Enzim: struktur, fungsi dan tindakan

Enzim sangat penting untuk berfungsi dengan baik semua organisma hidup di Bumi. Mereka mengambil bahagian dalam, jika tidak semua, perubahan kimia di alam, iaitu, dalam berjuta-juta reaksi di dunia tumbuhan dan dunia haiwan. Perlu mengetahui apakah enzim, bagaimana ia berfungsi dan apa kepentingannya untuk perubatan moden.

Isi kandungan

1. Enzim: Struktur
2. Peraturan aktiviti enzim
3. Enzim: Peranan
4. Enzim: Tatanama
5. Enzim dan ubat
6. Penyakit yang disebabkan oleh enzim yang tidak berfungsi
7. Enzim: penggunaan dalam diagnostik
8. Enzim dan Rawatan

Enzim adalah molekul protein yang mempercepat atau bahkan membolehkan pelbagai tindak balas kimia berlaku pada organisma hidup, termasuk tubuh manusia.

Dari sudut pandang kimia, ini adalah pemangkin, iaitu zarah yang menguatkan tindak balas, tetapi tidak luntur semasa tindak balas. Peningkatan kecekapan transformasi kimia ini sering kali besar, pemangkin semula jadi dapat memendekkan masa tindak balas dari beberapa tahun hingga beberapa saat.

Enzim dijumpai di semua kawasan tubuh: di dalam sel, di ruang ekstraselular, di dalam tisu, di organ dan di dalam cahaya mereka, pemangkin yang dihasilkan oleh tisu tertentu menentukan sifat spesifiknya dan peranannya dalam tubuh.

Sebilangan besar enzim sangat spesifik, yang bermaksud bahawa masing-masing bertanggungjawab hanya untuk satu jenis tindak balas kimia di mana zarah tertentu - substrat, terlibat, dan hanya mereka yang dapat berinteraksi dengan enzim tertentu.

Kegiatan pemangkin semula jadi bergantung pada banyak faktor: persekitaran tindak balas, seperti suhu, pH, kehadiran ion tertentu, pengaktif - mereka meningkatkan tindakan enzim dan perencat yang melawan aktiviti ini.

Enzim: Struktur

Seperti disebutkan, kebanyakan enzim adalah protein, mereka mempunyai struktur yang sangat beragam: dari beberapa lusin asid amino hingga beberapa ribu, disusun dalam struktur spasial yang beragam.

Ini adalah bentuk pembentukan mereka (yang disebut struktur kuaternari) dan hakikat bahawa kebanyakan enzim jauh lebih besar daripada reaktan tindak balas mereka yang sebahagian besarnya bertanggungjawab untuk aktiviti mereka.

Ini disebabkan oleh fakta bahawa hanya kawasan tertentu dalam struktur enzim yang disebut sebagai tapak aktif, iaitu fragmen yang bertanggungjawab untuk menjalankan tindak balas.

Tugas serpihan molekul yang tinggal adalah melekatkan substrat tertentu, lebih jarang sebatian lain yang mempengaruhi aktiviti enzim.

Perlu diketahui bahawa struktur pemangkin dirancang sedemikian rupa sehingga substrat penyambung sesuai dipadankan dari segi "kunci kunci".

Seperti semua protein, enzim dihasilkan di ribosom dari bahan genetik yang tertutup rapat dalam nukleus - DNA, sehingga mewujudkan struktur primer yang disebut.

Kemudian dilipat beberapa kali - mengubah bentuknya, kadang-kadang menambah gula, ion logam atau sisa lemak.

Hasil dari semua proses ini adalah pembentukan struktur kuaternari aktif, iaitu bentuk aktif secara biologi sepenuhnya.

Dalam banyak kes, beberapa zarah enzim bergabung untuk melakukan serangkaian tindak balas kimia dan dengan demikian mempercepat prosesnya.

Ia berlaku bahawa dalam beberapa tisu terdapat enzim yang menjadi pemangkin reaksi yang sama, tetapi secara struktural mereka tidak selalu serupa antara satu sama lain, kita memanggilnya isoenzim.

Nama isoenzimnya sama, walaupun terdapat perbezaan lokasi dan struktur, tetapi perbezaan ini mempunyai penerapan praktikal. Berkat ini, dapat ditentukan dalam ujian makmal hanya pecahan enzim yang berasal dari organ tertentu.

Mekanisme tindakan enzim adalah pelbagai, tetapi dari sudut pandang kimia, tugasnya adalah selalu untuk mengurangkan tenaga pengaktifan tindak balas. Ini adalah jumlah tenaga yang mesti dimiliki oleh substrat untuk proses itu berlaku.

Kesan ini dapat dicapai dengan mewujudkan persekitaran yang sesuai untuk menjalankan reaksi, menggunakan jalur kimia yang berbeza untuk mendapatkan produk yang sama, atau susunan ruang substrat yang sesuai.

Setiap mekanisme ini dapat digunakan oleh enzim.

Peraturan aktiviti enzim

Tindakan enzim bergantung pada parameter persekitaran: suhu, pH dan lain-lain. Setiap pemangkin semula jadi mempunyai prestasi optimum sendiri dalam keadaan tertentu, yang mungkin berbeza secara berbeza bergantung pada toleransi terhadap keadaan persekitaran.

Dalam kes suhu, kebanyakan reaksi enzimatik berjalan lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi, tetapi pada suhu tertentu, kecekapan reaksi menurun dengan cepat, yang disebabkan oleh kerosakan termal pada enzim (denaturasi).

Dari segi strukturnya, hormon boleh dibahagikan kepada dua kumpulan:

• sederhana - ini hanya zarah protein
• kompleks - yang memerlukan pengikatan kumpulan bukan protein - kofaktor untuk aktiviti mereka

Yang terakhir memainkan peranan penting dalam aktiviti dan pengawalseliaan enzim yang betul.

Pada gilirannya, kofaktor dapat dibahagikan kepada dua kumpulan: yang diperlukan agar enzim berfungsi, sangat berkaitan dengannya - ini adalah kumpulan prostetik yang disebut, mereka boleh menjadi logam, molekul organik, seperti, misalnya, heme.

Kumpulan kedua adalah koenzim, mereka biasanya bertanggungjawab untuk pemindahan substrat atau elektron, dan pengikatannya dengan enzim lemah, kumpulan ini merangkumi, misalnya, asid folik, koenzim A. Perlu diketahui bahawa banyak vitamin memainkan peranan kofaktor.

Inhibitor melakukan tugas yang sama sekali berbeza, mereka adalah zarah-zarah yang menghalang aktiviti enzimatik dengan mengikat enzim.

Terdapat beberapa jenis perencat:

• tidak dapat dipulihkan - mereka menyebabkan penonaktifan molekul secara kekal dan reaksi hanya boleh berlaku setelah penghasilan enzim baru
  
  
• berdaya saing - dalam kes ini, perencat mempunyai struktur yang serupa dengan substrat, sehingga mereka bersaing untuk laman web aktif. Sekiranya perencat dilekatkan, reaksi gagal selagi substrat normal
  
  
• tidak berdaya saing - perencat sedemikian mengikat enzim di tempat selain daripada substrat yang dilekatkan, sehingga dapat melekat pada enzim, tetapi reaksi tidak berlaku

Pada kepekatan substrat yang jauh lebih tinggi daripada perencat, kesan perencat persaingan dapat diatasi kerana mengatasi "persaingan" untuk laman aktif, sekiranya tidak bersaing, kesannya tidak dapat diatasi dengan meningkatkan kepekatan substrat.

Sebagai tambahan kepada peraturan sistem pengaktif dan perencat, terdapat banyak kaedah lain untuk mengawal aktiviti enzim.

Mereka menyangkut pengawalan produksi sel pada tahap pembentukan protein, serta pengaturan proses pemrosesan translasi yang disebut, iaitu perubahan struktur molekul protein yang berlaku sejurus selepas sintesisnya dalam ribosom. Pengubahsuaian ini, misalnya, memendekkan rantai polipeptida.

Kaedah pengaturan lain berkaitan dengan pemisahan dan penempatan enzim di daerah yang sesuai: sel dan organel tertentu, atau di petak ekstraselular.

Terdapat satu lagi mekanisme peraturan penting - maklum balas negatif - ia adalah sistem kawalan utama dalam sistem endokrin. Ia berfungsi berdasarkan prinsip penghambatan.

Ini bermaksud bahawa jika enzim menghasilkan terlalu banyak hormon tertentu, ia mengikatnya menyebabkan penghambatan aktiviti dan pengurangan sintesis, jadi produk reaksi itu sendiri menghalang penghasilannya.

Enzim: Peranan

Setiap tisu tubuh manusia menghasilkan sekumpulan enzim tertentu, yang menentukan peranan sel-sel ini dalam fungsi tubuh. Apa enzim ini ditentukan oleh kod genetik dan kawasan mana yang aktif dalam sel tertentu.

Ribuan reaksi kimia berlaku dalam tubuh manusia setiap saat, masing-masing memerlukan enzim tertentu, jadi sukar untuk menyenaraikan semua zarah-zarah ini yang ada di dalam badan kita.

Walau bagaimanapun, perlu diketahui tentang beberapa ciri yang paling:

• Enzim pencernaan - dihasilkan oleh tisu sistem pencernaan, mereka memecah makanan menjadi sebatian sederhana, kerana hanya ini yang dapat diserap ke dalam darah. Mereka adalah enzim ekstraselular, jadi mereka memenuhi tugas utama mereka di luar sel di mana ia dihasilkan. Sebilangan enzim ini terbentuk dalam bentuk yang tidak aktif, yang disebut proenzim atau zimogen, dan diaktifkan di saluran gastrointestinal. Enzim pencernaan merangkumi amilase, lipase, trypsin.
  
  
• Myosin adalah enzim yang terdapat pada otot, ia memecah molekul ATP yang merupakan pembawa tenaga, yang menyebabkan serat otot berkontraksi.
  
  
• Peroksidase adalah enzim pengoksidaan dan katalase, iaitu mengurangkan enzim
  
  
• Acetylcholinesterase adalah enzim yang memecah asetilkolin, salah satu utusan dalam sistem saraf
  
  
• Monoamine oksidase adalah enzim yang paling banyak terdapat di hati dan bertanggungjawab untuk pemecahan adrenalin, norepinefrin dan beberapa ubat
  
  
• Sitokom oksidase, enzim intraselular yang sangat penting yang bertanggungjawab terhadap perubahan tenaga
  
  
• Lysozyme, zat yang ada, misalnya dalam air mata atau air liur yang memenuhi fungsi perlindungan, memusnahkan patogen
  
  
• Alkohol dehidrogenase, enzim di hati yang bertanggungjawab untuk memecah etanol
  
  
• Fosfatase alkali, mengambil bahagian dalam pembentukan tulang oleh osteoblas

Enzim: Tatanama

Nama enzim seringkali agak rumit kerana ia berasal dari nama reaksi yang mereka jalankan dan substrat yang terlibat dalam tindak balas, misalnya 5-hidroksitryptophan decarboxylase.

Biasanya, akhiran "-aza" ditambahkan pada nama generik tindak balas, dan bahagian kedua dari nama enzim membentuk nama sebatian yang mengalami reaksi ini.

Ia berlaku bahawa namanya tunggal, kemudian berasal dari substrat, misalnya laktase (enzim yang memecah laktosa).

Lebih jarang, nama enzim berasal dari proses umum yang berlaku dengan penyertaannya, misalnya DNA gyrase, enzim yang bertanggungjawab untuk memutar helai DNA.

Beberapa enzim akhirnya mempunyai nama atau nama umum yang diberikan oleh penemu mereka, seperti pepsin (yang memecah protein di saluran pencernaan), atau lysozyme (enzim bakterisida yang terkandung dalam air mata).

Terdapat juga sekumpulan kecil enzim sekatan yang bertanggungjawab untuk memotong helai DNA, dalam hal ini namanya berasal dari mikroorganisma dari mana enzim itu diasingkan.

Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul memperkenalkan peraturan untuk menamakan enzim dan membahagikannya kepada beberapa kelas untuk menyeragamkan nomenklatur.

Itu tidak menggantikan nama-nama yang telah dijelaskan sebelumnya, tetapi itu adalah makanan tambahan yang digunakan oleh para saintis.

Menurut peraturan Kesatuan Eropah, setiap enzim dijelaskan oleh urutan watak: EC x.xx.xx.xx - di mana digit pertama mewakili kelas, subkelas dan subkelas berikutnya, dan akhirnya nombor enzim. Kelas enzim yang disebutkan adalah:

• 1 - oksidoriduktase: mengkatalisis reaksi pengoksidaan dan pengurangan
• 2 - transferase: pindahkan kumpulan berfungsi (mis. Fosfat)
• 3 - hidrolase: sesuai dengan hidrolisis (penguraian) ikatan
• 4 - lyases: memutuskan ikatan dalam mekanisme yang berbeza daripada hidrolisis
• 5 - isomerase: mereka bertanggungjawab terhadap perubahan spasial molekul
• 6 - ligase: menghubungkan molekul dengan ikatan kovalen

Enzim dan ubat

Kepentingan enzim untuk kesihatan manusia sangat besar. Pengoperasiannya yang betul memungkinkan kehidupan yang sihat, dan berkat pengembangan alat analitik, kita telah belajar mendiagnosis pelbagai penyakit melalui penentuan enzim. Lebih-lebih lagi, kita berjaya mengatasi kekurangan beberapa enzim dan penyakit yang dihasilkan, tetapi malangnya masih banyak yang perlu dilakukan dalam perkara ini.

Rawatan penyebab penyakit metabolik tidak mungkin dilakukan, kerana kita tidak dapat mengubahsuai bahan genetik dengan selamat dan berkesan untuk memperbaiki gen yang rosak, dan dengan itu menghasilkan enzim yang salah.

Penyakit yang disebabkan oleh enzim yang tidak berfungsi

Fungsi tubuh kita yang betul sangat bergantung pada fungsi enzim yang betul. Dalam banyak kes, keadaan penyakit mempengaruhi jumlah enzim, menyebabkan mereka dibebaskan secara berlebihan dari sel atau, sebaliknya, kekurangan.Berikut ini hanya contoh penyakit yang disebabkan oleh fungsi enzimatik yang tidak normal, ada banyak lagi di antaranya.

• Blok metabolik atau penyakit metabolik

Blok metabolik atau penyakit metabolik adalah sekumpulan penyakit yang diwarisi yang disebabkan oleh pengumpulan zat dalam sel kerana kekurangan enzim yang bertanggungjawab untuk metabolisme mereka. Terdapat begitu banyak substrat yang terkumpul dari masa ke masa sehingga menjadi toksik kepada sel dan seluruh organisma.

Terdapat beberapa ribu penyakit ini, jumlahnya mencerminkan banyak enzim yang terdapat di dalam tubuh manusia, kerana penyakit metabolik dapat mempengaruhi kebanyakan gen yang mengekodkan enzim.

Contohnya adalah galactosemia atau homocystinuria, yang merupakan penyakit yang jarang berlaku yang paling sering menampakkan diri sejurus selepas kelahiran atau pada tahun-tahun pertama kehidupan.

• Ketumbuhan

Kumpulan penyakit lain di mana kerosakan fungsi enzim adalah barah. Selain banyak fungsi lain, enzim juga bertanggungjawab untuk mengatur pembahagian sel, yang disebut tirosin kinase. Sekiranya enzim ini gagal di kawasan ini, pembahagian sel yang tidak terkawal dan oleh itu proses neoplastik dapat berlaku.

• Emfisema

Penyakit yang kurang biasa adalah emfisema, di mana elastase menjadi terlalu aktif. Ia adalah enzim yang terdapat dalam tisu paru-paru yang bertanggungjawab untuk pemecahan protein elastin yang terdapat di paru-paru, antara lain.

Sekiranya terlalu aktif, keseimbangan antara pemusnahan dan bangunan terganggu, parut berlaku dan emfisema berkembang.

Enzim: penggunaan dalam diagnostik

Diagnostik perubatan moden berdasarkan penggunaan enzim dalam penentuannya. Ini disebabkan oleh fakta bahawa penyakit menyatakan secara langsung atau tidak langsung menyebabkan ketidakseimbangan enzim, menyebabkan peningkatan atau penurunan jumlahnya dalam darah.

Ini mungkin bukan sahaja disebabkan oleh gangguan pengeluaran, tetapi juga dari pelepasan sejumlah besar enzim intraselular ke dalam darah atau air kencing akibat kerosakan pada membran selnya.

Contoh enzim yang digunakan dalam ujian makmal adalah:

• Creatine kinase - enzim yang terdapat pada otot, juga pada otot jantung, peningkatannya yang banyak mungkin menunjukkan serangan jantung, miokarditis, penyakit otot - kecederaan, distrofi.
  
  
• Lactate dehydrogenase - terdapat di semua sel badan, terutamanya di otak, paru-paru, sel darah putih dan otot. Peningkatan besarnya dilihat pada infark miokard, penyakit otot dan hati atau barah.
  
  
• Fosfatase alkali kebanyakannya terdapat di hati dan tulang, di sini ia dilepaskan oleh osteoblas. Penyakit organ-organ ini boleh menyebabkan pertumbuhannya, tetapi kelebihan fosfatase alkali juga dapat menunjukkan proses pertumbuhan semula tulang - setelah pembedahan atau patah tulang.
  
  
• Fosfatase asid berlaku di banyak organ - hati, ginjal, tulang, prostat, dari sudut diagnostik peningkatannya mungkin menunjukkan penyakit tulang dan prostat.
  
  
• Aspartate aminotransferase dan alanine aminotransferase - ini adalah ciri-ciri enzim hati, yang berlaku hampir secara eksklusif pada hepatosit, ia digunakan dalam pemeriksaan asas diagnosis penyakit hati, dan peningkatan nilai mereka yang berlipat kali ganda selalu mendorong diagnosis lebih lanjut mengenai penyakit hati.
  
  
• Glutamat dehidrogenase dan gammaglutamyltransferase - enzim hati lain, sama seperti yang disebutkan sebelumnya, penting dalam diagnosis penyakit organ ini dan saluran empedu.
  
  
• Amilase adalah enzim yang terdapat di banyak organ, tetapi kepekatan tertinggi dicapai pada sel-sel pankreas dan kelenjar air liur, diagnosisnya sangat penting dalam penyakit mereka.
  
  
• Lipase adalah enzim pankreas lain, ia berbeza dalam kekhususan dari amilase, yang bermaksud bahawa lipase hanya terdapat di pankreas dan penyimpangan dari norma dalam penentuan enzim ini menunjukkan penyakit pankreas.
  
  
• Cholinesterase adalah enzim yang memecah asetilkolin - pemancar dalam sistem saraf, di mana ia juga terdapat dalam jumlah yang paling banyak, dalam diagnostik ia digunakan dalam keracunan dengan sebatian organofosforus.
  
  
• Faktor pembekuan dan fibrinolisis - ini adalah bahan yang dihasilkan oleh hati yang terlibat dalam pembekuan darah, penentuannya penting bukan sahaja dalam penilaian proses ini, tetapi juga dalam memantau fungsi hati.
  
  
• Alpha-fetoprotein - enzim hati, yang jumlahnya meningkat dalam penyakit organ ini, termasuk barah.
  
  
• Protein C-reaktif - dihasilkan oleh hati, terlibat dalam tindak balas imun, jumlahnya meningkat dalam darah dalam keadaan keradangan - jangkitan, kecederaan, penyakit autoimun.
  
  
• Ceruloplasmin - enzim hati yang lain, peningkatan yang merupakan ciri penyakit Wilson.
  
  
• Pyridinoline dan deoxypyridinoline adalah penanda penyerapan semula tulang (pemusnahan) dan mereka mencirikan aktiviti osteoklas (sel-sel osteogenik).
  
  
• Myoglobin - seperti yang disebutkan sebelumnya, ini adalah ciri kompleks otot, jadi peningkatannya akan menunjukkan kerosakan pada otot rangka atau jantung.
  
  
• Troponin - penanda serangan jantung yang disebut, adalah enzim yang mengatur pengecutan serat otot, ia sangat banyak terdapat pada otot jantung. Kerosakannya menyebabkan pelepasan sejumlah besar troponin ke dalam darah, yang digunakan dalam diagnosis penyakit jantung. Perlu diingat, bagaimanapun, bahawa peningkatan troponin tidak hanya menunjukkan serangan jantung, tetapi juga kekurangannya, kecacatan valvular atau emboli paru.

Semua enzim yang disenaraikan di atas dapat dikelaskan kepada beberapa kumpulan:

• Enzim sekretori - had bawah norma adalah diagnostik. Ini adalah enzim yang dihasilkan secara organik oleh organ, tetapi dalam kes penyakit jumlahnya berkurang, misalnya faktor pembekuan
  
  
• Enzim penunjuk - pertumbuhan penting. Kumpulan enzim ini muncul dalam jumlah yang banyak kerana kerosakan organ dan kebocoran enzim, ia termasuk misalnya troponin
  
  
• enzim perkumuhan - ini adalah enzim yang dihasilkan secara normal ke dalam lumen pelbagai organ - mulut, usus dan saluran kencing. Sekiranya saluran keluarnya tersumbat, mereka masuk ke dalam darah, misalnya amilase

Perlu diingat bahawa enzim digunakan dalam diagnosis perubatan itu sendiri. Analisis biokimia dilakukan dengan penggunaan enzim, dan interpretasi yang tepat mengenai hasil reaksi enzimatik memungkinkan untuk memberikan hasil ujian makmal.

Enzim dan Rawatan

Banyak ubat berfungsi dengan mempengaruhi tindakan enzim, baik dengan menyebabkannya bertindak, atau, sebaliknya, sebagai penghambat. Terdapat pengganti enzim seperti pankreatin yang mengandungi lipase dan amilase yang digunakan dalam kekurangan pankreas.

Sebaliknya, beberapa kumpulan ubat menghalang tindakan enzim, seperti perencat enzim penukar angiotensin, yang digunakan, antara lain, untuk hipertensi dan kegagalan jantung, atau beberapa antibiotik, misalnya amoksisilin, yang menghalang enzim transpeptidase bakteria, yang menghalang pembentukan dinding sel bakteria, dan dengan demikian menghambat jangkitan.

Beberapa racun juga berfungsi dengan mempengaruhi enzim. Cyanide adalah perencat kuat sitokrom oksidase, komponen penting dari rantai pernafasan. Menyekatnya mencegah sel memperoleh tenaga, yang menyebabkan kematiannya.

Untuk menjalani proses kehidupan sel yang betul, perlu adanya banyak bahan kimia, yang tetap dalam bahagian yang ketat, dan di antaranya reaksi kimia selalu berlaku.

Tugas ini dilakukan oleh enzim yang berfungsi dengan baik, yang diperlukan untuk hampir semua reaksi kimia yang berlaku dengan kelajuan dan kecekapan yang diperlukan untuk fungsi tubuh manusia yang betul.

Tindakan enzim mempercepat proses ini berkali-kali, bahkan beratus-ratus kali, yang penting, enzim itu sendiri tidak luntur semasa reaksi berlaku.

Kekurangan pemangkin atau fungsi yang tidak sesuai dapat mengakibatkan munculnya banyak penyakit. Sebaliknya, pengubahsuaian aktiviti mereka yang mahir membolehkan anda berjaya menangani banyak penyakit.

Enzimologi (ilmu enzim) sangat luas, dan perkembangannya tidak hanya dapat membawa kemajuan ilmiah, tetapi juga secara aktif menyumbang kepada perkembangan perubatan di bidang bukan hanya perawatan, tetapi juga diagnostik.

Mengenai Pengarang

Tunduk. Maciej Grymuza Lulusan Fakulti Perubatan di Universiti Perubatan K. Marcinkowski di Poznań. Dia lulus dari universiti dengan keputusan yang terlalu baik. Kini, dia adalah doktor dalam bidang kardiologi dan pelajar kedoktoran. Dia sangat berminat dengan kardiologi invasif dan alat implan (stimulator).