Kaj so encimi in kako delujejo

Encim je opredeljen kot makromolekula, ki katalizira biokemično reakcijo. Pri tej vrsti kemijske reakcije, začetne molekule se imenujejo substrati. Encim posega v substrat in ga pretvori v nov izdelek. Večina encimov se imenuje tako, da se ime substrata kombinira s pripono -ase (npr. Proteaza, ureaza). Skoraj vse presnovne reakcije v telesu se zanašajo na encime, da se lahko reakcije odvijajo dovolj hitro, da so koristne.

Kemikalije aktivatorji lahko poveča aktivnost encimov, medtem ko zaviralci zmanjša aktivnost encimov. Preučevanje encimov imenujemo encimologija.

Obstaja šest širokih kategorij, ki se uporabljajo za razvrščanje encimov:

1. Oksidoreduktaze - sodelujejo pri prenosu elektronov
2. Hidrolaze - cepljenje substrata s hidrolizo (prevzem vodene molekule)
3. Izomeraze - prenašajo skupino v molekuli, da tvorijo izomer
4. Ligaze (ali sintetaze) - povezujejo razpad pirofosfatne vezi v nukleotidu z nastankom novih kemičnih vezi
5. Oksidoreduktaze - delujejo pri prenosu elektronov
6. Transferaze - prenašajo kemično skupino iz ene molekule v drugo

Encimi delujejo znižanje aktivacijske energije potreben za izdelavo kemična reakcija se pojavijo. Kot drugi katalizatorji, encimi spremenijo ravnovesje reakcije, vendar se v procesu ne porabijo. Medtem ko večina katalizatorjev lahko deluje na več različnih vrst reakcij, je glavna značilnost encima ta, da je specifičen. Z drugimi besedami, encim, ki katalizira eno reakcijo, ne bo vplival na drugačno reakcijo.

Večina encimov je globularnih beljakovin, ki so veliko večje od substrata, s katerim komunicirajo. Po velikosti segajo od 62 aminokislin do več kot 2500 aminokislinskih ostankov, le del njihove strukture pa sodeluje pri katalizi. Encim ima tako imenovano an aktivno spletno mesto, ki vsebuje eno ali več vezavnih mest, ki orientirajo podlago v pravilni konfiguraciji in tudi a katalitično mesto, ki je del molekule, ki znižuje aktivacijsko energijo. Preostanek strukture encima deluje predvsem tako, da aktivno mesto predstavi organizmu podlago na najboljši način. Mogoče je tudi alosterično mesto, kjer se lahko aktivator ali inhibitor veže, da povzroči spremembo konformacije, ki vpliva na encimsko aktivnost.

Nekateri encimi potrebujejo dodatno kemikalijo, imenovano a kofaktor, da pride do katalize. Kofaktor je lahko kovinski ion ali organska molekula, kot je vitamin. Kofaktorji se lahko na encime vežejo ohlapno ali tesno. Pokličejo se tesno vezani kofaktorji protetične skupine.

Dve razlagi interakcije encimov s substrati sta dve model "ključavnica in ključ", ki ga je leta 1894 predlagal Emil Fischer, in induciran model fit, ki je sprememba modela ključavnice in ključa, ki ga je leta 1958 predlagal Daniel Koshland. V modelu zaklepanja in ključa imata encim in substrat tridimenzionalne oblike, ki se med seboj prilegajo. Model inducirane prileganja predlaga, da lahko molekule encimov spremenijo svojo obliko, odvisno od interakcije s substratom. V tem modelu encim in včasih substrat spreminjata obliko, ko medsebojno delujeta, dokler se aktivno mesto ne veže v celoti.

Znano je, da preko 5000 biokemičnih reakcij katalizirajo encimi. Molekule se uporabljajo tudi v industriji in izdelkih za gospodinjstvo. Encimi se uporabljajo za kuhanje piva in za pripravo vina in sira. Pomanjkanje encima je povezano z nekaterimi boleznimi, kot sta fenilketonurija in albinizem. Tu je nekaj primerov pogostih encimov:

• Amilaza v slini katalizira začetno prebavo ogljikovih hidratov v hrani.
• Papain je običajen encim, ki ga najdemo v mesnem mehčalcu, kjer deluje prekine vezi, ki držijo molekule beljakovin.
• Encime najdemo v detergentu za pranje perila in madežih, ki pomagajo razgraditi beljakovinske madeže in raztapljati olja na tkaninah.
• DNK polimeraza katalizira reakcijo, ko se kopira DNK in nato preveri, ali se uporabljajo pravilne baze.

Skoraj vsi znani encimi so beljakovine. Nekoč je veljalo, da so vsi encimi beljakovine, vendar so bile odkrite nekatere nukleinske kisline, imenovane katalitične RNA ali ribocimi, ki imajo katalitične lastnosti. Študenti večino časa preučujejo encime, resnično preučujejo encime na osnovi beljakovin, saj je zelo malo znanega o tem, kako lahko RNA deluje kot katalizator.