Mamilioni ya athari za kemikali hufanyika kwenye seli ya kiumbe hai chochote. Kila mmoja wao ni wa umuhimu mkubwa, kwa hiyo ni muhimu kudumisha kasi ya michakato ya kibiolojia kwa kiwango cha juu. Karibu kila mmenyuko huchochewa na kimeng'enya chake. Enzymes ni nini? Jukumu lao ni nini katika ngome?
Enzymes. Ufafanuzi
Neno "enzyme" linatokana na neno la Kilatini fermentum - chachu. Pia zinaweza kuitwa vimeng'enya, kutoka kwa Kigiriki en zyme, "katika chachu".
Enzymes ni dutu amilifu kibayolojia, kwa hivyo mmenyuko wowote unaofanyika katika seli hauwezi kufanya bila ushiriki wao. Dutu hizi hufanya kama vichocheo. Ipasavyo, kimeng'enya chochote kina sifa kuu mbili:
1) Kimeng'enya huharakisha mmenyuko wa kemikali ya kibayolojia, lakini hakitumiwi.
2) Thamani ya usawaziko thabiti haibadiliki, bali huharakisha tu ufaulu wa thamani hii.
Enzymes huongeza kasi ya athari za biokemikali kwa elfu moja, na wakati mwingine mara milioni. Hii inamaanisha kuwa kwa kukosekana kwa vifaa vya enzymatic, michakato yote ya ndani itasimama, na seli yenyewe itakufa. Kwa hivyo, jukumu la vimeng'enya kama dutu amilifu kibiolojia ni kubwa.
Anuwai ya vimeng'enya hukuruhusu kubadilisha udhibiti wa kimetaboliki ya seli. Katika mtiririko wowote wa athari, enzymes nyingi za madarasa anuwai hushiriki. Vichocheo vya kibayolojia huchagua sana kutokana na upatanisho maalum wa molekuli. Kwa kuwa enzymes katika hali nyingi ni za asili ya protini, ziko katika muundo wa juu au wa quaternary. Hii inafafanuliwa tena na umaalum wa molekuli.
Utendaji wa vimeng'enya kwenye seli
Kazi kuu ya kimeng'enya ni kuongeza kasi ya mwitikio sambamba. Mtiririko wowote wa michakato, kutoka kwa kuoza kwa peroksidi ya hidrojeni hadi glycolysis, inahitaji uwepo wa kichocheo cha kibaolojia.
Utendaji kazi mzuri wa vimeng'enya hufikiwa na umaalum wa hali ya juu kwa substrate fulani. Hii ina maana kwamba kichocheo kinaweza tu kuongeza kasi ya mmenyuko fulani na hakuna mwingine, hata sawa sana. Kulingana na kiwango cha upekee, vikundi vifuatavyo vya vimeng'enya vinajulikana:
1) Enzymes zenye umaalum kabisa, wakati mmenyuko mmoja pekee huchochewa. Kwa mfano, collagenase huvunja collagen na m altase huvunja m altose.
2) Enzymes zenye umaalum jamaa. Hii ni pamoja na vitu vinavyoweza kuchochea aina fulani ya athari, kama vile hidrolitiki cleavage.
Kazi ya kichochezi kibayolojia huanza tangu wakati ambapo kituo chake amilifu kinapounganishwa kwenye mkatetaka. Katika kesi hii, mtu anazungumza juu ya mwingiliano wa ziada kama kufuli na ufunguo. Hii inarejelea sadfa kamili ya umbo la kituo amilifu na substrate, ambayo inafanya uwezekano wa kuharakisha majibu.
Hatua inayofuata ni majibu yenyewe. Kasi yake huongezeka kutokana na hatua ya tata ya enzymatic. Hatimaye, tunapata kimeng'enya ambacho huhusishwa na bidhaa za mmenyuko.
Hatua ya mwisho ni mtengano wa bidhaa za mmenyuko kutoka kwa kimeng'enya, ambapo kituo amilifu huwa huru tena kwa kazi inayofuata.
Kwa utaratibu, kazi ya kimeng'enya katika kila hatua inaweza kuandikwa kama ifuatavyo:
1) S + E --> SE
2) SE --> SP
3) SP --> S + P ambapo S ni mkatetaka, E ni kimeng'enya, na P ni bidhaa.
Uainishaji wa vimeng'enya
Katika mwili wa binadamu, unaweza kupata kiasi kikubwa cha vimeng'enya. Ujuzi wote juu ya kazi zao na kazi ulipangwa, na kwa sababu hiyo, uainishaji mmoja ulionekana, shukrani ambayo ni rahisi kuamua ni nini hii au kichocheo hicho kinakusudiwa. Hapa kuna aina 6 kuu za vimeng'enya, pamoja na mifano ya baadhi ya vikundi vidogo.
Oxidoreductases
Enzymes za darasa hili huchochea athari za redoksi. Kuna vikundi vidogo 17 kwa jumla. Oxidoreductases kawaida huwa na sehemu isiyo ya protini, inayowakilishwa na vitamini au heme.
Vikundi vidogo vifuatavyo mara nyingi hupatikana kati ya vioksidishaji vioksidishaji:
a) Dawa za kuondoa hidrojeni. Biokemia ya enzymes ya dehydrogenase inajumuisha uondoaji wa atomi za hidrojeni na uhamisho wao kwenye substrate nyingine. Kikundi hiki mara nyingi hupatikana katika athari za kupumua,usanisinuru. Muundo wa dehydrogenases lazima uwe na coenzyme katika mfumo wa NAD / NADP au flavoproteins FAD / FMN. Mara nyingi kuna ions za chuma. Mifano ni pamoja na vimeng'enya kama vile cytochrome reductases, pyruvate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase, na vimeng'enya vingi vya ini (lactate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, n.k.).
b) Oxidase. Idadi ya vimeng'enya huchochea uongezaji wa oksijeni kwenye hidrojeni, kwa sababu hiyo bidhaa za mmenyuko zinaweza kuwa maji au peroksidi ya hidrojeni (H20, H2 0 2). Mifano ya vimeng'enya: cytochrome oxidase, tyrosinase.
c) Peroxidasi na catalase ni vimeng'enya vinavyochochea mgawanyiko wa H2O2 kuwa oksijeni na maji.
d) Oksijeni. Biocatalysts hizi huharakisha kuongeza kwa oksijeni kwenye substrate. Dopamine hydroxylase ni mfano mmoja wa vimeng'enya hivyo.
2. Uhamisho.
Kazi ya vimeng'enya vya kikundi hiki ni kuhamisha radicals kutoka kwa dutu ya wafadhili hadi kwa dutu ya mpokeaji.
a) Methyltransferase. DNA methyltransferases ni enzymes kuu zinazodhibiti mchakato wa urudufishaji wa DNA. Nucleotide methylation ina jukumu muhimu katika udhibiti wa utendaji kazi wa asidi ya nukleiki.
b) Acyltransferasi. Enzymes za kikundi hiki kidogo husafirisha kikundi cha acyl kutoka molekuli moja hadi nyingine. Mifano ya acyltransferasi: lecithincholesterol acyltransferase (huhamisha kikundi kinachofanya kazi kutoka kwa asidi ya mafuta hadi kolesteroli), lysophosphatidylcholine acyltransferase (kikundi cha acyl huhamishiwa kwenye lysophosphatidylcholine).
c) Aminotransferasi ni vimeng'enya vinavyohusika katika ubadilishaji wa amino asidi. Mifano ya vimeng'enya: alanine aminotransferase, ambayo huchochea usanisi wa alanine kutoka kwa pyruvati na glutamati kwa uhamisho wa kikundi cha amino.
d) Phosphotransferasi. Enzymes za kikundi hiki kidogo huchochea uongezaji wa kikundi cha phosphate. Jina lingine la phosphotransferases, kinases, ni la kawaida zaidi. Mifano ni vimeng'enya kama vile hexokinase na aspartate kinase, ambavyo huongeza mabaki ya fosforasi kwenye hexosi (mara nyingi glukosi) na asidi aspartic, mtawalia.
3. Hydrolases ni darasa la vimeng'enya ambavyo huchochea mgawanyiko wa vifungo kwenye molekuli, ikifuatiwa na kuongezwa kwa maji. Dutu ambazo ni za kundi hili ndio vimeng'enya vikuu vya usagaji chakula.
a) Esterasi - kuvunja dhamana za ethereal. Mfano ni lipases, ambayo huvunja mafuta.
b) Glycosidases. Biokemia ya enzymes ya mfululizo huu inajumuisha uharibifu wa vifungo vya glycosidic ya polima (polysaccharides na oligosaccharides). Mifano: amylase, sucrase, m altase.
c) Peptidasi ni vimeng'enya ambavyo huchochea mgawanyiko wa protini kuwa asidi ya amino. Peptidasi ni pamoja na vimeng'enya kama vile pepsini, trypsin, chymotrypsin, carboxypeptidase.
d) Amidasi - bondi za amide zilizogawanyika. Mifano: arginase, urease, glutaminase, n.k. vimeng'enya vingi vya amidase hutokea katika mzunguko wa ornithine.
4. Lyases ni vimeng'enya vinavyofanana katika utendakazi wa hydrolases, hata hivyo, maji hayatumiwi wakati wa kupasuka kwa vifungo katika molekuli. Enzymes za darasa hili huwa na sehemu isiyo ya protini, kwa mfano, katika mfumo wa vitamini B1 au B6.
a) Decarboxylases. Enzymes hizi hufanya kazi kwenye dhamana ya C-C. Mifano nihutumika kama glutamate decarboxylase au pyruvate decarboxylase.
b) Hydratasi na dehydratasi ni vimeng'enya vinavyochochea athari ya mgawanyiko wa vifungo vya C-O.
c) Amidine-lyases - haribu bondi za C-N. Mfano: arginine succinate lyase.
d) P-O lyase. Enzymes kama hizo, kama sheria, hutenganisha kikundi cha phosphate kutoka kwa dutu ya substrate. Mfano: adenylate cyclase.
Baykemia ya vimeng'enya inategemea muundo wao
Uwezo wa kila kimeng'enya hubainishwa na muundo wake binafsi na wa kipekee. Kimeng'enya kwanza kabisa ni protini, na muundo wake na kiwango cha kukunjana huchukua jukumu muhimu katika kubainisha utendakazi wake.
Kila biocatalyst ina sifa ya kuwepo kwa kituo amilifu, ambacho, kwa upande wake, kimegawanywa katika maeneo kadhaa huru ya utendaji:
1) Kituo cha kichocheo ni eneo maalum la protini, ambapo kimeng'enya huambatishwa kwenye substrate. Kulingana na muundo wa molekuli ya protini, kituo cha kichocheo kinaweza kuchukua aina mbalimbali, ambazo lazima zifanane na substrate kwa njia sawa na kufuli kwa ufunguo. Muundo changamano kama huo hufafanua kwa nini protini ya enzymatic iko katika hali ya juu au ya quaternary.
2) Kituo cha Adsorption - hufanya kama "kimiliki". Hapa, kwanza kabisa, kuna uhusiano kati ya molekuli ya enzyme na molekuli ya substrate. Hata hivyo, vifungo vinavyoundwa na kituo cha adsorption ni dhaifu sana, ambayo ina maana kwamba majibu ya kichocheo yanaweza kutenduliwa katika hatua hii.
3) Vituo vya allosteric vinaweza kupatikana kamakwenye tovuti ya kazi, na juu ya uso mzima wa enzyme kwa ujumla. Kazi yao ni kudhibiti utendaji wa enzyme. Udhibiti hutokea kwa usaidizi wa molekuli za vizuizi na molekuli za viamilisho.
Protini za kiamilisha, zinazofungana na molekuli ya kimeng'enya, huharakisha kazi yake. Vizuizi, kinyume chake, huzuia shughuli za kichocheo, na hii inaweza kutokea kwa njia mbili: ama molekuli hufunga kwenye tovuti ya allosteric katika eneo la tovuti ya kazi ya enzyme (kizuizi cha ushindani), au inashikamana na eneo lingine la protini. (kizuizi kisicho na ushindani). Kizuizi cha ushindani kinachukuliwa kuwa bora zaidi. Baada ya yote, hii inafunga mahali pa kumfunga substrate kwa kimeng'enya, na mchakato huu unawezekana tu katika kesi ya bahati mbaya karibu kabisa ya umbo la molekuli ya kizuizi na kituo kinachofanya kazi.
Enzymes mara nyingi huwa sio tu na asidi ya amino, lakini pia ya vitu vingine vya kikaboni na isokaboni. Ipasavyo, apoenzyme imetengwa - sehemu ya protini, coenzyme - sehemu ya kikaboni, na cofactor - sehemu ya isokaboni. Coenzyme inaweza kuwakilishwa na wanga, mafuta, asidi nucleic, vitamini. Kwa upande wake, cofactor mara nyingi ni ions za chuma msaidizi. Shughuli ya enzymes imedhamiriwa na muundo wake: vitu vya ziada vinavyounda muundo hubadilisha mali ya kichocheo. Aina mbalimbali za vimeng'enya ni matokeo ya mchanganyiko wa vipengele vyote vya uundaji vilivyo hapo juu.
Udhibiti wa vimeng'enya
Enzymes kama dutu amilifu si lazima kwa mwili kila wakati. Baiolojia ya vimeng'enya ni kwamba inaweza kudhuru chembe hai ikiwa kuna uchochezi mwingi. Ili kuzuia madhara ya vimeng'enya kwenye mwili, ni muhimu kwa namna fulani kudhibiti kazi yao.
T. Kwa kuwa enzymes ni ya asili ya protini, huharibiwa kwa urahisi kwa joto la juu. Mchakato wa utofautishaji unaweza kutenduliwa, lakini unaweza kuathiri pakubwa utendakazi wa dutu.
pH pia ina jukumu kubwa katika udhibiti. Shughuli ya juu zaidi ya enzymes, kama sheria, inazingatiwa kwa maadili ya pH ya upande wowote (7.0-7.2). Pia kuna enzymes zinazofanya kazi tu katika mazingira ya tindikali au tu katika moja ya alkali. Kwa hivyo, katika lysosomes ya seli, pH ya chini hudumishwa, ambayo shughuli ya enzymes ya hidrolitiki ni ya juu. Ikiwa kwa bahati mbaya huingia kwenye cytoplasm, ambapo mazingira tayari iko karibu na neutral, shughuli zao zitapungua. Ulinzi kama huo dhidi ya "kula mwenyewe" unategemea upekee wa kazi ya hydrolases.
Inafaa kutaja umuhimu wa coenzyme na cofactor katika utungaji wa vimeng'enya. Uwepo wa vitamini au ayoni za metali huathiri pakubwa utendakazi wa vimeng'enya fulani mahususi.
Namna ya majina ya kimeng'enya
Enzymes zote za mwili kwa kawaida hupewa majina kulingana na mali ya darasa lolote, na vile vile sehemu ndogo ambayo huathiri. Wakati mwingine, kulingana na utaratibu wa utaratibu wa majina, sio moja, lakini substrates mbili hutumiwa katika jina.
Mifano ya majina ya baadhi ya vimeng'enya:
- vimeng'enya kwenye ini: lactate-dehydrogenase, glutamate dehydrogenase.
- Jina kamili la utaratibu la kimeng'enya: lactate-NAD+-oxidoreduct-ase.
Pia kuna majina madogo ambayo hayazingatii kanuni za muundo wa majina. Mifano ni vimeng'enya vya usagaji chakula: trypsin, chymotrypsin, pepsin.
Mchakato wa usanisi wa enzyme
Utendaji wa vimeng'enya hubainishwa katika kiwango cha kijeni. Kwa kuwa molekuli kwa kiasi kikubwa ni protini, usanisi wake hurudia kabisa michakato ya unakili na tafsiri.
Muundo wa vimeng'enya hutokea kulingana na mpangilio ufuatao. Kwanza, habari kuhusu enzyme inayotaka inasomwa kutoka kwa DNA, kama matokeo ambayo mRNA huundwa. Nambari za Messenger za RNA za asidi zote za amino zinazounda kimeng'enya. Udhibiti wa vimeng'enya unaweza pia kutokea katika kiwango cha DNA: ikiwa bidhaa ya mmenyuko wa kichocheo inatosha, unukuzi wa jeni utasimama na kinyume chake, ikiwa kuna hitaji la bidhaa, mchakato wa unukuzi huwashwa.
Baada ya mRNA kuingia kwenye saitoplazimu ya seli, hatua inayofuata huanza - tafsiri. Juu ya ribosomes ya retikulamu ya endoplasmic, mlolongo wa msingi huunganishwa, unaojumuisha asidi ya amino iliyounganishwa na vifungo vya peptidi. Hata hivyo, molekuli ya protini katika muundo wa msingi bado haiwezi kufanya kazi zake za kienzymatiki.
Shughuli ya vimeng'enya hutegemea muundo wa protini. Kwenye ER hiyo hiyo, kupotosha kwa protini hufanyika, kama matokeo ya ambayo miundo ya kwanza ya sekondari na ya juu huundwa. Mchanganyiko wa enzymes fulani huacha tayari katika hatua hii, hata hivyo, ili kuamsha shughuli ya kichocheo, mara nyingi ni muhimu.nyongeza ya coenzyme na cofactor.
Katika baadhi ya maeneo ya endoplasmic retikulamu, viambajengo vya kikaboni vya kimeng'enya vimeambatishwa: monosakaridi, asidi nucleic, mafuta, vitamini. Baadhi ya vimeng'enya haviwezi kufanya kazi bila kuwepo kwa kimeng'enya.
Cofactor ina jukumu muhimu katika uundaji wa muundo wa Quaternary wa protini. Baadhi ya kazi za vimeng'enya zinapatikana tu wakati protini inafikia shirika la kikoa. Kwa hiyo, uwepo wa muundo wa quaternary ni muhimu sana kwao, ambayo kiungo cha kuunganisha kati ya globules kadhaa za protini ni ioni ya chuma.
Aina nyingi za vimeng'enya
Kuna hali ambapo ni muhimu kuwa na vimeng'enya kadhaa vinavyochochea mwitikio sawa, lakini hutofautiana katika baadhi ya vigezo. Kwa mfano, enzyme inaweza kufanya kazi kwa digrii 20, lakini kwa digrii 0 haitaweza tena kufanya kazi zake. Je, kiumbe hai kinapaswa kufanya nini katika hali kama hii katika halijoto ya chini kabisa?
Tatizo hili hutatuliwa kwa urahisi kwa kuwepo kwa vimeng'enya vingi mara moja, na hivyo kuchochea mwitikio sawa, lakini hufanya kazi katika hali tofauti. Kuna aina mbili za aina nyingi za vimeng'enya:
- Isoenzymes. Protini kama hizo husimbwa na jeni tofauti, hujumuisha asidi tofauti za amino, lakini huchochea mwitikio sawa.
- Aina za wingi za kweli. Protini hizi hunakiliwa kutoka kwa jeni moja, lakini peptidi hurekebishwa kwenye ribosomes. Pato ni aina kadhaa za kimeng'enya sawa.
BKwa hivyo, aina ya kwanza ya aina nyingi huundwa katika kiwango cha maumbile, wakati aina ya pili huundwa katika kiwango cha baada ya kutafsiri.
Umuhimu wa vimeng'enya
Matumizi ya vimeng'enya katika dawa hupunguzwa hadi kutolewa kwa dawa mpya, ambapo dutu hii tayari iko katika viwango vinavyofaa. Wanasayansi bado hawajapata njia ya kuchochea usanisi wa vimeng'enya vilivyokosekana mwilini, lakini leo dawa zinapatikana kwa wingi ambazo zinaweza kufidia upungufu wao kwa muda.
Enzymes tofauti katika seli huchochea aina mbalimbali za athari zinazodumisha maisha. Moja ya enisms hizi ni wawakilishi wa kundi la nucleases: endonucleases na exonucleases. Kazi yao ni kudumisha kiwango thabiti cha asidi ya nukleiki kwenye seli, kuondoa DNA na RNA iliyoharibiwa.
Usisahau kuhusu jambo kama vile kuganda kwa damu. Kuwa kipimo cha ufanisi cha ulinzi, mchakato huu ni chini ya udhibiti wa idadi ya enzymes. Ya kuu ni thrombin, ambayo hubadilisha protini isiyofanya kazi ya fibrinogen kwenye fibrin hai. Nyuzi zake huunda aina ya mtandao unaoziba tovuti ya uharibifu wa chombo, na hivyo kuzuia upotezaji wa damu nyingi.
Enzymes hutumika katika kutengeneza mvinyo, kutengeneza pombe, kupata bidhaa nyingi za maziwa yaliyochachushwa. Chachu inaweza kutumika kutengeneza pombe kutoka kwa glukosi, lakini dondoo kutoka humo inatosha kwa mtiririko mzuri wa mchakato huu.
Mambo ya kuvutia ambayo hukujua
- Vimeng'enya vyote vya mwili vina uzani mkubwa - kutoka 5000 hadi1000000 Ndiyo. Hii ni kutokana na kuwepo kwa protini katika molekuli. Kwa kulinganisha: uzito wa molekuli ya glukosi ni Da 180, na dioksidi kaboni ni Da 44 pekee.
- Hadi sasa, zaidi ya vimeng'enya 2000 vimegunduliwa ambavyo vimepatikana kwenye seli za viumbe mbalimbali. Hata hivyo, nyingi ya dutu hizi bado hazijaeleweka kikamilifu.
- Shughuli ya kimeng'enya hutumika kutengeneza sabuni bora za kufulia. Hapa, enzymes hufanya jukumu sawa na katika mwili: huvunja vitu vya kikaboni, na mali hii husaidia katika vita dhidi ya stains. Inashauriwa kutumia poda sawa ya kuosha kwa joto lisilozidi digrii 50, vinginevyo mchakato wa denaturation unaweza kutokea.
- Kulingana na takwimu, 20% ya watu duniani kote wanakabiliwa na ukosefu wa kimeng'enya chochote.
- Sifa za vimeng'enya zimejulikana kwa muda mrefu sana, lakini mnamo 1897 tu watu waligundua kuwa sio chachu yenyewe, lakini dondoo kutoka kwa seli zao zinaweza kutumika kuchachusha sukari kuwa pombe.
