Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Enzimi su neophodni za pravilno funkcioniranje svih živih organizama na Zemlji. Oni sudjeluju u većini, ako ne i u svim kemijskim promjenama u prirodi, odnosno u milijunima reakcija u biljnom i životinjskom svijetu. Vrijedi saznati što su enzimi, kako djeluju i kakav je njihov značaj za modernu medicinu.

Enzimisu proteinske molekule koje ubrzavaju ili čak dopuštaju odvijanje raznih kemijskih reakcija u živim organizmima, uključujući ljudsko tijelo.

S kemijskog gledišta, to su katalizatori, tj. čestice koje pojačavaju reakciju, ali se ne troše tijekom reakcije. Ovo povećanje učinkovitosti kemijskih transformacija često je ogromno, prirodni katalizatori mogu skratiti vrijeme reakcije s nekoliko godina na nekoliko sekundi.

Enzimi se nalaze u svim dijelovima tijela: u stanicama, u izvanstaničnom prostoru, u tkivima, u organima iu njihovoj svjetlosti, katalizatori koje dato tkivo proizvodi određuju njegova specifična svojstva i ulogu koju ima u tijelo.

Većina enzima je vrlo specifična, što znači da je svaki od njih odgovoran samo za jednu vrstu kemijske reakcije u kojoj su uključene specifične čestice - supstrati, a samo oni mogu stupiti u interakciju s danim enzimom.

Aktivnost prirodnih katalizatora ovisi o mnogim čimbenicima: reakcijskom okruženju, npr. temperaturi, pH, prisutnosti određenih iona, aktivatora - oni pojačavaju djelovanje enzima i inhibitora koji suprotstavljaju ovoj aktivnosti.

Enzimi: struktura

Kao što je spomenuto, većina enzima su proteini, oni imaju vrlo raznoliku strukturu: od nekoliko desetaka aminokiselina do nekoliko tisuća raspoređenih u raznoliku prostornu strukturu.

To je oblik njihovog formiranja (tzv. kvartarna struktura) i činjenica da je većina enzima mnogo veća od reaktanata njihovih reakcija uvelike je odgovorna za njihovu aktivnost.

To je zbog činjenice da je samo određeno područje u strukturi enzima takozvano aktivno mjesto, tj. fragment odgovoran za provođenje reakcije.

Zadatak preostalih fragmenata molekule je vezanje specifičnog supstrata, rjeđe drugih spojeva koji utječu na aktivnost enzima.

Dobro je znati tu konstrukcijukatalizatora je dizajniran tako da je spojna podloga idealno geometrijski usklađena, poput "ključa od brave".

Kao i svi proteini, enzimi se proizvode u ribosomima iz genetskog materijala koji je čvrsto zbijen u jezgri - DNK, stvarajući tako tzv. primarnu strukturu.

Zatim se nekoliko puta savija - mijenja svoj oblik, ponekad se dodaju šećeri, metalni ioni ili masni ostaci.

Rezultat svih ovih procesa je formiranje aktivne kvartarne strukture, tj. potpuno biološki aktivnog oblika.

U mnogim slučajevima, nekoliko čestica enzima se kombiniraju kako bi izveli niz kemijskih reakcija i tako ubrzali proces.

Ponekad postoje enzimi u nekoliko tkiva koji kataliziraju istu reakciju, ali nisu međusobno slični, nazivamo ih izoenzimi.

Imena izoenzima su ista, unatoč razlici u mjestu i strukturi, međutim, te razlike imaju praktičnu primjenu. Zahvaljujući tome, u laboratorijskim testovima moguće je odrediti samo one frakcije enzima koje dolaze iz određenog organa.

Mehanizmi djelovanja enzima su raznoliki, ali s kemijske točke gledišta, njihova je zadaća uvijek smanjiti aktivacijsku energiju reakcije. Ovo je količina energije koju podloge moraju imati da bi se proces odvijao.

Ovaj učinak može se postići stvaranjem odgovarajućeg okruženja za reakciju, korištenjem drugačijeg kemijskog puta za dobivanje istih proizvoda ili odgovarajućeg prostornog rasporeda supstrata.

Svaki od ovih mehanizama mogu koristiti enzimi.

Regulacija aktivnosti enzima

Djelovanje enzima ovisi o parametrima okoline: temperaturi, pH i drugim. Svaki od prirodnih katalizatora ima svoje optimalne performanse pod određenim uvjetima, koji mogu biti različito široki ovisno o njegovoj toleranciji na uvjete okoline.

U slučaju temperature, većina enzimskih reakcija je brža na višim temperaturama, ali na određenoj temperaturi učinkovitost reakcije naglo pada, što je uzrokovano toplinskim oštećenjem enzima (denaturacija).

U smislu njihove strukture, hormoni se mogu podijeliti u dvije skupine:

  • jednostavno - samo proteinske čestice
  • kompleks - koji zahtijeva dodavanje ne-proteinske grupe - kofaktor

Potonji igraju ključnu ulogu u pravilnoj aktivnosti i regulaciji enzima.

Kofaktori se pak mogu podijeliti u dvije skupine: oni koji su potrebni zaaktivnosti enzima, snažno povezane s njim - to su takozvane prostetske grupe, to mogu biti metali, organske molekule, kao što je, na primjer, hem.

Druga skupina su koenzimi, oni su obično odgovorni za prijenos supstrata ili elektrona, a njihovo vezanje za enzim je slabo, u ovu skupinu spada npr. folna kiselina, koenzim A. Vrijedi znati da mnogi vitamini igraju ulogu kofaktora.

Inhibitori obavljaju potpuno drugačiji zadatak, oni su čestice koje inhibiraju enzimsku aktivnost vežući se na enzim.

Postoji nekoliko vrsta inhibitora:

  • nepovratno - uzrokuju trajnu inaktivaciju molekule i reakcija se može dogoditi tek nakon proizvodnje novog enzima
  • kompetitivni - u ovom slučaju, inhibitor ima strukturu sličnu onoj supstrata, pa se natječu za aktivno mjesto. Ako je spojen inhibitor, reakcija se ne događa, ako supstrat - teče normalno
  • nekonkurentno - takvi inhibitori vežu enzim na mjestu koje nije na supstratu, tako da se može vezati za enzim, ali reakcija se ne odvija

Pri mnogo višoj koncentraciji supstrata od inhibitora, učinak kompetitivnog inhibitora je prevladan, jer on nadvladava "konkurencija" za aktivno mjesto, u slučaju nekonkurentnog, njegov učinak ne može biti prevladati povećanjem koncentracije supstrata.

Osim regulacije sustava aktivatora i inhibitora, postoje mnoge druge metode kontrole aktivnosti enzima.

Tiču se stanične kontrole proizvodnje na razini stvaranja proteina, kao i regulacije takozvane posttranslacijske obrade, tj. promjena u strukturi proteinske molekule koje se događaju neposredno nakon njezine sinteze u ribosoma. Te se modifikacije sastoje, na primjer, u skraćivanju polipeptidnog lanca.

Sljedeće metode regulacije odnose se na segregaciju i smještaj enzima u odgovarajuća područja: stanične i specifične organele, ili u ekstracelularni odjeljak.

Postoji još jedan važan regulatorni mehanizam - negativna povratna sprega - to je primarni kontrolni sustav u endokrinom sustavu. Djeluje na principu inhibicije.

To znači da ako enzim proizvodi previše određenog hormona, on se veže na njega, inhibira njegovu aktivnost i smanjuje sintezu, pa sam proizvod reakcije inhibira njegovu proizvodnju.

Enzimi: uloga

Svako tkivo ljudskog tijela proizvodi određeni skup enzima, koji definira ulogu ovih stanica u funkcioniranju tijela. Što su ti enzimi definirano je genetskim kodom i koje su regije aktivne u danoj stanici.

Tisuće kemijskih reakcija odvija se u ljudskom tijelu u bilo kojem trenutku, od kojih svaka zahtijeva određeni enzim, pa bi bilo teško nabrojati sve te čestice prisutne u našem tijelu.

Vrijedi znati o nekima od najkarakterističnijih:

  • Probavni enzimi- proizvedeni u tkivima probavnog sustava, razgrađuju hranu u jednostavne spojeve, jer se samo oni mogu apsorbirati u krv. Oni su izvanstanični enzimi, pa svoju glavnu zadaću ispunjavaju izvan stanica u kojima se proizvode. Neki od tih enzima nastaju u neaktivnom obliku, takozvani proenzimi ili zimogeni, a aktiviraju se u gastrointestinalnom traktu. Probavni enzimi uključuju, na primjer: amilazu, lipazu, tripsin.
  • Miozinje enzim koji se nalazi u mišićima, razgrađuje molekule ATP-a koji su nosioci energije, uzrokujući kontrakciju mišićnih vlakana.
  • Peroksidazesu oksidacijski enzimi i katalaze, tj. redukcijski enzimi
  • Acetilkolinesterazaje enzim koji razgrađuje acetilkolin, jedan od prijenosnika u živčanom sustavu
  • Monoamin oksidazaje enzim najzastupljeniji u jetri, odgovoran je za razgradnju adrenalina, noradrenalina i nekih lijekova
  • Citohomska oksidaza , vrlo važan unutarstanični enzim odgovoran za energetske transformacije
  • Lysozym , tvar prisutna npr. u suzama ili slini koja ispunjava zaštitne funkcije, uništava patogene
  • Alkohol dehidrogenaza , enzim u jetri odgovoran za razgradnju etanola
  • Alkalna fosfataza , sudjeluje u izgradnji kosti od strane osteoblasta

Enzimi: imenovanje

Nazivi enzima često su prilično komplicirani jer su izvedeni iz naziva reakcije koju provode i supstrata uključenog u tu reakciju, npr. 5-hidroksitriptofan dekarboksilaza.

Obično se sufiks "-aza" dodaje općem nazivu reakcije, a drugi dio naziva enzima čini naziv spoja koji prolazi kroz ovu reakciju.

Ponekad je ime jednostruko, dolazi od supstrata, npr. laktaze (enzim koji razgrađuje laktozu).

Rjeđe, nazivi enzima proizlaze iz općeg procesa koji se odvija uz njihovo sudjelovanje, npr. DNA giraza, enzim odgovoran za okretanje DNK niti.

Neki enzimi konačno imaju uobičajena imena ili nazive koje su dali njihovi otkrići, kao što je pepsin (koji razgrađuje proteine ​​u probavnom traktu) ili lizozim (baktericidni enzim sadržan usuze).

Postoji i mala skupina restrikcijskih enzima koji su odgovorni za rezanje lanaca DNK, u ovom slučaju naziv dolazi od mikroorganizma iz kojeg je enzim izoliran.

Međunarodna unija za biokemiju i molekularnu biologiju uvela je pravila za imenovanje enzima i podijelila ih u nekoliko klasa kako bi standardizirala nomenklaturu.

Nije zamijenio ranije opisane nazive, već je to dodatak koji prvenstveno koriste znanstvenici.

Prema pravilima Europske unije, svaki enzim je opisan nizom znakova: EC x.xx.xx.xx - gdje prva znamenka označava klasu, sljedeće podklase i podklase, i na kraju broj enzima. Ove klase enzima su:

• 1 - oksidoreduktaze: kataliziraju reakcije oksidacije i redukcije
• 2 - transferaze: prenose funkcionalne skupine (npr. fosfat)
• 3 - hidrolaze: odgovaraju hidrolizi (razgradnji) veza
• 4 - liaze: rezanje veza na drugačiji mehanizam od hidrolize
• 5 - izomeraze: odgovorne su za prostorne promjene molekula
• 6 - ligaze: povezuju molekule s kovalentnim vezama

Enzimi i lijekovi

Važnost enzima za ljudsko zdravlje je ogromna. Njihov pravilan rad omogućuje zdrav život, a razvojem analitičkih uređaja naučili smo dijagnosticirati razne bolesti određivanjem enzima. Štoviše, u mogućnosti smo uspješno liječiti nedostatke nekih enzima i nastalih bolesti, nažalost, po tom pitanju ima još puno toga za napraviti.

Liječenje uzroka metaboličkih bolesti još nije moguće, jer nismo u mogućnosti sigurno i učinkovito modificirati genetski materijal kako bismo popravili oštećene gene, a time i nepravilno proizvedene enzime.

Bolesti uzrokovane disfunkcionalnim enzima

Pravilno funkcioniranje našeg tijela uvelike ovisi o pravilnom radu enzima. U mnogim slučajevima bolesna stanja utječu na količinu enzima, uzrokujući njihovo prekomjerno oslobađanje iz stanica ili, naprotiv, nedostatak. U nastavku su samo primjeri bolesti uzrokovanih abnormalnim enzimskim funkcijama, ovih bolesti ima mnogo više.

  • Metabolički blokovi ili metaboličke bolesti

Metabolički blokovi ili metaboličke bolesti su skupina nasljednih bolesti uzrokovanih nakupljanjem tvari u stanici zbog nedostatka enzima odgovornog za njihov metabolizam. Supstrati akumulirani tijekom vremena toliko su da postaju toksični za stanice i cijeli organizam.

Postoji nekoliko tisuća bolesti, njihov broj odražava mnoštvoenzimi koji se nalaze u ljudskom tijelu, jer na većinu gena koji kodiraju enzime mogu utjecati metaboličke bolesti.

Primjeri su galaktozemija ili homocistinurija, koje su rijetke bolesti, koje se najčešće manifestiraju odmah nakon rođenja ili u prvim godinama života.

  • Nowotwory

Druga skupina bolesti koje mogu uključivati ​​neispravan rad enzima je rak. Uz mnoge druge funkcije, enzimi su također odgovorni za regulaciju stanične diobe, takozvane tirozin kinaze. Ako ti enzimi ne uspiju u ovom području, može doći do nekontrolirane diobe stanica, a time i do kancerogenog procesa.

  • Emfizem

Manje uobičajena bolest je emfizem, u kojem slučaju elastaza postaje preaktivna. To je enzim prisutan u plućnom tkivu odgovoran za razgradnju proteina elastina koji je prisutan, između ostalog, u plućima.

Ako je previše aktivan, ravnoteža između uništavanja i izgradnje je poremećena, nastaju ožiljci i razvija se emfizem.

Enzimi: dijagnostička upotreba

Moderna medicinska dijagnostika temelji se na korištenju enzima u njihovom određivanju. To je zbog činjenice da bolesna stanja izravno ili neizravno dovode do neravnoteže enzima, uzrokujući povećanje ili smanjenje njihove količine u krvi.

To može biti posljedica ne samo poremećaja proizvodnje, već i npr. oslobađanja velike količine unutarstaničnog enzima u krv ili mokraću kao rezultat oštećenja njegove stanične membrane.

Primjeri enzima koji se koriste u laboratorijskim istraživanjima su:

  • Kreatin kinaza - enzim prisutan u mišićima, također u srčanom mišiću, njegovo višestruko povećanje može ukazivati ​​na srčani udar, miokarditis, bolesti mišića - ozljede, distrofiju.
  • Laktat dehidrogenaza - prisutna u svim stanicama tijela, posebno u mozgu, plućima, bijelim krvnim stanicama i mišićima. Njegov veliki porast opažen je kod srčanog udara, bolesti mišića i jetre ili raka.
  • Alkalna fosfataza se u najvećoj količini nalazi u jetri i kostima, ovdje je oslobađaju osteoblasti. Bolesti ovih organa mogu uzrokovati njegov rast, ali višak alkalne fosfataze također može ukazivati ​​na proces regeneracije kosti - nakon operacije ili prijeloma.
  • Kisela fosfataza se javlja u mnogim organima - jetri, bubrezima, kostima, prostati, s dijagnostičke točke gledišta njeno povećanje može ukazivati ​​na bolesti kostiju i prostate.
  • Aminotransferazaasparagin i alanin aminotransferaza - to su enzimi karakteristični za jetru, pojavljuju se gotovo isključivo u hepatocitima, koriste se u osnovnoj probirnoj dijagnozi bolesti jetre, a njihovo višestruko povećanje uvijek potiče daljnju dijagnozu bolesti jetre.
  • Glutamat dehidrogenaza i gamaglutamiltransferaza - drugi jetreni enzimi, slično gore navedenim, važni su u dijagnozi bolesti ovog organa i žučnih kanala.
  • Amilaza je enzim prisutan u mnogim organima, ali najveća koncentracija se postiže u stanicama gušterače i žlijezda slinovnica, njena dijagnoza je od najveće važnosti u njihovim bolestima.
  • Lipaza je još jedan enzim gušterače, razlikuje se po specifičnosti od amilaze, što znači da je lipaza prisutna samo u gušterači i odstupanja od norme u određivanju ovog enzima ukazuju na bolest gušterače.
  • Kolinesteraza je enzim koji razgrađuje acetilkolin - prijenosnik u živčanom sustavu, gdje ga ima i u najvećoj količini, u dijagnostici se koristi kod trovanja organofosfornim spojevima.
  • Čimbenici koagulacije i fibrinolize - to su tvari koje proizvodi jetra uključene u zgrušavanje krvi, njihova određivanja su važna ne samo za procjenu ovog procesa, već i za praćenje funkcije jetre.
  • Alfa-fetoprotein - jetreni enzim, čija se količina povećava u bolestima ovog organa, uključujući rak.
  • C-reaktivni protein - proizvodi jetra, uključen je u imunološki odgovor, njegova količina se povećava u krvi u upalnim stanjima - infekcijama, ozljedama, autoimunim bolestima.
  • Ceruloplasmin - još jedan jetreni enzim čije je povećanje karakteristično za Wilsonovu bolest.
  • Piridinolin i deoksipiridinolin su markeri resorpcije (destrukcije) kostiju, oni karakteriziraju funkciju osteoklasta (osteogenih stanica).
  • Mioglobin - kao što je ranije spomenuto, spoj je karakterističan za mišiće, pa će njegovo povećanje ukazati na oštećenje skeletnih ili srčanih mišića.
  • Troponini - tzv. markeri srčanog udara, to su enzimi koji reguliraju kontrakciju mišićnih vlakana, posebno ih ima u srčanom mišiću. Njegovo oštećenje uzrokuje oslobađanje velike količine troponina u krv, koji se koristi u dijagnostici srčanih bolesti. Međutim, vrijedi zapamtiti da povećanje troponina može ukazivati ​​ne samo na srčani udar, već i na njegovu insuficijenciju, defekte zalistaka ili plućnu emboliju.

Svi gore navedeni enzimi mogu se dodijeliti u nekoliko grupa:

  • sekretorni enzimi- donja granica norme je dijagnostička. To su enzimi koje fiziološki proizvode organi, ali u slučaju bolesti njihov se broj smanjuje, npr. faktori zgrušavanja
  • indikatorski enzimi- rast je važan. Ova skupina enzima pojavljuje se u velikom broju zbog oštećenja organa i curenja enzima, kao što su troponini
  • enzimi za izlučivanje- to su enzimi koji se normalno proizvode u lumenu različitih organa - usta, crijeva i urinarnog trakta. Ako im je izlaz blokiran, ulaze u krv, npr. amilaza

Vrijedi zapamtiti da se enzimi koriste u samoj medicinskoj dijagnostici. Biokemijske analize provode se uz korištenje enzima, a odgovarajuća interpretacija rezultata enzimskih reakcija omogućuje da se dobije rezultat laboratorijskog testa.

Enzimi i tretman

Mnogi lijekovi djeluju tako da utječu na djelovanje enzima, bilo da ih uzrokuju da djeluju ili, naprotiv, tako što su inhibitori. Postoje zamjene za enzime kao što su pankreatin koji sadrže lipazu i amilazu koji se koriste kod insuficijencije gušterače.

S druge strane, određene skupine lijekova inhibiraju djelovanje enzima, npr. inhibitori enzima koji konvertuje angiotenzin koji se koriste, između ostalih, kod hipertenzije i zatajenja srca, ili neki antibiotici, npr. amoksicilin, koji inhibira enzim bakterijsku transpeptidazu, koji sprječava izgradnju bakterijske stanične stijenke, a kao rezultat toga inhibira se infekcija.

Neki otrovi djeluju i na enzime. Cijanid je snažan inhibitor citokrom oksidaze, bitne komponente dišnog lanca. Njegovo blokiranje sprječava stanicu da dobije energiju, što dovodi do njezine smrti.

Za pravilan tijek životnih procesa stanica potrebno je prisustvo mnogih kemijskih supstanci, koje ostaju u strogim omjerima među sobom i između kojih se neprestano odvijaju kemijske reakcije.

Ovaj zadatak obavljaju pravilno funkcionirajući enzimi, koji su neophodni da bi se gotovo svaka kemijska reakcija odvijala brzinom i učinkovitošću koja je potrebna za pravilno funkcioniranje ljudskog tijela.

Djelovanje enzima ubrzava ove procese mnogo puta, često čak i stotine puta, što je važno, sami enzimi se ne troše tijekom reakcija koje se odvijaju.

Nedostatak katalizatora ili njihov nepravilan rad može rezultirati pojavom mnogih bolesti. S druge strane, vješto mijenjanje njihove aktivnosti omogućuje vam da uspješno izliječite mnoge bolesti.

Enzimologija (znanost o enzimima) je izuzetno opsežna, anjegov razvoj može donijeti ne samo znanstveni napredak, već i aktivno doprinijeti razvoju medicine u smislu ne samo liječenja, već i dijagnostike.

O autoruNakloniti se. Maciej GrymuzaDiplomirala je na Medicinskom fakultetu Medicinskog fakulteta u K. Marcinkowskog u Poznańu. Diplomirao je na sveučilištu s dobrim uspjehom. Trenutno je doktor kardiologije i doktorand. Posebno ga zanima invazivna kardiologija i implantabilni uređaji (stimulatori).

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Istraživanje