Enzymy są katalizatorami, które zwiększają szybkość reakcji chemicznych, same nie ulegając zmianie. W nieobecności enzymu reakcja może zachodzić niezwykle wolno, natomiast w jego obecności szybkość reakcji znacznie wzrasta nawet do 10do7 razy szybciej.
Katalizator powinien mieć 3 podstawowe cechy:
Zwiększać prawdopodobieństwo zderzeń
Zmniejszać barierę energetyczną
Ukierunkowywać cząsteczki substratów względem siebie
Reakcje katalizowane przez enzymy zazwyczaj przebiegają we względnie łagodnych warunkach:
Temperatura poniżej 100 C
Ciśnienie atmosferyczne
Obojętne pH
Enzymy są wysoce specyficzne względem substratów na które działają i produktów które tworzą. Oprócz tego aktywność enzymatyczna może być regulowana , zmieniając się w zależności od stężenia substratów lub innych cząsteczek.
Pierwszym etapem katalizy enzymatycznej jest utworzenie kompleksu enzym-substrat [ES]. Regionem który wiąże substrat i przemienia go w produkt jest miejsce aktywne enzymu.
Miejsca aktywne mają pewne cechy:
Jest to układ przestrzenny złożony z grup chemicznych leżących w różnych pozycjach liniowych sekwencji aminokwasów
W połączeniu substratu z enzymem biorą udział bardzo słabe wiązania (elektrost., van der walsa, wodorowe)
Specyficzność wiązania zależy od precyzyjnie określonego ułożenia atomów w miejscu aktywnym
Substancja musi mieć odpowiedni kształt by pasować do miejsca aktywnego
Wiązanie substratu do ezymu
Model klucza i zamka
Tłumaczy oddziaływanie enzymu z substratem. Kształt miejsca aktywnego wolnego enzymu jest komplementarny do kształtu substratu.
Model indukowanego dopasowania
Wymuszone dopasowanie tłumaczące oddziaływanie substratu z enzymem. Związanie substratu pociąga za sobą zmianę kształtu enzymu. Kształt miejsca aktywnego staje się komplementarny do kształtu substratu dopiero po związaniu substratu.
Specyficzność substratowa
O specyficzności substratowej często decydują zmiany stosunkowo niewielkiej liczby aminokwasów w miejscu Aktywnym.
Widać to wyraźnie w trzech enzymach : trypsynie, chymotrypsynie i elastazie. Rozszczepiają one wiązania peptydowe w białkowych substratach po karboksylowej stronie pewnych reszt aminokwasowych.
Szybkość dzialania enzymu
W reakcjach przebiegających z udziałem katalizatorów zwraca się uwagę na wiele czynników, które mają ogromny wpływ na szybkość procesu.
Szczególnie ważne są: stężenie substratu oraz powinowactwo enzymu do substratu. Zależność ta zapisana jest w postaci równania L. Michaelisa i M.L. Mentena, które zawiera charakterystyczny dla danego układu enzymu i substratu parametr, nazwany stałą Michaelisa.
Równanie Michaelisa i Mentena:
Vo= Vmax * [S] / Km + [S]
gdzie S- stężenie substratu
Vo- początkowa szybkość reakcji
Km- stała Michaelisa
stała Michaelisa
Km jest miarą powinowactwa enzymu do substratu.
Km= k2+k3/ k1
k1, k2, k3- stałe szybkości reakcji
Duża wartość Km wskazuje na słabe wiązanie substratu (k2 przeważa nad k1), natomiast mała wartość Km wskazuje na silne wiązanie substratu (k1 przeważą nad k2)
Pozostałe czynniki wpływajace na szybkość reakcji
Podstawą oznaczania aktywności enzymatycznej jest pomiar szybkości reakcji, określanej jako początkowa szybkość (V0) katalizowanej reakcji. Zaproponowano jednostkę standardową enzymu (U). Jest to taka ilość enzymu, która katalizuje przekształcenie 1 mikromola substratu w ciągu 1 minuty w warunkach optymalnych, przy pełnym wysyceniu enzymu substratem, w temperaturze 30 oC.
Na szybkość reakcji enzymatycznej wpływa także temperatura i pH.
Większość enzymów najlepiej pracuje w temperaturze mieszczącej się w przedziale 30-40o C . Dużo większa różnorodność obserwowana jest pod względem optymalnego pH, np. dla pepsyny wynosi ono 1, a dla arginazy 10.
Budowa enzymów
Enzymy to białka o własnościach katalitycznych. Działają tak wewnątrz komórek, jak i poza ich obszarem
Większość enzymów składa się z:
Części białkowej, czyli apoenzymu
Części niebiałkowej, czyli kofaktoru lub koenzymu (grupa prostetyczna)
Holoenzym = Apoenzym + kofaktor (koenzym)
W skład grupy prostetycznej wchodzą:
Jony metali np. Fe +2 , Mg+2, Zn+2
Pochodne prekursorów witamin
np. koenzym A kwas pantotenowy
FAD, FMN witamina B2
NAD+, NADP+