enzyme

english Enzyme

buod

  • alinman sa ilang mga komplikadong protina na ginawa ng mga selula at kumikilos bilang mga katalista sa mga tiyak na reaksiyong biochemical

Pangkalahatang-ideya

Ang mga enzyme /ˈɛnzaɪmz/ ay parehong protina at biological catalysts (biocatalysts). Pinapabilis ng mga katalista ang mga reaksiyong kemikal. Ang mga molekula kung saan maaaring kumilos ang mga enzyme ay tinatawag na mga substrate, at ang enzyme ay nagpapalit ng mga substrate sa iba't ibang mga molekula na kilala bilang mga produkto. Halos lahat ng metabolic process sa cell ay nangangailangan ng enzyme catalysis upang maganap sa mga rate na sapat na mabilis upang mapanatili ang buhay. Ang mga metabolic pathway ay nakasalalay sa mga enzyme upang ma-catalyze ang mga indibidwal na hakbang. Ang pag-aaral ng mga enzyme ay tinatawag na enzymology at isang bagong larangan ng pagsusuri ng pseudoenzyme ay lumaki kamakailan, na kinikilala na sa panahon ng ebolusyon, ang ilang mga enzyme ay nawalan ng kakayahang magsagawa ng biological catalysis, na kadalasang makikita sa kanilang mga pagkakasunud-sunod ng amino acid at hindi pangkaraniwang 'pseudocatalytic' ari-arian.
Ang mga enzyme ay kilala sa pag-catalyze ng higit sa 5,000 mga uri ng biochemical reaction. Ang iba pang mga biocatalyst ay mga catalytic RNA molecule, na tinatawag na ribozymes. Ang pagtitiyak ng mga enzyme ay nagmumula sa kanilang natatanging three-dimensional na istruktura.
Tulad ng lahat ng mga catalyst, pinapataas ng mga enzyme ang rate ng reaksyon sa pamamagitan ng pagpapababa ng activation energy nito. Ang ilang mga enzyme ay maaaring gumawa ng kanilang conversion ng substrate sa produkto na mangyari nang milyun-milyong beses na mas mabilis. Ang isang matinding halimbawa ay ang orotidine 5'-phosphate decarboxylase, na nagbibigay-daan sa isang reaksyon na kung hindi man ay aabutin ng milyun-milyong taon na mangyari sa millisecond. Sa kemikal, ang mga enzyme ay tulad ng anumang katalista at hindi natupok sa mga kemikal na reaksyon, at hindi rin nila binabago ang ekwilibriyo ng isang reaksyon. Ang mga enzyme ay naiiba sa karamihan ng iba pang mga catalyst sa pamamagitan ng pagiging mas tiyak. Ang aktibidad ng enzyme ay maaaring maapektuhan ng ibang mga molekula: ang mga inhibitor ay mga molekula na nagpapababa ng aktibidad ng enzyme, at ang mga activator ay mga molekula na nagpapataas ng aktibidad. Maraming mga therapeutic na gamot at lason ang enzyme inhibitors. Kapansin-pansing bumababa ang aktibidad ng isang enzyme sa labas ng pinakamainam na temperatura at pH nito, at maraming enzyme ang (permanenteng) nadenaturate kapag nalantad sa sobrang init, nawawala ang kanilang istraktura at mga katangian ng catalytic.
Ang ilang mga enzyme ay ginagamit sa komersyo, halimbawa, sa synthesis ng mga antibiotics. Gumagamit ang ilang produkto ng sambahayan ng mga enzyme upang pabilisin ang mga reaksiyong kemikal: ang mga enzyme sa biological washing powder ay nagbabasa ng protina, starch o fat stain sa mga damit, at ang mga enzyme sa meat tenderizer ay naghihiwa ng mga protina sa mas maliliit na molekula, na ginagawang mas madaling nguyain ang karne.

enzyme Ginamit mula noong sinaunang panahon upang magsagawa ng ilang mga proseso sa paggawa ng mga brewed na pagkain. Kahit ngayon, ang malt amylase ay ginagamit upang i-saccharify ang starch sa paggawa ng serbesa, at ang rennin na ginawa mula sa likido sa tiyan ng guya ay ginagamit upang pagsamahin ang protina ng gatas sa paggawa ng keso, ngunit hindi malinaw kung kailan ito nagsimula. Sa halip, pinaniniwalaan na ang ilan ay maaaring masubaybayan pabalik sa prehistoric times. Gayunpaman, hindi hanggang sa kalagitnaan ng ika-20 siglo na ang paggamit ng mga enzyme ay umalis sa pantulong na papel ng industriya ng paggawa ng serbesa at kinilala bilang isang malayang teknolohiya. Ito ay dahil ang pananaliksik sa mga enzyme ay mabilis na umunlad mula noon, at lalo na, suportado ng mga pagsulong sa teknolohiya ng paglilinis ng enzyme, maraming mga enzyme ang nahiwalay sa isang purong estado, at ang mga detalye ng kanilang mga aksyon ay nilinaw. Ito ay dahil ang paggamit ng mga bagong enzyme ay ginawa ng isa-isa batay sa mga natuklasan.

Ang bentahe ng paggamit ng isang enzyme ay nakasalalay sa katotohanan na ang enzyme ay isang sangkap na ginawa ng isang organismo at nagdudulot ng iba't ibang mga reaksiyong kemikal na ginagawa ng organismo. Iyon ay, ang mga enzyme ay tumutugon nang pinakamahusay sa ilalim ng banayad na mga kondisyon na nagpapahintulot sa mga organismo na mabuhay, at makilala at tumugon lamang sa mga partikular na sangkap na may mga kumplikadong biological na bahagi (ito ay tinatawag na substrate specificity). Ay isang kapansin-pansing tampok kumpara sa kemikal na reaksyon na may isang normal na katalista. Ang mga reaksyon sa ilalim ng banayad na mga kondisyon ay hindi nagsasangkot ng hindi kinakailangang denaturation ng mga hilaw na materyales, at ang mahigpit na pagtitiyak ng substrate ay maaaring tumpak na mapagtanto lamang ang nais na reaksyon sa isang kumplikadong sistema ng bahagi, na kung saan ay ang pag-save ng enerhiya na nakatuon sa modernong industriya. Ito ay masasabing isang mapagkukunan at enerhiya-saving paraan ng produksyon. Para sa kadahilanang ito, ang paggamit ng mga enzyme ay malawakang ginagamit sa pagproseso ng pagkain gamit ang medyo hindi matatag na hilaw na materyales at sa paggawa ng mga produktong parmasyutiko na nangangailangan ng mga produktong may mataas na kadalisayan. Habang kinikilala ang mga pakinabang ng paggamit ng enzyme, umunlad ang pagbuo ng mga paghahanda ng enzyme na gagamitin, at sa nakalipas na 20 taon, maraming uri ng paghahanda ng enzyme ang nabuo, at ang pananaliksik sa kanilang aktibong paggamit ay humantong sa paggamit ng bagong mga enzyme. Nabuksan na. Ang mga maagang paghahanda ng enzyme ay inihanda mula sa mga tisyu at pagtatago ng hayop at halaman, tulad ng malt at rennin. Kahit ngayon, ang pancreatic powder tulad ng baboy ay ginagamit bilang digestive agent, at ang papaya sap (papain) at pineapple fruit (bromelain) ay ginagamit upang gumawa ng protease agent. Gayunpaman, sa paggawa ng Takamine Jokichi mula sa Jiuqu sa simula ng ika-20 siglo at ang pagtatatag ng isang paraan para sa paggawa ng α-amylase mula sa Bacillus subtilis noong 1940s, ang mga mapagkukunan ng enzyme ay kinakailangan ng mga microorganism. Ito ay naging. Ito ay dahil napakaraming uri ng mga mikroorganismo, at kung pipiliin ang isang naaangkop na mikroorganismo, ang isang enzyme na angkop para sa layunin ng paggamit ay madaling makuha, at dahil ang mikroorganismo ay may masiglang pagkamayabong at mataas na produktibidad ng enzyme, ang enzyme ay matipid. Ito ay dahil sa mga pakinabang tulad ng pagkamit ng pagmamanupaktura. Ang karamihan ng mga enzyme na kasalukuyang ginagawa sa industriya ay mula na sa microbial na pinagmulan. Kahit na ang mga enzyme tulad ng rennin ay pinapalitan ng mga microbial na pinagmulan.

Sa kasalukuyan, ang mga enzyme ay kadalasang ginagamit sa larangan ng industriya ng paggawa ng serbesa at pagproseso ng pagkain, ngunit dahil ang mga hilaw na materyales na ipoproseso ay naglalaman ng malaking halaga ng almirol, protina, at taba, ang mga enzyme na ginagamit ay amylase, protease, at lipase. Mayroong maraming mga hydrolases tulad ng. Kabilang sa mga ito, ang amylase ay ginagamit nang mahabang panahon at may malawak na hanay ng mga gamit. Higit pa rito, sa mga nagdaang taon, ang glucose at maltose ay ginawa sa buong mundo mula sa amylase, at ang halagang ginamit ay ang pinakamalaki, at ang halaga ng produksyon ay higit sa 80% ng kabuuang halaga ng produksyon ng enzyme. Ang paggamit ng mga enzyme sa tabi ng pagpoproseso ng pagkain ay nasa paggawa ng mga gamot at parmasyutiko, at ang pancreatic powder at takadiastase ay ginamit bilang mga digestive agent sa mahabang panahon. Maraming mga paghahanda ng enzyme ang binuo, tulad ng mga anti-inflammatory agent at antithrombotic agent. Bilang karagdagan, bilang isang larangan na may kaugnayan sa medikal na paggamot, ang mga pamamaraan ng pagsusuri sa klinikal na sumusukat sa dami ng mga sangkap na nilalaman sa dugo at ihi na may kaukulang mga enzyme ay binuo, at naging posible na masuri ang mga sakit nang mabilis at tumpak. Higit pa rito, sa industriya ng kemikal kabilang ang mga parmasyutiko Mga pinong kemikal Ang paggamit ng mga enzyme ay malawakang ginamit bilang isang paraan ng pagmamanupaktura, at mayroong maraming mga produkto tulad ng synthetic penicillin, steroid hormones, amino acids, at nucleic acids. Bilang karagdagan sa mga hydrolases, ang mga enzyme na kasangkot sa mga reaksyon tulad ng redox, isomerization, at paglipat ay kadalasang ginagamit sa mga produktong ito. Ang kamakailang teknolohikal na pag-unlad ng immobilized enzymes ay dapat na banggitin bilang isa sa mga kadahilanan na humantong sa pag-unlad ng paggamit ng mga enzyme sa iba't ibang larangan. Kabilang dito ang pag-adsorb o pagbubuklod ng enzyme sa isang uri ng carrier, o pag-encapsulate nito sa isang espesyal na gel o microcapsule upang hindi ito matunaw, halimbawa, pagpuno nito sa isang column, pagpasa nito sa isang substrate solution, at pagre-react. Kung ikukumpara sa maginoo na paraan ng paggamit ng enzyme sa pamamagitan ng batch method, ang enzyme ay maaaring gamitin nang paulit-ulit, na kung saan ay kapansin-pansing napabuti ang pang-ekonomiyang kahusayan. Bilang karagdagan, naging posible na i-link ang mga haligi ng ilang mga enzyme upang maisagawa ang parehong kumplikadong reaksyon tulad ng sa buhay na katawan. Inaasahan na ang paggamit ng mga enzyme ay patuloy na lalawak at magiging mas mahalaga bilang isang paraan ng pagmamanupaktura sa industriya ng kemikal sa pamamagitan ng pagbuo ng mga bagong enzyme at pagbuo ng mga teknolohiya para sa kanilang paggamit. Bilang karagdagan, sa pamamagitan ng paglalapat ng genetic engineering, malayang makukuha ng mga mikroorganismo ang mga may mas mataas na kakayahan sa paggawa ng enzyme at mga mutant strain na gumagawa ng mga enzyme na nagmula sa ibang mga organismo, at nakaposisyon bilang mga mapagkukunan ng enzyme. Mas lalo pang pag-iibayuhin.
Yoshio Tsujisaka

Isang pangkalahatang termino para sa mga katalistang may protina na ginawa sa mga selula ng mga buhay na organismo. Kung saan umiiral ang buhay, ang mga enzyme ay kailangang-kailangan sa buhay sa lahat ng nabubuhay na organismo, mula sa mga mikroorganismo na mga unicellular na organismo hanggang sa mga halaman, hayop, at mga tao na mga multicellular na organismo. Ang protina, na siyang pangunahing bahagi ng enzyme, ay isang polypeptide chain na na-synthesize sa pamamagitan ng sunud-sunod na pag-uugnay ng humigit-kumulang 20 uri ng L-type α-amino acids mula sa NH 2 terminal sa pamamagitan ng peptide binding batay sa genetic na impormasyon ng DNA na natatangi sa bawat organismo . Gayunpaman, hindi tulad ng iba pang mga istrukturang protina tulad ng mga protina ng kalamnan at mga protina ng lamad, ang mga protina ng enzyme ay may aktibong sentro sa isang sulok ng molekula. Meron akong. Bilang karagdagan sa mga protina, ang ilang mga enzyme ay nangangailangan ng mga non-protein na molekula at mga ion tulad ng mga metal ions, mga coenzyme bilang mga partikular na organic compound, at mga inorganic na cation at anion upang ipahayag ang kanilang mga aktibidad at mapanatili ang kanilang mga istruktura. Hindi iilan.

Pagtatagpo ng mga tao at mga enzyme

Alam ng lahat na ang mga enzyme ay tulad ng mga sangkap ngayon. Ang mga enzyme, gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ay orihinal pagbuburo Ito ay malapit na nauugnay sa natural na kababalaghan, at ginagamit na ito araw-araw ng mga tao noong unang panahon nang hindi alam ang pagkakaroon at sangkap ng enzyme. Sa paggawa ng iba't ibang fermented na pagkain tulad ng sake, keso, miso, at toyo, hindi lamang ang kalidad ng bigas, trigo, gatas, toyo, o prutas tulad ng ubas at mansanas, kundi pati na rin ang mga microorganism na kasangkot sa pagbuburo ay pinili. Mahusay na makagawa ng mga de-kalidad na pagkain at inumin na may masaganang lasa sa pamamagitan ng naaangkop na pagpili ng mga strain ng toyo at pagtatakda ng iba't ibang kundisyon gaya ng temperatura ng fermentation, hydrogen ion concentration (pH), at oxygen partial pressure mula sa maraming taon ng karanasan. Ito ay tunay na kamangha-manghang. Kapag ang pagbuburo ay umusad nang katamtaman, ito ay nilagyan ng teknolohiya upang sugpuin ang labis na reaksyon sa pamamagitan ng paggamot sa init na isterilisasyon at maiwasan ang pagbabago ng alkohol sa acid. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng lihiya sa paraan upang baguhin ang pH sa alkaline, ang daloy ng metabolismo ay inilipat sa direksyon ng akumulasyon ng gliserol upang mapataas ang tamis, at mayroon itong karunungan at teknolohiya na maihahambing sa modernong fermentation engineering. ..

Ang mga enzyme sa gayon ay malalim na nasangkot sa sangkatauhan bilang isang kailangang-kailangan na nilalang sa pang-araw-araw na buhay, ngunit ang kanilang pag-iral at sangkap ay nakilala lamang ilang daang taon na ang nakalilipas.

Kasaysayan ng pananaliksik sa enzyme

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga tao ay epektibong gumamit ng mga enzyme sa pamamagitan ng pagkilos ng mga microbial cell na tinatawag na fermentation, habang nananatiling hindi malinaw kung ano ang kanilang sangkap. Ipinakita na posible ito sa pagtuklas at pagbibigay ng pangalan sa enzyme diastase (1832) ni Payan Anselme Payen (1795-1871) at Perso Jean François Persoz (1805-68), at ang starch mula sa malt cell-free extract. Ang pagkamit ng saccharification (1833), at ang pagtuklas ng digestive enzymes sa gastric fluid ni T. Schwan (1836) at ang pagbibigay ng pangalan sa pepsin ay nag-trigger ng ilang mga tagumpay sa pangunguna.

Ang pang-unawa na ang mga enzyme ay hindi nangangahulugang hindi mapaghihiwalay mula sa kababalaghan ng buhay mismo ay unti-unting lumalim, ngunit ang sikat na JF Liebig at L. Pasteur na kontrobersya sa animation, at ang pagkamit ni E. Buchner ng alkohol fermentation na may cell-free extract ng yeast. Sa (1896) sa tuktok, ang pag-unawa na ang mga molekula ng enzyme ay mga proteinaceous catalyst para sa metabolismo sa buhay na katawan ay lumalim, ngunit ang tiyak na ebidensya ay hindi pa nakukuha. Samantala, si Wilhelm Kühne (1837-1900) ay nagbigay ng pangalang Enzym batay sa salitang Griyego para sa "kung ano ang nasa lebadura" (1878).

Ang tiyak na indikasyon na ang enzyme ay isang protina ay ang matagumpay na pagkikristal ng sword bean urease ni James Batcheller Sumner (1887-1955) (1926). Noong panahong iyon, ang mga aktibidad sa pagsasaliksik sa larangan ng biochemistry ay pinangungunahan ng mga bansang Europeo kung saan ang Alemanya ang nangunguna, ngunit dahil si Sumner ay isang Amerikano at hindi nangangahulugang kilalang mananaliksik, nahaharap siya sa medyo mabangis na mga kontraargumento at pagdududa. hindi ko nakuha. Halimbawa, kung ang crystalline urease ay isang protina, dapat itong mawala ang catalytic activity nito kung ito ay nasira ng isang protease (proteolytic enzyme), ngunit hindi ito nawawala ang aktibidad nito kapag ginagamot ng isang protease. Ang mga mananaliksik sa Europa ay nagtalo na ang sangkap na na-kristal ni Sumner ay hindi dapat maging urease o protina. Sa katunayan, ang urease ay tiyak na lubos na lumalaban sa mga protease at malamang na nagpapanatili ng isang napakasiksik (matigas) na istraktura. Para sa kadahilanang ito, ito ay naisip na ito ay madaling bumuo ng mga kristal.

Kasunod ng pagkikristal ng urease ni Sumner, ang pagkikristal ng iba't ibang mga enzyme ay nakamit nang isa-isa, at walang sinuman ang nag-alinlangan na ang enzyme ay isang molekulang nakabatay sa protina. Sa isang banda, salamat sa mabilis na pag-unlad sa mga pamamaraan para sa pagsusuri ng pisikal at kemikal na mga katangian ng mga protina, tulad ng ultracentrifugal analysis, electrophoresis, at X-ray diffraction, ang istraktura ng mga molekula ng enzyme at ang kanilang catalytic function, pati na rin. Ang mga function ng kontrol atbp ay unti-unting naging malinaw. Talaan ng balangkas ng pag-unlad ng pananaliksik sa enzyme 1 Binuod ko ito sa.

Istraktura ng enzyme

Ang molekular na timbang ng mga protina ng enzyme ay nagsisimula mula sa humigit-kumulang 10,000 at umabot sa ilang milyon, ngunit ang laki ng isang polypeptide chain ay humigit-kumulang 40,000 hanggang 50,000 o mas kaunti. Samakatuwid, ang mga enzyme na may mas mataas na timbang ng molekular ay itinuturing na isang koleksyon ng maraming polypeptides, o mga subunit, na may ilang mga pagbubukod. Mayroong libu-libo hanggang sampu-sampung libong uri ng mga enzyme na protina na ginawa sa vivo, ngunit ang pangunahing sanhi ng mga pagkakaiba sa istruktura at katangian ng bawat protina ay ang komposisyon at pagkakasunud-sunod ng mga residue ng amino acid na bumubuo sa polypeptide chain. Ito ay isang pagkakaiba. Kilalang-kilala ngayon na ang mga pagkakaiba sa pangunahing istraktura ng mga protina ay batay sa mga pagkakaiba sa genetic na impormasyon ng DNA, ngunit ang indibidwalidad ng mga molekula ng enzyme ay batay sa kumbinasyon ng mga subunit at cofactor maliban sa mga molekula ng protina. Naaapektuhan din ito ng uri ng. Ang isang molekula kung saan ang isang sangkap maliban sa protina na kinakailangan para sa pagpapahayag ng aktibidad ay nakatali sa isang enzyme na binubuo lamang ng isang protina ay tinatawag na holoenzyme, at ang protina na bahagi ng holoenzyme ay tinatawag na apoenzyme. Ang mga derivatives tulad ng bitamina B 1 , B 2 , at B 6 at mga organikong sangkap tulad ng ATP ay kasama rin sa prosthetic group, at ang mga ito ay lalo na kasama. Coenzyme Bagama't tinutukoy bilang isang coenzyme, bilang karagdagan, ang K⁺, Na⁺, Cl⁻, Ca 2 cation tulad ng ⁺, hindi anionic, pati na rin ang mga enzyme na nangangailangan ng maliliit na metal ions.

Kapag ang iba't ibang amino acids ay enzymatically dehydrated at condensed upang bumuo ng isang peptide at isang polypeptide chain ng isang tiyak na haba ay na-synthesize ayon sa genetic na impormasyon, ang α-spiral ay sanhi ng interaksyon ng mga side chain ng iba't ibang amino acid residues sa peptide chain. . , Β-sheet, random coils, at iba pang pangalawang istruktura ay nabuo. Higit pa rito, depende sa kung paano pinagsama ang mga pangalawang istrukturang ito, nabubuo ang mga three-dimensional na istruktura (tertiary structures) tulad ng spherical, rod-shaped, at plate-shaped. Sa kaso ng mga enzyme na may malaking molekular na timbang, tulad ng nabanggit kanina, ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng homologous o heterologous polypeptide chain ay bumubuo ng tinatawag na oligomeric enzymes na may mga subunit. Ang nabanggit sa itaas na pangalawa sa mga istrukturang quaternary ay kung minsan ay tinatawag na mga istruktura ng mas mataas na pagkakasunud-sunod ng mga protina (Fig.). 1 ). Ang iba't ibang mga protina maliban sa mga enzyme, tulad ng mga protina ng kalamnan, mga protina ng immune, at mga protina ng lamad, ay magkatulad na mayroon silang mas mataas na pagkakasunud-sunod na istraktura, ngunit ang pinakadakilang tampok ng istraktura ng enzyme ay mayroon itong aktibong sentro sa isang bahagi ng molekula. maging. Ang aktibong sentro, na tinatawag ding aktibong site o catalyst center, ay tumutukoy sa puwang na kinakailangan para magbigkis ang substrate at coenzyme, ngunit sa maraming kaso, isang makitid na puwang (kangeki) ang bumukas mula sa ibabaw ng molekula ng enzyme patungo sa loob. Ito ay kumakalat tulad ng (Fig.) 2 ).
protina

Reaksyon ng enzyme

Ang mga enzyme, hindi tulad ng ibang mga kemikal na catalyst, ay kumikilos lamang sa isang napakalimitadong hanay ng mga substrate na substrate. Halimbawa, kapag ang asukal ay na-hydrolyzed na may hydrochloric acid, hindi lamang starch kundi pati na rin ang iba't ibang polysaccharides at oligosaccharides ay ginagamit bilang substrates, ngunit ang starch-based na amylase ay glycogen at xylan din (isang polysaccharide na naglalaman ng xylose bilang pangunahing bahagi). Hindi ito gumagana sa generic na termino). Bilang karagdagan, ang alanine dehydrogenase gamit ang L-alanine bilang substrate ay hindi kumikilos sa D-alanine. Ang ganitong katangian ay tinatawag na substrate specificity ng enzyme. Sa kabilang banda, kahit na ang substrate ay pareho, ang reaksyon ay magbabago kung ang enzyme ay naiiba. Halimbawa, gamit ang L-glutamic acid bilang substrate, ang isang enzyme ay gumagawa ng α-ketoglutaric acid sa pamamagitan ng reaksyon ng dehydrogenation nito, at isa pang enzyme ang catalyzes sa transamination reaction. Ito ay tinatawag na reaction specificity ng enzyme. Kaya ang mga enzyme ay may lubos na mahigpit na pagtitiyak sa mga tuntunin ng substrate at reaksyon.

May isa pang pangunahing tampok na ginagawang kakaiba ang mga enzyme mula sa iba pang mga kemikal na catalyst. Kapag sinusubukang i-hydrolyze ang starch na may hydrochloric acid, ang reaksyon ay hindi nagpapatuloy nang maayos maliban kung ito ay pinainit sa isang mataas na temperatura at ang pH ay malakas din ang acidic. Sa kabilang banda, kapag ang amylase ay pinahihintulutang kumilos, ang pH ay halos neutral at ang temperatura ay 25 hanggang 30 ° C. Bilang karagdagan, mayroong maraming mga kemikal na reaksyon na hindi nagpapatuloy maliban kung ang presyon ay inilapat. Ang reaksyon ng enzymatic ay may katangian na ito ay nagpapatuloy nang mahusay kahit na sa ilalim ng banayad na mga kondisyon tulad ng normal na temperatura, normal na presyon, at pisyolohikal na pH, at ang activation energy ng reaksyon ay maaaring napakaliit.

Paano nangyayari ang mga katangiang ito? Suriin natin ang pagkilos ng enzyme nang mas detalyado. Ang catalytic reaction ng enzyme ay ipinapakita sa figure. 3 Umuusad ito sa tatlong proseso tulad ng sa. Una, ang substrate (S) ay nagbubuklod sa aktibong sentro ng molekula ng enzyme (E) upang bumuo ng enzyme-substrate complex (ES complex). Ang complex na ito ay tinatawag ding Michaelis complex pagkatapos ni L. Michaelis, na nagmungkahi ng modelong ito, ngunit ito ay lubhang hindi matatag at madaling maghiwalay kapag ang catalytic reaction ay hindi nagpapatuloy. Habang nagpapatuloy ang reaksyon, ang substrate ay nagbabago sa isang produkto sa aktibong sentro, pagkatapos kung saan ang produkto (P) ay inilabas mula sa enzyme. Ang enzyme na bumalik sa orihinal nitong estado ay agad na kumikilos sa susunod na substrate. Ang rate kung saan ang serye ng mga reaksyon ay gumagawa ng isang rebolusyon ay ipinahayag bilang ang turnover rate o molecular activity moleculer activity, at ang bilang ng mga moles ng substrate na binago ng 1 mol ng enzyme molecule sa loob ng 1 minuto ay karaniwang ginagamit bilang isang unit. Ang halaga nito ay nasa libu-libo hanggang sampu-sampung libo sa ilalim ng mga kondisyong pisyolohikal. Ang reaksyon na inilarawan lamang ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng isang equation tulad ng sumusunod.

E + S⇄ES─ → E + P

Ang pagkakaroon ng ES complex ay unang iminungkahi ni Michaelis bilang isang working hypothesis, ngunit sa mga nakalipas na taon, ang mga halimbawa ng eksperimental na pagkuha ng substance nito sa pamamagitan ng spectroscopic na pamamaraan at X-ray diffraction na mga pamamaraan ay naipon. Kung ang paunang rate ng reaksyon ay sinusukat habang pinapanatili ang mga kondisyon tulad ng konsentrasyon, pH, at temperatura ng isang normal na kemikal na catalyst o enzyme na pare-pareho at binabago lamang ang konsentrasyon ng substrate, ang figure ay nagpapakita sa kaso ng isang kemikal na catalyst. Apat ―――― a Samantalang ang isang tuwid na linya tulad ng ipinakita sa itaas ay nakuha, sa kaso ng isang enzyme, isang normal na pigura ang nakuha. Apat ―――― bb Ang isang kurba na tulad nito ay nakuha. Ito ay tumutugma sa bahagi ng isang hyperbola. Kapag ang konsentrasyon ng substrate ay naging walang hanggan, ang paunang rate ng reaksyon ay umabot sa isang pare-parehong halaga at hindi na tataas pa. Ang rate ng reaksyon sa oras na iyon ay tinatawag na pinakamataas na rate ng reaksyon na pinakamabilis na bilis, na kinakatawan ng V m a x. Tinutukoy din bilang Michaelis constant concentration ng substrate na nagbibigay sa kalahati ng halaga ng V m a x, na ipinahayag sa K m. Ang V m a x at K m ay ang pinakamahalagang parameter sa pagsusuri ng mga kinetika ng mga reaksyong enzymatic. Halimbawa, kapag ang D-alanine ay ibinigay sa isang enzyme na ang substrate ay L-alanine, ang D-alanine ay maaaring magbigkis sa aktibong sentro ng enzyme, ngunit ang catalytic reaction ay hindi nagpapatuloy. At kung ang ratio ng konsentrasyon ng L-alanine at D-alanine ay mas mababa sa 1, ang aktibidad ng enzyme ay bumababa nang baligtad. 5- (b) Ito ay nagiging isang relasyon tulad ng. Ito ay tinatawag na competitive inhibition o competitive inhibition. Sa madaling salita, ito ay nagpapakita na ang kumpetisyon para sa aktibong sentro ay nangyayari. Ang ilan sa mga inhibitor ay ipinapakita sa 5- (c) Ang mga hindi antagonistic na uri tulad ng hindi karaniwan. Sa pamamagitan ng paraan, sa ilang mga enzyme, ang substrate saturation curve ay hindi hyperbolic, 6 Maraming bagay ang nagbibigay ng S-shape (sigmoid property) o isang hugis na malapit sa isang rectangle. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay madalas na nakikita sa allosteric enzymes at tinatawag na mga cooperative effect, at ang mga katangian ng naturang mga kurba ay ipinahayag ng isang parameter na tinatawag na Hill coefficient (dinaglat bilang n). Ang koepisyent ng burol ay ipinapakita sa figure 8 Hinihingi ng pagtatayo ng.

Susunod, isaalang-alang natin ang reaksyon ng mga enzyme ayon sa uri. Sa ilalim ng organisasyon ng International Enzyme Commission, ang lahat ng mga enzyme na iniulat sa ngayon ay halos nahahati sa anim na uri (Talahanayan). 2 ). Ang 1 ay naglalaman ng redox, 2 ay naglalaman ng transisyon (paglipat), 3 ay naglalaman ng hydrolysis, 4 ay naglalaman ng pag-aalis (cleavage), 5 ay naglalaman ng isomerization, at 6 ay naglalaman ng mga enzyme na nag-catalyze sa bawat reaksyon ng pagbubuklod (synthesis). Halimbawa, ang alcohol dehydrogenase ay may bilang na EC1, 1, 1, 1, ngunit ang una ay isang oxidoreductase, ang pangalawa ay nangangailangan ng NAD bilang isang coenzyme, at ang susunod. Gumaganap sa CH-OH bond, at ang huling 1 ay tumutukoy sa indibidwal na numero ng grupo. Noong mga 1980, ang bilang ng mga enzyme kung saan naibigay na ang mga numero ng pagpaparehistro ay lumampas sa 2,000, ngunit tila hindi magtatagal bago ito umabot sa 10,000.

Mode ng pag-iral ng enzyme

Ang lahat ng mga enzyme ay pareho dahil sila ay pangunahing binubuo ng mga protina, ngunit ang estado ng pag-iral at ang mga kondisyon para sa pagpapahayag ng pag-andar sa buhay na katawan ay hindi nangangahulugang simple. Una, sa mga tuntunin ng komposisyon, maaari itong hatiin sa isang monomer enzyme (monomer enzyme) na binubuo lamang ng isang polypeptide chain at isang oligomer enzyme na umiiral bilang isang pinagsama-samang maramihang homologous o heterologous na mga subunit. Sa kabilang banda, ang ilan ay mga kumplikadong protina kung saan ang mga asukal, lipid, at iba pang molekulang hindi protina ay covalently na nakagapos sa mga enzyme na binubuo lamang ng mga protina. Ang ilang mga enzyme ay nangangailangan ng mga coenzyme, cation, at anion para sa pagpapahayag ng aktibidad, at ang ilan sa mga ito ay malakas na nakagapos sa aktibong sentro, habang ang iba ay nangangailangan lamang ng isang protina. Sa buhay na katawan, ang tinatawag na multienzyme complex ay kilala rin kung saan ang isang serye ng mga kemikal na reaksyon na konektado bilang metabolic flow ay na-catalyzed ng ilang mga enzyme na spatially na nakaayos sa pagkakasunud-sunod ng mga reaksyon, na isang long-chain fatty acid. Biosynthesis (figure) 9 ) At ang reaksyon ng dehydrogenation ng α-keto acid ay na-catalyzed. Sa kabilang banda, kilalang-kilala na kapag nakumpleto ang synthesis ng protina, ang molekula ay umiiral bilang isang di-aktibong molekula, ngunit ang isang bahagi ng molekula ay sumasailalim sa protease-limited degradation kung kinakailangan, na nagreresulta sa pagpapahayag ng aktibidad ng enzymatic. Maraming mga halimbawa ng mga protease ang matatagpuan, tulad ng paggawa ng chymotrypsin mula sa chymotrypsinogen at pepsin mula sa pepsinogen. Karaniwan para sa mga enzyme na magkaroon ng mga function ng regulasyon sa pagsuporta sa mga aktibidad sa buhay. Ang kontrol ng feedback sa metabolismo ay isang tipikal na halimbawa, na ilalarawan sa ibang pagkakataon. Mayroong ilang mga kilalang halimbawa ng tinatawag na isozymes, na naroroon bilang dalawa o higit pang mga uri ng mga molekula sa parehong cell kahit na sila ay catalyze sa parehong reaksyon. Kapag ang isang tetramer enzyme ay ginawa sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang uri ng mga subunit (H-type at M-type), tulad ng lactate dehydrogenase, isang kabuuang limang uri ng isozymes ang nagagawa (Fig.). 7 ) Gayunpaman, ang kanilang pamamahagi ay genetically na tinutukoy para sa bawat organ, at sinasabing ang bawat organ ay nag-aambag sa natatanging metabolic regulation nito.

Mga enzyme at buhay

Ang iba't ibang reaksiyong kemikal na sumusuporta sa mga aktibidad sa buhay (synthesis / decomposition ng mga substance, transportasyon, excretion, detoxification, supply ng enerhiya, atbp.) ay lahat ay isinasagawa kasama ng mga enzyme. Gayunpaman, hindi tulad ng loob ng isang test tube o beaker, ang larangan ng mga buhay na organismo ay lubhang hindi pare-pareho dahil ito ay binubuo ng iba't ibang organo, tisyu, at iba pang kumplikadong istruktura. Halimbawa, kahit na mayroong sapat na dami ng enzyme at substrate, walang reaksyon ang maaaring mangyari kung mayroong hindi natatagong lamad o pader sa pagitan ng mga ito. Ang lokalisasyon at lokalisasyon ng mga enzyme ay may malaking kahalagahan sa mga buhay na organismo.

Mga 20 taon lamang ang nakalilipas, ang pagtuklas ay ginawa na malinaw na nagpakita na ang mga enzyme ay may mahalagang papel sa pagsuporta sa buhay. Ang mga obserbasyon nina Amberger HEUmbarger at Purdy AB Pardee ay nagpakita na kapag ang mga biyolohikal na sangkap gaya ng isoleucine at tryptophan ay ginawa nang higit sa kinakailangan sa mga cell, isang mekanismo na awtomatikong pinipigilan ang kanilang biosynthesis ay gumagana. Ang karagdagang pagsisiyasat ay nagsiwalat na ang aktibidad ng isang tiyak na enzyme na matatagpuan sa paunang yugto ng sistema ng biosynthesis ng sangkap ay napapailalim sa pagsugpo ng feedback ng huling produkto ng system. Ang pagsugpo sa feedback ay mahalagang naiiba mula sa dating kilalang pagsugpo ng synthesis ng enzyme, o pagsupil, dahil sa partikular na interaksyon ng isang partikular na molekula ng enzyme sa isang partikular na paunang produkto. Ang mga resulta ng pananaliksik ni Purdy et al., Halimbawa, ang figure Sampu , , 11 11 Sa kaso ng aspartate carbamoyl transferase (ATCase), ang pangwakas na produkto, CTP (cytidine triphosphate), ay nasa control center na naroroon sa regulatory subunit ng ATCase, na nag-catalyze sa reaksyon sa paunang yugto. Inihayag na ang mekanismo ng pagbubuklod ay kinokontrol ng mas mataas na pagkakasunud-sunod na mga pagbabago sa istruktura ng protina ng enzyme. Si J. Mono, na naglathala lamang ng teorya ng operon, ay interesado sa gayong kababalaghan, at sa kahulugan na ang aktibidad ay kinokontrol ng isang sangkap na ang istraktura ay naiiba mula sa substrate. Allosteric effect Binigyan ko ito ng pangalang allosteric effects. Unti-unting naging malinaw na ang allosteric effect ay gumaganap ng isang mahalagang papel hindi lamang sa pagpigil sa metabolic feedback kundi pati na rin sa pagbubuklod ng mga molekula ng oxygen sa hemoglobin at pagkontrol sa mga function ng mga protina ng lamad at mga protina ng kalamnan. Sa ganitong paraan, kamakailan lamang ay lubos na kinilala na maraming mga enzyme ang gumaganap ng malaking papel sa regulasyon ng mga aktibidad sa buhay, hindi lamang bilang mga catalyst. Bilang karagdagan sa allosteric effect, ang isa pang mahalagang regulasyon ay sa pamamagitan ng enzymatic modification ng enzymatic protein.

Dalawang uri ng muscle glycogen phosphorylase ang kilala: type b, na binubuo ng dalawang subunits na may molekular na bigat na humigit-kumulang 100,000, at type a, na binubuo ng apat na subunit na may molekular na timbang na halos dalawang beses. Gayunpaman, ang b-type aggregate ay hindi tumutugma sa a-type kung ano ito, ngunit ang orthophosphoric acid ay nakakabit sa isang tiyak na serine residue ng bawat subunit sa pamamagitan ng isang ester bond. Ang conversion mula sa type b sa type a ay na-catalyzed ng isang partikular na enzyme, phosphorylase kinase, at ang phosphate na nagbubuklod sa serine residue ay ATP Ibinigay mula sa. Ang conversion mula sa uri a hanggang sa uri b ay na-catalyzed din ng enzyme phosphatase. Magkaiba ang type a at type b sa antas ng AMP (adenosine monophosphate) na kinakailangan para sa pagpapahayag ng kanilang aktibidad. Ang uri a ay may 60% aktibidad na walang AMP, habang ang uri b ay may kaunting aktibidad na walang AMP. Ang mga katangiang ito ay talagang may mahalagang implikasyon para sa regulasyon ng glycolytic metabolism sa pamamagitan ng phosphorylase. Ang isa pang tipikal na halimbawa ng enzymatic modification ay ang adenylation ng E. coli glutamine synthetase. Sa Escherichia coli, ang reaksyon ng glutamine synthetase ay matatagpuan sa paunang yugto ng biosynthesis ng iba't ibang mga biological na sangkap at napapailalim sa pagsugpo ng feedback ng mga sangkap na ito. Gayunpaman, kapag ang AMP ay covalently bound sa isang tiyak na tyrosine residue ng isang enzyme molecule, feedback sensitivity at mga kinakailangan sa metal Ito ay nilinaw ni Statman E Stadtman et al. Na ang kasarian ay nagbabago nang malaki.

Abnormalidad ng enzyme

Mayroong madalas na congenital anemia sa mga Katutubong Aprikano at mga itim na Amerikano. Kapag ang dugo ng mga itim na taong ito ay nakolekta at ang mga pulang selula ng dugo ay napagmasdan sa ilalim ng isang mikroskopyo, sila ay nagiging hugis karit sa paglipas ng panahon, at ang mga pulang selula ng dugo sa kalaunan ay nag-hemolyze. Bilang resulta ng pagkuha ng hemoglobin mula sa mga erythrocytes ng anemic na pasyenteng ito at paghahambing nito sa normal na hemoglobin, L. Pauling et al. Natagpuan na ang β-chain glutamic acid sa subunit ay na-mutate sa valine. .. Nagpasya si Pauling na tawagan itong isang molecular disease, ngunit mula noon, ang ilang mga kaso ay natagpuan kung saan ang mga abnormalidad ay nangyayari sa catalytic function bilang resulta ng biosynthesis ng protina at mutasyon sa pangunahing istraktura. Ang pinakakilala ay phenylketonuria. Ang sakit na ito ay nagreresulta mula sa kakulangan ng phenylalanine hydroxylase, na nagpapalit ng phenylalanine sa tyrosine, at kung hindi ginagamot sa panahon ng bagong panganak, mag-iiwan ito ng malaking pinsala sa cranial nerve system sa hinaharap. Kung ang isang abnormalidad ay matatagpuan sa isang sanggol, ang pag-alis ng phenylalanine mula sa diyeta ay maaaring maiwasan ang disorder. Ang mga sanhi ng mga abnormalidad ng enzyme ay hindi kinakailangang congenital, ngunit mayroong iba't ibang posibleng dahilan tulad ng mga nakuhang abnormalidad sa biosynthesis at mga rate ng decomposition ng mga enzyme, at mga pagbabago sa pisikal na katangian at istruktura ng mga molekula ng enzyme. ..
Mga inborn error sa metabolismo

Paggamit at aplikasyon ng mga enzyme

Ang isang malawak na hanay ng mga pagtatangka ay ginawa upang mahusay na makabuo ng mga pagkain, parmasyutiko, pestisidyo, pang-industriya na sangkap, atbp. na may mataas na kadalisayan sa pamamagitan ng paggamit ng iba't ibang mga katangian ng mga enzyme na inilarawan sa ngayon, at kakaunti na ang nailagay sa praktikal na paggamit. Hindi. Sa kabilang banda, maraming mga kaso kung saan ang mga enzyme ay direktang ginagamit sa medikal na paggamot, kabilang ang paggamot ng empyema sa pamamagitan ng pagbibigay ng protease, at maraming resulta ang nakuha. Sa partikular, ang mga kamakailang paraan ng immobilization ay malawakang ginagamit. Ilista ang mga ito 3 , , Apat Binuod ko ito sa.
Industriya ng enzyme
Masanobu Tokushige

Isang pangkaraniwang termino para sa mga protina na ginawa ng mga selula at nagpapaikut-ikot na mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa vivo. May mga monomeric enzymes na binubuo ng isang solong polypeptide chain at oligomeric enzymes na kasalukuyan bilang aggregates ng maraming mga subunits. Ang molecular weight ay 9000 hanggang 1 milyon. Ang enzyme ay may isang aktibong site sa isang bahagi ng Molekyul, at ang reaksyon na reaksyon ay nagbubuklod sa enzyme sa site na ito at tumutugon pagkatapos ng pagbuo ng enzyme-substrate complex. Ang pagtitiyak ng enzyme ay nangangahulugan ng pagbuo ng isang masalimuot na enzyme-substrate complex, at upang makagawa ito, ang paligid ng aktibong site ay kailangang nasa isang naaangkop na ion dissociation state (pinakamabuting kalagayan ng pH ng enzyme). Kung ang tersiyaryo na istraktura ng aktibong site ay pinaghiwa ng mataas na temperatura o inhibitor, ang enzyme-substrate complex ay hindi maitatag at ang aktibidad ng enzyme ay mawawala. Ang reaksyon ng katalista ng enzymes ay karaniwang baligtarin at gumagana para sa agnas at pagbubuo, ngunit ang isa sa mga ito ay madalas na malakas sa aktwal na mga organismo sa buhay. Ang ilang mga enzyme ay nangangailangan ng isang mababang molecular structure (prostetik group) maliban sa mga protina sa aktibong site, at sa dehydrogenase at tulad, ang mababang molekular na paghihiwalay ( coenzyme ) ay kinakailangan Ang protina na bahagi ng enzyme ay tinutukoy bilang apoenzyme). Ang iba pang mga enzymes ay nangangailangan ng mga metal ions at iba pa.
→ Mga kaugnay na item Isozyme | Adenosine deaminase | Allosteric enzyme | Willstäterter | γ-GTP | Sumner | GOT | GPT | Katalista | Biosynthesis