Enzym

Diagram pásky enzymu Tim. Tim je catalytically dokonalý, znamenat jeho rychlost přeměny je omezen, nebo téměř omezený na jeho substrát míra rozšiřování.

enzym je makromolekula, která katalyzuje nebo urychluje chemickou reakci Vetsina enzymu jsou bilkoviny a pojmenovani 'enzym' casto oznacuje bilkovinny enzym, ale i nektere napr. RNA molekuly vykazuji take enzymovou aktivitu a proto k odliseni od bilkovinnych enzymou nesou oznaceni RNA enzymy nebo ribozomy. Slovo pochází z řeckého ένζυμο énsymo, coz pochazi z én (“u” nebo “v”) a simo (“zkvasit” nebo “kvasnice”).

Enzymy jsou nezbytne k udrzeni zivota, protoze vetsicna chomickych reakci v bunkach by byla bude prilis pomala, nebo by vedla k jinym produktum, pokud by zde nebyl pritomen enzym. Selhávat (mutace, nadprodukce, podvýroba nebo vymazání) jediný kritický enzym může vést k prudké chorobě. Například, nejvíce obyčejný druh phenylketonuria je způsoben jednou amino kyselinovou mutací v enzyme phenylalanine hydroxylase, který catalyzes první krok v degradaci phenylalanine. Výsledné nahromadění phenylalanine a příbuzných produktů může vést k duševnímu zpomalení jestliže nemoc je nezpracovaná.

Jako všechny katalyzátory, enzymy pracují tím, že poskytuje střídavou stezku nižší aktivace energie reakce, tak dovolit reakci pokračovat hodně rychlejší. Enzymy mohou zrychlit reakce faktorem mnoha miliónů. Enzym, jako nějaký katalyzátor, zůstane nezměněný vyplněnou reakcí a moci proto pokračovat fungovat. Protože enzymy neovlivní poměrnou energii mezi produkty a činidla, oni neovlivní rovnováhu reakce. Nicméně, výhoda enzymů porovnaných k většině jiným katalyzátorům je jejich stereofonní aparatura -, regio - a chemoselectivity a přesnost.

Aktivita enzymu může být postižená jinými molekulami. Inhibitory jsou přirozeně nastávat nebo syntetické molekuly, které se sníží nebo zruší aktivitu enzymu; aktivátory jsou molekuly, které zvýší aktivitu. Některé neodvolatelné inhibitory svážou enzymy velmi pevně, účinně deaktivovat je. Mnoho drog a jedů inhibuje enzymy. Prášek brání kormidelníkovi-1 a Cox-2 enzymy, které produkují zanícené poselské prostaglandin, tak potlačující bolest a zanícení. Kyanit jedu brání cytochromu c oxidase, který účinně blokuje buněčné dýchání.

Zatímco všechny enzymy mají biologickou roli, některé enzymy jsou používány komerčně pro jiné účely. Mnoho čističů domácnosti používá enzymy, aby zrychlil chemické reakce ( např., rozebrat bílkovinu nebo skvrny škrobu v šatech).

Je známo více než 5000 enzymů. Typicky přípona - ase je přidán ke jménu substrátu (např., lactase je enzym, který catalyzes výstřih laktózy) nebo druh reakce (např., DNA polymerase catalyzes tvoření DNA polymerů). Nicméně, toto není vždy případ, obzvláště když enzymy modifikují rozmanité substráty. Z tomto důvodu Enzyme pověření nebo EC čísla jsou používáni třídit enzymy založené na reakcích oni catalyze. Dokonce toto není dokonalé řešení jak enzymy od různých druhů nebo dokonce velmi podobné enzymy ve stejném druhu mohou mít totožná EC čísla.

Etymologie a historie

Eduard Buchner

Enzym slova přijde z Řeka: “v zkvasit”. Jak brzy jak pozdě 1700s a časné 1800s, trávení masa secretions žaludku a přeměna škrobu k cukrům rostlinnými výtažky a sliny byli sledováni.

Studovat fermentaci cukru k alkoholu kvasnicí, Louis Pasteur přišel k závěru, že tato fermentace catalyzed “kvasí” v kvasnici, který byl myšlenka k funkci jen v přítomnosti živých organismů.

V 1897, Hans a Eduard Buchner bezděčně použité kvasničné výtažky kvasit cukr, přes nepřítomnost žijících kvasinek. Oni zajímali se o výrobu extrahuje kvasinek k léčebným účelům, a, jako jeden možný způsob, jak chránit je, oni přidali velká množství stolního cukru k extrahovat. K jejich překvapení, oni shledali, že cukr byl kvasil, dokonce ačkoli tam byly žádné žijící kvasinky ve směsi. Termín “enzym” byl používán popisovat substanci (s) v kvasničném výtažku, který způsobil fermentaci stolního cukru. To nebylo dokud ne 1926, nicméně, že první enzym byl získán v čisté formě.

3D struktura

V enzymech, jako u jiných bílkovin, je funkce určená strukturou. Enzym může být:

• Monomerická bílkovina tj.obsahuje jediný polypeptidový řetězec, běžně sto i více aminokyselin; nebo
• oligomericka bíkovina sestávající z několik polypeptidních řetězů,různych nebo totožných.

Jak s nějakou bílkovinou, každý monomer je vlastně vytvořený jako dlouhý, lineární řetěz amino kyselin, který dá do zvláštní módy vyrábět trojrozměrný výrobek. Monomers jednotlivce může pak se spojit přes non-covalent vzájemná ovlivňování tvořit bílkovinu multimeric. Mnoho enzymů může být se rozvíjel nebo deaktivoval topením, který zničí trojrozměrnou strukturu bílkoviny.

Karikatura ukazovat aktivní pozemek enzymu.

Většina enzymů je větší než substráty, podle kterých oni jednají a jediný velmi malá část enzymu, asi 10 amino kyselin, vstoupí do přímého kontaktu se substrátem (s). Tato oblast, kde vázání substrátu (s) a pak reakce nastává, je známý jako aktivní pozemek enzymu. Některé enzymy obsahují místa, která svážou cofactors, který být potřebován pro katalýzu. Jisté enzymy mají vazná místa pro malé molekuly, který být často přímé nebo nepřímé produkty nebo substráty catalyzed reakce. Toto vázání může podávat na zvýšení nebo snižovat enzym aktivita (závisí na molekule a enzyme), poskytovat prostředky pro pravidlo odezvy.

Přesnost

Enzymy jsou obvykle přesné, zatímco k reakcím oni catalyze a substráty, které jsou zapojené do těchto reakcí. Tvar, komplementarita poplatku a hydrofilní/hydrofobní charakter enzymu a substrátu jsou zodpovědní za tuto přesnost.

Model "zámku a klíče"

Diagramy k přehlídce Koshland je přivozená vhodná hypotéza akce enzymu.

Diagram ukazovat realističtější situaci pro přivozenou vhodnou hypotézu. Chybné substráty, jeden příliš velký nebo příliš malý ve velikosti, nehodí se s aktivním místem.

Enzymy jsou velmi přesné a to bylo navrhnuto Emil Fischer v 1890s to toto bylo, protože enzym měl zvláštní tvar do kterého substrát (s) seděl přesně. Toto je často odkazoval se na jak “zámek a klíč” modelují. Enzym se spojí se svým substrátem za vzniku přechodného komplexu enzym-substrát.

Přivozený vhodný model

V roce 1958 Daniel Koshland navrhl modifikaci k “zámek a klíč” modelují. Enzymy jsou spíše flexibilní struktury. Aktivní pozemek enzymu může být upraven, zatímco substrát ovlivňuje se s enzymem. Amino kyseliny postranní řetězce, které tvoří aktivní místo jsou formovány do přesného tvaru, který umožní enzymu vykonávat jeho katalytickou funkci. V některých případech molekula substrátu změní tvar mírně, zatímco to zadá aktivní místo.

Modifikace

Mnoho enzymů obsahuje ne jediný bílkovina rozdělovat se ale potřebovat dalše různé modifikace. Tyto modifikace jsou dělány posttranslationally; to je, po polypeptide řetěz je syntetizován. Další skupiny mohou být syntetizovány na polypeptide řetěz, např., phosphorylation nebo glycosylation enzymu.

Další druh posttranslational modifikace je výstřih a slepování polypeptide řetěz. Chymotrypsin, zažívací proteáza, je produkován v neaktivní formě jako chymotrypsinogen ve slinivce a dopravoval v této podobě k žaludku kde to je aktivováno. Toto brání enzymu ve škodlivém trávení slinivky nebo jiné tkáni. Tento druh neaktivní předzvěsti enzymu je známý jako zymogen.

Cofactors enzymu

Některé enzymy nepotřebují nějaké další komponenty k exponátové plné činnosti. Nicméně, jiní vyžadují non-molekuly bílkoviny být směřující k aktivitě. Cofactors může být jeden anorganický (např., ionty kovu a Iron-síra se seskupí) nebo organické sloučeniny, který být také známý jako coenzymes.

Enzymy, které vyžadují cofactor, ale nemají jednoho spojený být volal apoenzymes. Apoenzyme spolu s jeho cofactor (s) představuje holoenzyme (tj., aktivní forma). Nejvíce cofactors nejsou covalently svázané k enzymu, ale být blízko spojený. Nicméně, některé cofactors známé jako protetické skupiny jsou covalently spojené (např., pyrophosphate thiaminu v jistých enzymech).

Nejvíce cofactors jsou jeden regeneroval se nebo chemicky nezměněný u konce reakcí. Mnoho cofactors je vitamín-deriváty a sloužit jako nosiče k elektronům převodu, atomy nebo charakteristické skupiny od enzymu k substrátu. Běžné příklady jsou NAD a NADP, který být zapojený do převodu elektronu a coenzyme, který je zapojený do přenosu acetyl skupin.

Allosteric modulace

Allosteric enzymy změní jejich konstrukci v odezvě na vázání effectors. Modulace může být přímá, kde effector váže přímo k vazným místům v enzyme, nebo nepřímý, kde effector váže k jiným bílkovinám nebo subunits bílkoviny, které ovlivňují se s enzymem allosteric a tak ovlivňovat katalytickou aktivitu.

Termodynamika

Diagram katalytické reakce, ukazovat energii niveau u každé fáze reakce. Substráty obvykle potřebují velké množství energie dosáhnout přechodového stavu, který pak reaguje na formu finální výrobek. Enzym stabilizuje přechodový stav, redukovat energii přechodového stavu a tak požadovaná energie se dostat z této překážky.

Jak se všemi katalyzátory, celý catalyzed reakcí enzymy musí být “spontánní” (obsahovat zápor sítě Gibbs osvobodí energii). S enzymem, oni vpustí stejný směr jak oni odkázaný bez enzymu, jen více rychle. Nicméně, uncatalyzed, “spontánní” reakce by mohla vést k různým produktům než reakce catalyzed. Dále, enzymy může pár dva nebo více reakcí, tak že thermodynamically kladná reakce může být zvyklá na “pohon” thermodynamically nepříznivý. Například, výstřih makroenergní sloučeniny ATP je často zvyklý na projížďku jiný, energicky nepříznivé chemické reakce.

Enzymy catalyze přední a zpětné reakce stejně. Oni nemění rovnováhu sám, ale jediný rychlost u kterého to je podáváno. Carbonic anhydrase catalyzes jeho reakci v jednom závisení směru na podmínkách.

(v tkáně - vysoce CO₂ koncentrace)

(v plíce - minimum CO₂ koncentrace)

Kinetics

V 1913, Leonor Michaelis a Maud Menten navrhoval kvantitativní teorii enzymu kinetics, který je odkazoval se na jako Michaelis-Menten kinetics. Jejich práce byla ještě více vyvinutá G. E. Briggsem a J. B. S. Haldane, kdo odvodil četné kinetické rovnice, které jsou ještě široce použité dnes.

Enzymy mohou hrát nahoru k několika miliónu katalytické reakce za sekundu; určovat maximální rychlost enzymatické reakce, koncentrace substrátu je zvýšená, než konstantní rychlost formace produktu je dosáhl. Toto je maximální rychlost (V_maximální) enzymu. V tomto stavu, celý enzym aktivní místa jsou naplněná substrátem. Nicméně, V_maximální je jen jeden kinetický parametr že biochemists jsou zainteresované v. Množství substrátu potřebovalo dosáhnout dané rychlosti reakce je také zájmu. Toto může být vyjádřeno Michaelis-Menten konstanta (K_m), který je koncentrace substrátu vyžadovaná pro enzym podat jedné polovině jeho maximální rychlost. Každý enzym má vlastnost K_m pro daný substrát.

Výkonnost enzymu může být vyjádřena v termínech k_kočka/K_m. Kvantita k_kočka, také volal číslo přeměny, včlení konstanty míry pro všechny kroky v reakci, a je kvocient V_maximální a úhrn koncentrace enzymu. k_kočka/K_m je užitečné množství pro porovnání různé enzymy proti každému jiný, nebo stejný enzym s různými substráty, protože to vyžaduje jak příbuzného rys tak katalytickou schopnost do uvažování. Teoretické maximum pro k_kočka/K_m, nazýval rozšiřování limitem, je asi 10⁸ k 10⁹ (M^{- 1} s^{- 1}). V tomto bodě, každá srážka enzymu s jeho substrátem skončí katalýzou a rychlost formace produktu není omezená reakční rychlostí ale mírou rozšiřování. Enzymy, které dosáhnou tohoto k_kočka/K_m hodnota být volán catalytically dokonalý nebo kinetically dokonalý. Příklad takových enzymů triose-fosfát isomerase, carbonic anhydrase, acetylcholinesterase, catalase, fumarase, ß-lactamase a superoxide dismutase.

Některé enzymy operují s kinetics, které jsou rychlejší než míry rozšiřování, který by vypadal, že je nemožný. Několik mechanismů bylo použil vysvětlit tento jev. Některé bílkoviny jsou věřil zrychlit katalýzu tím, že vtáhne jejich substrát a preorienting je používáním dipolar elektrická pole. Někteří použijí quantum-mechanické tunelující vysvětlení whereby proton nebo elektron mohou tunelovat přes překážky aktivace, ačkoli pro protony tunelování zůstane poněkud sporné. ^[1][2]

Zábrana

To bylo navrhl, že tento článek nebo sekce jsou se ponořil do inhibitor enzymu. (Disky)

Kompetitivní inhibitor přiváže reversibly k enzymu, předcházet vázání substrátu. Na druhé straně, vázání substrátu předejde vázání inhibitoru, tak substrát a inhibitor soutěží o enzym.

Diagram ukazovat mechanismus non-konkurenční zábrana.

Enzymy reakční rychlosti mohou být sníženy soutěživý, non-soutěživý, částečně soutěživý, uncompetitive zábranu a smíšenou zábranu.

Konkurenční zábrana

V konkurenční zábraně, inhibitor váže k substrátovému vaznému místě jak ukázaný (právo část b), tak předcházet substrátovému vázání. Malonate je kompetitivní inhibitor enzymu succinate dehydrogenase, který catalyzes oxidaci succinate k fumarate.

Soutěživý příčiny zábrany K_m hodnota ke zvýšení, ale nepůsobí V_maximální.

Non-konkurenční zábrana

Non-kompetitivní inhibitory nikdy vážou do aktivního centra, ale k jiným částem enzymu to může být daleko pryč od substrátového vazného místa, následně, není tam žádná soutěž mezi substrátem a inhibitorem pro enzym. Rozsah zábrany závisí úplně na koncentraci inhibitoru a nebude být postižený koncentrací substrátu. Například, kyanit se spojí s měděnými protetickýma skupinami cytochromu enzymu c oxidase, tak omezovat buněčné dýchání. Tento druh zábrany je typicky neodvolatelný, znamenat, že enzym bude už ne fungovat.

Tím, že mění konformaci (trojrozměrná struktura) enzymu, inhibitory jeden vyřadit schopnost enzymu vázat nebo obrátit jeho substrát. Enzym-inhibitor (EI) a enzym-inhibitor-substrát (EIS) komplex mít žádnou katalytickou aktivitu.

Non-konkurenční zábrana způsobí pokles v V_maximální, ale se nemění K_m hodnota.

Částečně soutěživá zábrana

Mechanismus částečně soutěživé zábrany je podobný tomu non-soutěživý, kromě toho EIS-komplex má katalytickou aktivitu, který může být nižší nebo dokonce vyšší (částečně soutěživá aktivace) než to enzymu-substrát (ES) komplex.

Tato zábrana typicky displeje nižší V_maximální, ale nedotčený K_m hodnota.

Uncompetitive zábrana

Uncompetitive zábrana nastane, když inhibitor váže jen k enzymu-komplex substrátu, ne k volnému enzymu; EIS komplex je catalytically neaktivní. Tento způsob zábrany je vzácný a působí pokles v obou V_maximální a K_m hodnota.

Smíšená zábrana

Smíšené inhibitory mohou zavázat k jak enzymu tak ES komplexu. To má vlastnosti obou soutěživá a uncompetitive zábrana.

Oba pokles v V_maximální a zvýšení v K_m hodnota být viděn ve smíšené zábraně.

Metabolické stezky a enzymy allosteric

Několik enzymů může pracovat spolu ve specifickém pořádku, vytvářet metabolické stezky. V metabolické stezce, jeden enzym vezme produkt dalšího enzymu jako substrát. Po katalytické reakci, produkt je pak předán k dalšímu enzymu. Finální výrobek (s) takový stezka být často inhibitory pro jeden z prvních enzymů stezky (obvykle první neodvolatelný krok, nazvaný zavázaný krok), tak regulovat množství finálního výrobku dělaného stezkami. Takový regulační mechanismus je nazýván mechanismem negativní zpětné vazby, protože množství finálního výrobku produkovalo je regulován jeho vlastní koncentrací. Mechanismus negativní zpětné vazby může účinně nastavit rychlost syntézy přechodného metabolites podle požadavků buňek. Toto pomůže s efektivními rozděleními materiálů a ekonomiky energetiky a to předejde nadměrné výrobě finálních výrobků. Mějte rád jiná zařízení homeostatic, kontrola nad enzymatickou činností pomáhá udržovat stabilní vnitřní prostředí v živých organismech.

Enzym-jmenovat konvence

Obyčejnou konvencí, jméno enzymu sestává z popisu čeho to dělá, se slovem končit - ase. Příklady jsou dehydrogenase alkoholu a DNA polymerase. Kinases je enzymy, které přenesou skupiny fosfátu. Toto vyústí v různé enzymy se stejným funkčním vlastněním stejného základního jména; oni jsou proto rozlišováni ostatními charakteristikami, takový jak jejich optimální pH (alkalické phosphatase) nebo jejich umístění (blána ATPase). Dále, reversibility chemických reakcí znamená, že normální fyziologický směr funkce enzymu nemůže být to pozorovalo to pod laboratorními podmínkami. Toto může vyústit ve stejný enzym být identifikoval se se dvěma různými jmény: jeden pocházet z formální laboratorní identifikace jak je uvedeno výše, jiný reprezentovat jeho chování v buňce. Například enzym formálně známý jak xylitol: NAD + 2-oxidoreductase (D-xylulose-se tvořit) je více obyčejně odkazoval se na v buněčném fyziologickém smyslu jak D-reductase xylulose, odrážet skutečnost, že funkce enzymu v buňce je vlastně zpáteční rychlost co je často viděno dolů in vitro podmínky.

Mezinárodní svaz biochemie a molekulární biologie vyvinul názvosloví pro enzymy, EC čísla; každý enzym je popsaný sledem čtyř čísel, předcházený “EC”. První číslo široce třídí enzym založený na jeho mechanismu:

Nejvyšší klasifikace je

• EC 1 Oxidoreductases: catalyze oxidace/reakce redukce
• EC 2 Transferases: přenést funkční skupinu (např. methyl nebo fosfát se seskupí)
• EC 3 Hydrolases: catalyze hydrolýzu různých svazků
• EC 4 Lyases: rozštípnout různé svazky prostředky jiný než hydrolýza a oxidace
• EC 5 Isomerases: catalyze isomerization změny uvnitř jediné molekuly
• EC 6 Ligases: se připojit ke dvěma molekulám se svazky covalent

Kompletní názvosloví může být prohlíženo u http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

Průmyslové aplikace

Aplikace	Enzymy používaly	Použití	Poznámky a příklady
Biologický saponát	Primárně proteases, produkoval v extracelulárním ročníku od bakterie	Užitý na presoak podmínky a přímé kapalné aplikace pomoc s čištěním bílkovinových skvrn od oděvů.
	Amylase enzymy	Čistící prostředky pro strojové mísové prádlo odstranit odolné škrobové zbytky.
Pekárenský průmysl	Houbový alpha-amylase enzymy: normálně deaktivuje asi 50 mír Celsius, zničený během procesu pečení	Catalyze zhroucení škrobu v mouka k cukru. Kvasnicová akce na cukru produkuje oxid uhličitý. Použitý ve výrobě bílého chleba, buchty, a se valí	alpha-amylase catalyzes vydání monomers cukru od škrobu
	Enzymy proteázy	Výrobcové sušenky používají je, aby snížil bílkovinovou úroveň mouky.
Dětské stravy	Trypsin	K predigest dětským stravám
Pivovarnický průmysl	Enzymy od ječmenu jsou propuštěny během stádia rmutování výroby piva.	Oni degradují škrob a bílkoviny k produkčnímu jednoduchému cukru, amino kyseliny a peptides to být používán kvasnicí zlepšit fermentaci.	Ječmen klíčení používal pro slad.
	Industrially produkoval enzymy ječmenu.	Široce použitý v procesu vaření k náhražce přirozených enzymů nalezených v ječmenu.
	Amylase, glucanases, proteases	Rozdělené polysaccharides a bílkoviny v slad
	Betaglucosidase	Zlepšete filtrační vlastnosti.
	Amyloglucosidase	Low-calorie pivo
	Proteases	Odstranit cloudiness během uskladnění piv.
Ovocné šťávy	Cellulases, pectinases	Objasnit ovocné šťávy
Mléčný průmysl	Rennin, odvozený z žaludků mladý ruminant zvířata (telata, jehňata)	Výroba sýra, zvyklý na bílkovinu rozkolu	Poznámka: Jako věk zvířat rennin výroba se snižuje a je nahrazená další proteázou, pepsin, který není vhodný k výrobě sýra. V uplynulých letech zvyšování spotřeby sýra, stejně jako zvýšená hovězí výroba, vyústil v nedostatek rennin a ceny eskalování.
	Microbially produkoval enzym	Nyní nacházet rostoucí použití v mléčném průmyslu	Roquefort sýr
	Lipases	Je realizován během výroby Roquefort sýra zlepšit zrání modrý-formovat sýr.
	Lactases	Rozebrat mléčný cukr ke glukóze a galactose
Průmysl škrobu	Amylases, amyloglucosideases a glucoamylases	Přemění škrob na glukózu a různé sirupy	Glukosa Ovocný cukr
	Isomerase glukózy	Konvertuje glukosa do ovocného cukru (vysoce sirupy ovocného cukru odvozené z škrobovitých materiálů zlepšily vlastnosti slazení a nižší kalorické hodnoty)
Gumárenský průmysl	Catalase	Vytvářet kyslík od peroxid konvertovat latex k pěnové gumě
Papírenský průmysl	Amylases	Degradovat škrob ztišit viskozita produkt potřebovaný pro dimenzování a papír povlaku
Fotografický průmysl	Proteáza (ficin)	Rozpustit se želatina mimo kousek film dovolovat zotavení stříbro dar