Enzim - kémiai lexikon

Metalloenzimek tartalmaznak fémionokat alkotóelemként (pl. oxidoreduktázok Fe 2+ és Fe 3+, oxidázok Cu 2+, dehidrogenázok Zn 2+, nitrogénáz Mo 2+ és α-amiláz Ca 2+), vagy a fém kooperatív hatása által képződnek Hatékonyságukban optimalizált ionok (pl. Zn 2+ acilázokban és Mg 2+ hexokinázban és karboxilázban).

Az E. aktív centrumának kialakulásában szerepet játszó aminosavak az elsődleges szerkezetben gyakran nagyon távol vannak egymástól, de a polipeptidlánc térbeli hajtogatása miatt szoros közelségbe kerülnek. Gyakran az azonos csoportba tartozó E. aktív központja feltűnő levelezést mutat. Tehát tartalmazzon z-t. B. az állati szerin-proteázok tripszin, kimotripszin, elasztáz, trombin és plazmin reaktív szerin-maradéka van az aktív központban, amelyet aszparaginsav és hisztidin-csoport vesz körül. Az ilyen rokon E. esetében feltételezzük, hogy egy közös primer enzimből indul ki evolúció.

Az E. képződése általában a fehérje bioszintézis alapelveinek megfelelően történik. A sejtben folyamatosan képződő E. nevezzük konstitutív E. úgynevezett, az E. csak bizonyos növekedési körülmények között vagy szükség esetén termelődik adaptív E. Ez utóbbi különbséget tesz a indukálható E., amelyek nagyobb mennyiségben és megnövekedett aktivitással fordulnak elő egy induktor, a szóban forgó enzim szubsztrátja vagy idegen molekulák, pl. B. gyógyszerek vagy peszticidek, törvény, és reprezentálható E., amelynek szintézisét bizonyos anyagok, különösen egy bioszintetikus lánc végtermékei blokkolhatják.

A cselekvés mechanizmusa. Minden enzimreakcióban az enzim (E) és a szubsztrát (S) közötti specifikus intermolekuláris interakció kezdetben egy enzim-szubsztrát komplexet (ES) képez, amelyet a fehérjekomponens konformációjának megváltoztatásával aktivált komplexekké rendeznek, majd az enzim-termék komplexumba (EP) átmegy. A terméket disszociációval szabadítják fel az EP-komplexből, és az enzim visszafejlődik. A reakció részlépései a következőképpen formulázhatók:

E + S

AZT

EP

P + E.

Az egyensúlyi nyilak azt jelzik, hogy az összes reakciólépés megfordítható. A fordított reakciók különösen akkor fontosak, ha a szabad energia átalakulása csak alacsony, pl. B. átészterezéssel vagy transzaminációval. Az egyensúlyi koncentrációk megváltoztatásával az egyensúly mindkét oldalra eltolható. Egyensúlyváltás történik pl. A B. akkor is bekövetkezik, amikor a reakciótermék egy későbbi reakcióban gyorsabban megvalósul, mint az elsőben. Az E.-ben, amelyek csak egy koenzimmel (C) kombinálva hatékonyak, ez gyakran átveszi a szubsztrátumtól elszakadt (S 1 x) molekula (x) egy részét, pl. B. hidrogénatomok az oxidoreduktázokban, akkor maga koenzim (Cx), z. B. CH2, amelyet egy enzim (E2) vesz át, majd x, z. B. 2 H, átkerül egy második hordozóra:

E 1 + S 1 H2 + C

[E 1 C · S 1 H2]

E1 + S1 + CH2;

CH2 + E2 + S2

[E 2 · S 2 · CH 2]

E 2 + C + S 2 H2.

Az enzimatikusan katalizált reakció sebessége elsősorban az aktív centrum területén lévő magas szubsztrátkoncentrációtól, a reakcióba lépő molekulák optimális orbitális orientációjától, valamint a fehérjekomponens konformációjának gyors változásától és az EP-komplex bomlási sebességétől függ. Adott mennyiségű enzim esetén a reakció sebessége növekszik a szubsztrát koncentrációjának növekedésével. Michaelis és Menten szerint a következők vonatkoznak a szubsztráttal történő enzim reakcióra

amiben v0 a kezdeti sebesség, Vmax a maximális sebesség, [S] a hordozó koncentrációja és KM a Michaelis-Menten állandó átlagos. KM az a szubsztrátkoncentráció, amelynél a maximális reakciósebesség fele érhető el. Magasság KAz M értékek azt jelzik, hogy az E. csak alacsony affinitással rendelkezik a szubsztrát iránt. A szubsztrát-sebesség diagramban a Michaelis-Menten egyenlettel jellemzett E. az enzimjellemző hiperbolikus görbéjét mutatja. Az alloszterikus E. a jellemző szigmoid (S alakú) lefolyását mutatja. Itt az effektor kötődés a háromdimenziós fehérje szerkezetének nagyon gyors változásához vezet, miközben az egyik alegységből származó konformációs változások átkerülhetnek az enzim molekula más alegységeibe.

Enzimek. Ábra: Egy peptidkötés kimotripszinnel történő hasításának egyszerűsített ábrázolása. R1 és R2 az 1. és 2. aminosav oldalláncait jelenti.

Enzim egységek. A Enzimaktivitás Bizonyos mennyiségű enzim által katalizált reakcióban a szubsztrát időbeli csökkenését vagy a szubsztrát növekedését vagy a reakciótermék növekedését általában spektroszkóposan határozzák meg.

Az IUPAC Nemzetközi Enzim Bizottságának előírásai szerint a Enzim egység (1 U) az E. mennyisége, amely standard körülmények között 1 μmol szubsztrát/perc átalakulását katalizálja. A katal katalitikus egységet, a kat szimbólumot 1972-ben vezették be új nemzetközi egységként. 1 kat az az enzimaktivitás mennyisége, amely másodpercenként 1 mol szubsztrátot alakít át. A mikrokatalát (μkat), a nanokatal (nkat) és a picokatal (pkat) alegységként engedélyezték. Az egységek közötti átszámításra az alábbiak vonatkoznak: 1 kat = 6 · 10 7 U vagy 1 U = 16,67 nkat.

Által a Enzimmolekulát vagy az aktív központ által percenként átalakított szubsztrátmolekulák számát nevezzük molekuláris aktivitás (korábban Szám módosítása) kijelölt. Az E. szénsav-anhidráz C percenként 36 millió szubsztrátmolekula/forgalom mellett különösen nagy aktivitást mutat.

Kivonás. E. állati, növényi vagy mikrobiális lerakódásokból nyerhető. Az állati szövetektől való elkülönítéshez többnyire csak bizonyos szervek, pl. B. hasnyálmirigy vagy vese működött. Az anyag homogenizálása után az E. sejteket közvetlenül megfelelő pufferoldatokkal extraháljuk, vagy először alacsony hőmérsékleten szerves oldószerrel, pl. B. aceton, száraz por alakjában. Növényi E. pl. A B. papaint a mechanikusan összetört növényi anyagból nyert sajtolt levektől izolálják. Az E. koncentrációja és finom tisztítása kicsapódási és adszorpciós folyamatokkal, valamint ultraszűréssel történik.

A mikroorganizmusokkal és mutánsokkal történő fermentáció kiemelkedő jelentőségű az E technikai előállítása szempontjából. A termelés szakaszosan, legfeljebb 100 000 liter űrtartalmú fermentorokban zajlik; az erjedési idő 50-150 óra. Az izolálás egyszerű, ha az E. sejtek extracellulárisan választódnak ki a tenyészet szűrletéből, pl. B. az 500 t/év skálán előállított bakteriális proteázokkal és amilázokkal. A legtöbb E. intracellulárisan képződik, így a mikroorganizmusok többnyire stabil sejtfalát először mechanikusan el kell pusztítani, pl. B. nagynyomású homogenizátorban vagy keverő golyósmalmokban.

Jelentése és használata. Az enzimkatalízis előnyeit, amelyek lehetővé teszik a melléktermék nélküli reakciókat nagy hozammal enyhe körülmények között, a gyakorlatban egyre inkább használják. A technikai alkalmazási területek elsősorban a mosó-, élelmiszer-, ital- és gyógyszeripar (2. táblázat). Jelentős előrelépést értek el az enzimtechnológiában E. immobilizálásával (immobilizált enzimek).

Enzimek. 2. táblázat: Az enzimek technikai felhasználása (szelekció).