Enzymy jako katalizatory- enzymy są katalizatorami które zmieniają szybkość reakcji, same nie ulegaja zmianie. Są wysoce specyficzne, a ich aktywność może być regulowana. Wszystkie enzymy są białakami ale zidentyfikowane pewne RNA czynne katalitycznie.
Energia aktywacji i stan przejściowy- Aby zaszła reakcja biochemiczna musi zostać pokonana bariera energetyczna ( przekształcenie cząsteczki substratu w stan przejściowy). Stan przejściowy w przebiegu reakcji ma najwieksza energie swobodna. Różnica energii swobodnej miedzy substratem a stanem przejściowym nazywana jest energia aktywacji.
Zmiana energii swobodnej- róznica poziomu energii miedzy substratem a produktem. Ujemna wartość ^Wskazuje ze reakcja jest termodynamicznie korzystna we wskazanym kierunku, ale dodatnia wartość ^G reakcja jest termodynamicznie niekorzystna i aby zajść we wskazanym kierunku wymaga nakładu energii.
Równowaga reakcji- reakcja chemiczna często znajduje się w stanie równowagi dynamicznej . Stała równowaga (K) określa stosunek stężeń substratu i produktu w momencie równowagi. Enzymy nie zmieniają położenia równowagi, ale przyśpieszają jej osiągniecie zwiększają szybkość reakcji w kierunku zarówno wprost jak i odwrotnym.
Miejsce aktywne- jest regionem enzymu, które wiąże stubstrat, tworzy kompleks enzym- substrat i przekształca go w produkt. Miejsce aktywne ma wymiar przestrzenny i często stanowi w białkowym enzymie zagłębienie lub szczelinę na powierzchni białka, w której substrat związany jest licznymi słabymi oddziaływaniami.
Specyficzność substratowa- o specyficzności substratowej enzymu decydują właściwości i przestrzenne ułożenie reszt aminokwasów tworzących miejsce aktywne. Proteazy serynowe- trypsyna, chymotrypsyna oraz elastaza rozszczepiają wiązania peptydowe w substratach białkowych po stronie karboksylowej, odpowiednio naładowanym dodatnio, aromatycznych i małych bocznych łańcuchów reszt aminokwasów dzieki komplemantarnosci reszt w aktywnych miejscach enzymów.
Klasyfikacja enzymów- enzymy dzieli się na 6 głównych grup według katalizowanych prze nie reakcji . Każdy enzym ma charakterystyczny numer klasyfikacyjny składający się z 4 liczb.
Oznaczenie enzymów- polega na pomiarze przemiany substratu w warunkach obecności kofaktorów i w określonym pH oraz temperaturze w których enzym jest max. aktywny. Używa się dużych stężeń substratu , przez co początkowa szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężenia enzymu. Mierzy się albo szybkość powstawania produktu , albo szybkość zużywania substratu, często posługują się zmianami absorbacji mierzonymi spektrofotometrycznie.
Pomiar połączonych reakcji enzymatycznych- Jeśli ani substrat ani produkt reakcji katalizowanej enzymatycznie nie absorbuje światła przy dostępnej dla pomiarów długości fali enzym można oznaczać wiążąc reakcje z reakcja katalizowana przez inny enzym w której występuje zmiana absorbacji.
Szybkość działania enzymu- Aktywność enzymu wyraża się zwykle jako początkową szybkość (V0) Katalizowanej reakcji. Określenie aktywności odnosi się do całkowitej ilości jednostek enzymu w próbce natomiast określenie aktywności specyficzna jest liczba jednostek przypadającą na miligram białka.
Stężenie substratu- Przy małych stężeniach substratu ([S]) podwojenie [S} prowadzi do podwojenia wartości V0 natomiast przy większych [S] enzym ulega wysyceniu a jego V0 już dalej nie wzrasta. Wykres V0 jako funkcji [S] daje krzywa hiperboliczna
Stężenie enzymu- gdy [S] ma wartość wysycająca podwojenie stężenia enzymu powoduje podwojenie wartości V0
Temperatura- tem. Wpływa na szybkość reakcji katalizowanje enzymatycznie przez zwiększanie termicznej energii cząsteczek substratu. Zwiększa to proporcje cząsteczek mających dostateczna ilość energii, aby przekroczyć barierę aktywacji i przez to powoduje wzrost szybkości reakcji jednocześnie wzrasta energia termiczna cząsteczek samego enzymu co wywołuje denaturacje białka enzymatycznego .
Wartość pH - każdy enzym ma optymalna wartość pH przy której szybkość katalizowanej reakcji jest max. Niewielkie odchylenia od optymalnej wartości pH powoduja zmniejszenie szybkości reakcji duze odchylenia powodują denaturacje enzymu.
Koenzymy i grupy prostetyczne- pewne enzymy aby funkcjonować wymagają obecności kofaktorów malych jednostek niebiałkowych. Kofaktorami mogą być nieorganiczne jony lub złożone cząsteczki organiczne nazywane koenzymami, związane z enzymem kowalencyjnie jest nazywany grupa prostetyczna.
Izoenzymy- rożne formy danego enzymu które katalizuja te samam reakcje, ale wykazuja odmienne właściwości fizyczne lub kinetyczne. Izoenzymy dehydrogenazy mleczajowej można rozdzielic elektroforetycznie co satnowi np., podstawe klinicznej diagnozy zawału serca
Klasyfikacja enzymów-liczba poznanych enzymów przekracza 3000. wszystkie enzymy zostały podzielone na 6 klas głównych zgodnie z mechanizmem katalizowanych prze nie reakcji. Każda kl. Głowna jest oznaczona 1 nr liczbowym systemie jednoznacznej numeracji enzymow . Kl. Głowna dzieli się na podkalzy oznaczone w tej numeracji 2 liczba i określające grupy w klasach 1i 2 typy wiązań w klasach 3,4i 6 i rodzaj izomeracji w kl.5Kazda podklasa dzieli się na podpodklasy grupujące enzymy katalizujące czwarta liczba stanowi nr kolejny enzymu w danej podpodklasie. Podział:
Oksydoreduktazy-do tej grupy należą enzymy katalizujące reakcje oksyderedukcyjne a wiec przemiany związane z przenoszeniem protonów elektronów i tlenu. klasa ta obejmuje enzymy o potocznych nazwach: dehydrogenazy, reduktazy, oksydazy, okygenazy, hydroksylazy, peroksydazy.
Transferazy- enzymy te katalizuja reakcje przeniesienia grup pomiedzy poszczególnymi związkami i to zwykle z udziałem specyficznych koenzymów: aminotransferazy, fosfotransferazy, acylotransferazy, glikozylotransferazykatalizujace odpowiednio przeniesienie grupy aminowej fosforanowej z udziałem ATP arylowej lub glikozylowej.
Hydrolazy- katalizuja reakcje hydrolizy, czyli rozkład wiązań z udziałem czasteczek wody np. sterazy( rozkładające wiazanie estrowe) glikozydazy( działające na wiązania glikozydowe) ,enzymy rozkładające wiazania peptydowe( peptydazy) i amidowe( amidazy) i kilka innych. Hydrolazy nie wymagają zwykle współdziałania koenzymow co jest wyjątkiem w stosunku do innych klas.
Liazy- enzymy, które odwracalnie lub nieodwracalnie katalizuja odłaczenie grupy od substratu, bez udziału wody np. katalizujące rozerwaniewiązania -C-C- (dekarboksylazy aminokwasow)rozkładające wiazania C-O( przyłanczajace lub odrywajacze cząsteczkę wody), C-N (deaminazy) Oraz rozkładające niektóre wiazania np., C-S.
Izomerazy-enzymy katalizujące reakcje izomeryzacji np. raceminizacja, epimeryzacja, izomeryzacja cis-trans oraz wewnątrz tkankowe przemiany okydoredukcyjne i przeniesienie grup.
Ligazy- katalizuja wytwarzanie wiązań (miedzy dwiema czasteczkami) co jest związane z rozpadem bogatego w energie związku makroergicznego, a wiec z udziałem ATP, wytwarzanie wiazania: C-S, C-O, C-N, C-C
Techniczne zastosowania enzymów
korzyści-maja okreslona specyficzność dalaiałania i dlatego mogą prowadzic wybrane reakcje, wymagaja łagodnych warunków fizycznych co obniza koszt procesówi umozliwia zachowanie w produktach składników mało odpornych na ostre traktowanie np. witaminy, działaja w małych ilościach i SA pochodzenie naturalnego, mogą być ściśle kontrolowane w czasie procesu i łatwo przerwane, produkcja enzymów nie wymaga deficytowych surowców a jedynie soli mineralnych i tanich produktów ubocznych zawierających sacharydy
Zastosowanie: przemysł spożywczy oraz lekki ( tekstylny, pralniczy, papierniczy, skórzany) a ich osortyment stale wzrasta w miare postepu badan. Amylazy- przemysł fermentacyjny np. piwowarski otrzymywanie glukozy i maltozy jako substratów fermentaci alkoholowej , piekarstwo cukiernictwo . Proteinazy- przemysl miesny i rybny do przyspieszania i dojrzewania i produkcji hydrolizatow , ale tez przemysł piekarski cukierniczy piwowarski, mleczarski . Pektanazy- rozkaldaja wizania esterowe przemysl owocowo-warzywny .
Oksydaza glukozowa- utlenia glukoze do kwasu glukonowego konserwacja bogatych w witamine C produktów roslinncyhh, jajczarstwo. Katalaza- rozkład H2O2 usowanie resztek w procesie jałowienia mleka
Enzymy unieruchomione- w zakresie stosowania enzymów rozwijanych obecnie kierunkiem badawczym i wdrożeniowym jest wytwarzanie preparatów enzymów unieruchomionych na nośnikach stałych a mimo to działających w sposób zbliżony do katalizy homogenicznej. Stosowanie ich prowadzi do wielu