعال هیدرولیز در لیزوزوم ها وجود دارد.
بافت ها و اندام های فردی حیوانات و گیاهان نه تنها در مجموعه آنزیم ها، بلکه در فعالیت آنها نیز متفاوت است. از این ویژگی بافت ها در کلینیک در تشخیص بیماری های خاص استفاده می شود.
همچنین ویژگی های مرتبط با افزایش سن در فعالیت و مجموعه آنزیم ها در بافت ها وجود دارد. آنها به وضوح در طول رشد جنینی در طی تمایز بافتی قابل مشاهده هستند.
نامگذاری آنزیم
سیستم های نامگذاری متعددی وجود دارد که هر کدام به میزان متفاوتی خواص آنزیم ها را در نظر می گیرند.
- بی اهمیت. نام مواد به صورت تصادفی آورده شده است. به عنوان مثال، پپسین (پپسیس - "هضم"، یونانی) و تریپسین (tripsis - "نازک"، یونانی)
- عقلانی. نام آنزیم از سوبسترا و انتهای "-ase" تشکیل شده است. به عنوان مثال، آمیلاز هیدرولیز نشاسته را تسریع می کند (آمیلو - "نشاسته"، یونانی).
- مسکو. در سال 1961 توسط کمیسیون بین المللی نامگذاری آنزیم در پنجمین کنگره بین المللی بیوشیمی به تصویب رسید. نام ماده از سوبسترا و واکنشی که توسط آنزیم کاتالیز می شود (شتاب می شود) ساخته شده است. اگر وظیفه آنزیم ها انتقال گروهی از اتم ها از یک مولکول (سوبسترا) به مولکول دیگر (پذیرنده) باشد، نام کاتالیزور شامل نام شیمیایی گیرنده است. به عنوان مثال، در واکنش انتقال یک گروه آمینه از آلانین به اسید ۲-هیدروکسی گلوتاریک، آنزیم آلانین: ۲-اکسگلوتارات آمینوترانسفراز دخالت دارد. نام نشان دهنده:
- سوبسترا - آلانین؛
- گیرنده - اسید 2-oxoglutaric;
- یک گروه آمینه در واکنش منتقل می شود.
کمیسیون بین المللی فهرستی از تمام آنزیم های شناخته شده تهیه کرده است که دائماً به روز می شود. این به دلیل کشف مواد جدید است.
طبقه بندی آنزیم ها
دو راه برای تقسیم آنزیم ها به گروه وجود دارد. اولی دو دسته از این مواد را ارائه می دهد:
- ساده - فقط از پروتئین تشکیل شده است؛
- کمپلکس - حاوی یک بخش پروتئینی (آپوآنزیم) و یک بخش غیر پروتئینی به نام کوآنزیم است.
به قسمت غیر پروتئینیآنزیم پیچیده ممکن است شامل ویتامین ها باشد. تعامل با سایر مواد از طریق مرکز فعال رخ می دهد. کل مولکول آنزیم در این فرآیند شرکت نمی کند.
خواص آنزیم ها مانند سایر پروتئین ها با ساختار آنها مشخص می شود. بسته به آن، کاتالیزورها فقط واکنش‌های خود را تسریع می‌کنند.
روش دوم طبقه بندی مواد را بر اساس عملکرد آنزیم ها تقسیم می کند. نتیجه شش کلاس است:
- oxidoreductase;
- transferases;
- هیدرولازها;
- ایزومراز؛
- lyases;
- لیگاز.
اینها به طور کلی گروه های پذیرفته شده هستند، آنها نه تنها در انواع واکنش هایی که آنزیم های موجود در آنها را تنظیم می کنند، متفاوت هستند. مواد گروه های مختلف ساختار متفاوتی دارند. بنابراین، عملکرد آنزیم‌ها در یک سلول نمی‌تواند یکسان باشد.
اکسیدرودکتازها - ردوکس
عملکرد اصلی آنزیم های گروه اول تسریع واکنش های ردوکس است. یک ویژگی مشخص: توانایی تشکیل زنجیره ای از آنزیم های اکسیداتیو که در آن الکترون ها یا اتم های هیدروژن از اولین بستر به گیرنده نهایی منتقل می شوند. این مواد بر اساس اصل کار یا محل کار در واکنش جدا می شوند.
- دهیدروژنازهای هوازی (اکسیدازها) انتقال الکترون ها یا پروتون ها را به طور مستقیم به اتم های اکسیژن تسریع می کنند. بی هوازی ها همان اعمال را انجام می دهند، اما در واکنش هایی که بدون انتقال الکترون ها یا اتم های هیدروژن به اتم های اکسیژن انجام می شود.
- ابتداییدهیدروژنازها فرآیند حذف اتم های هیدروژن از ماده اکسید شده (سوبسترای اولیه) را کاتالیز می کنند. ثانویه - سرعت بخشیدن به حذف اتم های هیدروژن از بستر ثانویه، آنها با استفاده از دهیدروژناز اولیه به دست آمدند.
ویژگی دیگر: کاتالیزورهای دو جزئی با مجموعه بسیار محدودی از کوآنزیم ها (گروه های فعال)، می توانند طیف گسترده ای از واکنش های ردوکس را تسریع کنند. این با تعداد زیادی گزینه به دست می آید: همان کوآنزیم می تواند به آپوآنزیم های مختلف بپیوندد. در هر مورد، یک اکسیدوردوکتاز خاص با خواص خاص خود به دست می آید.
عملکرد دیگری از آنزیم های این گروه وجود دارد که نمی توان آن را نادیده گرفت - آنها روند فرآیندهای شیمیایی مرتبط با آزاد شدن انرژی را تسریع می کنند. چنین واکنش هایی گرمازا نامیده می شود.
Transferases - حاملان
این آنزیم ها عملکرد تسریع واکنش های انتقال باقی مانده های مولکولی و گروه های عاملی را انجام می دهند. به عنوان مثال، فسفوفروکتوکیناز.
هشت گروه از کاتالیزورها بر اساس گروه انتقال یافته متمایز می شوند. بیایید فقط به تعدادی از آنها نگاه کنیم.
- فسفوترانسفرازها - به انتقال باقی مانده های اسید فسفریک کمک می کنند. آنها با توجه به مقصد (الکل، کربوکسیل و غیره) به زیر کلاس‌هایی تقسیم می‌شوند.
- آمینوترانسفرازها - واکنش های ترانس آمینو اسید آمینه را تسریع می کنند.
- گلیکوزیل ترانسفرازها - باقی مانده های گلیکوزیل را از مولکول های استر فسفر به مولکول های تک و پلی ساکارید منتقل می کند. واکنش ها را ارائه دهیدتجزیه و سنتز الیگو یا پلی ساکاریدها در گیاهان و حیوانات. به عنوان مثال، آنها در تجزیه ساکارز نقش دارند.
- آسیل ترانسفرازها بقایای اسید کربوکسیلیک را به آمین ها، الکل ها و اسیدهای آمینه منتقل می کنند. Acyl-coenzyme-A منبع جهانی گروه های آسیل است. می توان آن را به عنوان یک گروه فعال از آسیل ترانسفرازها در نظر گرفت. اسید استیک آسیل بیشتر قابل تحمل است.
هیدرولاز - تقسیم با آب
در این گروه، آنزیم ها به عنوان کاتالیزور برای واکنش های شکافتن (در اغلب موارد سنتز) ترکیبات آلی، که در آن آب نقش دارد، عمل می کنند. مواد این گروه در سلول ها و در شیره گوارشی موجود است. مولکول های کاتالیزور در دستگاه گوارش از یک جزء تشکیل شده است.
محل این آنزیم ها لیزوزوم است. آنها عملکردهای محافظتی آنزیم ها را در سلول انجام می دهند: آنها مواد خارجی را که از غشاء عبور کرده اند تجزیه می کنند. آنها همچنین موادی را که دیگر مورد نیاز سلول نیستند، که لیزوزوم ها به آنها لقب منظم داده اند، از بین می برند.
نام مستعار دیگر آنها خودکشی سلولی است، زیرا آنها ابزار اصلی اتولیز سلولی هستند. اگر عفونت رخ دهد، فرآیندهای التهابی شروع می‌شود، غشای لیزوزوم نفوذپذیر می‌شود و هیدرولازها وارد سیتوپلاسم می‌شوند و هر چیزی را که در مسیر خود باشد از بین می‌برد و سلول را از بین می‌برد.
چند نوع کاتالیزور را از این گروه جدا کنید:
- استرازها - مسئول هیدرولیز استرهای الکل هستند؛
- گلیکوزیدازها - هیدرولیز گلیکوزیدها را، بسته بهچه ایزومری عمل می کنند، آلفا یا بتا گلیکوزیداز ترشح می کنند؛
- هیدرولازهای پپتیدی مسئول هیدرولیز پیوندهای پپتیدی در پروتئین ها و تحت شرایط خاصی برای سنتز آنها هستند، اما این روش سنتز پروتئین در یک سلول زنده استفاده نمی شود؛
- آمیدازها - مسئول هیدرولیز آمیدهای اسیدی هستند، به عنوان مثال، اوره آز تجزیه اوره را به آمونیاک و آب کاتالیز می کند.
ایزومرازها - تبدیل مولکول
این مواد تغییرات درون یک مولکول را تسریع می کنند. آنها می توانند هندسی یا ساختاری باشند. این می تواند به روش های مختلفی اتفاق بیفتد:
- انتقال اتم های هیدروژن؛
- حرکت گروه فسفات؛
- تغییر آرایش گروه های اتمی در فضا؛
- حرکت پیوند دوگانه.
ایزومریزاسیون می تواند اسیدهای آلی، کربوهیدرات ها یا اسیدهای آمینه باشد. ایزومرازها می توانند آلدئیدها را به کتون تبدیل کنند و برعکس، فرم سیس را به شکل ترانس و بالعکس ترتیب دهند. برای درک بهتر عملکرد آنزیم های این گروه، لازم است تفاوت های ایزومرها را بدانیم.
Liases روابط خود را قطع کرد
این آنزیم ها تجزیه غیر هیدرولیتیکی ترکیبات آلی توسط پیوندها را تسریع می کنند:
- کربن-کربن؛
- فسفر-اکسیژن؛
- کربن-گوگرد؛
- کربن-نیتروژن؛
- کربن-اکسیژن.
در این حالت، محصولات ساده ای مانند دی اکسید کربن، آب، آمونیاک آزاد می شوند و پیوندهای دوگانه بسته می شوند. تعداد کمی از این واکنش ها می توانند در جهت مخالف انجام شوند، آنزیم های مربوطه در جهت مناسب هستندتحت این شرایط، فرآیندهای نه تنها پوسیدگی، بلکه سنتز را نیز تسریع می‌کنند.
لیازها بر اساس نوع پیوندی که می شکند طبقه بندی می شوند. آنها آنزیم های پیچیده ای هستند.
پیوندهای متقابل لیگاز
عملکرد اصلی آنزیم های این گروه تسریع واکنش های سنتز است. ویژگی آنها ترکیب ایجاد با فروپاشی موادی است که قادر به تأمین انرژی برای اجرای فرآیند بیوسنتزی هستند. با توجه به نوع اتصال ایجاد شده، شش زیر کلاس وجود دارد. پنج مورد از آنها با زیرگروه های لیاز یکسان هستند و گروه ششم مسئول ایجاد پیوند نیتروژن و فلز است.
برخی لیگازها در فرآیندهای سلولی مهمی نقش دارند. به عنوان مثال، DNA لیگاز در همانندسازی اسید دئوکسی ریبونوکلئیک نقش دارد. این شکستگی های تک رشته ای را به هم متصل می کند و پیوندهای فسفودی استری جدید ایجاد می کند. این اوست که قطعات اوکازاکی را به هم متصل می کند.
همان آنزیم به طور فعال در مهندسی ژنتیک استفاده می شود. این به دانشمندان اجازه می دهد تا مولکول های DNA را از قطعات مورد نیاز خود به هم بچسبانند و زنجیره های منحصر به فردی از اسید دئوکسی ریبونوکلئیک ایجاد کنند. هر اطلاعاتی را می توان در آنها قرار داد، بنابراین کارخانه ای برای تولید پروتئین های لازم ایجاد کرد. به عنوان مثال، می توانید قطعه ای را که مسئول سنتز انسولین است، به DNA یک باکتری بدوزید. و هنگامی که سلول پروتئین های خود را ترجمه می کند، در همان زمان ماده مفیدی را برای اهداف پزشکی لازم می سازد. تنها چیزی که باقی می ماند تمیز کردن آن است و به بسیاری از افراد بیمار کمک خواهد کرد.
نقش عظیم آنزیم ها در بدن
آنها می توانندسرعت واکنش را بیش از ده برابر افزایش دهید. این به سادگی برای عملکرد طبیعی سلول ضروری است. و آنزیم ها در هر واکنشی نقش دارند. بنابراین، عملکرد آنزیم ها در بدن مانند همه فرآیندهای در حال انجام متنوع است. و شکست این کاتالیزورها منجر به عواقب جدی می شود.
آنزیم ها به طور گسترده در مواد غذایی، صنایع سبک، پزشکی استفاده می شوند: از آنها برای تهیه پنیر، سوسیس، کنسرو، و بخشی از پودرهای لباسشویی استفاده می شود. آنها همچنین در ساخت مواد عکاسی استفاده می شوند.
