Enzym

Enzymets struktur

Der findes tusindvis af forskellige enzymer, og hvert enkelt enzym er specifikt for den reaktion, det katalyserer. Enzymer har navne, der viser, hvad de gør. Enzymnavne ender normalt på -ase for at vise, at de er enzymer. Eksempler på dette er ATP-syntase. Den fremstiller et kemisk stof kaldet ATP. Et andet eksempel er DNA-polymerase. Den læser en intakt DNA-streng og bruger den som skabelon til at lave en ny streng.

Et eksempel på et enzym er amylase, som findes i spyt. Det nedbryder stivelsesmolekyler til mindre glukose- og maltosemolekyler. En anden slags enzym er lipase. Det nedbryder fedtstoffer til mindre molekyler, fedtsyrer og glycerol.d

Proteaser er en hel klasse af enzymer. De nedbryder andre enzymer og proteiner tilbage til aminosyrer. Nukleaser er enzymer, der skærer DNA eller RNA over, ofte på et bestemt sted i molekylet.

Enzymer er ikke kun beregnet til at opdele store kemikalier i mindre kemikalier. Andre enzymer tager mindre kemikalier og opbygger dem til større kemikalier og udfører mange andre kemiske opgaver. Nedenstående klassifikation viser de vigtigste typer.

Biokemikere tegner ofte et billede af et enzym til brug som et visuelt hjælpemiddel eller kort over enzymet. Det er svært at gøre, fordi der kan være hundredvis eller tusindvis af atomer i et enzym. Biokemikere kan ikke tegne alle disse detaljer. I stedet bruger de båndmodeller som billeder af enzymer. Båndmodeller kan vise formen af et enzym uden at skulle tegne hvert enkelt atom.

De fleste enzymer virker kun, hvis temperaturen og pH-værdien er helt rigtige. Hos pattedyr er den rette temperatur normalt omkring 37^o °C (kropstemperatur). Den rigtige pH-værdi kan variere meget. Pepsin er et eksempel på et enzym, der fungerer bedst, når pH-værdien er ca. 1,5.

Opvarmning af et enzym over en vis temperatur ødelægger enzymet permanent. Det vil blive nedbrudt af protease, og kemikalierne vil blive brugt igen.

Nogle kemikalier kan hjælpe et enzym med at gøre sit arbejde endnu bedre. Disse kaldes aktivatorer. Nogle gange kan et kemikalie bremse et enzym eller endda få enzymet til slet ikke at fungere. Disse kaldes inhibitorer. De fleste lægemidler er kemikalier, der enten fremskynder eller bremser et enzym i menneskekroppen.

Spyt-amylase: kloridion grøn; calcium beige

Enzymets struktur

Der findes tusindvis af forskellige enzymer, og hvert enkelt enzym er specifikt for den reaktion, det katalyserer. Enzymer har navne, der viser, hvad de gør. Enzymnavne ender normalt på -ase for at vise, at de er enzymer. Eksempler på dette er ATP-syntase. Den fremstiller et kemisk stof kaldet ATP. Et andet eksempel er DNA-polymerase. Den læser en intakt DNA-streng og bruger den som skabelon til at lave en ny streng.

Et eksempel på et enzym er amylase, som findes i spyt. Det nedbryder stivelsesmolekyler til mindre glukose- og maltosemolekyler. En anden slags enzym er lipase. Det nedbryder fedtstoffer til mindre molekyler, fedtsyrer og glycerol.d

Proteaser er en hel klasse af enzymer. De nedbryder andre enzymer og proteiner tilbage til aminosyrer. Nukleaser er enzymer, der skærer DNA eller RNA over, ofte på et bestemt sted i molekylet.

Enzymer er ikke kun beregnet til at opdele store kemikalier i mindre kemikalier. Andre enzymer tager mindre kemikalier og opbygger dem til større kemikalier og udfører mange andre kemiske opgaver. Nedenstående klassifikation viser de vigtigste typer.

Biokemikere tegner ofte et billede af et enzym til brug som et visuelt hjælpemiddel eller kort over enzymet. Det er svært at gøre, fordi der kan være hundredvis eller tusindvis af atomer i et enzym. Biokemikere kan ikke tegne alle disse detaljer. I stedet bruger de båndmodeller som billeder af enzymer. Båndmodeller kan vise formen af et enzym uden at skulle tegne hvert enkelt atom.

De fleste enzymer virker kun, hvis temperaturen og pH-værdien er helt rigtige. Hos pattedyr er den rette temperatur normalt omkring 37^o °C (kropstemperatur). Den rigtige pH-værdi kan variere meget. Pepsin er et eksempel på et enzym, der fungerer bedst, når pH-værdien er ca. 1,5.

Opvarmning af et enzym over en vis temperatur ødelægger enzymet permanent. Det vil blive nedbrudt af protease, og kemikalierne vil blive brugt igen.

Nogle kemikalier kan hjælpe et enzym med at gøre sit arbejde endnu bedre. Disse kaldes aktivatorer. Nogle gange kan et kemikalie bremse et enzym eller endda få enzymet til slet ikke at fungere. Disse kaldes inhibitorer. De fleste lægemidler er kemikalier, der enten fremskynder eller bremser et enzym i menneskekroppen.

Spyt-amylase: kloridion grøn; calcium beige

Model med lås og nøgle

Enzymer er meget specifikke. I 1894 foreslog Emil Fischer, at både enzymet og substratet har specifikke komplementære geometriske former, der passer nøjagtigt ind i hinanden. Dette kaldes ofte for "lås og nøgle"-modellen. Denne model forklarer imidlertid ikke, hvad der så sker.

I 1958 foreslog Daniel Koshland en ændring af modellen med lås og nøgle. Da enzymer er ret fleksible strukturer, omformes det aktive sted ved interaktioner med substratet. Som følge heraf binder substratet ikke blot til et stift aktivt sted. Aminosyrernes sidekæder på det aktive sted bøjes i positioner, så enzymet kan udføre sit katalytiske arbejde. I nogle tilfælde, f.eks. glykosidaser, ændrer substratmolekylet også lidt form, når det kommer ind i det aktive sted.

Diagrammer, der viser enzymhypotesen om induceret tilpasning af enzymernes virkning

Model med lås og nøgle

Enzymer er meget specifikke. I 1894 foreslog Emil Fischer, at både enzymet og substratet har specifikke komplementære geometriske former, der passer nøjagtigt ind i hinanden. Dette kaldes ofte for "lås og nøgle"-modellen. Denne model forklarer imidlertid ikke, hvad der så sker.

I 1958 foreslog Daniel Koshland en ændring af modellen med lås og nøgle. Da enzymer er ret fleksible strukturer, omformes det aktive sted ved interaktioner med substratet. Som følge heraf binder substratet ikke blot til et stift aktivt sted. Aminosyrernes sidekæder på det aktive sted bøjes i positioner, så enzymet kan udføre sit katalytiske arbejde. I nogle tilfælde, f.eks. glykosidaser, ændrer substratmolekylet også lidt form, når det kommer ind i det aktive sted.

Diagrammer, der viser enzymhypotesen om induceret tilpasning af enzymernes virkning

Funktion

Den generelle ligning for en enzymreaktion er:

Substrat + enzym -> Substrat:enzym -> Produkt:enzym -> Produkt + enzym

Enzymer sænker aktiveringsenergien for en reaktion ved at danne et intermediært kompleks med substratet. Dette kompleks kaldes et enzym-substratkompleks.

Sucrase, der er 400 gange større end substratet saccharose, opdeler f.eks. saccharose i de sukkerarter, der indgår i det, nemlig glucose og fructose. Sucrasen bøjer saccharosen og spænder bindingen mellem glukose og fructose. Vandmolekyler kommer med og foretager spaltningen på en brøkdel af et sekund. Enzymer har disse vigtige egenskaber:

1. De er katalytiske. De øger almindeligvis reaktionshastigheden 10 milliarder gange.^p39 Selve enzymet ændres ikke af reaktionen.
2. De er effektive i små mængder. Et enzymmolekyle kan omdanne 1000 substratmolekyler i minuttet, og nogle er kendt for at kunne omdanne 3 millioner i minuttet.^p39
3. De er meget specifikke. Et enzym vil kun udføre en af de mange reaktioner, som et substrat kan udføre.

Kontrol af enzymaktivitet

Der er fem hovedmåder, hvorpå enzymaktiviteten styres i cellen.

1. Enzymproduktionen (transkription og oversættelse af enzymgener) kan øges eller reduceres som reaktion på ændringer i cellens miljø. Denne form for genregulering kaldes enzyminduktion og -hæmning. I bakterier, der er resistente over for antibiotika som f.eks. penicillin, induceres enzymer, som hydrolyserer penicillinmolekylet.
2. Enzymer kan forekomme i forskellige cellekompartmenter. F.eks. syntetiseres fedtsyrer af et sæt enzymer i cytosolen, det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet. Derefter anvendes de af et andet sæt enzymer som energikilde i mitokondrierne.
3. Enzymer kan reguleres af deres egne produkter. F.eks. hæmmer slutproduktet/produkterne ofte et af de første enzymer i vejen. En sådan reguleringsmekanisme kaldes negativ feedback, fordi mængden af det producerede slutprodukt reguleres af dets egen koncentration. Dette forhindrer, at cellerne producerer for meget enzym. Styringen af enzymernes virkning er med til at holde et stabilt indre miljø i levende organismer.
4. Enzymer kan reguleres ved at blive modificeret efter deres fremstilling. Et eksempel er spaltning af polypeptidkæden. Chymotrypsin, en fordøjelsesprotease, produceres i inaktiv form i bugspytkirtlen og transporteres i denne form til mavesækken, hvor den aktiveres. Dette forhindrer enzymet i at fordøje bugspytkirtlen eller andre væv, før det kommer ind i tarmen. Denne type inaktive forløber for et enzym kaldes et zymogen.
5. Nogle enzymer kan blive aktiveret, når de flyttes til et andet miljø (f.eks. fra høj pH til lav pH). F.eks. aktiveres hæmagglutininin i influenzavirus ved en formændring. Dette skyldes de sure forhold, der opstår inde i værtscellens lysosom.

Graf, der viser virkningen af temperaturændringer på enzymaktiviteten


Graf, der viser virkningen af en ændring af pH på enzymaktiviteten

Funktion

Den generelle ligning for en enzymreaktion er:

Substrat + enzym -> Substrat:enzym -> Produkt:enzym -> Produkt + enzym

Enzymer sænker aktiveringsenergien for en reaktion ved at danne et intermediært kompleks med substratet. Dette kompleks kaldes et enzym-substratkompleks.

Sucrase, der er 400 gange større end substratet saccharose, opdeler f.eks. saccharose i de sukkerarter, der indgår i det, nemlig glucose og fructose. Sucrasen bøjer saccharosen og spænder bindingen mellem glukose og fructose. Vandmolekyler kommer med og foretager spaltningen på en brøkdel af et sekund. Enzymer har disse vigtige egenskaber:

1. De er katalytiske. De øger almindeligvis reaktionshastigheden 10 milliarder gange.^p39 Selve enzymet ændres ikke af reaktionen.
2. De er effektive i små mængder. Et enzymmolekyle kan omdanne 1000 substratmolekyler i minuttet, og nogle er kendt for at kunne omdanne 3 millioner i minuttet.^p39
3. De er meget specifikke. Et enzym vil kun udføre en af de mange reaktioner, som et substrat kan udføre.

Kontrol af enzymaktivitet

Der er fem hovedmåder, hvorpå enzymaktiviteten styres i cellen.

1. Enzymproduktionen (transkription og oversættelse af enzymgener) kan øges eller reduceres som reaktion på ændringer i cellens miljø. Denne form for genregulering kaldes enzyminduktion og -hæmning. I bakterier, der er resistente over for antibiotika som f.eks. penicillin, induceres enzymer, som hydrolyserer penicillinmolekylet.
2. Enzymer kan forekomme i forskellige cellekompartmenter. F.eks. syntetiseres fedtsyrer af et sæt enzymer i cytosolen, det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet. Derefter anvendes de af et andet sæt enzymer som energikilde i mitokondrierne.
3. Enzymer kan reguleres af deres egne produkter. F.eks. hæmmer slutproduktet/produkterne ofte et af de første enzymer i vejen. En sådan reguleringsmekanisme kaldes negativ feedback, fordi mængden af det producerede slutprodukt reguleres af dets egen koncentration. Dette forhindrer, at cellerne producerer for meget enzym. Styringen af enzymernes virkning er med til at holde et stabilt indre miljø i levende organismer.
4. Enzymer kan reguleres ved at blive modificeret efter deres fremstilling. Et eksempel er spaltning af polypeptidkæden. Chymotrypsin, en fordøjelsesprotease, produceres i inaktiv form i bugspytkirtlen og transporteres i denne form til mavesækken, hvor den aktiveres. Dette forhindrer enzymet i at fordøje bugspytkirtlen eller andre væv, før det kommer ind i tarmen. Denne type inaktive forløber for et enzym kaldes et zymogen.
5. Nogle enzymer kan blive aktiveret, når de flyttes til et andet miljø (f.eks. fra høj pH til lav pH). F.eks. aktiveres hæmagglutininin i influenzavirus ved en formændring. Dette skyldes de sure forhold, der opstår inde i værtscellens lysosom.

Graf, der viser virkningen af temperaturændringer på enzymaktiviteten


Graf, der viser virkningen af en ændring af pH på enzymaktiviteten

Enzymhæmmere

Inhibitorer kan bruges til at forhindre et enzym i at binde sig til et substrat. Dette kan gøres for at bremse en enzymstyret reaktion. Inhibitorerne passer løst eller delvist ind i enzymets aktive sted. Dette forhindrer eller forsinker dannelsen af et enzym-substratkompleks.

Enzymhæmmere

Inhibitorer kan bruges til at forhindre et enzym i at binde sig til et substrat. Dette kan gøres for at bremse en enzymstyret reaktion. Inhibitorerne passer løst eller delvist ind i enzymets aktive sted. Dette forhindrer eller forsinker dannelsen af et enzym-substratkompleks.

Denaturering

Denaturering er den irreversible ændring af et enzyms aktive sted, som skyldes en ekstrem ændring i temperatur eller pH-værdi. Det nedsætter reaktionshastigheden, fordi substratmolekylet ikke kan passe ind i det aktive sted, så der kan ikke dannes produkter.

Denaturering

Denaturering er den irreversible ændring af et enzyms aktive sted, som skyldes en ekstrem ændring i temperatur eller pH-værdi. Det nedsætter reaktionshastigheden, fordi substratmolekylet ikke kan passe ind i det aktive sted, så der kan ikke dannes produkter.

Cofaktorer

Cofaktorer eller coenzymer er hjælpemolekyler, som er nødvendige for at få et enzym til at fungere. De er ikke proteiner og kan være organiske eller uorganiske molekyler. Begge typer molekyler indeholder undertiden en metalion i midten, f.eks. Mg²⁺, Cu²⁺, Mn²⁺ eller jern-svovl-klynger. Det skyldes, at sådanne ioner kan fungere som elektrondonorer, og det er vigtigt i mange reaktioner. Enzymernes behov for forskellige små hjælpere er den grundlæggende årsag til, at dyr, herunder os selv, har brug for sporstoffer og vitaminer.

Cofaktorer

Cofaktorer eller coenzymer er hjælpemolekyler, som er nødvendige for at få et enzym til at fungere. De er ikke proteiner og kan være organiske eller uorganiske molekyler. Begge typer molekyler indeholder undertiden en metalion i midten, f.eks. Mg²⁺, Cu²⁺, Mn²⁺ eller jern-svovl-klynger. Det skyldes, at sådanne ioner kan fungere som elektrondonorer, og det er vigtigt i mange reaktioner. Enzymernes behov for forskellige små hjælpere er den grundlæggende årsag til, at dyr, herunder os selv, har brug for sporstoffer og vitaminer.

Klassifikation

Enzymer er blevet klassificeret af den internationale union for biokemi. Deres kommission for enzymer har inddelt alle kendte enzymer i seks klasser:

1. Oxido-reduktaser: katalyserer overførsel af elektroner
2. Transferaser: flytter funktionel gruppe fra et molekyle til et andet
3. Hydrolaser: tilføjer -OH (hydroxyl) gruppe
4. Lyaser: opdeler kemiske bindinger og tilføjer ofte dobbeltbindinger eller ringstruktur
5. Isomeraser: A -> B, hvor B er en isomer af A
6. Ligaser: sammenføjer to store molekyler: Ab + C -> A-C + b

De enkelte enzymer får et firecifret nummer, som klassificerer dem i databasen. ^p145

Klassifikation

Enzymer er blevet klassificeret af den internationale union for biokemi. Deres kommission for enzymer har inddelt alle kendte enzymer i seks klasser:

1. Oxido-reduktaser: katalyserer overførsel af elektroner
2. Transferaser: flytter funktionel gruppe fra et molekyle til et andet
3. Hydrolaser: tilføjer -OH (hydroxyl) gruppe
4. Lyaser: opdeler kemiske bindinger og tilføjer ofte dobbeltbindinger eller ringstruktur
5. Isomeraser: A -> B, hvor B er en isomer af A
6. Ligaser: sammenføjer to store molekyler: Ab + C -> A-C + b

De enkelte enzymer får et firecifret nummer, som klassificerer dem i databasen. ^p145

Anvendelse af enzymer

Enzymer anvendes kommercielt til:

• fremstilling af babymad - forfordøjelse af mad til babyer
• blødgøring af chokoladekerner
• biologisk vaskepulver - som indeholder proteaseenzymer til at nedbryde snavs og skidt. Det nedbryder de store, uopløselige molekyler til små, opløselige molekyler. Det virker ved en lavere temperatur, så der kræves mindre energi (termostabilt).

Anvendelse af enzymer

Enzymer anvendes kommercielt til:

• fremstilling af babymad - forfordøjelse af mad til babyer
• blødgøring af chokoladekerner
• biologisk vaskepulver - som indeholder proteaseenzymer til at nedbryde snavs og skidt. Det nedbryder de store, uopløselige molekyler til små, opløselige molekyler. Det virker ved en lavere temperatur, så der kræves mindre energi (termostabilt).

Relaterede sider

• Kinetik ved udbrud

Relaterede sider

• Kinetik ved udbrud