Enzým - lexikón chémie

Metaloenzýmy obsahujú kovové ióny (napr. oxidoreduktázy Fe 2+ a Fe 3+, oxidázy Cu 2+, dehydrogenázy Zn 2+, dusíkaté látky Mo 2+ a α-amylázu Ca 2+) alebo sú Účinnosť iónov optimalizovaná (napr. Zn 2+ v acylázách a Mg 2+ v hexokináze a karboxyláze).

Aminokyseliny, ktoré sa podieľajú na tvorbe aktívneho centra E, sú v primárnej štruktúre často veľmi vzdialené od seba, ale prichádzajú do tesnej blízkosti v dôsledku priestorového zloženia polypeptidového reťazca. Aktívne centrum E. patriace do tej istej skupiny často vykazuje nápadnú korešpondenciu. Takže obsahujú z. B. zvieracie serínové proteázy trypsín, chymotrypsín, elastáza, trombín a plazmín majú v aktívnom centre reaktívny serínový zvyšok, ktorý je obklopený zvyškami kyseliny asparágovej a histidínu. U takýchto príbuzných E. sa predpokladá evolúcia vychádzajúca zo spoločného pôvodného enzýmu.

Tvorba E. všeobecne prebieha podľa princípov biosyntézy proteínov. E. ktoré sa neustále tvoria v bunke sa nazývajú konštitutívny E. nazývaná E. E. produkovaná iba za určitých rastových podmienok alebo podľa potreby adaptívny E. V druhom prípade sa rozlišuje medzi indukovateľný E., ktoré vznikajú vo väčších množstvách a pri zvýšenej aktivite pod vplyvom induktora, substrátu predmetného enzýmu alebo cudzích molekúl, napr. B. liečivá alebo pesticídy, účinné látky a potlačiteľný E., ktorých syntéza môže byť blokovaná určitými látkami, najmä konečnými produktmi biosyntetického reťazca.

Mechanizmus akcie. Pri všetkých enzymatických reakciách špecifická intermolekulárna interakcia medzi enzýmom (E) a substrátom (S) pôvodne tvorí komplex enzým-substrát (ES), ktorý sa preusporiada na aktivovaný komplex zmenou konformácie proteínovej zložky a potom na komplex enzým-produkt (EP) prechádza. Produkt sa uvoľňuje z komplexu EP disociáciou a enzým regresuje. Čiastkové kroky reakcie je možné formulovať nasledovne:

E + S

IT

EP

P + E.

Rovnovážné šípky naznačujú, že všetky reakčné kroky sú reverzibilné. Reverzné reakcie sú obzvlášť dôležité, keď je ich premena voľnej energie iba nízka, napr. B. s transesterifikáciou alebo transamináciami. Zmenou rovnovážnych koncentrácií je možné rovnováhu posunúť na obidve strany. Rovnovážny posun nastáva napr. B. nastáva tiež vtedy, keď sa reakčný produkt v nasledujúcej reakcii implementuje rýchlejšie, ako pri prvej. V E. ktoré sú účinné iba v spojení s koenzýmom (C), to často preberá časť molekuly (x) odštiepenú od substrátu (S 1 x), napr. B. atómy vodíka v oxidoreduktázach, je potom sám ako koenzým (Cx), z. B. CH2, prevzatý enzýmom (E2), ktorý potom x, z. B. 2 H, prenos do druhého substrátu:

E 1 + S 1 H2 + C

[E 1 C · S 1 H2]

E1 + S1 + CH2;

CH2 + E2 + S2

[E 2 · S 2 · CH2]

E 2 + C + S 2 H2.

Rýchlosť enzymaticky katalyzovanej reakcie závisí najmä od vysokej koncentrácie substrátu v oblasti aktívneho centra, od optimálnej orbitálnej orientácie reagujúcich molekúl a od rýchlej zmeny v konformácii proteínovej zložky a rýchlosti rozkladu komplexu EP. S daným množstvom enzýmu sa rýchlosť reakcie zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou substrátu. Podľa Michaelisa a Mentena pre enzýmovú reakciu so substrátom platí toto

v ktorom v0 je počiatočná rýchlosť, V.max je maximálna rýchlosť, [S] je koncentrácia substrátu a KM Michaelis-Mentenova konštanta znamenajú. KM je koncentrácia substrátu, pri ktorej sa dosiahne polovica maximálnej reakčnej rýchlosti. Výška KHodnoty M naznačujú, že E. majú iba nízku afinitu k substrátu. V diagrame rýchlosť-substrát ukazuje E. charakterizovaná Michaelis-Mentenovou rovnicou hyperbolickú krivku enzýmovej charakteristiky. Allosterická E. vykazuje sigmoidný (charakteristický) priebeh charakteristiky. Tu vedie väzba efektora k veľmi rýchlej zmene trojrozmernej proteínovej štruktúry, pričom konformačné zmeny vychádzajúce z jednej podjednotky sa dajú preniesť do iných podjednotiek molekuly enzýmu.

Enzýmy. Obr.: Zjednodušené znázornenie štiepenia peptidovej väzby chymotrypsínom. R1 a R2 predstavujú vedľajšie reťazce aminokyselín 1 a 2.

Enzýmové jednotky. Na určenie Aktivita enzýmu Pri reakcii katalyzovanej určitým množstvom enzýmu sa obvykle stanoví spektroskopicky pokles substrátu v priebehu času alebo zvýšenie substrátu alebo zvýšenie reakčného produktu.

Podľa špecifikácií Medzinárodnej enzýmovej komisie IUPAC, a Enzýmová jednotka (1 U) množstvo E. ktoré za štandardných podmienok katalyzuje premenu 1 μmol substrátu za minútu. Katalytická jednotka katal, symbol kat, bola predstavená ako nová medzinárodná jednotka v roku 1972. 1 kat je množstvo aktivity enzýmu, ktoré prevádza 1 mol substrátu za sekundu. Ako podjednotky boli schválené mikrokatály (μkat), nanokatály (nkat) a pikokataly (pkat). Pre prevod medzi jednotkami platí toto: 1 kat = 6 · 10 7 U alebo 1 U = 16,67 nkat.

Autor: a Nazýva sa molekula enzýmu alebo počet molekúl substrátu prevedených aktívnym centrom za minútu molekulárna aktivita (skôr Zmeniť číslo) určené. S obratom 36 miliónov molekúl substrátu za minútu vykazuje E. karboanhydráza C obzvlášť vysokú aktivitu.

Extrakcia. E. sa dá získať zo živočíšnych, rastlinných alebo mikrobiálnych usadenín. Na izoláciu zo zvieracieho tkaniva sa väčšinou používajú iba určité orgány, napr. B. pankreas alebo obličky spracované. Po homogenizácii materiálu sa E. extrahujú priamo vhodnými tlmivými roztokmi alebo najskôr pri nízkych teplotách organickým rozpúšťadlom, napr. B. acetón, spracovaný na suchý prášok. Zeleninová E. napr. B. papaín sa izoluje z lisovaných štiav, ktoré sa získavajú z mechanicky drveného rastlinného materiálu. Koncentrácia a jemné čistenie E. sa uskutočňuje zrážaním a adsorpčnými procesmi, ako aj ultrafiltráciou.

Kvasenie mikroorganizmami a mutantmi má pre technickú výrobu E. Výroba prebieha diskontinuálne vo fermentoroch s objemom do 100 000 litrov, doba fermentácie je 50 až 150 hodín. Izolácia je jednoduchá, ak sa E. extrahujú bunkovo ​​vo filtráte kultúry, napr. B. s bakteriálnymi proteázami a amylázami produkovanými v rozsahu 500 t/rok. Väčšina E. sa vytvára intracelulárne, takže väčšinou stabilná bunková stena mikroorganizmov musí byť najskôr mechanicky zničená, napr. B. vo vysokotlakom homogenizátore alebo v miešacích guľových mlynoch.

Význam a použitie. V praxi sa čoraz viac využívajú výhody enzýmovej katalýzy, ktoré umožňujú reakcie bez vedľajších produktov s vysokými výťažkami za miernych podmienok. Technické oblasti použitia sú predovšetkým detergent, potravinársky, nápojový a farmaceutický priemysel (Tab. 2). Významný pokrok v technológii enzýmov sa dosiahol imobilizáciou E. (imobilizované enzýmy).

Enzýmy. Tab. 2: Technické použitie enzýmov (výber).