Štruktúra a funkcia enzýmu

Enzýmy je proteín, ktorý uľahčuje bunkový metabolický proces znížením hladín aktivačnej energie (Ea), aby katalyzoval chemické reakcie medzi biomolekulami. Niektoré enzýmy redukujú aktivačnú energiu na také nízke úrovne, že skutočne zvrátia bunkové reakcie. Vo všetkých prípadoch však enzýmy uľahčujú reakcie bez toho, aby sa zmenili, napríklad spôsob, akým palivo pri jeho použití horí.

Aby sa mohli vyskytnúť chemické reakcie, molekuly sa musia zrážať za vhodných podmienok, ktoré môžu pomôcť vytvoriť enzýmy. Napríklad bez prítomnosti vhodného enzýmu zostanú molekuly glukózy a molekuly fosfátu v glukóze-6-fosfáte viazané. Ale keď predstavíte enzým hydrolázymolekuly glukózy a fosfátu sa separujú.

Typická molekulová hmotnosť enzýmu (celková atómová hmotnosť atómov molekuly) je v rozsahu od asi 10 000 do viac ako 1 milión. Malý počet enzýmov v skutočnosti nie sú proteíny, ale namiesto toho sa skladajú z malých katalytických molekúl RNA. Ďalšími enzýmami sú multiproteínové komplexy, ktoré obsahujú viac jednotlivých proteínových podjednotiek.

Aj keď veľa enzýmy katalyzujú reakcie samy o sebe niektoré vyžadujú ďalšie neproteínové zložky nazývané „kofaktory“, ktorými môžu byť anorganické ióny, ako napríklad Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺alebo Zn²⁺alebo môžu pozostávať z organických alebo metaloorganických molekúl známych ako „koenzýmy“.

Väčšina enzýmov je na základe reakcií, ktoré katalyzujú, rozdelená do nasledujúcich troch hlavných kategórií:

• oxidoreduktázy katalyzujú oxidačné reakcie, pri ktorých elektróny prechádzajú z jednej molekuly na druhú. Príklad: alkoholdehydrogenáza, ktorá prevádza alkoholy na aldehydy alebo ketóny. Tento enzým spôsobuje, že alkohol je menej toxický pri jeho rozklade a tiež hrá kľúčovú úlohu vo fermentačnom procese.
• transferázy katalyzujú transport funkčnej skupiny z jednej molekuly na druhú. Medzi prvé príklady patria aminotransferázy, ktoré katalyzujú degradáciu aminokyselín odstránením aminoskupín.
• hydrolázy enzýmy katalyzujú hydrolýzu, kde sa jednotlivé väzby rozpadajú po vystavení vode. Napríklad glukóza-6-fosfatáza je hydroláza, ktorá odstraňuje fosfátovú skupinu z glukózy-6-fosfátu, pričom zanecháva glukózu a H3P04 (kyselina fosforečná).

Tri menej bežné enzýmy sú nasledujúce:

• lyázy katalyzujú rozpad rôznych chemických väzieb inými prostriedkami ako hydrolýzou a oxidáciou, pričom často vytvárajú nové dvojité väzby alebo kruhové štruktúry. Pyruvát dekarboxyláza je príkladom lyázy, ktorá odstraňuje CO2 (oxid uhličitý) z pyruvátu.
• izomerázy katalyzujú štrukturálne posuny v molekulách, čo spôsobuje zmeny tvaru. Príklad: epimeráza z ribulóza-fosfátu, ktorá katalyzuje vzájomnú premenu ribulóza-5-fosfátu a xylulózy-5-fosfátu.
• ligázu katalýza ligácie - kombinácia párov substrátov. Napríklad hexokinázy sú ligázou, ktorá katalyzuje vzájomnú premenu glukózy a ATP s glukózou-6-fosfátom a ADP.

Enzýmy ovplyvňujú každodenný život. Napríklad enzýmy nachádzajúce sa v pracích prostriedkoch pomáhajú degradovať proteíny spôsobujúce škvrny, zatiaľ čo lipázy pomáhajú rozpúšťať tukové škvrny. Termotolerantné a kryotolerantné enzýmy fungujú pri extrémnych teplotách, a preto sú užitočné pre priemysel procesy, pri ktorých sa vyžadujú vysoké teploty alebo na bioremediáciu, ktoré sa vyskytujú v drsných podmienkach, ako sú procesy uvedené v Arktída.

V potravinárskom priemysle enzýmy prevádzajú škrob na cukor, aby sa sladidlá vyrábali z iných zdrojov ako z cukrovej trstiny. V odevnom priemysle enzýmy znižujú nečistoty v bavlne a znižujú potrebu potenciálne škodlivých chemikálií používaných pri procese činenia kože.

A konečne, priemysel plastov neustále hľadá spôsoby použitia enzýmov na vývoj biologicky rozložiteľných produktov.