Hjälp utvecklingen av webbplatsen och dela artikeln med vänner!

Enzymer är viktiga för att alla levande organismer på jorden ska fungera korrekt. De deltar i de flesta, om inte alla, kemiska förändringar i naturen, det vill säga i miljontals reaktioner i både växtvärlden och djurvärlden. Det är värt att ta reda på vad enzymer är, hur de fungerar och vilken betydelse de har för modern medicin.

Enzymerär proteinmolekyler som accelererar eller till och med tillåter olika kemiska reaktioner att äga rum i levande organismer, inklusive människokroppen.

Ur kemisk synvinkel är dessa katalysatorer, det vill säga partiklar som intensifierar reaktionen, men som inte slits ut under reaktionen. Denna ökning av effektiviteten för kemiska omvandlingar är ofta enorm, naturliga katalysatorer kan förkorta reaktionstiden från flera år till flera sekunder.

Enzymer finns i alla delar av kroppen: i celler, i det extracellulära utrymmet, i vävnader, i organ och i deras ljus, katalysatorerna en given vävnad producerar bestämmer dess specifika egenskaper och den roll den spelar i kropp.

De flesta enzymer är mycket specifika, vilket innebär att var och en av dem är ansvarig för endast en typ av kemisk reaktion där specifika partiklar - substrat är inblandade, och endast de kan interagera med ett givet enzym.

Aktiviteten hos naturliga katalysatorer beror på många faktorer: reaktionsmiljön, t.ex. temperatur, pH, närvaron av vissa joner, aktivatorer - de förstärker verkan av enzymer och inhibitorer som motverkar denna aktivitet.

Enzymer: struktur

Som nämnts är de flesta enzymer proteiner, de har en mycket varierad struktur: från flera dussin aminosyror till flera tusen ordnade i en varierad rumslig struktur.

Det är formen av deras bildning (den så kallade kvartära strukturen) och det faktum att de flesta enzymer är mycket större än reaktanterna i deras reaktioner är till stor del ansvarig för deras aktivitet.

Detta beror på det faktum att endast en viss region i enzymstrukturen är det så kallade aktiva stället, det vill säga ett fragment som ansvarar för att utföra reaktionen.

Uppgiften för de återstående fragmenten av molekylen är att fästa ett specifikt substrat, mer sällan andra föreningar som påverkar enzymets aktivitet

Det är bra att veta den konstruktionenav katalysatorn är utformad så att sammanfogningssubstratet är idealiskt anpassat geometriskt, som en "nyckel till ett lås".

Liksom alla proteiner produceras enzymer i ribosomerna från det genetiska materialet som är tätt packat i kärnan - DNA, vilket skapar en så kallad primärstruktur

Sedan genomgår den vikning flera gånger - ändrar form, ibland tillsätts socker, metalljoner eller fettrester.

Resultatet av alla dessa processer är bildandet av en aktiv kvartär struktur, det vill säga en fullständigt biologiskt aktiv form.

I många fall kombineras flera enzympartiklar för att utföra en serie kemiska reaktioner och på så sätt påskynda processen.

Ibland finns det enzymer i flera vävnader som katalyserar samma reaktion, men som inte är strukturellt lika varandra, vi kallar dem isoenzymer.

Namnen på isoenzymerna är desamma, trots skillnaden i plats och struktur, men dessa skillnader har praktisk tillämpning. Tack vare detta är det möjligt att i laboratorietester bestämma endast de fraktioner av enzymet som kommer från ett specifikt organ.

Enzymers verkningsmekanismer är olika, men ur en kemisk synvinkel är deras uppgift alltid att sänka reaktionens aktiveringsenergi. Detta är mängden energi som substraten måste ha för att processen ska äga rum.

Denna effekt kan uppnås genom att skapa en lämplig miljö för reaktionen, använda en annan kemisk väg för att erhålla samma produkter, eller lämpligt rumsligt arrangemang av substrat.

Var och en av dessa mekanismer kan användas av enzymer.

Reglering av enzymaktivitet

Enzymers verkan beror på miljöparametrar: temperatur, pH och andra. Var och en av de naturliga katalysatorerna har sin optimala prestanda under vissa förhållanden, som kan vara olika breda beroende på dess tolerans mot miljöförhållanden.

När det gäller temperatur är de flesta enzymatiska reaktioner snabbare vid högre temperaturer, men vid en viss temperatur sjunker reaktionseffektiviteten kraftigt, vilket orsakas av termisk skada på enzymet (denaturering).

När det gäller deras struktur kan hormoner delas in i två grupper:

  • enkelt - endast proteinpartiklar
  • komplex - som kräver tillägg av en icke-proteingrupp - en kofaktor

De senare spelar en nyckelroll i korrekt aktivitet och reglering av enzymer.

Kofaktorer kan i sin tur delas in i två grupper: de som behövs förenzymets aktiviteter, starkt förknippade med det - dessa är så kallade protesgrupper, de kan vara metaller, organiska molekyler, som till exempel hem

Den andra gruppen är koenzymer, de är vanligtvis ansvariga för överföringen av substrat eller elektroner, och deras bindning till enzymet är svag, denna grupp inkluderar till exempel folsyra, koenzym A. Det är värt att veta att många vitaminer spelar rollen som kofaktorer.

Hämmare utför en helt annan uppgift, de är partiklar som hämmar enzymatisk aktivitet genom att binda till enzymet

Det finns flera typer av inhibitorer:

  • irreversibla - de orsakar permanent inaktivering av molekylen och reaktionen kan endast ske efter produktionen av ett nytt enzym
  • konkurrenskraftig - i det här fallet har inhibitorn en struktur som liknar substratets struktur, så de konkurrerar om den aktiva platsen. Om en inhibitor är fäst, inträffar inte reaktionen, om substratet - fortskrider norm alt
  • icke-konkurrenskraftig - sådana hämmare binder enzymet på en annan plats än den på substratet, så det kan fästa vid enzymet, men reaktionen sker inte

Vid en mycket högre koncentration av substratet än hämmaren övervinns effekten av den kompetitiva hämmaren, eftersom den överväldigar "konkurrensen" om den aktiva platsen, i fallet med icke-konkurrens kan dess effekt inte vara övervinnas genom att öka koncentrationen av substratet

Förutom regleringen av aktivator- och inhibitorsystemen, finns det många andra metoder för att kontrollera enzymernas aktivitet

De gäller cellens kontroll av produktionen på nivån av proteinbildning, såväl som regleringen av den så kallade posttranslationella bearbetningen, det vill säga förändringar i strukturen hos en proteinmolekyl som inträffar omedelbart efter dess syntes i ribosom. Dessa modifieringar består till exempel i att förkorta polypeptidkedjan

Nästa regleringsmetoder gäller segregering och placering av enzymer i lämpliga områden: cellulära och i specifika organeller, eller i det extracellulära utrymmet.

Det finns ytterligare en viktig regleringsmekanism - negativ feedback - det är det primära kontrollsystemet i det endokrina systemet. Det fungerar enligt principen om hämning.

Detta betyder att om ett enzym producerar för mycket av ett visst hormon, binder det till det, hämmar dess aktivitet och minskar syntesen, så själva reaktionsprodukten hämmar dess produktion.

Enzymer: roll

Varje vävnad i människokroppen producerar en specifik uppsättning enzymer, som definierar dessa cellers roll i kroppens funktion. Vad är dessa enzymer definieras av den genetiska koden och vilka regioner som är aktiva i en given cell.

Tusentals kemiska reaktioner äger rum i människokroppen när som helst, som var och en kräver ett specifikt enzym, så det skulle vara svårt att lista alla dessa partiklar som finns i vår kropp.

Det är värt att veta om några av de mest karakteristiska:

  • Matsmältningsenzymer- produceras av vävnader i matsmältningssystemet, de bryter ner maten till enkla föreningar, eftersom endast dessa kan absorberas i blodet. De är extracellulära enzymer, så de fyller sin huvudsakliga uppgift utanför cellerna där de produceras. En del av dessa enzymer bildas i inaktiv form, så kallade proenzymer eller zymogener, och aktiveras i mag-tarmkanalen. Matsmältningsenzymer inkluderar till exempel: amylas, lipas, trypsin
  • Myosinär ett enzym som finns i muskler, det bryter ner ATP-molekyler som är energibärare, vilket får muskelfibrerna att dra ihop sig.
  • Peroxidaserär oxiderande enzymer och katalaser, dvs. reducerande enzymer
  • Acetylkolinesterasär ett enzym som bryter ner acetylkolin, en av transmittorerna i nervsystemet
  • Monoaminoxidasär det enzym som finns mest i levern, det är ansvarigt för nedbrytningen av adrenalin, noradrenalin och vissa mediciner
  • Cytokomiskt oxidas , ett mycket viktigt intracellulärt enzym som ansvarar för energiomvandlingar
  • Lysozym , ett ämne som finns i t.ex. tårar eller saliv som fyller skyddande funktioner, förstör patogener
  • Alkoholdehydrogenas , ett enzym i levern som ansvarar för nedbrytningen av etanol
  • Alkaliskt fosfatas , deltar i benbyggnad av osteoblaster

Enzymer: namngivning

Enzymnamn är ofta ganska komplicerade eftersom de härrör från namnet på reaktionen de utför och substratet som är involverat i reaktionen, t.ex. 5-hydroxitryptofandekarboxylas.

Vanligtvis läggs suffixet "-aza" till reaktionens allmänna namn, och den andra delen av enzymnamnet bildar namnet på föreningen som genomgår denna reaktion.

Ibland är namnet enstaka, det kommer från ett substrat, t ex laktas (ett enzym som bryter ner laktos).

Mer sällan kommer namnen på enzymer från en allmän process som äger rum med deras deltagande, t.ex. DNA-gyras, enzymet som ansvarar för att vända DNA-strängar.

Vissa enzymer har äntligen vanliga namn eller namn som deras upptäckare har gett, som pepsin (som bryter ner proteiner i matsmältningskanalen) eller lysozym (ett bakteriedödande enzym som finns itårar).

Det finns också en liten grupp av restriktionsenzymer som är ansvariga för att skära DNA-strängar, i det här fallet kommer namnet från mikroorganismen som enzymet isolerades från.

International Union of Biochemistry and Molecular Biology har infört reglerna för namngivning av enzymer och delat upp dem i flera klasser för att standardisera nomenklaturen.

Det ersatte inte de namn som beskrivits tidigare, det är snarare ett tillägg som främst används av forskare.

Enligt EU:s regler beskrivs varje enzym med en sekvens av tecken: EC x.xx.xx.xx - där den första siffran står för klassen, efterföljande underklasser och underklasser, och slutligen enzymnummer. Dessa enzymklasser är:

• 1 - oxidoreduktaser: de katalyserar oxidations- och reduktionsreaktioner
• 2 - transferaser: överför funktionella grupper (t.ex. fosfat)
• 3 - hydrolaser: motsvarar hydrolysen (sönderdelning) av bindningar
• 4 - lyaser: skär bindningar i en annan mekanism än hydrolys
• 5 - isomeraser: de är ansvariga för rumsliga förändringar av molekyler
• 6 - ligaser: koppla molekyler med kovalenta bindningar

Enzymer och medicin

Enzymers betydelse för människors hälsa är enorm. Deras korrekta funktion möjliggör ett hälsosamt liv, och tack vare utvecklingen av analytiska apparater har vi lärt oss att diagnostisera olika sjukdomar med hjälp av enzymbestämning. Dessutom kan vi framgångsrikt behandla brister på vissa enzymer och de resulterande sjukdomarna, tyvärr finns det fortfarande mycket att göra i denna fråga.

Behandling av orsakerna till metabola sjukdomar är ännu inte möjlig, eftersom vi inte kan på ett säkert och effektivt sätt modifiera det genetiska materialet för att reparera skadade gener, och därmed felaktigt producerade enzymer.

Sjukdomar till följd av dysfunktionella enzymer

Att vår kropp fungerar väl beror till stor del på enzymernas funktion. I många fall påverkar sjukdomstillstånd mängden enzymer, vilket gör att de frisätts för mycket från celler eller tvärtom brister. Nedan är bara exempel på sjukdomar orsakade av onormala enzymatiska funktioner, det finns många fler av dessa sjukdomar.

  • Metaboliska blockeringar eller metabola sjukdomar

Metaboliska block eller metabola sjukdomar är en grupp ärftliga sjukdomar som orsakas av ackumulering av ämnen i cellen på grund av bristen på ett enzym som ansvarar för deras ämnesomsättning. Substraten som ackumuleras med tiden är så mycket att de blir giftiga för celler och hela organismen.

Det finns flera tusen sjukdomar, deras antal återspeglar mångfaldenenzymer som finns i människokroppen, eftersom de flesta enzymkodande gener kan påverkas av metabola sjukdomar.

Exempel är galaktosemi eller homocystinuri, som är sällsynta sjukdomar, som oftast visar sig direkt efter födseln eller under de första levnadsåren

  • Notwort

En annan grupp av sjukdomar som kan innebära att enzymer inte fungerar är cancer. Förutom många andra funktioner är enzymer också ansvariga för att reglera celldelningen, så kallade tyrosinkinaser. Om dessa enzymer misslyckas i detta område kan okontrollerad celldelning och därför en cancerprocess inträffa.

  • Emfysem

En mindre vanlig sjukdom är emfysem, i vilket fall elastas blir överaktivt. Det är ett enzym som finns i lungvävnaden och ansvarar för nedbrytningen av det elastinprotein som finns bland annat i lungorna.

Om den är för aktiv störs balansen mellan att förstöra och bygga, ärrbildning uppstår och emfysem utvecklas.

Enzymer: diagnostisk användning

Modern medicinsk diagnostik är baserad på användningen av enzymer i deras bestämningar. Detta beror på det faktum att sjukdomstillstånd direkt eller indirekt leder till obalans av enzymer, vilket orsakar ökningar eller minskningar av deras mängd i blodet.

Detta kan bero inte bara på produktionsstörningar, utan också t.ex. från frisättning av en stor mängd intracellulärt enzym i blodet eller urinen som ett resultat av skada på dess cellmembran.

Exempel på enzymer som används i laboratorieforskning är:

  • Kreatinkinas - ett enzym som finns i muskler, även i hjärtmuskeln, dess multipla ökning kan tyda på en hjärtinfarkt, myokardit, muskelsjukdomar - skador, dystrofi
  • Laktatdehydrogenas - finns i alla kroppens celler, särskilt i hjärnan, lungorna, vita blodkroppar och muskler. Dess stora ökning observeras vid hjärtinfarkt, muskel- och leversjukdomar eller cancer.
  • Alkaliskt fosfatas finns i störst mängd i lever och ben, här frisätts det av osteoblaster. Sjukdomar i dessa organ kan orsaka dess tillväxt, men ett överskott av alkaliskt fosfatas kan också indikera benregenereringsprocessen - efter operation eller fraktur.
  • Surt fosfatas förekommer i många organ - lever, njurar, skelett, prostata, ur diagnostisk synvinkel kan ökningen tyda på ben- och prostatasjukdomar
  • Aminotransferasasparagin och alaninaminotransferas - dessa är enzymer som är karakteristiska för levern, som nästan uteslutande förekommer i hepatocyter, de används i den grundläggande screeningdiagnosen av leversjukdomar, och deras flerfaldiga ökningar uppmuntrar alltid till ytterligare diagnos av leversjukdomar.
  • Glutamatdehydrogenas och gammaglutamyltransferas - andra leverenzymer, liknande de som nämnts ovan, är viktiga för diagnosen av sjukdomar i detta organ och gallgångarna.
  • Amylas är ett enzym som finns i många organ, men den högsta koncentrationen uppnås i cellerna i bukspottkörteln och spottkörtlarna, dess diagnos är av största vikt vid deras sjukdomar.
  • Lipas är ett annat pankreasenzym, det skiljer sig i specificitet från amylas, vilket innebär att lipas endast finns i bukspottkörteln och avvikelser från normen vid bestämning av detta enzym indikerar pankreassjukdom.
  • Kolinesteras är ett enzym som bryter ner acetylkolin - en sändare i nervsystemet, där det också finns i högst mängd, i diagnostik används det vid förgiftning med organofosforföreningar.
  • Koagulations- och fibrinolysfaktorer - dessa är ämnen som produceras av levern som är involverade i blodkoagulering, deras bestämningar är viktiga inte bara vid bedömningen av denna process, utan också för att övervaka leverfunktionen.
  • Alfa-fetoprotein - ett leverenzym, vars mängd ökar vid sjukdomar i detta organ, inklusive cancer.
  • C-reaktivt protein - producerat av levern, involverat i immunsvaret, dess mängd ökar i blodet vid inflammatoriska tillstånd - infektioner, skador, autoimmuna sjukdomar
  • Ceruloplasmin - ett annat leverenzym vars ökning är karakteristisk för Wilsons sjukdom
  • Pyridinolin och deoxipyridinolin är markörer för benresorption (destruktion), de karaktäriserar funktionen hos osteoklaster (osteogena celler).
  • Myoglobin - som tidigare nämnts är det en förening som är karakteristisk för muskler, så dess ökning indikerar skador på skelett- eller hjärtmuskler.
  • Troponiner - så kallade hjärtinfarktsmarkörer, dessa är enzymer som reglerar sammandragningen av muskelfibrer, de är särskilt rikliga i hjärtmuskeln. Dess skada orsakar frisättning av stora mängder troponiner i blodet, som används vid diagnos av hjärtsjukdomar. Det är dock värt att komma ihåg att en ökning av troponiner kan indikera inte bara en hjärtinfarkt, utan också dess insufficiens, ventildefekter eller lungemboli.

Alla enzymer som anges ovan kan tilldelas flera grupper:

  • sekretoriska enzymer- den nedre gränsen för normen är diagnostisk. Dessa är enzymer som fysiologiskt produceras av organ, men vid sjukdomar minskar antalet, t.ex. koagulationsfaktorer
  • indikatorenzymer- tillväxt är viktig. Denna grupp av enzymer förekommer i stort antal på grund av organskador och enzymläckage, såsom troponiner
  • utsöndringsenzymer- dessa är enzymer som produceras norm alt i lumen i olika organ - munnen, tarmarna och urinvägarna. Om deras utlopp är blockerat kommer de in i blodet, t.ex. amylas

Det är värt att komma ihåg att enzymer används i själva medicinsk diagnostik. Biokemiska analyser utförs med användning av enzymer, och en lämplig tolkning av resultaten av enzymatiska reaktioner gör det möjligt att ge resultatet av ett laboratorietest.

Enzymer och behandling

Många läkemedel verkar genom att påverka verkan av enzymer, antingen genom att få dem att verka eller tvärtom genom att vara hämmare. Det finns enzymersättningar som pankreatininnehållande lipas och amylas som används vid bukspottkörtelinsufficiens.

Å andra sidan hämmar vissa grupper av läkemedel verkan av enzymer, t ex angiotensinomvandlande enzymhämmare som används bland annat vid högt blodtryck och hjärtsvikt, eller vissa antibiotika, t ex amoxicillin, som hämmar enzymet bakteriellt transpeptidas, vilket förhindrar uppbyggnaden av bakteriecellväggen, och som ett resultat av detta hämmas infektionen

Vissa gifter verkar också genom att påverka enzymer. Cyanid är en potent hämmare av cytokromoxidas, en väsentlig komponent i andningskedjan. Blockering av den hindrar cellen från att få energi, vilket leder till dess död.

För att cellernas livsprocesser ska fungera korrekt är det nödvändigt för närvaron av många kemiska ämnen, som förblir i strikta proportioner sinsemellan och mellan vilka kemiska reaktioner ständigt uppstår.

Denna uppgift utförs av väl fungerande enzymer, som är nödvändiga för att nästan alla kemiska reaktioner ska kunna äga rum med den hastighet och effektivitet som krävs för att människokroppen ska fungera korrekt.

Enzymers verkan accelererar dessa processer många gånger, ofta till och med hundratals gånger, vilket är viktigt, enzymerna själva slits inte ut under de reaktioner som äger rum.

Bristen på katalysatorer eller deras felaktiga funktion kan resultera i uppkomsten av många sjukdomar. Å andra sidan, skicklig modifiering av deras aktivitet gör att du framgångsrikt kan läka många åkommor.

Enzymologi (vetenskapen om enzymer) är extremt omfattande, endess utveckling kan ge inte bara vetenskapliga framsteg, utan också aktivt bidra till utvecklingen av medicin när det gäller inte bara behandling, utan också diagnostik.

Om författarenRosett. Maciej GrymuzaEn examen från medicinska fakulteten vid Medical University of K. Marcinkowski i Poznań. Han tog examen från universitetet med ett alltför bra resultat. För närvarande är han doktor inom kardiologiområdet och doktorand. Han är särskilt intresserad av invasiv kardiologi och implanterbara apparater (stimulatorer).

Hjälp utvecklingen av webbplatsen och dela artikeln med vänner!

Kategori:

Forskning