ENCIM: KAKO DELUJE IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Encim , biološko katalizator ali Biokatalizator je molekula, na splošno proteinskega izvora, ki ima sposobnost, da pospeši kemične reakcije, ki se pojavljajo v notranjosti živih bitij. Katalitične beljakovinske molekule so encimi, tiste RNA narave pa so ribozimi.

Zaradi pomanjkanja encimov se ogromno število reakcij, ki potekajo v celici in omogočajo življenje, ne bi moglo zgoditi. Ti so odgovorni za pospešitev postopka z nalogi velikosti blizu 10 ⁶ - v nekaterih primerih pa tudi veliko več.

Shematski diagram stika ključavnice v encimsko-substratnem kompleksu. Vir: Competitive_inhibition_es.svg: * Competitive_inhibition.svg: Avtor Jerry Crimson Mann, modificiral TimVickers, vektoriziralo Fvasconcellosderivativno delo: Retama (pogovori) izpeljano delo: Bekerr

Kataliza

Katalizator je molekula, ki lahko spremeni hitrost kemijske reakcije, ne da bi jo porabila v omenjeni reakciji.

Kemične reakcije vključujejo energijo: začetne molekule, ki sodelujejo v reakciji ali reaktanti, se začnejo z eno stopnjo energije. Dodatna količina energije se absorbira, da doseže "prehodno stanje". Kasneje se energija sprosti s proizvodi.

Energetska razlika med reaktanti in produkti je izražena kot ∆G. Če so ravni energije v izdelkih višje od reaktantov, je reakcija endergonična in ni spontana. V nasprotju s tem pa je, če je energija izdelkov manjša, reakcija eksergonična in spontana.

Vendar pa to, da je reakcija spontana, še ne pomeni, da bo prišlo do občutne hitrosti. Hitrost reakcije je odvisna od ∆G * (zvezdica se nanaša na aktivacijsko energijo).

Bralec mora imeti te koncepte v mislih, da razume, kako delujejo encimi.

Encimi

Kaj je encim?

Encimi so biološke molekule neverjetne kompleksnosti, sestavljene predvsem iz beljakovin. Beljakovine pa so dolge verige aminokislin.

Ena najvidnejših lastnosti encimov je njihova specifičnost na ciljni molekuli - tej molekuli pravimo substrat.

Značilnosti encimov

Encimi obstajajo v različnih oblikah. Nekatere so v celoti sestavljene iz beljakovin, druge pa imajo neproteinske narave, imenovane kofaktorji (kovine, ioni, organske molekule itd.).

Tako je apoencim encim brez njegovega kofaktorja, kombinacija apoencima in njegovega kofaktorja pa se imenuje holoencim.

So molekule precej velike velikosti. Vendar je le majhno mesto na encimu neposredno vključeno v reakcijo s substratom in to območje je aktivno mesto.

Ko se reakcija začne, encim poseže v svoj substrat, kot ključ vklene ključavnico (ta model je poenostavitev dejanskega biološkega procesa, vendar služi za ponazoritev procesa).

Vse kemične reakcije, ki se dogajajo v našem telesu, katalizirajo encimi. V bistvu, če teh molekul ne bi bilo, bi morali čakati sto ali tisoč let, da se reakcije končajo. Zato je treba regulacijo encimske aktivnosti nadzorovati na zelo specifičen način.

Nomenklatura in razvrstitev encimov

Ko vidimo molekulo, katere ime se konča na -ase, smo lahko prepričani, da gre za encim (čeprav pri tem pravilu obstajajo izjeme, na primer tripsin). To je poimenovanje za encime.

Obstaja šest osnovnih vrst encimov: oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, lizaze, izomeraze in ligaze; zadolžen za: redoks reakcije, prenos atoma, hidroliza, dodajanje dvojnih vezi, izomerizacija in zveza molekul.

Kako delujejo encimi?

V kataliznem delu smo omenili, da je hitrost reakcije odvisna od vrednosti ∆G *. Višja kot je ta vrednost, počasnejša je reakcija. Encim je odgovoren za zmanjšanje tega parametra - s tem se poveča hitrost reakcije.

Razlika med produkti in reaktanti ostaja enaka (encim na to ne vpliva), prav tako tudi njihova porazdelitev. Encim olajša nastanek prehodnega stanja.

Encimski inhibitorji

V okviru preučevanja encimov so inhibitorji snovi, ki uspejo zmanjšati aktivnost katalizatorja. Razvrščamo jih v dve vrsti: konkurenčni in nekonkurenčni zaviralci. Tisti prve vrste tekmujejo s podlago, drugi pa ne.

Na splošno je postopek inhibicije reverzibilen, čeprav lahko nekateri inhibitorji ostanejo vezani na encim skoraj trajno.

Primeri

V naših celicah - in v celicah vsega živega je ogromno encimov. Najbolj znani pa so tisti, ki sodelujejo pri presnovnih poteh, kot so glikoliza, Krebsov cikel, transportna veriga elektronov.

Sukcinatna dehidrogenaza je encim tipa oksidoreduktaze, ki katalizira oksidacijo sukcinata. V tem primeru reakcija vključuje izgubo dveh vodikovih atomov.

Razlika med biološkimi katalizatorji (encimi) in kemičnimi katalizatorji

Obstajajo kemični katalizatorji, ki tako kot biološki povečajo hitrost reakcij. Vendar pa obstajajo opazne razlike med obema vrstama molekul.

Encimsko katalizirane reakcije se zgodijo hitreje

Prvič, encimi lahko povečajo hitrost reakcij z velikostjo blizu 10 ⁶ do 10 ¹² . Kemični katalizatorji tudi povečajo hitrost, vendar le za nekaj vrst.

Večina encimov deluje v fizioloških pogojih

Ker se biološke reakcije izvajajo znotraj živih bitij, njihovi optimalni pogoji obkrožajo fiziološke vrednosti temperature in pH. Kemiki potrebujejo drastične pogoje temperature, tlaka in kislosti.

Specifičnost

Encimi so zelo specifični v reakcijah, ki jih katalizirajo. V večini primerov delujejo le z enim ali nekaj podlagami. Specifičnost velja tudi za vrsto izdelkov, ki jih proizvajajo. Paleta substratov za kemične katalizatorje je veliko širša.

Sile, ki določajo specifičnost interakcije med encimom in njegovim substratom, so enake, ki narekujejo konformacijo samega proteina (Van der Waalsove interakcije, elektrostatične, vodikove vezi in hidrofobne).

Regulacija encima je natančna

Končno imajo encimi večjo regulacijsko sposobnost in njihova aktivnost se razlikuje glede na koncentracijo različnih snovi v celici.

Regulativni mehanizmi vključujejo alosterično kontrolo, kovalentno modifikacijo encimov in spreminjanje količine encimov, ki se sintetizira.

Reference

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemija. Šesta izdaja. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Učbenik biokemije. John Wiley & Sons.
4. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
5. Mougios, V. (2006). Vaja biokemija. Kinetika človeka.
6. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine in življenjskih ved. Sem obrnil.
7. Poortmans, JR (2004). Načela biokemije vadbe. Karger.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.