Ensüümi struktuur ja funktsioon

Ensüümid on valk, mis hõlbustab raku metaboolset protsessi, alandades aktiveerimistegevuse (Ea) taset, et katalüüsida biomolekulide vahelisi keemilisi reaktsioone. Mõned ensüümid vähendavad aktiveerimisenergiat nii madalale tasemele, et need tõkestavad rakulised reaktsioonid. Kuid igal juhul hõlbustavad ensüümid reaktsioone ilma muutusteta, nagu kütus põleb, kui seda kasutatakse.

Keemiliste reaktsioonide toimumiseks peavad molekulid põrkuma sobivates tingimustes, mida ensüümid võivad aidata luua. Näiteks ilma sobiva ensüümi olemasoluta jäävad glükoos-6-fosfaadis olevad glükoosimolekulid ja fosfaatmolekulid sidemeks. Kuid kui tutvustate hüdrolaasi ensüüm, eralduvad glükoosi ja fosfaadi molekulid.

Ensüümi tüüpiline molekulmass (molekuli aatomite kogu aatommass) on vahemikus umbes 10 000 kuni enam kui 1 miljon. Väike arv ensüüme ei ole tegelikult valgud, vaid koosnevad väikestest katalüütilistest RNA molekulidest. Muud ensüümid on multivalgukompleksid, mis koosnevad mitmest individuaalsest valgu alaühikust.

Kuigi paljud ensüümid katalüüsivad reaktsioone iseenesest vajavad mõned täiendavaid mittevalgukomponente, mida nimetatakse "kofaktoriteks", mis võivad olla anorgaanilised ioonid nagu Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺või Zn²⁺või võivad nad koosneda orgaanilistest või metalloorgaanilistest molekulidest, mida tuntakse "koensüümidena".

Enamik ensüüme klassifitseeritakse nende katalüüsitavate reaktsioonide põhjal järgmisse kolme kategooriasse:

• Oksidoreduktaasid katalüüsida oksüdatsioonireaktsioone, mille käigus elektronid liiguvad ühest molekulist teise. Näide: alkoholidehüdrogenaas, mis muundab alkoholid aldehüüdideks või ketoonideks. See ensüüm muudab alkoholi vähem toksiliseks, kuna see lagundab seda, samuti mängib see võtmerolli kääritamisprotsessis.
• Transferaasid katalüüsida funktsionaalrühma transportimist ühest molekulist teise. Peamised näited hõlmavad aminotransferaase, mis katalüüsivad aminohapete lagundamist aminorühmade eemaldamise teel.
• Hüdrolaas ensüümid katalüüsivad hüdrolüüsi, kus üksiksidemed lagunevad veega kokkupuutel. Näiteks on glükoos-6-fosfataas hüdrolaas, mis eemaldab fosfaatrühma glükoos-6-fosfaadist, jättes glükoosi ja H3PO4 (fosforhape).

Kolm vähem levinud ensüümi on järgmised:

• Lüase katalüüsida mitmesuguste keemiliste sidemete lagunemist, välja arvatud hüdrolüüs ja oksüdeerimine, moodustades sageli uusi kaksiksidemeid või ringstruktuure. Püruvaatdekarboksülaas on näide lüaasist, mis eemaldab püruvaadist süsinikdioksiidi (süsinikdioksiidi).
• Isomeraasid katalüüsida molekulide struktuurilisi nihkeid, põhjustades kuju muutusi. Näide: ribuloosfosfaat-epimeraas, mis katalüüsib ribuloos-5-fosfaadi ja ksüluloos-5-fosfaadi vastastikust muundamist.
• Ligases katalüüsida ligeerimist - substraatide paari kombinatsiooni. Näiteks on heksokinaasid ligaas, mis katalüüsib glükoosi ja ATP vaheldumist glükoos-6-fosfaadi ja ADP-ga.

Ensüümid mõjutavad igapäevaelu. Näiteks pesupesemisvahendites leiduvad ensüümid aitavad lagundada plekke põhjustavaid valke, samas kui lipaasid aitavad rasvaplekke lahustada. Termotolerantsed ja krüotolerantsed ensüümid toimivad äärmuslikel temperatuuridel ja on seetõttu kasulikud tööstuslikuks kasutamiseks - protsessid, kus on vaja kõrgeid temperatuure, või bioremondiks, mis toimuvad karmides tingimustes, näiteks Arktika.

Toiduainetööstuses muudavad ensüümid tärklise suhkruks, et saada magusaineid muudest allikatest peale suhkruroo. Rõivatööstuses vähendavad ensüümid puuvilla lisandeid ja vähendavad vajadust naha parkimisel kasutatavate potentsiaalselt kahjulike kemikaalide järele.

Viimaseks otsib plastitööstus pidevalt võimalusi ensüümide kasutamiseks biolagunevate toodete väljatöötamiseks.