Ензим - Лексикон на химията

Металоензими съдържат метални йони като съставни части (напр. оксидоредуктази Fe 2+ и Fe 3+, оксидази Cu 2+, дехидрогенази Zn 2+, нитрогеназа Mo 2+ и α-амилаза Ca 2+) или са причинени от кооперативното влияние на метала Йони, оптимизирани по своята ефективност (напр. Zn 2+ в ацилази и Mg 2+ в хексокиназа и карбоксилаза).

Аминокиселините, участващи в образуването на активния център на Е., често са много отдалечени в първичната структура, но се намират в непосредствена близост поради пространственото сгъване на полипептидната верига. Често активният център на Е., принадлежащ към същата група, показва поразителна кореспонденция. Така че съдържайте z. Б. животинските серинови протеази трипсин, химотрипсин, еластаза, тромбин и плазмин имат реактивен серинов остатък в активния център, който е заобиколен от аспарагинова киселина и остатъци от хистидин. За такива свързани Д. се приема еволюция, започваща от общ първичен ензим.

Образуването на Е. обикновено се извършва според принципите на биосинтеза на протеини. Е., които постоянно се образуват в клетката, се наричат конститутивен Е. наречен, Е., произведен само при определени условия на растеж или когато е необходимо, са извикани адаптивно Е. Човек прави разлика между последните индуцируема Е., които възникват в по-големи количества и с повишена активност под въздействието на индуктор, субстрата на въпросния ензим или чужди молекули, напр. Б. фармацевтични продукти или пестициди, действие и потискащ Е., чийто синтез може да бъде блокиран от определени вещества, особено от крайните продукти на биосинтетична верига.

Механизъм на действие. Във всички ензимни реакции специфичното междумолекулно взаимодействие между ензим (E) и субстрат (S) първоначално образува ензимно-субстратен комплекс (ES), който се пренарежда в активиран комплекс чрез промяна на конформацията на протеиновия компонент и след това в ензимно-продуктовия комплекс (EP) преминава. Продуктът се освобождава от ЕР комплекса чрез дисоциация и ензимът се регресира. Частичните стъпки на реакцията могат да бъдат формулирани както следва:

E + S

ТО

EP

P + E.

Стрелките за равновесие показват, че всички стъпки на реакцията са обратими. Обратните реакции са особено важни, когато тяхното преобразуване на свободна енергия е само ниско, напр. Б. с трансестерификации или трансаминации. Чрез промяна на равновесните концентрации, равновесието може да бъде изместено от двете страни. Променя се равновесие, напр. Б. се осъществява и когато реакционният продукт се реализира по-бързо в следваща реакция, отколкото възниква при първата. В Е., които са ефективни само във връзка с коензим (С), това често поема част от молекулата (х), отделена от субстрата (S 1 х), напр. Б. водородните атоми в оксидоредуктазите, след това самият е като коензим (Cx), z. В. СН2, поет от ензим (Е 2), който след това x, z. Б. 2 Н, прехвърля се на втори субстрат:

E 1 + S 1 H2 + C

[E 1 CÂ · S 1 H2]

E 1 + S 1 + CH2;

СН2 + Е2 + S2

[E 2 Â · S 2 Â · CH2]

E 2 + C + S 2 H2.

Скоростта на ензимно катализираната реакция зависи по-специално от високата концентрация на субстрата в областта на активния център, от оптималната орбитална ориентация на реагиращите молекули и от бързата промяна в конформацията на протеиновия компонент и скоростта на разлагане на ЕР комплекса. За дадено количество ензим скоростта на реакцията се увеличава с увеличаване на концентрацията на субстрата. Според Michaelis и Menten се отнася до ензимната реакция със субстрат

в който v0 е началната скорост, Vмаксимална скорост, [S] концентрация на основата и КM на Константа на Михаелис-Ментен означава. КМ е концентрацията на субстрата, при която се постига половината от максималната скорост на реакцията. Височина КМ стойностите показват, че Е. имат само нисък афинитет към субстрата. В диаграмата скорост субстрат Е., характеризираща се от уравнението на Michaelis-Menten, показва хиперболична крива на ензимната характеристика. Allosteric E. показват сигмоиден (S-образен) ход на характеристиката. Тук ефекторното свързване води до много бърза промяна в триизмерната протеинова структура, при което конформационните промени, произтичащи от една субединица, могат да бъдат пренесени в други субединици на ензимната молекула.

Ензими. Фиг.: Опростено представяне на разцепването на пептидна връзка от химотрипсин. R1 и R2 представляват странични вериги на аминокиселини 1 и 2.

Ензимни единици. За да се определи Ензимна активност В реакцията, катализирана от определено количество ензим, намаляването на субстрата с течение на времето или увеличаването на субстрата или увеличаването на реакционния продукт обикновено се определя спектроскопски.

Съгласно спецификациите на Международната ензимна комисия на IUPAC, a Ензимна единица (1 U) количеството Е., което при стандартни условия катализира превръщането на 1 μmol субстрат в минута. Каталитичната единица katal, символ kat, е въведена като нова международна единица през 1972 г. 1 kat е количеството ензимна активност, което преобразува 1 mol субстрат в секунда. Микрокаталът (μkat), нанокаталът (nkat) и пикокаталът (pkat) бяха одобрени като субединици. Следното се отнася за преобразуването между мерните единици: 1 kat = 6Â · 10 7 U или 1 U = 16,67 nkat.

От а Извиква се ензимна молекула или броят на субстратните молекули, превърнати в минута от активен център молекулярна активност (по-рано Промяна на номера) определена. С оборот от 36 милиона субстратни молекули в минута, Е. карбоанхидраза С показва особено висока активност.

Екстракция. Д. може да се получи от животински, растителни или микробни отлагания. За изолиране от животинска тъкан, предимно само определени органи, напр. Б. натрупан панкреас или бъбреци. След хомогенизиране на материала Е. се екстрахират директно с подходящи буферни разтвори или първо при ниски температури с органичен разтворител, напр. Б. ацетон, преработен в сух прах. Растителни Д. напр. Б. папаин се изолират от пресованите сокове, получени от механично натрошен растителен материал. Концентрацията и финото пречистване на Е. се осъществява чрез процеси на утаяване и адсорбция, както и чрез ултрафилтрация.

Ферментацията с микроорганизми и мутанти е от първостепенно значение за техническото производство на Е. Производството се извършва прекъснато във ферментатори с капацитет до 100 000 литра; времето на ферментация е от 50 до 150 часа. Изолирането е лесно, ако Е. се екскретира извънклетъчно в културалния филтрат, напр. Б. с бактериалните протеази и амилази, произведени в мащаб от 500 t/a. Повечето Е. се образуват вътреклетъчно, така че предимно стабилната клетъчна стена на микроорганизмите първо трябва да бъде механично разрушена, напр. Б. в хомогенизатор под високо налягане или в мелнични мелници с бъркалки.

Значение и употреба. Предимствата на ензимната катализа, позволяваща реакции без странични продукти с високи добиви при меки условия, все повече се използват на практика. Техническите области на приложение са предимно детергентите, храните, напитките и фармацевтичната индустрия (табл. 2). Постигнат е значителен напредък в ензимната технология чрез обездвижване на Е. (имобилизирани ензими).

Ензими. Таблица 2: Техническа употреба на ензимите (селекция).