entsyymit

määritelmä

Entsyymit ovat kasvi- ja eläinsoluissa tuotettuja proteiineja, jotka toimivat katalyytteinä kiihdyttämällä biologisia reaktioita muuttamatta niitä.

Entsyymit toimivat yhdistämällä tietyn aineen kanssa sen muuttamiseksi eri aineeksi; klassisia esimerkkejä antavat syljen, vatsan, haiman ja ohutsuolen läsnä olevat ruoansulatusentsyymit, jotka suorittavat olennaisen tehtävän ruoansulatuksessa ja auttavat hajottamaan elintarvikkeet peruskomponentteihin, jotka voidaan sitten imeä ja käyttää elimistössä muilla entsyymeillä käsiteltävinä tai karkotettuna jätteinä.

Jokaisella entsyymillä on erityinen rooli: se, joka hajottaa rasvat, ei vaikuta proteiineihin tai hiilihydraatteihin. Entsyymit ovat olennaisia ​​organismin hyvinvoinnin kannalta. Myös yhden entsyymin puutos voi aiheuttaa vakavia häiriöitä. Hyvin tunnettu esimerkki on fenyyliketonuria (PKU), sairaus, jolle on tunnusomaista kyvyttömyys metaboloida olennainen aminohappo, fenyylialaniini, jonka kertyminen voi aiheuttaa fyysisiä epämuodostumia ja mielisairauksia.

Biokemiallinen analyysi

Entsyymit ovat erityisiä proteiineja, joiden ominaispiirteitä ovat biologiset katalyytit, eli niillä on kyky vähentää reaktion aktivoitumisenergiaa (Eatt), muuttamalla sen polkua kineettisesti hitaan prosessin näyttämiseksi nopeammin.

Entsyymit lisäävät termodynaamisesti mahdollisten reaktioiden kinetiikkaa, ja toisin kuin katalyytit, ne ovat enemmän tai vähemmän spesifisiä: niillä on siis substraattispesifisyys.

Entsyymi ei ole mukana reaktion stökiometriassa: jotta tämä tapahtuisi, on välttämätöntä, että lopullinen katalyyttinen kohta on identtinen lähtöaineen kanssa.

Katalyyttisessä toiminnassa on lähes aina hidas vaihe, joka määrittää prosessin nopeuden.

Kun puhumme entsyymeistä, ei ole oikein puhua tasapainoreaktioista, puhumme vakaan tilan sijaan (tila, jossa tietty metaboliitti muodostuu ja kulutetaan jatkuvasti, pitämällä pitoisuus lähes vakiona ajan mittaan). Entsyymin katalysoiman reaktion tuote on yleensä itse reaktantti myöhemmälle reaktiolle, jota katalysoi toinen entsyymi, ja niin edelleen.

Entsyymikatalysoidut prosessit koostuvat yleensä reaktiosarjoista.

Entsyymin (E) katalysoimaa geneeristä reaktiota voidaan täten kaavata:

Yleinen entsyymi (E) yhdistää substraatin (S) kanssa adduktin (ES) muodostamiseksi nopeusvakion K1 avulla; se voi hajottaa uudelleen E + S: ssä nopeusvakion K2 avulla, tai (jos "elää" riittävän kauan), se voi edetä muotoon P nopeusvakion K3 kanssa.

Tuote (P) voi vuorostaan ​​yhdistää entsyymin kanssa ja uudistaa adduktin nopeusvakion K4 avulla.

Kun entsyymiä ja substraattia sekoitetaan, on olemassa murto-osa ajasta, jolloin kahden lajin välinen tapaaminen ei ole vielä tapahtunut: eli on erittäin lyhyt aikaväli (joka riippuu reaktiosta), jossa entsyymi ja substraatti eivät ole vielä täyttyneet; tämän ajanjakson jälkeen entsyymi ja substraatti joutuvat kosketuksiin kasvavien määrien kanssa ja muodostuu ES-adduktti. Sen jälkeen entsyymi vaikuttaa substraattiin ja tuote vapautuu. Sitten voidaan sanoa, että on olemassa alkuajanjakso, jossa ES-adduktin konsentraatio ei ole määritettävissä; Tämän ajanjakson jälkeen oletetaan, että vakiintunut tila muodostuu, eli adduktiin johtavien prosessien nopeus on yhtä suuri kuin prosessien nopeus, joka johtaa adduktin tuhoutumiseen.

Michaelis-Menten-vakio (KM) on tasapaino-vakio (viitataan edellä kuvattuun ensimmäiseen tasapainoon); voimme sanoa, että hyvällä likiarvolla (koska myös K3: ta tulisi harkita), KM: tä edustaa kineettisten vakioiden K2 ja K1 välinen suhde (viitaten adduktin ES tuhoutumiseen ja muodostumiseen ensimmäisessä tasapainossa, joka on kuvattu edellä).

Michaelis-Mentenin vakion kautta meillä on merkki entsyymin ja substraatin välisestä affiniteetista: jos KM on pieni, entsyymin ja substraatin välillä on suuri affiniteetti, joten ES-additi on stabiili.

Entsyymit ovat sääntelyn (tai modulaation) alaisia.

Aiemmin puhuttiin ennen kaikkea negatiivisesta moduloinnista, eli entsyymin katalyyttisten kapasiteettien estämisestä, mutta voi olla myös positiivinen modulaatio, eli on olemassa lajeja, jotka kykenevät parantamaan entsyymin katalyyttisiä kapasiteettia.

On 4 estotyyppiä (saatu mallista tehdyistä arvioista, jotka vastaavat kokeellisia tietoja matemaattisiin yhtälöihin):

• kilpailukykyinen esto
• ei-kilpaileva esto
• Epävakaa esto
• aktiivinen inhibitio

Puhutaan kilpailevasta estämisestä, kun molekyyli (inhibiittori) kykenee kilpailemaan substraatin kanssa. Rakenteellisella samankaltaisuudella inhibiittori voi reagoida substraatin sijasta; Tässä on termi "kilpailukykyinen esto". Todennäköisyys, että entsyymi sitoutuu inhibiittoriin tai substraattiin, riippuu molempien pitoisuudesta ja niiden affiniteetista entsyymiin; reaktionopeus riippuu näistä tekijöistä.

Saman reaktionopeuden saamiseksi, joka tapahtuisi ilman inhibiittorin läsnäoloa, on välttämätöntä saada korkeampi substraattikonsentraatio.

On osoitettu kokeellisesti, että inhibiittorin läsnä ollessa Michaelis-Mentenin vakio kasvaa.

Sen sijaan ei-kilpailukykyinen esto, molekyylin, joka toimii modulaattorina (positiivinen tai negatiivinen inhibiittori) ja entsyymin, välinen vuorovaikutus tapahtuu kohdassa, joka on erilainen kuin se, jossa entsyymin ja substraatin välinen vuorovaikutus; puhumme siis allosteerisesta moduloinnista (kreikkalaisesta allosterosista → muusta sivustosta).

Jos inhibiittori menee sitoutumaan entsyymiin, se voi indusoida entsyymin rakenteen muutoksen ja siten se voi alentaa substraatin sitoutumista entsyymiin.

Tämän tyyppisessä prosessissa Michaelis-Menten-vakio pysyy vakiona, koska tämä arvo riippuu tasapainosta entsyymin ja substraatin välillä, ja nämä tasapainot, jopa inhibiittorin läsnä ollessa, eivät muutu.

Epäkyvyttömän eston ilmiö on harvinaista; tyypillinen epäpätevä inhibiittori on aine, joka sitoutuu reversiibelisti ESI-addukttiin, joka aiheuttaa ESI: n:

Ylimääräisen substraatin inhibitio voi joskus olla epäpätevää tyyppiä, koska tämä tapahtuu, kun toinen substraattimolekyyli sitoutuu ES-kompleksiin, mikä johtaa ESS-kompleksiin.

Toisaalta aktiivinen inhibiittori voi sitoa vain substraattientsyymiadduktiin kuin edellisessä tapauksessa: substraatin sitoutuminen vapaaseen entsyymiin indusoi konformationaalisen modifikaation, joka tekee paikan pääsyn estäjälle.

Michaelis Mentenin vakio pienenee kasvavan inhibiittorikonsentraation myötä: ilmeisesti entsyymin affiniteetti substraattiin kasvaa.

Seriiniproteaasit

Ne ovat entsyymien perhe, johon chimotripsiini ja trypsiini kuuluvat.

Kymotrypsiini on proteolyyttinen ja hydrolyyttinen entsyymi, joka leikkaa hydrofobisia ja aromaattisia aminohappoja oikealle.

Kymotrypsiiniä koodaavan geenin tuote ei ole aktiivinen (se aktivoidaan komennolla); kymotrypsiinin ei-aktiivista muotoa edustaa polypeptidiketju, jossa on 245 aminohappoa. Kymotrypsiinillä on globulaarinen muoto, joka johtuu viidestä disulfidisillasta ja muista pienistä vuorovaikutuksista (sähköstaattiset, Van der Waalsin voimat, vetysidokset jne.).

Kymotrypsiiniä tuottavat haiman kimeeriset solut, joissa se on erityisissä kalvoissa ja jotka poistetaan haiman kanavan kautta suolistoon ruoan ruoansulatuksen aikana: kymotrypsiini on itse asiassa ruoansulatusentsyymi. Ruokavalion kautta nautittavat proteiinit ja ravintoaineet pilkotaan pienemmiksi ketjuiksi ja ne imeytyvät ja muuttuvat energiaksi (esim. Amylaasit ja proteaasit jakavat ravintoaineet glukoosiin ja aminohappoihin, jotka saavuttavat solut, verisuonten kautta, jotka ne saavuttavat portaalisen laskimon, ja sieltä ne kuljetetaan maksaan, jossa ne hoidetaan edelleen).

Entsyymit tuotetaan inaktiivisessa muodossa ja ne aktivoituvat vasta, kun ne saapuvat "sivustoon, jossa niiden on toimittava"; kun niiden toiminta on ohi, ne poistetaan käytöstä. Entsyymiä, joka on deaktivoitu, ei voida aktivoida uudelleen: lisää katalyyttinen vaikutus on korvattava toisella entsyymimolekyylillä. Jos chimitripsina on jo tuotettu aktiivisessa muodossa haimassa, se hyökäisi viimeksi mainittuun: haimatulehdus ovat sairauksia, jotka johtuvat ruoansulatusentsyymeistä, jotka ovat jo aktivoituneet haimassa (eikä vaadituissa paikoissa); jotkut heistä, jos niitä ei käsitellä ajoissa, johtavat kuolemaan.

Kymotrypsiinissä ja kaikissa seriiniproteaaseissa katalyyttinen vaikutus johtuu siitä, että seriinin sivuketjussa on alkolaattianioni (-CH20-).

Seriiniproteaasit ottavat tämän nimen nimenomaan siksi, että niiden katalyyttinen vaikutus johtuu seriinistä.

Kun kaikki entsyymi on suorittanut toimintansa, ennen kuin se pystyy jälleen toimimaan alustalla uudelleen, se on palautettava vedellä; seriinin "vapautuminen" vedellä on prosessin hitain vaihe, ja juuri tämä vaihe määrittää katalyysin nopeuden.

Katalyyttinen toiminta tapahtuu kahdessa vaiheessa:

• anionin muodostuminen katalyyttisillä ominaisuuksilla (alkolaattianioni) ja sen jälkeinen nukleofiilinen hyökkäys karbonyylihiileen (C = O) peptidisidoksen ja esterinmuodostuksen katkaisemisen kanssa;
• veden hyökkäys katalyytin talteenoton avulla (kykenee siten käyttämään uudelleen katalyyttistä vaikutusta).

Eri entsyymit, jotka kuuluvat seriiniproteaasien perheeseen, voivat koostua erilaisista aminohapoista, mutta kaikkien osalta katalyyttinen kohta edustaa seriinin sivuketjun alkolaattianionia.

Seriiniproteaasien alaryhmä on sellaisten entsyymien, jotka osallistuvat koagulointiin (joka koostuu proteiinin transformoinnista inaktiivisesta muodostaan ​​toiseen aktiiviseen muotoon), alaryhmään. Nämä entsyymit varmistavat, että hyytyminen on mahdollisimman tehokasta ja että se on rajoitettu avaruuteen ja aikaan (koagulaatio tulee tapahtua nopeasti ja sen on tapahduttava vain lähellä loukkaantunutta aluetta). Koagulaatioon osallistuvat entsyymit aktivoituvat kaskadissa (yhden entsyymin aktivoinnista saadaan miljardeja entsyymejä: jokainen aktivoitu entsyymi aktivoi puolestaan ​​monia muita entsyymejä).

Tromboosi on sairaus, joka johtuu hyytymisentsyymien toimintahäiriöstä: se johtuu aktivoinnista, ilman välttämättömyyttä (koska ei ole vaurioita), hyytymiseen käytetyistä entsyymeistä.

Muille entsyymeille on olemassa moduloivia entsyymejä (regulaattoreita) ja estäviä entsyymejä: vuorovaikutuksessa niiden kanssa ne säätelevät tai estävät niiden aktiivisuutta; jopa entsyymin tuote voi olla entsyymin inhibiittori. Myös entsyymejä, jotka toimivat enemmän, sitä suurempi on substraatti.

lysotsyymi

Luigi Pasteur löysi sattumalta aivastellen petri-lautasen, että limassa on entsyymi, joka kykenee tappamaan bakteereja: lysotsyymi ; kreikkalaiselta: liso = mikä leikkaa; zimo = entsyymi.

Lysotsyymi pystyy rikkomaan bakteerien soluseinän. Bakteerit ja yleensä yksisoluiset organismit tarvitsevat mekaanisesti kestäviä rakenteita, jotka rajoittavat niiden muotoa; bakteerien sisällä on erittäin suuri osmoottinen paine, joten ne houkuttelevat vettä. Plasman kalvo räjähtäisi, jos soluseinää ei olisi, mikä vastustaa veden pääsyä ja rajoittaa bakteerin tilavuutta.

Soluseinä koostuu polysakkaridiketjusta, jossa N-asetyyli-glukosamiinin (NAG) molekyylit ja N-asetyyli-muramiinihappo- (NAM) molekyylit vuorottelevat; NAG: n ja NAM: n välinen yhteys hajoaa hydrolyysillä. Soluseinässä oleva NAM-karboksyyliryhmä on sitoutunut peptidisidokseen aminohapon kanssa.

Eri ketjujen väliin muodostetaan sillat, jotka koostuvat pseudopeptidisidoksista: haarautuminen johtuu lysiinimolekyylistä; rakenne kokonaisuutena on hyvin haarautunut ja antaa sille suuren vakauden.

Lysotsyymi on antibiootti (se tappaa bakteereja): se toimii tekemällä halkeaman bakteeriseinään; kun tämä rakenne on rikki (joka on mekaanisesti kestävä), bakteeri houkuttelee vettä, kunnes se murtuu. Lysotsyymi pystyy rikkomaan b-1, 4-glukosidisidoksen NAM: n ja NAG: n välillä.

Lysotsyymin katalyyttistä kohtaa edustaa ura, joka kulkee pitkin entsyymiä, johon polysakkaridiketju lisätään: ketjun kuusi glukosidirengasta löytää paikkansa uraan.

Uran kolmessa asennossa on pullonkaula: tässä asennossa voidaan sijoittaa vain yksi NAG, koska NAM, joka on suurempi, ei pääse sisään. Varsinainen katalyyttinen paikka on neljän ja viiden kohdan välillä: NAG: n ollessa asemassa 3 leikkaus tapahtuu NAM: n ja NAG: n välillä (eikä päinvastoin); siksi leikkaus on erityinen.

Lysotsyymin toiminnan optimaalinen pH on viisi. Entsyymin katalyyttisessä kohdassa, joka on asemien 4 ja 5 välillä, on asparagiinihapon ja glutamiinihapon sivuketjut.

Homologian aste : mittaa proteiinirakenteiden välistä suhdetta (eli samankaltaisuutta).

Lysotsyymin ja laktoosisyntetaasin välillä on tiukka suhde.

Laktoosisyntaasi syntetisoi laktoosia (joka on maidon tärkein sokeri): laktoosi on galaktosyyliglukosidi, jossa on galaktoosin ja glukoosin välinen β-1, 4-glukosidisidos.

Näin ollen laktoosisyntetaasi katalysoi reaktion, joka on vastoin lysotsyymin katalysoimaa reaktiota (joka hajottaa sen sijaan p-1, 4-glukosidisidoksen)

Laktoosisyntaasi on dimeeri, eli se koostuu kahdesta proteiiniketjusta, joista yhdellä on katalyyttisiä ominaisuuksia ja joka on verrattavissa lysotsyymiin ja toinen on säätelevä alayksikkö.

Raskauden aikana glykoproteiinit syntetisoidaan rintarauhasen soluista galatosyylitransferaasin vaikutuksesta (sillä on 40% sekvenssihomologia lysotsyymin kanssa): tämä entsyymi pystyy siirtämään galaktosyyliryhmän korkean energian rakenteesta glykoproteiinirakenteeseen. Raskauden aikana indusoidaan galaktoosi-transferaasia koodaavan geenin ilmentyminen (myös muiden geenien ilmentyminen, jotka myös antavat muita tuotteita): rinnan koon kasvu on, koska rintarauhas on aktivoitu (aiemmin ei ole aktiivinen), jonka on tuotettava maitoa. Synnytyksen aikana tuotetaan a-laktalalbumiinia, joka on säätelyproteiini: se pystyy säätelemään galaktosyylitransferaasin katalyyttistä kapasiteettia (substraatin syrjinnän vuoksi). A-laktalalbumiinin modifioima galaktosyyli-transferaasi kykenee siirtämään galaktosyylin glukoosimolekyyliin: muodostavat p-1, 4-glykosidisidoksen ja antavat laktoosia (laktoosisyntetaasia).

Näin ollen galaktoosi transferaasi valmistaa rintarauhasen ennen annostelua ja tuottaa maitoa annon jälkeen.

Glykoproteiinien tuottamiseksi galaktosyylitransferaasi sitoutuu galaktosyyliin ja NAG: iin; syntymähetkellä laktaalialbumiini sitoutuu galaktosyylitransferaasiin, jolloin jälkimmäinen tunnistaa glukoosin kuin NAG: n, jolloin saadaan laktoosi.