Hjælp udviklingen af ​​webstedet med at dele artiklen med venner!

Enzymer er essentielle for, at alle levende organismer på Jorden fungerer korrekt. De deltager i de fleste, hvis ikke alle, kemiske ændringer i naturen, det vil sige i millioner af reaktioner i både planteverdenen og dyreverdenen. Det er værd at finde ud af, hvad enzymer er, hvordan de virker, og hvad deres betydning er for moderne medicin.

Enzymerer proteinmolekyler, der accelererer eller endda tillader forskellige kemiske reaktioner at finde sted i levende organismer, inklusive den menneskelige krop.

Fra et kemisk synspunkt er disse katalysatorer, dvs. partikler, der intensiverer reaktionen, men som ikke slides under reaktionen. Denne stigning i effektiviteten af ​​kemiske omdannelser er ofte enorm, naturlige katalysatorer kan forkorte reaktionstiden fra flere år til flere sekunder

Enzymer findes i alle områder af kroppen: i celler, i det ekstracellulære rum, i væv, i organer og i deres lys, bestemmer de katalysatorer et givet væv producerer dets specifikke egenskaber og den rolle, det spiller i krop.

De fleste enzymer er meget specifikke, hvilket betyder, at hver af dem kun er ansvarlige for én type kemisk reaktion, hvori specifikke partikler - substrater er involveret, og kun de kan interagere med et givet enzym.

Aktiviteten af ​​naturlige katalysatorer afhænger af mange faktorer: reaktionsmiljøet, fx temperatur, pH, tilstedeværelsen af ​​visse ioner, aktivatorer - de forstærker virkningen af ​​enzymer og inhibitorer, der modvirker denne aktivitet.

Enzymer: struktur

Som nævnt er de fleste enzymer proteiner, de har en meget forskelligartet struktur: fra flere dusin aminosyrer til flere tusinde arrangeret i en forskellig rumlig struktur

Det er formen for deres dannelse (den såkaldte kvaternære struktur), og det faktum, at de fleste enzymer er meget større end reaktanterne af deres reaktioner, er i høj grad ansvarlig for deres aktivitet.

Dette skyldes det faktum, at kun et bestemt område i enzymstrukturen er det såkaldte aktive sted, dvs. et fragment, der er ansvarligt for at udføre reaktionen.

Opgaven for de resterende fragmenter af molekylet er at vedhæfte et specifikt substrat, mindre ofte andre forbindelser, der påvirker enzymets aktivitet.

Det er godt at kende den konstruktionaf katalysatoren er designet således, at sammenføjningssubstratet er ideelt tilpasset geometrisk, som en "nøgle til en lås".

Som alle proteiner produceres enzymer i ribosomerne ud fra det genetiske materiale, der er tæt pakket i kernen - DNA, og skaber dermed en såkaldt primær struktur

Derefter gennemgår den foldning flere gange - ændrer form, nogle gange tilføjer sukker, metalioner eller fedtrester.

Resultatet af alle disse processer er dannelsen af ​​en aktiv kvaternær struktur, dvs. en fuldstændig biologisk aktiv form.

I mange tilfælde kombineres flere enzympartikler for at udføre en række kemiske reaktioner og dermed fremskynde processen.

Nogle gange er der enzymer i flere væv, der katalyserer den samme reaktion, men som ikke strukturelt ligner hinanden, vi kalder dem isoenzymer.

Navnene på isoenzymerne er de samme, på trods af forskellen i placering og struktur, men disse forskelle har praktisk anvendelse. Takket være dette er det muligt i laboratorieundersøgelser kun at bestemme de fraktioner af enzymet, der kommer fra et specifikt organ.

Enzymers virkningsmekanismer er forskellige, men fra et kemisk synspunkt er deres opgave altid at sænke reaktionens aktiveringsenergi. Dette er den mængde energi, som substraterne skal have, for at processen kan finde sted.

Denne effekt kan opnås ved at skabe et passende miljø for reaktionen, ved at bruge en anden kemisk vej for at opnå de samme produkter, eller den passende rumlige opstilling af substrater

Hver af disse mekanismer kan bruges af enzymer

Regulering af enzymaktivitet

Virkningen af ​​enzymer afhænger af miljøparametre: temperatur, pH og andre. Hver af de naturlige katalysatorer har sin optimale ydeevne under visse forhold, som kan være forskellig bred afhængigt af dens tolerance over for miljøforhold.

I tilfælde af temperatur er de fleste enzymatiske reaktioner hurtigere ved højere temperaturer, men ved en bestemt temperatur falder reaktionseffektiviteten kraftigt, hvilket er forårsaget af termisk beskadigelse af enzymet (denaturering).

Med hensyn til deres struktur kan hormoner opdeles i to grupper:

  • enkel - kun proteinpartikler
  • kompleks - som kræver tilføjelse af en ikke-proteingruppe - en cofaktor

Sidstnævnte spiller en nøglerolle i den korrekte aktivitet og regulering af enzymer

Cofaktorer kan til gengæld opdeles i to grupper: dem, der er nødvendige forenzymets aktiviteter, der er stærkt forbundet med det - disse er såkaldte protesegrupper, de kan være metaller, organiske molekyler, såsom for eksempel hæm

Den anden gruppe er coenzymer, de er norm alt ansvarlige for overførsel af substrater eller elektroner, og deres binding til enzymet er svag, denne gruppe omfatter for eksempel folinsyre, coenzym A. Det er værd at vide, at mange vitaminer spiller rollen som cofaktorer.

Inhibitorer udfører en helt anden opgave, de er partikler, der hæmmer enzymatisk aktivitet ved at binde sig til enzymet

Der er flere typer inhibitorer:

  • irreversible - de forårsager permanent inaktivering af molekylet, og reaktionen kan kun finde sted efter produktionen af ​​et nyt enzym
  • konkurrencedygtig - i dette tilfælde har inhibitoren en struktur, der ligner substratets struktur, så de konkurrerer om det aktive sted. Hvis en inhibitor er knyttet, sker reaktionen ikke, hvis substratet - forløber norm alt
  • ikke-konkurrerende - sådanne hæmmere binder enzymet et andet sted end substratet, så det kan binde sig til enzymet, men reaktionen finder ikke sted

Ved en meget højere koncentration af substratet end inhibitoren overvindes effekten af ​​den konkurrerende inhibitor, fordi den overvælder "konkurrencen" om det aktive sted, i tilfælde af ikke-konkurrerende kan dens virkning ikke være overvindes ved at øge koncentrationen af ​​substratet

Ud over reguleringen af ​​aktivator- og inhibitorsystemerne er der mange andre metoder til at kontrollere enzymernes aktivitet

De vedrører cellens kontrol af produktionen på niveauet for proteindannelse, såvel som reguleringen af ​​den såkaldte post-translationelle processering, dvs. ændringer i strukturen af ​​et proteinmolekyle, der sker umiddelbart efter dets syntese i ribosom. Disse modifikationer består for eksempel i at forkorte polypeptidkæden

De næste reguleringsmetoder vedrører segregering og placering af enzymer i passende områder: cellulære og i specifikke organeller eller i det ekstracellulære rum.

Der er endnu en vigtig reguleringsmekanisme - negativ feedback - det er det primære kontrolsystem i det endokrine system. Det virker efter princippet om hæmning.

Dette betyder, at hvis et enzym producerer for meget af et bestemt hormon, binder det sig til det, hæmmer dets aktivitet og reducerer syntesen, så selve reaktionsproduktet hæmmer dets produktion.

Enzymer: rolle

Hvert væv i den menneskelige krop producerer et specifikt sæt enzymer, som definerer disse cellers rolle i kroppens funktion. Hvad er disse enzymer er defineret af den genetiske kode, og hvilke regioner der er aktive i en given celle

Tusindvis af kemiske reaktioner finder sted i den menneskelige krop til enhver tid, som hver især kræver et specifikt enzym, så det ville være svært at liste alle disse partikler, der er til stede i vores krop.

Det er værd at vide om nogle af de mest karakteristiske:

  • Fordøjelsesenzymer- produceret af væv i fordøjelsessystemet, de nedbryder fødevarer til simple forbindelser, fordi kun disse kan absorberes i blodet. De er ekstracellulære enzymer, så de udfører deres hovedopgave uden for de celler, hvori de produceres. Nogle af disse enzymer dannes i en inaktiv form, såkaldte proenzymer eller zymogener, og aktiveres i mave-tarmkanalen. Fordøjelsesenzymer omfatter for eksempel: amylase, lipase, trypsin
  • Myosiner et enzym, der findes i muskler, det nedbryder ATP-molekyler, der er energibærere, og får dermed muskelfibrene til at trække sig sammen.
  • Peroxidaserer oxiderende enzymer og katalaser, dvs. reducerende enzymer
  • Acetylcholinesteraseer et enzym, der nedbryder acetylcholin, en af ​​transmitterne i nervesystemet
  • Monoaminoxidaseer det enzym, der er mest udbredt i leveren, det er ansvarligt for nedbrydningen af ​​adrenalin, noradrenalin og nogle medikamenter
  • Cytokomisk oxidase , et meget vigtigt intracellulært enzym, der er ansvarlig for energitransformationer
  • Lysozym , et stof til stede i fx tårer eller spyt, som opfylder beskyttende funktioner, ødelægger patogener
  • Alkoholdehydrogenase , et enzym i leveren, der er ansvarlig for nedbrydningen af ​​ethanol
  • Alkalisk fosfatase , deltager i knogleopbygning af osteoblaster

Enzymer: navngivning

Enzymnavne er ofte ret komplicerede, da de er afledt af navnet på den reaktion, de udfører, og det substrat, der er involveret i den reaktion, f.eks. 5-hydroxytryptophan-decarboxylase.

Typisk tilføjes suffikset "-aza" til reaktionens generelle navn, og den anden del af enzymnavnet danner navnet på den forbindelse, der gennemgår denne reaktion.

Nogle gange er navnet enkelt, det kommer fra et substrat, fx laktase (et enzym, der nedbryder laktose).

Mere sjældent stammer navnene på enzymer fra en generel proces, der finder sted med deres deltagelse, f.eks. DNA-gyrase, det enzym, der er ansvarlig for at dreje DNA-strenge.

Nogle enzymer har endelig almindelige navne eller navne givet af deres opdagere, såsom pepsin (som nedbryder proteiner i fordøjelseskanalen) eller lysozym (et bakteriedræbende enzym indeholdt itårer).

Der er også en lille gruppe restriktionsenzymer, der er ansvarlige for at skære DNA-strenge, i dette tilfælde kommer navnet fra den mikroorganisme, som enzymet blev isoleret fra.

International Union of Biochemistry and Molecular Biology har indført reglerne for navngivning af enzymer og opdelt dem i flere klasser for at standardisere nomenklaturen.

Det erstattede ikke de tidligere beskrevne navne, det er snarere et supplement, der primært bruges af videnskabsmænd.

Ifølge EU's regler er hvert enzym beskrevet med en sekvens af tegn: EC x.xx.xx.xx - hvor det første ciffer står for klassen, efterfølgende underklasser og underklasser, og til sidst enzymnummer. Disse enzymklasser er:

• 1 - oxidoreduktaser: de katalyserer oxidations- og reduktionsreaktioner
• 2 - transferaser: overføre funktionelle grupper (f.eks. fosfat)
• 3 - hydrolaser: svarer til hydrolysen (nedbrydning) af bindinger
• 4 - lyaser: skærer bindinger i en anden mekanisme end hydrolyse
• 5 - isomeraser: de er ansvarlige for rumlige ændringer af molekyler
• 6 - ligaser: forbinder molekyler med kovalente bindinger

Enzymer og medicin

Betydningen af ​​enzymer for menneskers sundhed er enorm. Deres korrekte funktion muliggør et sundt liv, og takket være udviklingen af ​​analytiske apparater har vi lært at diagnosticere forskellige sygdomme ved hjælp af enzymbestemmelse. Hvad mere er, er vi i stand til med succes at behandle mangler ved nogle enzymer og de deraf følgende sygdomme, desværre er der stadig meget at gøre i denne sag.

Behandling af årsagerne til stofskiftesygdomme er endnu ikke mulig, fordi vi ikke er i stand til sikkert og effektivt at modificere det genetiske materiale for at reparere beskadigede gener og dermed forkert producerede enzymer.

Sygdomme som følge af dysfunktionelle enzymer

Den korrekte funktion af vores krop afhænger i høj grad af enzymernes korrekte funktion. I mange tilfælde påvirker sygdomstilstande mængden af ​​enzymer, hvilket medfører, at de frigives for meget fra cellerne eller tværtimod er mangelfulde. Nedenfor er kun eksempler på sygdomme forårsaget af unormale enzymatiske funktioner, der er mange flere af disse sygdomme.

  • Metabolske blokeringer eller stofskiftesygdomme

Metaboliske blokke eller stofskiftesygdomme er en gruppe af arvelige sygdomme forårsaget af ophobning af stoffer i cellen på grund af manglen på et enzym, der er ansvarligt for deres stofskifte. De substrater, der akkumuleres over tid, er så meget, at de bliver giftige for celler og hele organismen.

Der er flere tusinde sygdomme, deres antal afspejler mangfoldighedenenzymer, der findes i den menneskelige krop, da de fleste enzymkodende gener kan blive påvirket af stofskiftesygdomme

Eksempler er galaktosæmi eller homocystinuri, som er sjældne sygdomme, som oftest viser sig umiddelbart efter fødslen eller i de første leveår

  • Ikke mindst

En anden gruppe af sygdomme, der kan involvere funktionsfejl i enzymer, er kræft. Udover mange andre funktioner er enzymer også ansvarlige for at regulere celledeling, såkaldte tyrosinkinaser. Hvis disse enzymer svigter i dette område, kan der opstå ukontrolleret celledeling og derfor en kræftproces.

  • Emfysem

En mindre almindelig sygdom er emfysem, i hvilket tilfælde elastase bliver overaktiv. Det er et enzym, der findes i lungevævet, og som er ansvarligt for nedbrydningen af ​​elastinproteinet, der blandt andet er til stede i lungerne.

Hvis det er for aktivt, forstyrres balancen mellem at ødelægge og bygge, ardannelse opstår, og der udvikles emfysem

Enzymer: diagnostisk brug

Moderne medicinsk diagnostik er baseret på brugen af ​​enzymer i deres bestemmelser. Dette skyldes det faktum, at sygdomstilstande direkte eller indirekte fører til en ubalance af enzymer, hvilket forårsager stigninger eller fald i deres mængde i blodet.

Dette kan skyldes ikke kun produktionsforstyrrelser, men også fx frigivelse af en stor mængde intracellulært enzym i blodet eller urinen som følge af beskadigelse af dets cellemembran.

Eksempler på enzymer brugt i laboratorieforskning er:

  • Kreatinkinase - et enzym, der findes i muskler, også i hjertemusklen, dets multiple stigning kan indikere et hjerteanfald, myokarditis, muskelsygdomme - skader, dystrofi.
  • Laktatdehydrogenase - findes i alle kroppens celler, især i hjernen, lungerne, hvide blodlegemer og muskler. Dens store stigning ses ved hjerteanfald, muskel- og leversygdomme eller cancer.
  • Alkalisk fosfatase findes i den største mængde i leveren og knoglerne, her frigives den af ​​osteoblaster. Sygdomme i disse organer kan forårsage vækst, men et overskud af alkalisk fosfatase kan også indikere knogleregenereringsprocessen - efter operation eller fraktur.
  • Sur fosfatase forekommer i mange organer - lever, nyrer, knogler, prostata, fra et diagnostisk synspunkt kan dets stigning indikere knogle- og prostatasygdomme
  • Aminotransferaseasparagin og alanin aminotransferase - disse er enzymer, der er karakteristiske for leveren, og som næsten udelukkende forekommer i hepatocytter, de bruges i den grundlæggende screeningsdiagnose af leversygdomme, og deres flere gange stigninger tilskynder altid til yderligere diagnose af leversygdomme.
  • Glutamatdehydrogenase og gammaglutamyltransferase - andre leverenzymer, i lighed med dem, der er nævnt ovenfor, er vigtige ved diagnosticering af sygdomme i dette organ og galdeveje.
  • Amylase er et enzym, der findes i mange organer, men den højeste koncentration opnås i cellerne i bugspytkirtlen og spytkirtlerne, dets diagnose er af største betydning for deres sygdomme.
  • Lipase er et andet bugspytkirtelenzym, det adskiller sig i specificitet fra amylase, hvilket betyder, at lipase kun er til stede i bugspytkirtlen, og afvigelser fra normen i bestemmelsen af ​​dette enzym indikerer bugspytkirtelsygdom
  • Cholinesterase er et enzym, der nedbryder acetylcholin - en transmitter i nervesystemet, hvor det også er til stede i den højeste mængde, i diagnostik bruges det til forgiftning med organophosphorforbindelser.
  • Koagulations- og fibrinolysefaktorer - disse er stoffer, der produceres af leveren, der er involveret i blodkoagulation, deres bestemmelser er vigtige ikke kun i vurderingen af ​​denne proces, men også i overvågningen af ​​leverfunktionen.
  • Alfa-føtoprotein - et leverenzym, hvis mængde stiger ved sygdomme i dette organ, herunder kræft.
  • C-reaktivt protein - produceret af leveren, involveret i immunresponset, dets mængde stiger i blodet under inflammatoriske tilstande - infektioner, skader, autoimmune sygdomme
  • Ceruloplasmin - et andet leverenzym, hvis stigning er karakteristisk for Wilsons sygdom
  • Pyridinolin og deoxypyridinolin er markører for knogleresorption (destruktion), de karakteriserer funktionen af ​​osteoklaster (osteogene celler).
  • Myoglobin - som tidligere nævnt er det en sammensætning, der er karakteristisk for muskler, så dets stigning vil indikere skader på skelet- eller hjertemuskler.
  • Troponiner - såkaldte hjerteanfaldsmarkører, disse er enzymer, der regulerer sammentrækningen af ​​muskelfibre, de er især rigelige i hjertemusklen. Dens skade forårsager frigivelse af store mængder troponiner i blodet, som bruges til diagnosticering af hjertesygdomme. Det er dog værd at huske på, at en stigning i troponiner ikke kun kan indikere et hjerteanfald, men også dets insufficiens, klapdefekter eller lungeemboli.

Alle enzymerne nævnt ovenfor kan tildeles flere grupper:

  • sekretoriske enzymer- den nedre grænse for normen er diagnostisk. Det er enzymer, der fysiologisk produceres af organer, men i tilfælde af sygdomme falder deres antal, fx koagulationsfaktorer
  • indikatorenzymer- vækst er vigtig. Denne gruppe af enzymer optræder i stort antal på grund af organskader og enzymlækage, såsom troponiner
  • udskillelsesenzymer- disse er enzymer, der produceres norm alt i lumen af ​​forskellige organer - munden, tarmene og urinvejene. Hvis deres udløb er blokeret, kommer de ind i blodet, f.eks. amylase

Det er værd at huske på, at enzymer bruges i selve medicinsk diagnostik. Biokemiske analyser udføres ved brug af enzymer, og den passende fortolkning af resultaterne af enzymatiske reaktioner gør det muligt at give resultatet af en laboratorietest

Enzymer og behandling

Mange lægemidler virker ved at påvirke enzymernes virkning, enten ved at få dem til at virke eller tværtimod ved at være inhibitorer. Der er enzymerstatninger, såsom pancreatin, der indeholder lipase og amylase, der anvendes ved bugspytkirtelinsufficiens.

På den anden side hæmmer visse grupper af lægemidler virkningen af ​​enzymer, fx angiotensinkonverterende enzymhæmmere, der blandt andet bruges ved hypertension og hjertesvigt, eller nogle antibiotika, fx amoxicillin, som hæmmer enzymet bakteriel transpeptidase, som forhindrer opbygningen af ​​bakteriecellevæggen, og som følge heraf hæmmes infektionen

Nogle giftstoffer virker også ved at påvirke enzymer. Cyanid er en potent hæmmer af cytochromoxidase, en essentiel bestanddel af luftvejskæden. Blokering forhindrer cellen i at opnå energi, hvilket fører til dens død.

For det korrekte forløb af cellernes livsprocesser er det nødvendigt for tilstedeværelsen af ​​mange kemiske stoffer, som forbliver i strenge proportioner indbyrdes, og mellem hvilke kemiske reaktioner konstant forekommer.

Denne opgave udføres af korrekt fungerende enzymer, som er nødvendige for, at næsten enhver kemisk reaktion kan finde sted med den hastighed og effektivitet, der er nødvendig for den menneskelige krops korrekte funktion.

Virkningen af ​​enzymer accelererer disse processer mange gange, ofte endda hundredvis af gange, hvilket er vigtigt, enzymerne i sig selv slides ikke under de reaktioner, der finder sted.

Manglen på katalysatorer eller deres forkerte drift kan resultere i fremkomsten af ​​mange sygdomme. På den anden side giver dygtig ændring af deres aktivitet dig mulighed for succesfuldt at helbrede mange lidelser.

Enzymologi (videnskaben om enzymer) er ekstremt omfattende, endets udvikling kan ikke kun bringe videnskabelige fremskridt, men også aktivt bidrage til udviklingen af ​​medicin med hensyn til ikke kun behandling, men også diagnostik.

Om forfatterenSløjfe. Maciej Grymuza Uddannet fra Det Medicinske Fakultet ved Medicinsk Universitet i K. Marcinkowski i Poznań. Han dimitterede fra universitetet med et alt for godt resultat. I øjeblikket er han læge inden for kardiologi og ph.d.-studerende. Han er især interesseret i invasiv kardiologi og implanterbare anordninger (stimulatorer).

Hjælp udviklingen af ​​webstedet med at dele artiklen med venner!

Kategori:

Forskning