מבנה ותפקוד של אנזים

אנזימים הם חלבון המאפשר תהליך מטבולי של התא על ידי הורדת רמות אנרגיית ההפעלה (Ea) על מנת לזרז את התגובות הכימיות בין ביולקולקולות. אנזימים מסוימים מפחיתים את אנרגיית ההפעלה לרמות כה נמוכות עד שהם למעשה הופכים את התגובות התאיות. אך בכל המקרים, אנזימים מקלים על התגובות מבלי להשתנות, כמו האופן בו דלק בוער בעת השימוש.

כדי שיתרחשו תגובות כימיות, על מולקולות להתנגש בתנאים מתאימים שאנזימים יכולים לעזור ליצור. לדוגמא, ללא נוכחות של אנזים מתאים, מולקולות הגלוקוז ומולקולות הפוספט בגלוקוז-6-פוספט יישארו קשורות זו בזו. אבל כשאתה מציג את אנזים הידרוליזה, מולקולות הגלוקוז והפוספט נפרדות.

משקלו המולקולרי האופייני של אנזים (המשקל האטומי הכולל של האטומים של המולקולה) נע בין 10,000 ליותר ממיליון. מספר קטן של אנזימים אינם למעשה חלבונים, אלא מורכבים ממולקולות RNA קטליטיות קטנות. אנזימים אחרים הם קומפלקסים המולטי-חלבון הכוללים ריבוי תת-יחידות חלבון בודדות.

בעוד רבים אנזימים מזרזים תגובות כשלעצמם, חלקם דורשים רכיבים נוספים שאינם חלבונים הנקראים "קופקטורים", ועשויים להיות יוני אורגניים כמו Fe

מרבית האנזימים מסווגים לשלוש הקטגוריות העיקריות הבאות, על סמך התגובות שהם מזרזים:

• Oxidoreductases מזרז תגובות חמצון בהן האלקטרונים עוברים ממולקולה אחת לאחרת. דוגמא: אלכוהול דה-הידרוגנז, הממיר אלכוהולים לאלדהידים או קטונים. אנזים זה גורם לאלכוהול להיות פחות רעיל כאשר הוא מפרק אותו, והוא ממלא גם תפקיד מפתח בתהליך התסיסה.
• העברות לזרז את ההובלה של קבוצה פונקציונלית ממולקולה אחת לאחרת. דוגמאות עיקריות כוללות aminotransferases, אשר מזרז את השפלה של חומצות אמינו על ידי הסרת קבוצות אמינו.
• הידרולאז אנזימים מזרזים הידרוליזה, כאשר קשרים בודדים מתפרקים לאחר חשיפה למים. לדוגמא, גלוקוז-6-פוספטאז הוא הידרולאז שמסיר את קבוצת הפוספטים מגלוקוז-6-פוספט, ומותיר גלוקוז ו- H3PO4 (חומצה זרחתית).

שלושה אנזימים פחות נפוצים הם כדלקמן:

• Lyases מזרז את פירוק הקשרים הכימיים השונים באמצעים שאינם הידרוליזה וחמצון, ויוצרים לרוב קשרים כפולים חדשים או מבני טבעת. פירובט דקארבוקסילאז הוא דוגמה לליאז שמוציא CO2 (פחמן דו חמצני) מפירובאט.
• איזומרים מזרז שינויים מבניים במולקולות וגורמים לשינויים בצורתם. דוגמא: ריבימוזה פוספט אפימראז, אשר מזרז את ההמרה של ריבולוזה-5-פוספט וקסילולוזה-5-פוספט.
• ליגסים קשירת זרז - שילוב זוגות המצעים. לדוגמא, הקסוקינזות הוא ליגאז שמזרז את ההמרה של גלוקוז ו- ATP עם גלוקוז-6-פוספט ו- ADP.

אנזימים משפיעים על חיי היומיום. לדוגמה, אנזימים שנמצאים בחומרי ניקוי כביסה עוזרים לפירוק חלבונים הגורמים לכתמים, ואילו ליפאזים עוזרים להמסת כתמי שומן. אנזימים תרמו-סובלניים וקריוט-סובלניים פועלים בטמפרטורות קיצוניות, וכתוצאה מכך מועילים לתעשייה תהליכים בהם נדרשים טמפרטורות גבוהות או לביור-תיווך, המתרחשים בתנאים קשים, כמו אלו שב- הקוטבי.

בתעשיית המזון אנזימים ממירים עמילן לסוכר, על מנת לייצר ממתיקים ממקורות שאינם קנה סוכר. בתעשיית הבגדים אנזימים מפחיתים זיהומים בכותנה ומדכאים את הצורך בכימיקלים שעלולים להזיק בתהליך שיזוף העור.

לבסוף, תעשיית הפלסטיק מחפשת ללא הרף דרכים להשתמש באנזימים לפיתוח מוצרים מתכלים.