אנזים: איך זה עובד ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

אנזים , זרז או biocatalyst ביולוגי הוא מולקולה, בדרך כלל ממוצא חלבון, כי יש לו את היכולת להאיץ את התגובות הכימיות המתרחשות בתוך יצור חיים. מולקולות החלבון הקטליטי הן אנזימים, ואלו בעלות אופי RNA הם ריבוזימים.

בהיעדר אנזימים, המספר העצום של התגובות שמתרחשות בתא המאפשרות חיים לא יכול היה להתרחש. אלה אחראים להאיץ את התהליך בהזמנות בסדר גודל של 10 ⁶ - ובמקרים מסוימים גבוהים בהרבה.

תרשים סכמטי של צומת נעילת מפתחות של מתחם אנזים-מצע. מקור: Competitive_inhibition_es.svg: * Competitive_inhibition.svg: נכתב על ידי ג'רי קרימזון מאן, שונה על ידי TimVickers, וקטוריזציה על ידי עבודות Fvasconcellosderivative: עבודה נגזרת של Retama (שיחה): Bekerr

קָטָלִיזָה

זרז הוא מולקולה המסוגלת לשנות את קצב התגובה הכימית מבלי שנצרכת בתגובה האמורה.

תגובות כימיות כוללות אנרגיה: המולקולות הראשוניות המעורבות בתגובה או המגיבים מתחילות בדרגה אחת של אנרגיה. כמות אנרגיה נוספת נספגת בכדי להגיע ל"מצב המעבר ". בהמשך, האנרגיה משתחררת עם המוצרים.

ההבדל באנרגיה בין מגיבים למוצרים מתבטא כ- ∆G. אם רמות האנרגיה של המוצרים גבוהות מהגיבים, התגובה היא אנרגונית ואינה ספונטנית. לעומת זאת, אם האנרגיה של המוצרים נמוכה יותר, התגובה היא אקסרגונית וספונטנית.

עם זאת, רק מכיוון שהתגובה היא ספונטנית אין פירוש הדבר שהיא תתרחש בקצב ניכר. מהירות התגובה תלויה ב- G * (הכוכבית מתייחסת לאנרגיית ההפעלה).

על הקורא לזכור מושגים אלה על מנת להבין כיצד אנזימים עובדים.

אנזימים

מהו אנזים?

אנזימים הם מולקולות ביולוגיות בעלות מורכבות מדהימה, המורכבות בעיקר מחלבונים. חלבונים, בתורם, הם שרשראות ארוכות של חומצות אמינו.

אחד המאפיינים הבולטים של אנזימים הוא הספציפיות שלהם למולקולת המטרה - מולקולה זו מכונה מצע.

מאפייני אנזימים

אנזימים קיימים בצורות שונות. חלקם מורכבים כולו מחלבונים, בעוד שבאחרים יש אזורים בעלי אופי שאינו חלבוני הנקראים קופקטורים (מתכות, יונים, מולקולות אורגניות וכו ').

לפיכך, אפואנזים הוא אנזים ללא הקופקטור שלו, והשילוב של האפנזים לקופקטור שלו נקרא הולואנזים.

מדובר במולקולות בגודל גדול במידה ניכרת. עם זאת, רק אתר קטן באנזים מעורב ישירות בתגובה עם המצע, ואזור זה הוא האתר הפעיל.

כאשר התגובה מתחילה, האנזים מרתק את המצע שלו כמו שמפתח עוסק במנעולו (מודל זה הוא פישוט התהליך הביולוגי בפועל, אך הוא משמש להמחשת התהליך).

כל התגובות הכימיות המתרחשות בגופנו מנותחות על ידי אנזימים. למעשה, אם מולקולות אלה לא היו קיימות, היינו צריכים לחכות מאות או אלפי שנים עד שההתגובות יושלמו. לכן יש לשלוט על ויסות פעילות האנזים בצורה מאוד ספציפית.

נומינקלטור ומיון אנזימים

כשאנו רואים מולקולה ששמה מסתיים באיזור, אנו יכולים להיות בטוחים כי מדובר באנזים (אם כי ישנם חריגים לכלל זה, כגון טריפסין). זו אמנת השמות לאנזימים.

ישנם שישה סוגים בסיסיים של אנזימים: אוקסדורדוקטאזים, טרנספרזות, הידרולאזים, ליאזות, איזומרים, וליגסים; האחראי על: תגובות redox, העברת אטום, הידרוליזה, תוספת של קשרים כפולים, איזומריזציה ואיחוד של מולקולות, בהתאמה.

איך אנזימים עובדים?

בחלק הקטליזה הזכרנו כי מהירות התגובה תלויה בערך של ∆G *. ככל שערך זה גבוה יותר, התגובה איטית יותר. האנזים אחראי להפחתת פרמטר זה - ובכך להגדיל את מהירות התגובה.

ההבדל בין המוצרים לבין המגיבים נותר זהה (האנזים אינו משפיע עליו), וכך גם תפוצתם. האנזים מקל על היווצרות מצב המעבר.

מעכבי אנזים

בהקשר של חקר האנזימים, מעכבים הם חומרים שמצליחים להפחית את פעילות הזרז. הם מסווגים לשני סוגים: מעכבים תחרותיים ולא תחרותיים. אלה מהסוג הראשון מתחרים במצע ואחרים לא.

באופן כללי, תהליך ההעצמה הפיך, אם כי ישנם מעכבים שיכולים להישאר מחוברים לאנזים כמעט באופן קבוע.

דוגמאות

בתאים שלנו יש כמויות אדירות של אנזימים - ובתאים של כל היצורים החיים. עם זאת, הידועים ביותר הם אלה שמשתתפים במסלולי חילוף חומרים כמו גליקוליזה, מחזור קרבס ושרשרת הובלת האלקטרונים, בין היתר.

סוכת דהידרוגנאז הוא אנזים מסוג אוקסדורדדוקטאז המזרז את חמצון הסוקינאט. במקרה זה, התגובה כוללת אובדן של שני אטומי מימן.

הבדל בין זרזים ביולוגיים (אנזימים) לזרזים כימיים

ישנם זרזים כימיים שכמו אלו הביולוגיים מגדילים את מהירות התגובות. עם זאת, ישנם הבדלים בולטים בין שני סוגי המולקולות.

תגובות מנותחות אנזים מתרחשות מהר יותר

ראשית, אנזימים מסוגלים להגביר את מהירות התגובות לפי סדרי גודל הקרובים ל- 10 ⁶ ל- 10 ¹² . זרזים כימיים גם מגבירים את המהירות, אך רק בכמה סדרי גודל.

רוב האנזימים עובדים בתנאים פיזיולוגיים

כאשר התגובות הביולוגיות מתבצעות בתוך יצורים חיים, התנאים האופטימליים שלהם מקיפים את הערכים הפיזיולוגיים של טמפרטורה ו- pH. כימאים מצידם זקוקים לתנאים דרסטיים של טמפרטורה, לחץ וחומציות.

ספֵּצִיפִיוּת

אנזימים מאוד ספציפיים בתגובות שהם מזרזים. ברוב המקרים הם עובדים רק עם מצע אחד או מעטים. הספציפיות חלה גם על סוג המוצרים שהם מייצרים. מגוון המצעים לזרזים כימיים הוא רחב בהרבה.

הכוחות שקובעים את הספציפיות של האינטראקציה בין האנזים לתשתית שלו זהים המכתיבים את הקונפורמציה של החלבון עצמו (אינטראקציות של ואן דר וואלס, אלקטרוסטטית, קשירת מימן והידרופובי).

ויסות האנזים מדויק

לבסוף, לאנזימים יש יכולת רגולטורית גדולה יותר ופעילותם משתנה בהתאם לריכוז של חומרים שונים בתא.

מנגנוני הרגולציה כוללים שליטה אלסטרואלית, שינוי קוולנטי של אנזימים ושונות בכמות האנזים המסונתז.

הפניות

1. ברג, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). בִּיוֹכִימִיָה. התהפכתי.
2. קמפבל, ח"כ ופארל, SO (2011). בִּיוֹכִימִיָה. המהדורה השישית. תומסון. ברוקס / קול.
3. Devlin, TM (2011). ספר לימוד לביוכימיה. ג'ון וויילי ובניו.
4. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). ביוכימיה: טקסט ואטלס. פנמריקנית רפואית אד.
5. מוגיוס, ו '(2006). תרגול ביוכימיה. קינטיקה אנושית.
6. מולר-אסתרל, וו. (2008). בִּיוֹכִימִיָה. יסודות רפואה ומדעי החיים. התהפכתי.
7. Poortmans, JR (2004). עקרונות התעמלות ביוכימיה. קארגר.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). בִּיוֹכִימִיָה. פנמריקנית רפואית אד.