Enzymer er avgjørende for riktig funksjon av alle levende organismer på jorden. De deltar i de fleste, om ikke alle, kjemiske endringer i naturen, det vil si i millioner av reaksjoner både i planteverdenen og dyreverdenen. Det er verdt å finne ut hva enzymer er, hvordan de virker og hvilken betydning de har for moderne medisin

Enzymerer proteinmolekyler som akselererer eller til og med lar ulike kjemiske reaksjoner finne sted i levende organismer, inkludert menneskekroppen.

Fra et kjemisk synspunkt er dette katalysatorer, det vil si partikler som forsterker reaksjonen, men som ikke slites ut under reaksjonen. Denne økningen i effektiviteten til kjemiske transformasjoner er ofte enorm, naturlige katalysatorer kan forkorte reaksjonstiden fra flere år til flere sekunder

Enzymer finnes i alle områder av kroppen: i celler, i det ekstracellulære rommet, i vev, i organer og i deres lys, katalysatorene et gitt vev produserer bestemmer dets spesifikke egenskaper og rollen det spiller i body.

De fleste enzymer er veldig spesifikke, noe som betyr at hver av dem er ansvarlig for bare én type kjemisk reaksjon der spesifikke partikler - substrater er involvert, og bare de kan interagere med et gitt enzym

Aktiviteten til naturlige katalysatorer avhenger av mange faktorer: reaksjonsmiljøet, for eksempel temperatur, pH, tilstedeværelsen av visse ioner, aktivatorer - de forsterker virkningen av enzymer og inhibitorer som motvirker denne aktiviteten.

Enzymer: struktur

Som nevnt er de fleste enzymer proteiner, de har en svært mangfoldig struktur: fra flere dusin aminosyrer til flere tusen arrangert i en mangfoldig romlig struktur

Det er formen for deres dannelse (den såk alte kvaternære strukturen), og det faktum at de fleste enzymer er mye større enn reaktantene i reaksjonene deres er i stor grad ansvarlig for deres aktivitet.

Dette skyldes det faktum at bare et bestemt område i strukturen til enzymer er det såk alte aktive stedet, dvs. et fragment som er ansvarlig for å utføre reaksjonen.

Oppgaven til de gjenværende fragmentene av molekylet er å feste et spesifikt substrat, sjeldnere andre forbindelser som påvirker aktiviteten til enzymet

Det er godt å vite den konstruksjonenav katalysatoren er utformet slik at sammenføyningssubstratet er ideelt tilpasset geometrisk, som en "nøkkel til en lås".

Som alle proteiner produseres enzymer i ribosomene fra arvestoffet som er tett pakket i kjernen - DNA, og skaper dermed en såk alt primærstruktur

Deretter foldes den flere ganger - endrer form, noen ganger tilsettes sukker, metallioner eller fettrester

Resultatet av alle disse prosessene er dannelsen av en aktiv kvartær struktur, dvs. en fullstendig biologisk aktiv form.

I mange tilfeller kombineres flere enzympartikler for å utføre en rekke kjemiske reaksjoner, og dermed fremskynde prosessen

Noen ganger er det enzymer i flere vev som katalyserer den samme reaksjonen, men som ikke er strukturelt like hverandre, vi kaller dem isoenzymer

Navnene på isoenzymene er de samme, til tross for forskjellen i plassering og struktur, men disse forskjellene har praktisk anvendelse. Takket være dette er det mulig å bestemme i laboratorietester kun de fraksjoner av enzymet som kommer fra et spesifikt organ.

Enzymes virkningsmekanismer er mangfoldige, men fra et kjemisk synspunkt er deres oppgave alltid å senke aktiveringsenergien til reaksjonen. Dette er mengden energi som underlagene må ha for at prosessen skal finne sted.

Denne effekten kan oppnås ved å skape et passende miljø for reaksjonen, ved å bruke en annen kjemisk rute for å oppnå de samme produktene, eller det passende romlige arrangementet av substrater.

Hver av disse mekanismene kan brukes av enzymer

Regulering av enzymaktivitet

Virkningen av enzymer avhenger av miljøparametere: temperatur, pH og andre. Hver av de naturlige katalysatorene har sin optimale ytelse under visse forhold, som kan være forskjellig bred avhengig av toleranse for miljøforhold.

Når det gjelder temperatur, er de fleste enzymatiske reaksjoner raskere ved høyere temperaturer, men ved en viss temperatur faller reaksjonseffektiviteten kraftig, noe som skyldes termisk skade på enzymet (denaturering)

Når det gjelder strukturen deres, kan hormoner deles inn i to grupper:

  • enkelt - bare proteinpartikler
  • kompleks - som krever tilsetning av en ikke-proteingruppe - en kofaktor

Sistnevnte spiller en nøkkelrolle i riktig aktivitet og regulering av enzymer

Kofaktorer kan i sin tur deles inn i to grupper: de som er nødvendige foraktivitetene til enzymet, sterkt assosiert med det - disse er såk alte protesegrupper, de kan være metaller, organiske molekyler, som for eksempel heme

Den andre gruppen er koenzymer, de er vanligvis ansvarlige for overføring av substrater eller elektroner, og deres binding til enzymet er svak, denne gruppen inkluderer for eksempel folsyre, koenzym A. Det er verdt å vite at mange vitaminer spiller rollen som kofaktorer.

Hemmere utfører en helt annen oppgave, de er partikler som hemmer enzymatisk aktivitet ved å binde seg til enzymet

Det finnes flere typer hemmere:

  • irreversible - de forårsaker permanent inaktivering av molekylet og reaksjonen kan bare finne sted etter produksjon av et nytt enzym
  • konkurransedyktig - i dette tilfellet har inhibitoren en struktur som ligner på substratet, så de konkurrerer om det aktive stedet. Hvis en inhibitor er festet, oppstår ikke reaksjonen, hvis substratet - fortsetter norm alt
  • ikke-konkurrerende - slike hemmere binder enzymet på et annet sted enn substratet, så det kan feste seg til enzymet, men reaksjonen finner ikke sted

Ved en mye høyere konsentrasjon av substratet enn inhibitoren, overvinnes effekten av den konkurrerende inhibitoren, fordi den overvelder "konkurransen" om det aktive nettstedet, i tilfelle av ikke-konkurrerende, kan dens effekt ikke være overvinnes ved å øke konsentrasjonen av underlaget

I tillegg til reguleringen av aktivator- og inhibitorsystemene, finnes det mange andre metoder for å kontrollere aktiviteten til enzymer

De gjelder cellens kontroll over produksjonen på nivået av proteindannelse, samt reguleringen av den såk alte post-translasjonelle prosesseringen, dvs. endringer i strukturen til et proteinmolekyl som skjer umiddelbart etter dets syntese i ribosom. Disse modifikasjonene består for eksempel i å forkorte polypeptidkjeden

De neste reguleringsmetodene gjelder segregering og plassering av enzymer i passende områder: cellulære og i spesifikke organeller, eller i det ekstracellulære rommet

Det er en viktigere reguleringsmekanisme - negativ tilbakemelding - det er det primære kontrollsystemet i det endokrine systemet. Den fungerer etter prinsippet om hemming.

Dette betyr at hvis et enzym produserer for mye av et bestemt hormon, binder det seg til det, hemmer aktiviteten og reduserer syntesen, slik at selve reaksjonsproduktet hemmer produksjonen.

Enzymer: rolle

Hvert vev i menneskekroppen produserer et spesifikt sett med enzymer, som definerer rollen til disse cellene i kroppens funksjon. Hva er disse enzymene er definert av den genetiske koden og hvilke regioner som er aktive i en gitt celle

Tusenvis av kjemiske reaksjoner finner sted i menneskekroppen til enhver tid, som hver krever et spesifikt enzym, så det ville være vanskelig å liste opp alle disse partiklene som finnes i kroppen vår.

Det er verdt å vite om noen av de mest karakteristiske:

  • Fordøyelsesenzymer- produsert av vevet i fordøyelsessystemet, de bryter ned maten til enkle forbindelser, fordi bare disse kan tas opp i blodet. De er ekstracellulære enzymer, så de oppfyller sin hovedoppgave utenfor cellene de produseres i. Noen av disse enzymene dannes i inaktiv form, såk alte proenzymer eller zymogener, og aktiveres i mage-tarmkanalen. Fordøyelsesenzymer inkluderer for eksempel: amylase, lipase, trypsin
  • Myosiner et enzym som finnes i muskler, det bryter ned ATP-molekyler som er energibærere, og får dermed muskelfibrene til å trekke seg sammen.
  • Peroksidaserer oksiderende enzymer og katalaser, dvs. reduserende enzymer
  • Acetylkolinesteraseer et enzym som bryter ned acetylkolin, en av transmitterne i nervesystemet
  • Monoaminoksidaseer enzymet som finnes mest i leveren, det er ansvarlig for nedbrytningen av adrenalin, noradrenalin og noen medisiner
  • Cytokomisk oksidase , et veldig viktig intracellulært enzym som er ansvarlig for energitransformasjoner
  • Lysozym , et stoff som finnes for eksempel i tårer eller spytt som oppfyller beskyttende funksjoner, ødelegger patogener
  • Alkoholdehydrogenase , et enzym i leveren som er ansvarlig for nedbrytningen av etanol
  • Alkalisk fosfatase , deltar i beinbygging av osteoblaster

Enzymer: navngiving

Enzymnavn er ofte ganske kompliserte siden de er avledet fra navnet på reaksjonen de utfører og substratet som er involvert i den reaksjonen, for eksempel 5-hydroksytryptofandekarboksylase.

Vanligvis legges suffikset "-aza" til det generelle navnet på reaksjonen, og den andre delen av enzymnavnet danner navnet på forbindelsen som gjennomgår denne reaksjonen.

Noen ganger er navnet enkelt, det kommer fra et substrat, for eksempel laktase (et enzym som bryter ned laktose).

Mer sjeldent stammer navnene på enzymer fra en generell prosess som foregår med deres deltakelse, for eksempel DNA-gyrase, enzymet som er ansvarlig for å snu DNA-tråder.

Noen enzymer har endelig vanlige navn eller navn gitt av oppdagerne, for eksempel pepsin (som bryter ned proteiner i fordøyelseskanalen) eller lysozym (et bakteriedrepende enzym som finnes itårer).

Det er også en liten gruppe restriksjonsenzymer som er ansvarlige for å kutte DNA-tråder, i dette tilfellet kommer navnet fra mikroorganismen som enzymet ble isolert fra.

The International Union of Biochemistry and Molecular Biology har innført reglene for navngivning av enzymer og delt dem inn i flere klasser for å standardisere nomenklaturen

Det erstattet ikke navnene beskrevet tidligere, det er snarere et supplement som hovedsakelig brukes av forskere.

I henhold til EUs regler er hvert enzym beskrevet med en sekvens av tegn: EC x.xx.xx.xx - der det første sifferet står for klassen, påfølgende underklasser og underklasser, og til slutt enzymnummer. Disse enzymklassene er:

• 1 - oksidoreduktaser: de katalyserer oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner
• 2 - transferaser: overføre funksjonelle grupper (f.eks. fosfat)
• 3 - hydrolaser: tilsvarer hydrolysen (dekomponering) av bindinger
• 4 - lyaser: kutt bindinger i en annen mekanisme enn hydrolyse
• 5 - isomeraser: de er ansvarlige for romlige endringer av molekyler
• 6 - ligaser: koble molekyler med kovalente bindinger

Enzymer og medisin

Betydningen av enzymer for menneskers helse er enorm. Deres riktige drift muliggjør et sunt liv, og takket være utviklingen av analytiske enheter har vi lært å diagnostisere ulike sykdommer ved hjelp av enzymbestemmelse. Dessuten er vi i stand til å behandle mangler ved noen enzymer og de resulterende sykdommene, dessverre er det fortsatt mye å gjøre i denne saken.

Behandling av årsakene til metabolske sykdommer er ennå ikke mulig, fordi vi ikke er i stand til trygt og effektivt å modifisere det genetiske materialet for å reparere skadede gener, og dermed feilproduserte enzymer

Sykdommer som følge av dysfunksjonelle enzymer

Korrekt funksjon av kroppen vår avhenger i stor grad av at enzymer fungerer. I mange tilfeller påvirker sykdomstilstander mengden enzymer, noe som fører til at de frigjøres for mye fra cellene eller tvert imot mangler. Nedenfor er bare eksempler på sykdommer forårsaket av unormale enzymfunksjoner, det er mange flere av disse sykdommene

  • Metabolske blokkeringer eller metabolske sykdommer

Metabolske blokker eller metabolske sykdommer er en gruppe av arvelige sykdommer forårsaket av akkumulering av stoffer i cellen på grunn av mangel på et enzym som er ansvarlig for deres metabolisme. Substratene som akkumuleres over tid er så mye at de blir giftige for cellene og hele organismen

Det er flere tusen sykdommer, antallet gjenspeiler mangfoldetenzymer som finnes i menneskekroppen, ettersom de fleste enzymkodende gener kan påvirkes av metabolske sykdommer

Eksempler er galaktosemi eller homocystinuri, som er sjeldne sykdommer, oftest manifestert umiddelbart etter fødselen eller i de første leveårene

  • Nonotwory

En annen gruppe sykdommer som kan involvere funksjonsfeil i enzymer er kreft. I tillegg til mange andre funksjoner er enzymer også ansvarlige for å regulere celledeling, såk alte tyrosinkinaser. Hvis disse enzymene svikter i dette området, kan ukontrollert celledeling og derfor en kreftprosess oppstå.

  • Emfysem

En mindre vanlig sykdom er emfysem, i så fall blir elastase overaktiv. Det er et enzym som finnes i lungevevet og er ansvarlig for nedbrytningen av elastinproteinet som er tilstede blant annet i lungene.

Hvis det er for aktivt, blir balansen mellom å ødelegge og bygge forstyrret, arrdannelse oppstår og emfysem utvikles

Enzymer: diagnostisk bruk

Moderne medisinsk diagnostikk er basert på bruk av enzymer i deres bestemmelse. Dette skyldes det faktum at sykdomstilstander direkte eller indirekte fører til ubalanse av enzymer, noe som fører til økning eller reduksjon i mengden av enzymer i blodet.

Dette kan skyldes ikke bare produksjonsforstyrrelser, men også for eksempel frigjøring av en stor mengde intracellulært enzym i blodet eller urinen som følge av skade på cellemembranen.

Eksempler på enzymer som brukes i laboratorieforskning er:

  • Kreatinkinase - et enzym som finnes i muskler, også i hjertemuskelen, dets multiple økning kan indikere hjerteinfarkt, myokarditt, muskelsykdommer - skader, dystrofi
  • Laktatdehydrogenase - finnes i alle kroppens celler, spesielt i hjernen, lungene, hvite blodlegemer og muskler. Dens store økning er observert ved hjerteinfarkt, muskel- og leversykdommer eller kreft.
  • Alkalisk fosfatase finnes i størst mengde i lever og bein, her frigjøres den av osteoblaster. Sykdommer i disse organene kan forårsake vekst, men et overskudd av alkalisk fosfatase kan også indikere benregenereringsprosessen - etter operasjon eller brudd.
  • Sur fosfatase forekommer i mange organer - lever, nyrer, bein, prostata, fra et diagnostisk synspunkt kan økningen indikere ben- og prostatasykdommer
  • Aminotransferaseasparagin og alanin aminotransferase - disse er enzymer som er karakteristiske for leveren, som forekommer nesten utelukkende i hepatocytter, de brukes i den grunnleggende screeningdiagnosen av leversykdommer, og deres flerdobling oppmuntrer alltid til videre diagnose av leversykdommer.
  • Glutamatdehydrogenase og gammaglutamyltransferase - andre leverenzymer, i likhet med de som er nevnt ovenfor, er viktige for diagnostisering av sykdommer i dette organet og galleveiene
  • Amylase er et enzym som finnes i mange organer, men den høyeste konsentrasjonen oppnås i cellene i bukspyttkjertelen og spyttkjertlene, diagnosen er av størst betydning for deres sykdommer.
  • Lipase er et annet bukspyttkjertelenzym, det skiller seg i spesifisitet fra amylase, noe som betyr at lipase kun er tilstede i bukspyttkjertelen og avvik fra normen ved bestemmelse av dette enzymet indikerer bukspyttkjertelsykdom
  • Kolinesterase er et enzym som bryter ned acetylkolin - en transmitter i nervesystemet, hvor det også er tilstede i høyest mengde, i diagnostikk brukes det ved forgiftning med organofosforforbindelser.
  • Koagulasjons- og fibrinolysefaktorer - dette er stoffer som produseres av leveren som er involvert i blodpropp, deres bestemmelse er viktig ikke bare i vurderingen av denne prosessen, men også for å overvåke leverfunksjonen
  • Alfa-fetoprotein - et leverenzym, mengden som øker ved sykdommer i dette organet, inkludert kreft.
  • C-reaktivt protein - produsert av leveren, involvert i immunresponsen, mengden øker i blodet ved inflammatoriske tilstander - infeksjoner, skader, autoimmune sykdommer
  • Ceruloplasmin - et annet leverenzym hvis økning er karakteristisk for Wilsons sykdom
  • Pyridinolin og deoksypyridinolin er markører for benresorpsjon (destruksjon), de karakteriserer funksjonen til osteoklaster (osteogene celler).
  • Myoglobin - som nevnt tidligere, er det en sammensetning som er karakteristisk for muskler, så økningen vil indikere skade på skjelett- eller hjertemuskler.
  • Troponiner - såk alte hjerteinfarktmarkører, dette er enzymer som regulerer sammentrekningen av muskelfibre, de er spesielt rikelig i hjertemuskelen. Dens skade forårsaker frigjøring av store mengder troponiner i blodet, som brukes i diagnostisering av hjertesykdommer. Det er imidlertid verdt å huske at en økning i troponiner kan indikere ikke bare et hjerteinfarkt, men også dets insuffisiens, klaffedefekter eller lungeemboli.

Alle enzymene oppført ovenfor kan tilordnes flere grupper:

  • sekretoriske enzymer- den nedre grensen for normen er diagnostisk. Dette er enzymer fysiologisk produsert av organer, men ved sykdommer reduseres antallet, for eksempel koagulasjonsfaktorer
  • indikatorenzymer- vekst er viktig. Denne gruppen enzymer opptrer i stort antall på grunn av organskader og enzymlekkasje, som troponiner
  • ekskresjonsenzymer- dette er enzymer som produseres norm alt i lumen til forskjellige organer - munnen, tarmene og urinveiene. Hvis utløpet deres er blokkert, kommer de inn i blodet, for eksempel amylase

Det er verdt å huske at enzymer brukes i selve medisinsk diagnostikk. Biokjemiske analyser utføres ved bruk av enzymer, og riktig tolkning av resultatene av enzymatiske reaksjoner gjør det mulig å gi resultatet av en laboratorietest

Enzymer og behandling

Mange medikamenter virker ved å påvirke virkningen av enzymer, enten ved å få dem til å virke eller tvert imot, ved å være hemmere. Det finnes enzymerstatninger som pankreatinholdig lipase og amylase som brukes ved bukspyttkjertelinsuffisiens

På den annen side hemmer visse grupper av medikamenter virkningen av enzymer, for eksempel angiotensinkonverterende enzymhemmere som brukes blant annet ved hypertensjon og hjertesvikt, eller noen antibiotika, for eksempel amoxicillin, som hemmer enzymet bakteriell transpeptidase, som hindrer byggingen av bakteriecelleveggen, og som et resultat av dette hemmes infeksjonen

Noen giftstoffer virker også ved å påvirke enzymer. Cyanid er en potent hemmer av cytokromoksidase, en essensiell komponent i respirasjonskjeden. Blokkering hindrer cellen i å få energi, noe som fører til dens død

For riktig forløp av livsprosessene til cellene er det nødvendig for tilstedeværelsen av mange kjemiske stoffer, som forblir i strenge proporsjoner seg imellom og mellom hvilke kjemiske reaksjoner hele tiden oppstår.

Denne oppgaven utføres av riktig fungerende enzymer, som er nødvendige for at nesten enhver kjemisk reaksjon skal finne sted med den hastigheten og effektiviteten som er nødvendig for at menneskekroppen skal fungere korrekt.

Virkningen av enzymer akselererer disse prosessene mange ganger, ofte til og med hundrevis av ganger, noe som er viktig, enzymene i seg selv slites ikke ut under reaksjonene som finner sted.

Mangel på katalysatorer eller feil drift kan føre til at mange sykdommer oppstår. På den annen side lar en dyktig modifisering av aktiviteten deres deg med hell helbrede mange plager.

Enzymologi (vitenskapen om enzymer) er ekstremt omfattende, endens utvikling kan ikke bare bringe vitenskapelig fremgang, men også aktivt bidra til utviklingen av medisin når det gjelder ikke bare behandling, men også diagnostikk.

Om forfatterenBue. Maciej Grymuza En utdannet ved Det medisinske fakultet ved Medical University of K. Marcinkowski i Poznań. Han ble uteksaminert fra universitetet med et altfor godt resultat. For tiden er han lege innen kardiologi og doktorgradsstudent. Han er spesielt interessert i invasiv kardiologi og implanterbare enheter (stimulatorer).

Kategori:

Forskning