Enzým je definovaný ako makromolekula, ktorá katalyzuje biochemickú reakciu. Pri tomto type chemickej reakcie, východiskové molekuly sa nazývajú substráty. Enzým interaguje so substrátom a premieňa ho na nový produkt. Väčšina enzýmov je pomenovaná kombináciou názvu substrátu s príponou -áza (napr. Proteáza, ureáza). Takmer všetky metabolické reakcie v tele sa spoliehajú na enzýmy, aby mohli reakcie prebiehať dostatočne rýchlo, aby boli užitočné.
Chemikálie nazývané aktivátory môže zvýšiť enzýmovú aktivitu, zatiaľ čo inhibítory znižujú aktivitu enzýmov. Štúdium enzýmov sa nazýva enzymológia.
Na klasifikáciu enzýmov sa používa šesť všeobecných kategórií:
- Oxidoreduktázy - zapojené do prenosu elektrónov
- Hydrolázy - substrát sa štiepi hydrolýzou (absorpcia molekuly vody)
- Izomerázy - preneste skupinu v molekule za vzniku izoméru
- Ligázy (alebo syntetázy) - spájajú rozklad pyrofosfátovej väzby v nukleotide s tvorbou nových chemických väzieb
- Oxidoreduktázy - pôsobia pri prenose elektrónov
- Transferázy - prenos chemickej skupiny z jednej molekuly do druhej
Ako fungujú enzýmy
Enzýmy fungujú zníženie aktivačnej energie potrebné urobiť chemická reakcia nastať. Rovnako ako iné katalyzátory, enzýmy menia rovnováhu reakcie, ale v tomto procese sa nekonzumujú. Zatiaľ čo väčšina katalyzátorov môže pôsobiť na množstvo rôznych typov reakcií, kľúčovým znakom enzýmu je to, že je špecifický. Inými slovami, enzým, ktorý katalyzuje jednu reakciu, nebude mať žiadny vplyv na inú reakciu.
Väčšina enzýmov sú globulárne proteíny, ktoré sú omnoho väčšie ako substrát, s ktorým interagujú. Ich veľkosť sa pohybuje od 62 aminokyselín do viac ako 2 500 aminokyselinových zvyškov, ale iba časť ich štruktúry sa podieľa na katalýze. Enzým má tzv aktívny web, ktorý obsahuje jedno alebo viac väzbových miest, ktoré orientujú substrát v správnej konfigurácii, a tiež a katalytické miesto, čo je časť molekuly, ktorá znižuje aktivačnú energiu. Zvyšok enzýmovej štruktúry pôsobí primárne na to, aby prezentoval aktívne miesto najlepšie substrátom. Môžu tam byť tiež alosterické miesto, kde sa aktivátor alebo inhibítor môže viazať a spôsobiť tak zmenu konformácie, ktorá ovplyvňuje enzýmovú aktivitu.
Niektoré enzýmy vyžadujú ďalšiu chemikáliu nazývanú a kofaktor, aby došlo k katalýze. Kofaktorom môže byť kovový ión alebo organická molekula, ako je napríklad vitamín. Kofaktory sa môžu voľne alebo pevne viazať na enzýmy. Nazývajú sa pevne viazané kofaktory protetické skupiny.
Dva vysvetlenia interakcie enzýmov so substrátmi sú model „zámok a kľúč“, ktorú navrhol Emil Fischer v roku 1894, a indukovaný fit model, čo je modifikácia zámku a kľúčového modelu, ktorý navrhol Daniel Koshland v roku 1958. V modeli zámku a kľúča majú enzým a substrát trojrozmerné tvary, ktoré sa navzájom hodia. Indukovaný fit model navrhuje, aby molekuly enzýmov mohli meniť svoj tvar v závislosti od interakcie so substrátom. V tomto modeli sa enzým a niekedy substrát menia, keď interagujú, až kým sa aktívne miesto úplne neviaže.
Príklady enzýmov
Je známe, že viac ako 5 000 biochemických reakcií je katalyzovaných enzýmami. Molekuly sa tiež používajú v priemysle a domácnostiach. Enzýmy sa používajú na výrobu piva a výrobu vína a syrov. Nedostatky enzýmov sú spojené s niektorými chorobami, ako je fenylketonúria a albinizmus. Tu je niekoľko príkladov bežných enzýmov:
- Amyláza v slinách katalyzuje počiatočné trávenie uhľohydrátov v potrave.
- Papain je bežný enzým nachádzajúci sa v mäsovom tenderizere, kde pôsobí tak, že rozdeľuje väzby, ktoré drží molekuly proteínu pohromade.
- Enzýmy sa nachádzajú v čistiacich prostriedkoch na pranie a odstraňovanie škvŕn, ktoré pomáhajú rozkladať bielkovinové škvrny a rozpúšťajú oleje na tkaninách.
- DNA polymeráza katalyzuje reakciu, keď sa kopíruje DNA, a potom skontroluje, či sa používajú správne zásady.
Sú všetky enzýmové proteíny?
Takmer všetky známe enzýmy sú proteíny. Naraz sa verilo, že všetky enzýmy sú proteíny, ale objavili sa určité nukleové kyseliny, nazývané katalytické RNA alebo ribozýmy, ktoré majú katalytické vlastnosti. Študenti väčšinou študujú enzýmy, skutočne študujú enzýmy založené na bielkovinách, pretože je veľmi málo známe o tom, ako môže RNA pôsobiť ako katalyzátor.