Gli enzimi sono proteine globulari che aiutano tutti i processi cellulari a procedere. Come tutti i catalizzatori, non possono invertire la reazione, ma servono ad accelerarla.
Localizzazione degli enzimi nella cellula
All'interno della cellula, i singoli enzimi sono solitamente contenuti e agiscono in organelli rigorosamente definiti. La localizzazione degli enzimi è direttamente correlata alla funzione che normalmente svolge questa parte della cellula.
Quasi tutti gli enzimi della glicolisi si trovano nel citoplasma. Gli enzimi del ciclo dell'acido tricarbossilico si trovano nella matrice mitocondriale. I principi attivi dell'idrolisi sono contenuti nei lisosomi.
I singoli tessuti e organi di animali e piante differiscono non solo per l'insieme degli enzimi, ma anche per la loro attività. Questa caratteristica dei tessuti viene utilizzata in clinica nella diagnosi di alcune malattie.
Ci sono anche caratteristiche legate all'età nell'attività e nell'insieme degli enzimi nei tessuti. Sono più chiaramente visibili durante lo sviluppo embrionale durante la differenziazione dei tessuti.
Nomenclatura degli enzimi
Esistono diversi sistemi di denominazione, ognuno dei quali tiene conto delle proprietà degli enzimi in misura diversa.
- Triviale. I nomi delle sostanze sono dati casualmente. Ad esempio, pepsina (pepsis - "digestione", greco) e tripsina (tripsis - "sottile", greco)
- Razionale. Il nome dell'enzima è costituito dal substrato e dalla desinenza "-asi". Ad esempio, l'amilasi accelera l'idrolisi dell'amido (amilo - "amido", greco).
- Mosca. È stato adottato nel 1961 dalla Commissione internazionale sulla nomenclatura degli enzimi al 5° Congresso internazionale di biochimica. Il nome della sostanza è costituito dal substrato e dalla reazione che viene catalizzata (accelerata) dall'enzima. Se la funzione degli enzimi è di trasferire un gruppo di atomi da una molecola (substrato) a un' altra (accettore), il nome del catalizzatore include il nome chimico dell'accettore. Ad esempio, nella reazione di trasferimento di un gruppo amminico dall'alanina all'acido 2-idrossiglutarico, è coinvolto l'enzima alanina: 2-ossoglutarato aminotransferasi. Il nome riflette:
- substrato - alanina;
- accettore - acido 2-ossoglutarico;
- un gruppo amminico viene trasferito nella reazione.
La Commissione Internazionale ha compilato un elenco di tutti gli enzimi conosciuti, che viene costantemente aggiornato. Ciò è dovuto alla scoperta di nuove sostanze.
Classificazione degli enzimi
Ci sono due modi per dividere gli enzimi in gruppi. Il primo offre due classi di queste sostanze:
- semplice - composto solo da proteine;
- complesso - contiene una parte proteica (apoenzima) e una parte non proteica chiamata coenzima.
Nella parte non proteicaenzima complesso può includere vitamine. L'interazione con altre sostanze avviene attraverso il centro attivo. L'intera molecola enzimatica non prende parte al processo.
Le proprietà degli enzimi, come le altre proteine, sono determinate dalla loro struttura. A seconda di ciò, i catalizzatori accelerano solo le loro reazioni.
Il secondo metodo di classificazione divide le sostanze in base alla funzione degli enzimi. Il risultato sono sei classi:
- ossidoreduttasi;
- trasferimenti;
- idrolasi;
- isomerasi;
- liasi;
- ligasi.
Questi sono gruppi generalmente accettati, differiscono non solo per i tipi di reazioni che regolano gli enzimi in essi contenuti. Sostanze di diversi gruppi hanno strutture diverse. E le funzioni degli enzimi in una cellula, quindi, non possono essere le stesse.
Ossidoreduttasi - redox
La funzione principale degli enzimi del primo gruppo è l'accelerazione delle reazioni redox. Una caratteristica: la capacità di formare catene di enzimi ossidativi in cui elettroni o atomi di idrogeno vengono trasferiti dal primo substrato all'accettore finale. Queste sostanze sono separate secondo il principio del lavoro o del luogo di lavoro nella reazione.
- Le deidrogenasi aerobiche (ossidasi) accelerano il trasferimento di elettroni o protoni direttamente agli atomi di ossigeno. Quelli anaerobici compiono le stesse azioni, ma in reazioni che procedono senza il trasferimento di elettroni o atomi di idrogeno ad atomi di ossigeno.
- Principaledelle deidrogenasi catalizzano il processo di rimozione degli atomi di idrogeno dalla sostanza ossidata (substrato primario). Secondario: accelera la rimozione degli atomi di idrogeno dal substrato secondario, sono stati ottenuti utilizzando la deidrogenasi primaria.
Un' altra caratteristica: essendo catalizzatori a due componenti con un insieme molto limitato di coenzimi (gruppi attivi), possono accelerare un'ampia varietà di reazioni redox. Ciò si ottiene con un gran numero di opzioni: lo stesso coenzima può unirsi a diversi apoenzimi. In ogni caso si ottiene una speciale ossidoreduttasi con proprie proprietà.
C'è un' altra funzione degli enzimi di questo gruppo, che non può essere ignorata: accelerano il corso dei processi chimici associati al rilascio di energia. Tali reazioni sono dette esotermiche.
Trasferimenti - vettori
Questi enzimi svolgono la funzione di accelerare le reazioni di trasferimento dei residui molecolari e dei gruppi funzionali. Ad esempio, fosfofruttochinasi.
Si distinguono otto gruppi di catalizzatori in base al gruppo trasferito. Diamo un'occhiata ad alcuni di loro.
- Fosfotransferasi - aiutano a trasferire i residui di acido fosforico. Sono divisi in sottoclassi a seconda della destinazione (alcool, carbossilico e altri).
- Aminotransferasi: accelerano le reazioni di transaminazione degli amminoacidi.
- Glicosiltransferasi: trasferiscono i residui di glicosile dalle molecole di esteri del fosforo alle molecole di mono e polisaccaridi. Fornire reazioniscomposizione e sintesi di oligo- o polisaccaridi in piante e animali. Ad esempio, sono coinvolti nella scomposizione del saccarosio.
- Le aciltransferasi trasferiscono i residui di acido carbossilico ad ammine, alcoli e amminoacidi. L'acil-coenzima-A è una fonte universale di gruppi acilici. Può essere considerato un gruppo attivo di aciltransferasi. L'acido acetico acile è più comunemente tollerato.
Idrolasi - divise con acqua
In questo gruppo, gli enzimi agiscono come catalizzatori per le reazioni di scissione (meno spesso sintesi) di composti organici, in cui è coinvolta l'acqua. Le sostanze di questo gruppo sono contenute nelle cellule e nel succo digestivo. Le molecole di catalizzatori nel tratto gastrointestinale sono costituite da un componente.
La posizione di questi enzimi sono i lisosomi. Svolgono le funzioni protettive degli enzimi nella cellula: abbattono le sostanze estranee che sono passate attraverso la membrana. Distruggono anche quelle sostanze che non sono più necessarie alla cellula, per cui i lisosomi erano soprannominati inservienti.
Il loro altro "soprannome" sono i suicidi cellulari, poiché sono lo strumento principale per l'autolisi cellulare. Se si verifica un'infezione, iniziano i processi infiammatori, la membrana del lisosoma diventa permeabile e le idrolasi entrano nel citoplasma, distruggendo tutto ciò che incontra e distruggendo la cellula.
Separare diversi tipi di catalizzatori da questo gruppo:
- esterasi - responsabili dell'idrolisi degli esteri dell'alcol;
- glicosidasi - accelera l'idrolisi dei glicosidi, a secondaquale isomero agiscono, secernono α- o β-glicosidasi;
- Le idrolasi peptidiche sono responsabili dell'idrolisi dei legami peptidici nelle proteine e, in determinate condizioni, della loro sintesi, ma questo metodo di sintesi proteica non viene utilizzato in una cellula vivente;
- amidasi - responsabile dell'idrolisi delle ammidi acide, ad esempio, l'ureasi catalizza la scomposizione dell'urea in ammoniaca e acqua.
Isomeras - trasformazione della molecola
Queste sostanze accelerano i cambiamenti all'interno di una singola molecola. Possono essere geometrici o strutturali. Questo può accadere in molti modi:
- trasferimento di atomi di idrogeno;
- spostare il gruppo fosfato;
- cambiare la disposizione dei gruppi atomici nello spazio;
- spostare il doppio legame.
L'isomerizzazione può essere costituita da acidi organici, carboidrati o aminoacidi. Le isomerasi possono convertire le aldeidi in chetoni e, al contrario, riorganizzare la forma cis nella forma trans e viceversa. Per capire meglio quale funzione svolgono gli enzimi di questo gruppo, è necessario conoscere le differenze negli isomeri.
Lias tagliano i legami
Questi enzimi accelerano la scomposizione non idrolitica dei composti organici mediante legami:
- carbonio-carbonio;
- fosforo-ossigeno;
- carbonio-zolfo;
- carbonio-azoto;
- carbonio-ossigeno.
In questo caso, vengono rilasciati prodotti semplici come anidride carbonica, acqua, ammoniaca e vengono chiusi i doppi legami. Poche di queste reazioni possono andare nella direzione opposta, gli enzimi corrispondenti in modo appropriatoin queste condizioni catalizzano i processi non solo di decadimento, ma anche di sintesi.
Le lias sono classificate in base al tipo di legame che rompono. Sono enzimi complessi.
Reticolazione della ligasi
La funzione principale degli enzimi di questo gruppo è l'accelerazione delle reazioni di sintesi. La loro caratteristica è la coniugazione della creazione con il decadimento di sostanze in grado di fornire energia per l'attuazione del processo biosintetico. Esistono sei sottoclassi in base al tipo di connessione formata. Cinque di loro sono identici ai sottogruppi liasi e il sesto è responsabile della creazione del legame azoto-metallo.
Alcune ligasi sono coinvolte in processi cellulari particolarmente importanti. Ad esempio, la DNA ligasi è coinvolta nella replicazione dell'acido desossiribonucleico. Reticola le rotture a filamento singolo, creando nuovi legami fosfodiestere. È lei che collega i frammenti di Okazaki.
Lo stesso enzima viene utilizzato attivamente nell'ingegneria genetica. Consente agli scienziati di cucire insieme le molecole di DNA dai pezzi di cui hanno bisogno, creando catene uniche di acido desossiribonucleico. Qualsiasi informazione può essere inserita in essi, creando così una fabbrica per la produzione delle proteine necessarie. Ad esempio, puoi cucire nel DNA di un batterio un pezzo responsabile della sintesi dell'insulina. E quando la cellula tradurrà le proprie proteine, allo stesso tempo produrrà una sostanza utile e necessaria per scopi medici. Non resta che pulirlo e aiuterà molti malati.
L'enorme ruolo degli enzimi nel corpo
Possonoaumentare la velocità di reazione di oltre dieci volte. È semplicemente necessario per il normale funzionamento della cellula. E gli enzimi sono coinvolti in ogni reazione. Pertanto, le funzioni degli enzimi nel corpo sono diverse, come tutti i processi in corso. E il fallimento di questi catalizzatori porta a gravi conseguenze.
Gli enzimi sono ampiamente utilizzati negli alimenti, nell'industria leggera, nella medicina: sono usati per fare formaggi, salsicce, cibo in scatola e fanno parte dei detersivi in polvere. Sono utilizzati anche nella produzione di materiali fotografici.
