Ensüüm on määratletud kui makromolekul, mis katalüüsib biokeemilist reaktsiooni. Seda tüüpi keemilises reaktsioonis, lähtemolekulid nimetatakse substraatideks. Ensüüm interakteerub substraadiga, muutes selle uueks saaduseks. Enamikku ensüüme nimetatakse substraadi nime kombineerimisel -aasi järelliitega (nt proteaas, ureaas). Peaaegu kõik kehas esinevad metaboolsed reaktsioonid toetuvad ensüümidele, et reaktsioonid toimuksid piisavalt kiiresti, et neist oleks kasu.
Kemikaalid kutsusid aktivaatorid võib suurendada ensüümide aktiivsust, samal ajal inhibiitorid ensüümi aktiivsuse vähenemine. Ensüümide uurimist nimetatakse ensümoloogia.
Ensüümide klassifitseerimiseks kasutatakse kuut kategooriat:
- Oksidoreduktaasid - seotud elektronide ülekandega
- Hüdrolaasid - substraat lõhustatakse hüdrolüüsi teel (veemolekuli ülesvõtmine)
- Isomeraasid - kannavad rühma molekulis üle isomeeri
- Ligaasid (või süntetaasid) - ühendavad nukleotiidis oleva pürofosfaatsideme lagunemise uute keemiliste sidemete moodustumisega
- Oksidoreduktaasid - toimivad elektronide ülekandmisel
- Transferaasid - keemilise rühma siirdamine ühest molekulist teise
Kuidas ensüümid töötavad
Ensüümid töötavad aktiveerimisenergia alandamine vaja teha keemiline reaktsioon tekkida. Nagu teisedki katalüsaatorid, ensüümid muudavad reaktsiooni tasakaalu, kuid neid protsessis ei kulutata. Kuigi enamik katalüsaatoreid võib toimida mitmel erinevat tüüpi reaktsioonil, on ensüümi peamine omadus see, et see on spetsiifiline. Teisisõnu, ensüüm, mis katalüüsib ühte reaktsiooni, ei mõjuta mingit erinevat reaktsiooni.
Enamik ensüüme on globaalsed valgud, mis on palju suuremad kui substraat, millega nad interakteeruvad. Nende suurus ulatub 62 aminohappest enam kui 2500 aminohappejäägini, kuid ainult osa nende struktuurist osaleb katalüüsis. Ensüümil on nn aktiivne sait, mis sisaldab ühte või mitut sidumissaiti, mis suunavad substraadi õiges konfiguratsioonis, ja ka a katalüütiline sait, mis on molekuli see osa, mis alandab aktiveerimise energiat. Ensüümi ülejäänud struktuur toimib peamiselt aktiivse saidi esitamiseks ensüümile substraat parimal viisil. Võib ka olla allosteeriline sait, kus aktivaator või inhibiitor võib seostuda, põhjustades konformatsiooni muutusi, mis mõjutavad ensüümi aktiivsust.
Mõned ensüümid vajavad täiendavat kemikaali, mida nimetatakse a kofaktor, katalüüsi toimumiseks. Kofaktor võib olla metalliioon või orgaaniline molekul, näiteks vitamiin. Kofaktorid võivad ensüümidega siduda lõdvalt või tihedalt. Kutsutakse tihedalt seotud kofaktoreid proteesigrupid.
Kaks selgitust ensüümide ja substraatide koostoime kohta on järgmised "luku ja võtme" mudel, mille pakkusid välja Emil Fischer 1894. aastal, ja esilekutsutud sobivuse mudel, mis on luku ja võtmemudeli modifikatsioon, mille pakkus välja Daniel Koshland 1958. aastal. Lukustus- ja võtmemudelis on ensüümil ja substraadil kolmemõõtmelised kujundid, mis sobivad üksteisega. Indutseeritud sobivusmudel soovitab ensüümimolekulidel muuta nende kuju, sõltuvalt interaktsioonist substraadiga. Selles mudelis muudavad ensüüm ja mõnikord substraat interakteerudes kuju, kuni aktiivne sait on täielikult seotud.
Ensüümide näited
On teada, et ensüümid katalüüsivad üle 5000 biokeemilise reaktsiooni. Molekule kasutatakse ka tööstuses ja majapidamistarvetes. Ensüüme kasutatakse õlle pruulimiseks ning veini ja juustu valmistamiseks. Ensüümi puudused on seotud mõnede haigustega, näiteks fenüülketonuuria ja albinismiga. Siin on mõned näited tavalistest ensüümidest:
- Süljes sisalduv amülaas katalüüsib toidus süsivesikute esialgset lagundamist.
- Papain on tavaline ensüüm, mida leidub liha pakkumismasinas, kus see lõhub sidemeid, mis hoiavad koos valgu molekule.
- Ensüüme leidub pesupesemis- ja plekieemaldajates, mis aitavad valguplekke lagundada ja õlisid kangas lahustada.
- DNA polümeraas katalüüsib DNA kopeerimisel reaktsiooni ja kontrollib seejärel, kas kasutatakse õigeid aluseid.
Kas kõik ensüümid on valgud?
Peaaegu kõik teadaolevad ensüümid on valgud. Korraga usuti, et kõik ensüümid on valgud, kuid on avastatud teatud nukleiinhapped, mida nimetatakse katalüütilisteks RNA-deks või ribosüümideks, millel on katalüütilised omadused. Enamasti õpivad tudengid ensüüme, nad õpivad tõesti valgupõhiseid ensüüme, kuna RNA katalüsaatorina toimimise kohta on teada väga vähe.