מהם אנזימים ואיך הם עובדים

אנזים מוגדר כמקרו-מולקולה המזרזת תגובה ביוכימית. בסוג זה של תגובה כימית, מולקולות המוצא נקראים מצעים. האנזים מקיים אינטראקציה עם מצע, והופך אותו למוצר חדש. מרבית האנזימים נקראים על ידי שילוב של שם המצע עם סיומת -אז (למשל פרוטאז, אורז). כמעט כל התגובות המטבוליות בגוף מסתמכות על אנזימים על מנת לגרום לתגובות להתקדם במהירות מספיק כדי להיות מועילות.

כימיקלים שנקראו מפעילים יכול לשפר את פעילות האנזים מעכבים הפחת את פעילות האנזים. לימוד האנזימים נקרא אנזימולוגיה.

ישנן שש קטגוריות רחבות המשמשות לסיווג אנזימים:

1. Oxidoreductases - מעורב בהעברת אלקטרונים
2. הידרולאזים - לחתוך את המצע על ידי הידרוליזה (ספיגת מולקולת מים)
3. איזומרים - מעבירים קבוצה במולקולה ליצירת איזומר
4. ליגזות (או סינתזות) - נקשר בין התפלגות קשר פירופוספט בגרעין ליצירת קשרים כימיים חדשים.
5. Oxidoreductases - לפעול בהעברת אלקטרונים
6. Transferases - העברת קבוצה כימית ממולקולה אחת לאחרת

עבודות אנזימים מאת מוריד את אנרגיית ההפעלה צריך להכין תגובה כימית מתרחש. כמו אחרים זרזיםאנזימים משנים את שיווי המשקל של תגובה, אך הם אינם נצרכים בתהליך. בעוד שרוב הזרזים יכולים לפעול על מספר סוגים שונים של תגובות, מאפיין מרכזי באנזים הוא שהוא ספציפי. במילים אחרות, לאנזים שמזרז תגובה אחת לא תהיה השפעה על תגובה אחרת.

רוב האנזימים הם חלבונים כדוריים שהם גדולים בהרבה מהמצע שאיתם הם מתקשרים. הם נעים בגודל של בין 62 חומצות אמינו ליותר מ- 2,500 שאריות חומצות אמיניות, אך רק חלק מהמבנה שלהם מעורב בקטליזה. לאנזים יש מה שנקרא אתר פעיל, המכיל אתר מחייב אחד או יותר שמכוון את המצע בתצורה הנכונה, וגם א אתר קטליטי, שהוא החלק של המולקולה שמורידה אנרגיית הפעלה. שארית מבנה האנזים פועלת בעיקר להצגת האתר הפעיל לאתר מצע בצורה הטובה ביותר. יכול להיות שיש אתר אלוסטרי, שם פעיל או מעכב יכול להיקשר לגרום לשינוי קונפורמציה המשפיע על פעילות האנזים.

ישנם אנזימים הדורשים חומר כימי נוסף, הנקרא א קופקטור, כדי שתתרחש קטליזה. הקופקטור יכול להיות יון מתכתי או מולקולה אורגנית, כמו ויטמין. קופקטורים עשויים להיקשר באופן רופף או חזק לאנזימים. נקראים קופקטורים קשורים היטב קבוצות תותבות.

שני הסברים כיצד האנזימים מתקשרים עם מצעים הם דגם "נעילה ומפתח"שהוצע על ידי אמיל פישר בשנת 1894, וכן מודל בכושר מושרש, שהוא שינוי במודל המנעול והמפתח שהוצע על ידי דניאל קושלנד בשנת 1958. בדגם המנעול והמפתח יש לאנזים ולמצע צורות תלת מימדיות שמתאימות זו לזו. מודל הכושר המושרה מציע שמולקולות אנזים יכולות לשנות את צורתן, תלוי באינטראקציה עם המצע. במודל זה האנזים ולפעמים המצע משנה את צורתו כאשר הם מתקשרים זה עם זה עד שהאתר הפעיל קושר לחלוטין.

ידוע כי למעלה מ- 5,000 תגובות ביוכימיות מנותחות על ידי אנזימים. המולקולות משמשות גם בתעשייה ובמוצרים ביתיים. אנזימים משמשים לבישול בירה ולהכנת יין וגבינה. מחסור באנזים קשור למחלות מסוימות, כמו פנילקטונוריה ואלבניזם. להלן מספר דוגמאות לאנזימים נפוצים:

• עמילאז ברוק מזרז את העיכול הראשוני של הפחמימות במזון.
• פפאין הוא אנזים נפוץ המצוי במכרז בשר, שם הוא פועל לשבירת הקשר בין מחזור מולקולות חלבון.
• אנזימים נמצאים בחומרי ניקוי כביסה ובמסירי כתמים המסייעים בפירוק כתמי חלבון וממיסים שמנים על בדים.
• DNA פולימראז מזרז תגובה בעת העתקת ה- DNA ואז בודק אם משתמשים בבסיסים הנכונים.

כמעט כל האנזימים הידועים הם חלבונים. בפעם אחת, האמינו כי כל האנזימים הם חלבונים, אך התגלו חומצות גרעין מסוימות, הנקראות RNAs קטליטי או ריבוזימים, שיש להם תכונות קטליטיות. רוב הזמן הסטודנטים לומדים אנזימים, הם באמת חוקרים אנזימים מבוססי חלבון, מכיוון שמעט מאוד ידוע כיצד RNA יכול לפעול כזרז.