Ci sono molte reazioni chimiche in ogni cellula vivente. Gli enzimi (enzimi) sono proteine con funzioni speciali ed estremamente importanti. Sono chiamati biocatalizzatori. La funzione principale degli enzimi proteici nel corpo è accelerare le reazioni biochimiche. I reagenti iniziali, la cui interazione è catalizzata da queste molecole, sono chiamati substrati e i composti finali sono chiamati prodotti.
In natura, le proteine enzimatiche funzionano solo nei sistemi viventi. Ma nella moderna biotecnologia, diagnostica clinica, farmaceutica e medicina, vengono utilizzati enzimi purificati o loro complessi, nonché componenti aggiuntivi necessari per il funzionamento del sistema e la visualizzazione dei dati per il ricercatore.
Significato biologico e proprietà degli enzimi
Senza queste molecole, un organismo vivente non sarebbe in grado di funzionare. Tutti i processi vitali funzionano armoniosamente grazie agli enzimi. La funzione principale delle proteine enzimatiche nel corpo è quella di regolare il metabolismo. Senza di loro, il normale metabolismo è impossibile. L'attività molecolare è regolata daattivatori (induttori) o inibitori. Il controllo agisce a diversi livelli di sintesi proteica. Funziona anche in relazione alla molecola finita.
La proprietà principale degli enzimi proteici è la specificità per un determinato substrato. E, di conseguenza, la capacità di catalizzare solo una o meno spesso una serie di reazioni. Di solito tali processi sono reversibili. Un enzima è responsabile di entrambe le funzioni. Ma non è tutto.
Il ruolo delle proteine enzimatiche è essenziale. Senza di loro, le reazioni biochimiche non procedono. Grazie all'azione degli enzimi, diventa possibile per i reagenti superare la barriera di attivazione senza un dispendio significativo di energia. Nel corpo non c'è modo di riscaldare la temperatura oltre i 100°C o utilizzare componenti aggressivi come un laboratorio chimico. La proteina enzimatica si lega al substrato. Nello stato vincolato, la modifica avviene con il successivo rilascio di quest'ultimo. Ecco come funzionano tutti i catalizzatori utilizzati nella sintesi chimica.
Quali sono i livelli di organizzazione di una molecola proteica enzimatica?
Di solito queste molecole hanno una struttura proteica terziaria (globulo) o quaternaria (diversi globuli collegati). In primo luogo, sono sintetizzati in una forma lineare. E poi vengono piegati nella struttura richiesta. Per garantire l'attività, il biocatalizzatore ha bisogno di una certa struttura.
Gli enzimi, come le altre proteine, vengono distrutti dal calore, valori di pH estremi, composti chimici aggressivi.
Proprietà aggiuntiveenzimi
Tra questi si distinguono le seguenti caratteristiche dei componenti:
- Stereospecifico - la formazione di un solo prodotto.
- Regioselettività - rottura di un legame chimico o modifica di un gruppo in una sola posizione.
- Chemoselettività - catalisi di una sola reazione.
Caratteristiche del lavoro
La specificità dell'enzima varia. Ma qualsiasi enzima è sempre attivo in relazione a uno specifico substrato o gruppo di composti simili nella struttura. I catalizzatori non proteici non hanno questa proprietà. La specificità è misurata dalla costante di legame (mol/l), che può arrivare fino a 10−10 mol/l. Il lavoro dell'enzima attivo è rapido. Una molecola catalizza da migliaia a milioni di operazioni al secondo. Il grado di accelerazione delle reazioni biochimiche è significativamente (1000-100000 volte) superiore a quello dei catalizzatori convenzionali.
L'azione degli enzimi si basa su diversi meccanismi. L'interazione più semplice si verifica con una molecola di substrato, seguita dalla formazione di un prodotto. La maggior parte degli enzimi è in grado di legare 2-3 diverse molecole che reagiscono. Ad esempio, il trasferimento di un gruppo o di un atomo da un composto all' altro, o la doppia sostituzione secondo il principio del "ping-pong". In queste reazioni, un substrato è solitamente connesso e il secondo è associato all'enzima attraverso un gruppo funzionale.
Lo studio del meccanismo di azione degli enzimi avviene utilizzando i metodi:
- Definizioni di prodotti intermedi e finali.
- Studi della geometria della struttura e dei gruppi funzionali ad essa associatisubstrato e fornire un'elevata velocità di reazione.
- Mutazione dei geni enzimatici e determinazione dei cambiamenti nella sua sintesi e attività.
Centro attivo e di collegamento
Una molecola di substrato è molto più piccola di una proteina enzimatica. Pertanto, il legame si verifica a causa di un piccolo numero di gruppi funzionali del biocatalizzatore. Formano un centro attivo, costituito da un insieme specifico di aminoacidi. Nelle proteine complesse è presente nella struttura un gruppo protesico di natura non proteica, che può anche far parte del centro attivo.
È necessario individuare un gruppo separato di enzimi. La loro molecola contiene un coenzima che si lega costantemente alla molecola e da essa viene rilasciato. Una proteina enzimatica completamente formata è chiamata oloenzima e, quando il cofattore viene rimosso, viene chiamata apoenzima. Vitamine, metalli, derivati di basi azotate spesso agiscono come coenzimi (NAD - nicotinamide adenin dinucleotide, FAD - flavin adenine dinucleotide, FMN - flavin mononucleotide).
Il sito di legame fornisce la specificità del substrato. A causa di ciò, si forma un complesso stabile substrato-enzima. La struttura del globulo è costruita in modo tale da avere una nicchia (fessura o depressione) sulla superficie di una certa dimensione, che assicura il legame del substrato. Questa zona si trova solitamente non lontano dal centro attivo. Alcuni enzimi hanno siti per legarsi a cofattori o ioni metallici.
Conclusione
Proteine-L'enzima svolge un ruolo importante nel corpo. Tali sostanze catalizzano reazioni chimiche, sono responsabili del processo di metabolismo - metabolismo. In ogni cellula vivente si verificano costantemente centinaia di processi biochimici, comprese reazioni di riduzione, scissione e sintesi di composti. L'ossidazione delle sostanze avviene costantemente con un grande rilascio di energia. A sua volta, viene speso per la formazione di carboidrati, proteine, grassi e loro complessi. I prodotti di scissione sono gli elementi costitutivi per la sintesi dei composti organici necessari.
