Enzym

Enzymer [ a ] [ b ]​ er organiske molekyler som fungerer som katalysatorer for kjemiske reaksjoner , [ 4 ]​ det vil si at de akselererer reaksjonshastigheten . De er vanligvis proteiner i naturen , men også RNA (se ribozymer [ 5 ] ). Enzymer modifiserer reaksjonshastigheten, uten å påvirke likevekten, siden et enzym får en kjemisk reaksjon til å fortsette med en raskere hastighet, så lenge det er energetisk mulig (se Gibbs fri energi ). [ 6 ] ​[ 7 ]​ I disse reaksjonene virker enzymer på molekyler kalt substrater , som omdannes til forskjellige molekyler som kalles produkter. Nesten alle prosesser i cellene krever at enzymer skjer med betydelige hastigheter. Reaksjoner mediert av enzymer kalles enzymatiske reaksjoner .

Fordi enzymer er ekstremt selektive med substratene og hastigheten øker med bare noen få reaksjoner, bestemmer settet med enzymer som er tilstede i en celle hvilken type metabolisme cellen har. I sin tur avhenger denne tilstedeværelsen av reguleringen av genuttrykk som tilsvarer enzymet.

Som alle katalysatorer virker enzymer ved å senke aktiveringsenergien ( ΔG ‡ ) til en reaksjon, slik at tilstedeværelsen av enzymet øker reaksjonshastigheten betydelig . Enzymer endrer ikke energibalansen til reaksjonene de deltar i, og modifiserer derfor heller ikke likevekten i reaksjonen, men de klarer å akselerere prosessen selv på skalaer av millioner av ganger. En reaksjon som skjer under kontroll av et enzym, eller en katalysator generelt, når likevekt mye raskere enn den tilsvarende ukatalyserte reaksjonen.

Som det skjer med andre katalysatorer, blir enzymene ikke konsumert i reaksjonene de katalyserer, og de endrer heller ikke deres kjemiske balanse. Imidlertid skiller enzymer seg fra andre katalysatorer ved at de er mer spesifikke. Det er et stort mangfold av enzymer som katalyserer rundt 4000 forskjellige biokjemiske reaksjoner. [ 8 ] Ikke alle biokjemiske katalysatorer er proteiner, ettersom noen RNA -molekyler er i stand til å katalysere reaksjoner (som 16S-underenheten av ribosomer der peptidyltransferaseaktiviteten ligger ). [ 9 ] [ 10 ]​ Det er også verdt å nevne noen syntetiske molekyler kalt kunstige enzymer som er i stand til å katalysere kjemiske reaksjoner som klassiske enzymer. [ 11 ]

Aktiviteten til enzymer kan påvirkes av andre molekyler. Enzyminhibitorer er molekyler som reduserer eller forhindrer aktiviteten til enzymer, mens aktivatorer er molekyler som øker aktiviteten. På samme måte krever et stort antall enzymer kofaktorer for deres aktivitet. Mange legemidler eller legemidler er hemmende molekyler. Tilsvarende påvirkes aktiviteten av temperatur , pH , konsentrasjonen av selve enzymet og substratet, og andre fysisk-kjemiske faktorer.

Mange enzymer brukes kommersielt, for eksempel i syntese av antibiotika eller husholdningsrengjøringsprodukter. I tillegg er de mye brukt i ulike industrielle prosesser, som matproduksjon , jeansfarging eller biodrivstoffproduksjon .

Etymologi og historie

Siden slutten av  1700- og begynnelsen av 1800-tallet har fordøyelsen av kjøtt ved sekret fra magen [ 12 ] og omdannelsen av stivelse til sukker med planteekstrakter og spytt vært kjent . Den underliggende mekanismen var imidlertid ikke identifisert. [ 13 ] Det første enzymet ble oppdaget av Anselme Payen og Jean-François Persoz i 1833 . [ 14 ]

På 1800  -tallet , da gjæringen av sukker til alkohol med gjær ble studert , konkluderte Louis Pasteur med at denne gjæringen ble katalysert av en vital kraft inneholdt i gjærcellene , kalt fermenter , og man trodde først at den bare virket med levende organismer. . Han skrev at "gjæringen av alkohol er en handling knyttet til livet og organiseringen av gjærcellene, og ikke til cellenes død og forråtnelse " . [ 15 ] Tvert imot, andre vitenskapsmenn på den tiden, som Justus von Liebig , opprettholdt posisjonen som forsvarte den rent kjemiske karakteren til fermenteringsreaksjonen.

I 1878 laget fysiologen Wilhelm Kühne (1837-1900) ordet "enzym", som kommer fra det greske ενζυμον , "i gjær", for å beskrive denne prosessen. Ordet enzym ble senere brukt for å referere til inerte stoffer som pepsin . På den annen side brukes ordet "gjæring" for å referere til den kjemiske aktiviteten produsert av levende organismer.

I 1897 begynte Eduard Buchner å studere evnen til gjærekstrakter til å fermentere sukker til tross for fraværet av levende gjærceller. I en serie eksperimenter ved Humboldt-universitetet i Berlin fant han at sukker ble fermentert selv når det ikke var noen levende elementer i gjærcellekulturene. [ 16 ] Han kalte enzymet som forårsaker fermentering av sukrose , " zymase ". [ 17 ] I 1907 mottok han Nobelprisen i kjemi "for sin biokjemiske forskning og oppdagelsen av cellefri gjæring" . Etter Buchners eksempel er enzymer vanligvis navngitt i henhold til reaksjonen de produserer. Vanligvis legges suffikset "-ase" til navnet på substratet (f.eks. er laktase enzymet som bryter ned laktose ) eller til typen reaksjon (f.eks. DNA-polymerase danner DNA- polymerer ).

Etter å ha vist at enzymer kan fungere utenfor en levende celle, var neste trinn å bestemme deres biokjemiske natur. I mye av det tidlige arbeidet ble enzymaktivitet bemerket å være assosiert med proteiner , men noen forskere (som nobelprisvinneren Richard Willstätter ) hevdet at proteiner bare var transporter for faktiske enzymer og at proteiner i seg selv ikke var i stand til enzymaktivitet. katalyse . Men i 1926 viste James B. Sumner at enzymet urease var et rent protein og krystalliserte det. Summer gjorde det samme med enzymet katalase i 1937. Konklusjonen om at rene proteiner kunne være enzymer ble definitivt bevist av John Howard Northrop og Wendell Meredith Stanley , som jobbet med forskjellige fordøyelsesenzymer som pepsin (1930), trypsin og chymotrypsin . Disse tre forskerne mottok Nobelprisen i kjemi i 1946. [ 18 ]

Oppdagelsen av at enzymer kunne krystalliseres gjorde at strukturene deres ble løst ved bruk av krystallografi og røntgendiffraksjonsteknikker . Dette ble gjort først med lysozym , et enzym som finnes i tårer , spytt og egg , som er i stand til å fordøye veggen til noen bakterier . Strukturen ble løst av en gruppe ledet av David Chilton Phillips og publisert i 1965. [ 19 ] Denne høyoppløselige strukturen av lysozymer markerte begynnelsen på feltet strukturell biologi og arbeidet med å forstå hvordan enzymer fungerer i den molekylære orden.

Strukturer og mekanismer

Enzymene er generelt kuleproteiner som kan ha svært varierende størrelser, fra 62 aminosyrer som i tilfellet med monomeren av 4-oksalokrotonat-tautomerase , [ 20 ] til de 2500 som finnes i fettsyresyntase . [ 21 ]

Aktivitetene til enzymer bestemmes av deres tredimensjonale struktur, som igjen bestemmes av sekvensen av aminosyrer. [ 22 ] Men selv om struktur bestemmer funksjon, er det svært vanskelig å forutsi ny enzymaktivitet basert utelukkende på strukturen til et protein, og et uløst problem. [ 23 ]

Nesten alle enzymer er mye større enn substratene de virker på, og bare en liten del av enzymet (ca. 3–4 aminosyrer ) er direkte involvert i katalyse. [ 24 ] Området som inneholder disse restene som er ansvarlig for å katalysere reaksjonen kalles det aktive senteret . Enzymer kan også inneholde steder med evnen til å binde kofaktorer , noen ganger nødvendig i katalyseprosessen , eller for å binde små molekyler, slik som (direkte eller indirekte) substrater eller produkter av den katalyserte reaksjonen. Disse foreningene av enzymet med dets egne substrater eller produkter kan øke eller redusere enzymaktivitet, og dermed gi opphav til positiv eller negativ tilbakemeldingsregulering , avhengig av tilfellet.

Som andre proteiner består enzymer av en lineær kjede av aminosyrer som folder seg under translasjonsprosessen for å gi opphav til en tredimensjonal tertiær struktur av enzymet, som er i stand til å presentere aktivitet. Hver aminosyresekvens er unik og gir derfor opphav til en unik struktur, med unike egenskaper. Enkelte proteiner kan noen ganger slå seg sammen med andre proteiner for å danne komplekser, i det som kalles den kvaternære strukturen til proteiner.

De fleste enzymer, som andre proteiner, kan denatureres hvis de utsettes for denaturerende midler som varme , ekstreme pH-verdier eller visse forbindelser som SDS . Disse midlene ødelegger tertiærstrukturen til proteiner reversibelt eller irreversibelt, avhengig av enzymet og tilstanden. En konsekvens av denaturering er tap eller reduksjon av funksjon, av enzymkapasitet.

Spesifisitet

Enzymer er vanligvis veldig spesifikke for både typen reaksjon de katalyserer og substratet som er involvert i reaksjonen. Formen, ladningen og de hydrofile / hydrofobe egenskapene til enzymer og substrater er ansvarlige for slik spesifisitet. Spesifisitetskonstanten er et mål på effektiviteten til et enzym, siden reaksjonshastigheten er direkte relatert til frekvensen som enzym- og substratmolekyler møtes med. Enzymer kan også vise en høy grad av stereospesifisitet , regioselektivitet og kjemoselektivitet . [ 25 ]

Noen av disse enzymene som viser høy spesifisitet og presisjon i sin aktivitet er de som er involvert i replikasjonen og uttrykket av genomet . Disse enzymene har effektive feilkontroll- og korreksjonssystemer, som i tilfellet med DNA-polymerase , som katalyserer en replikasjonsreaksjon i et første trinn, for senere å sjekke om det oppnådde produktet er korrekt. [ 26 ] Denne prosessen, som foregår i to trinn, resulterer i en utrolig lav gjennomsnittlig feilrate, rundt 1 feil per 100 millioner reaksjoner i visse pattedyrpolymeraser . [ 27 ] Slike kontrollmekanismer er også observert i RNA-polymerase , [ 28 ] i tRNA-aminoacylsyntetase [ 29 ] og i seleksjonsaktiviteten til aminoacyl-tRNA. [ 30 ]

De enzymene som produserer sekundære metabolitter kalles promiskuøse, siden de kan virke på en lang rekke substrater. Derfor har det blitt antydet at denne brede substratspesifisiteten kan være nøkkelen i utviklingen og utformingen av nye biosyntetiske veier. [ 31 ]

"Nøkkellås"-modellen

Enzymer er veldig spesifikke, som Emil Fischer foreslo i 1894 . Basert på resultatene hans, deduserte han at begge molekylene , enzymet og dets substrat , har geometrisk komplementaritet, det vil si at deres strukturer passer nøyaktig inn i hverandre, [ 32 ] som denne modellen har blitt kalt "nøkkelmodellen for". - lås”, refererer til enzymet som en slags lås og substratet som en nøkkel som passer perfekt i låsen. En nøkkel fungerer kun i låsen din og ikke i andre låser. Men selv om denne modellen forklarer spesifisiteten til enzymer, klarer den ikke å forklare stabiliseringen av overgangstilstanden som enzymer oppnår.

Komplementariteten mellom enzymet og substratet er et resultat av den stereokjemiske justeringen av substratet i det aktive stedet, hvor begge strukturer må være elektrostatisk komplementære [ 33 ] ⁠. I denne modellen postuleres en trepunkts forankring, som går tilbake til selektiv enzymatisk katalyse på tre nivåer:

  • Stereomer , siden den skiller mellom forskjellige stereoisomerer av substratet.
  • Regiomert , ettersom det binder seg mellom spesifikke områder av både enzymet og substratet.
  • Enantiomer , siden enzymer også diskriminerer enantiomerer .
Indusert passform modell

I 1958 foreslo Daniel Koshland en modifikasjon av låse-nøkkel-modellen: enzymer er ganske fleksible strukturer og dermed kan det aktive stedet endre sin strukturelle konformasjon ved interaksjon med substratet. [ 34 ] Som et resultat blir aminosyrekjeden som utgjør det aktive stedet formet til presise posisjoner, slik at enzymet kan utføre sin katalytiske funksjon. I noen tilfeller, som i glykosidaser , endrer substratet litt form for å gå inn i det aktive stedet. [ 35 ] Det aktive stedet fortsetter å endre seg inntil substratet er helt bundet, på hvilket tidspunkt den endelige formen og ladningen bestemmes. [ 36 ]

Konformasjonsendringer er viktige i andre prosesser foruten katalyse, for eksempel vedlikehold av den kvaternære strukturen, siden dannelsen eller demonteringen av multimere komplekser avhenger av kontakten mellom bindingsdomener i proteiner. Hvis en konformasjon er den eneste som er kompatibel for den kvartære strukturen, er det mulig at det eksisterer mekanismer som regulerer stabiliteten til multienzymkomplekser.

Handlingsmåte

Enzymer kan virke på forskjellige måter, som vil bli sett nedenfor, og alltid føre til en reduksjon i verdien av ΔG ‡ : [ 37 ]

  • Reduksjon av aktiveringsenergi ved å skape et miljø der overgangstilstanden er stabilisert (for eksempel å tvinge formen til et substrat): enzymet produserer en konformasjonsendring av det bundne substratet som går over i en overgangstilstand, så mengden energi som kreves for å fullføre overgangen reduseres).
  • Redusere energien til overgangstilstanden, uten å påvirke formen på substratet, ved å skape et miljø med en optimal ladningsfordeling for at overgangstilstanden skal genereres.
  • Tilby en alternativ rute. For eksempel ved midlertidig å reagere med substratet for å danne et intermediært enzym/substrat (ES) kompleks, som ikke ville være mulig i fravær av enzym.
  • Redusere variasjonen av entropi som er nødvendig for å nå overgangstilstanden (aktiveringsenergien) til reaksjonen gjennom handlingen av korrekt orientering av underlagene, og dermed favorisere forekomsten av reaksjonen.
  • Øke hastigheten til enzymet ved å øke temperaturen . Økningen i temperatur letter virkningen av enzymet og gjør at reaksjonshastigheten kan økes ytterligere. Men hvis temperaturen heves for høyt, kan den strukturelle konformasjonen av enzymet påvirkes, og dermed redusere reaksjonshastigheten, og bare gå tilbake til optimal aktivitet når temperaturen senkes. Noen enzymer er imidlertid termolabile og fungerer bedre ved lavere temperaturer.

Spesielt innebærer denne entropiske effekten destabilisering av grunntilstanden, [ 38 ] og dens bidrag til katalyse er relativt lite. [ 39 ]

Stabilisering av overgangstilstand

Å forstå opprinnelsen til reduksjonen i verdien av ΔG ‡ i en enzymatisk reaksjon krever at man tidligere har belyst hvordan enzymer kan stabilisere sin overgangstilstand, i stedet for overgangstilstanden til reaksjonen. Tilsynelatende er den mest effektive måten å oppnå stabilisering på bruken av elektrostatiske krefter , nemlig å ha et relativt fast polart miljø som kan orienteres mot ladningsfordelingen til overgangstilstanden. Slike miljøer eksisterer ikke eller genereres i fravær av enzymer. [ 40 ]

Funksjon

Den indre dynamikken til enzymer er relatert til deres katalytiske mekanismer. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] Intern dynamikk er definert som bevegelsen av forskjellige deler av enzymstrukturen, fra individuelle aminosyrerester , til klynger av aminosyrer, eller til og med et helt proteindomene . Disse bevegelsene skjer på forskjellige tidsskalaer fra femtosekunder til sekunder . Nesten alle rester i enzymstrukturen kan bidra til katalyseprosessen gjennom dynamiske bevegelser. [ 44 ]​ [ 45 ]​ [ 46 ]​ [ 47 ]​ Bevegelser av proteiner er avgjørende i mange enzymer. Disse bevegelsene kan være mer eller mindre viktige avhengig av om konformasjonsendringene er produsert av små og raske vibrasjoner eller store og langsomme, og denne betydningen vil avhenge av typen reaksjon som utføres av enzymet. Men selv om disse bevegelsene er viktige i prosessen med å binde og frigjøre underlag og produkter, er det ennå ikke klart om disse bevegelsene bidrar til å fremskynde de kjemiske trinnene i enzymatiske reaksjoner. [ 48 ] ​​Disse nye fremskrittene har også implikasjoner for forståelsen av allosteriske effekter og for utviklingen av nye medisiner .

Allosterisk modulering

Allosteriske steder er områder av enzymet med evnen til å gjenkjenne og binde visse molekyler i cellen. Bindingene de gir opphav til er svake og ikke - kovalente , og genererer en endring i den strukturelle konformasjonen til enzymet som påvirker det aktive stedet, og dermed påvirker reaksjonshastigheten. [ 49 ] Allosteriske interaksjoner kan både hemme og aktivere enzymer, og er en svært vanlig måte å kontrollere enzymer i celler på. [ 50 ]

Kofaktorer og koenzymer

Kofaktorer

Noen enzymer krever ingen ekstra komponenter for å vise full aktivitet. Imidlertid krever andre enzymer binding av ikke-proteinmolekyler kalt kofaktorer for å utøve sin aktivitet. [ 51 ] Kofaktorer kan være uorganiske forbindelser, som metallioner og ferrosulfurkomplekser, eller organiske forbindelser, som flavin eller hem . Organiske kofaktorer kan enten være protesegrupper , som binder seg tett til enzymet, eller koenzymer , som frigjøres fra det aktive stedet til enzymet under reaksjonen. Koenzymer inkluderer forbindelser som NADH , NADPH og adenosintrifosfat . Disse molekylene overfører funksjonelle grupper mellom enzymer. [ 52 ]

Et eksempel på et enzym som inneholder en kofaktor er karbonsyreanhydrase , der sink (kofaktor) holdes bundet til det aktive stedet, som vist i figuren ovenfor ( plassert i begynnelsen av delen "Strukturer og mekanismer" ). [ 53 ] Disse molekylene er vanligvis bundet til det aktive stedet og er involvert i katalyse. For eksempel er flavin og hemgruppen ofte involvert i redoksreaksjoner .

Enzymer som krever en kofaktor, men som ikke har den festet, kalles "apoenzymer" eller "apoproteiner." Et apoenzym sammen med kofaktor(er) kalles et "holoenzym" (som er den aktive formen). De fleste kofaktorer binder seg ikke kovalent til enzymene deres, men de binder seg sterkt. Imidlertid kan protesegrupper kobles kovalent, som i tilfellet med tiaminpyrofosfat i enzymet pyruvatdehydrogenase . Begrepet "holoenzym" kan også brukes på de enzymene som inneholder flere underenheter, som i tilfellet med DNA-polymerase , hvor holoenzymet er komplekset med alle underenhetene som er nødvendige for å utføre den enzymatiske aktiviteten.

Koenzymer

Koenzymer er små organiske molekyler som transporterer kjemiske grupper fra ett enzym til et annet. [ 54 ] Noen av disse forbindelsene, som riboflavin , tiamin og folat , er vitaminer (som ikke kan syntetiseres i tilstrekkelig mengde av menneskekroppen og må inkorporeres i kosten). Utvekslede kjemiske grupper inkluderer hydridionet (H - ) båret av NAD eller NADP + , fosfatgruppen båret av ATP , acetylgruppen båret av koenzym A , formyl-, metenyl- eller metylgruppene båret av folsyre og metylgruppen båret av S-adenosylmetionin .

Fordi koenzymer gjennomgår kjemisk modifikasjon som en konsekvens av enzymaktivitet, er det nyttig å betrakte koenzymer som en spesiell klasse av substrater, eller andre substrater, som er felles for mange forskjellige enzymer. For eksempel er rundt 700 enzymer som bruker koenzymet NADH kjent. [ 55 ]

Koenzymer regenereres ofte kontinuerlig, og konsentrasjonene deres opprettholdes ofte på faste nivåer inne i cellen: for eksempel regenereres NADPH via pentosefosfatveien og S -adenosylmetionin via metionin adenosyltransferase . . Denne kontinuerlige regenereringen gjør at selv små mengder koenzymer brukes intensivt. For eksempel bruker menneskekroppen sin egen vekt i ATP hver dag. [ 56 ]

Termodynamikk

Som med alle katalysatorer , forstyrrer ikke enzymer den kjemiske likevekten i reaksjonen. Generelt, i nærvær av et enzym, fortsetter reaksjonen i samme retning som den ville gjort i fravær av enzymet, bare raskere. Men i fravær av enzym kan det oppstå en spontan reaksjon som genererer et annet produkt fordi under disse forholdene dannes det nevnte forskjellige produktet raskere.

Videre kan enzymer koble to eller flere reaksjoner, slik at en termodynamisk gunstig reaksjon kan brukes til å favorisere en annen termodynamisk ugunstig reaksjon. For eksempel brukes hydrolysen av ATP ofte for å fremme andre kjemiske reaksjoner. [ 57 ]

Enzymer katalyserer kjemiske reaksjoner både i én retning og i motsatt retning. De endrer aldri balansen, men bare hastigheten den nås med. For eksempel katalyserer karbonsyreanhydrase sin reaksjon i en eller annen retning avhengig av konsentrasjonen av reaktantene, som kan sees nedenfor:

(i vev ; høy konsentrasjon av CO 2 ) (i lungene ; lav konsentrasjon av CO 2 )

Hvis likevekten er sterkt forskjøvet i en retning av reaksjonen, det vil si at det blir en svært eksergonisk reaksjon, blir reaksjonen effektivt irreversibel. Under disse forholdene vil enzymet bare katalysere reaksjonen i den termodynamisk tillatte retningen.

Kinetikk

Enzymkinetikk er studiet av hvordan enzymer binder seg til deres substrater og transformerer dem til produkter. Likevektsdataene brukt i de kinetiske studiene er oppnådd ved enzymatiske analyser .

I 1902 foreslo Victor Henri [ 58 ] en kvantitativ teori om enzymkinetikk, men hans eksperimentelle data var ikke særlig nyttige fordi viktigheten av hydrogenionkonsentrasjon ennå ikke ble vurdert. Etter at Peter Lauritz Sørensen definerte den logaritmiske pH -skalaen og introduserte konseptet "buffer" ( kjemisk buffer ) i 1909, [ 59 ] gjentok den tyske kjemikeren Leonor Michaelis og hennes kanadiske postdoktor Maud Leonora Menten Henris eksperimenter som bekreftet ligningen hans, som er nå kjent som Henri-Michaelis-Menten kinetikk (eller ganske enkelt Michaelis-Menten kinetikk ). [ 60 ] Hans arbeid ble videreutviklet av George Edward Briggs og JBS Haldane , som utledet hastighetsligningene som er så mye brukt i dag. [ 61 ]

Henris største bidrag var ideen om å dele enzymreaksjoner i to stadier. I det første binder substratet seg reversibelt til enzymet, og danner enzym-substratkomplekset (også kalt Michaelis-komplekset). I den andre katalyserer enzymet reaksjonen og frigjør produktet.

Enzymer kan katalysere opptil flere millioner reaksjoner per sekund. For eksempel har den ikke-enzymatiske dekarboksyleringen av orotidin 5'-monofosfat (EC 2.4.2.10) en halveringstid på 78 millioner år. Når imidlertid enzymet orotidin 5'-fosfatdekarboksylase er tilstede i mediet, tar den samme prosessen bare 25 millisekunder. [ 62 ] Enzymhastigheter avhenger av løsningsforhold og substratkonsentrasjon. De forholdene som denaturerer et protein, som høye temperaturer, ekstrem pH eller høye saltkonsentrasjoner, hindrer eller forhindrer enzymatisk aktivitet, mens høye substratkonsentrasjoner har en tendens til å øke aktiviteten. For å finne den maksimale hastigheten for en enzymatisk reaksjon økes substratkonsentrasjonen inntil en konstant hastighet for produktdannelse oppnås (se metningskurven avbildet i figuren til høyre). Metning oppstår fordi når substratkonsentrasjonen øker, synker konsentrasjonen av fritt enzym, som omdannes til den substratbundne (ES) formen. Ved maksimal hastighet ( Vmax ) til enzymet har alle de aktive stedene til nevnte enzym bundet substrat, og antall komplekser er lik den totale mengden enzym. Imidlertid er Vmax bare en av de kinetiske konstantene til enzymet. Mengden substrat som trengs for å oppnå en gitt reaksjonshastighet er også viktig. Denne parameteren er gitt av Michaelis-Menten-konstanten ( K m ), som er substratkonsentrasjonen som kreves for at et enzym skal nå halve sin maksimale hastighet. Hvert enzym har en karakteristisk K m -verdi for et gitt substrat, som kan fortelle oss hvor affin bindingen er mellom substratet og enzymet. En annen nyttig konstant er omsetningstallet , k cat , som er antall substratmolekyler som behandles av hvert aktivt sted per sekund.

Effektiviteten til et enzym kan uttrykkes i form av k cat / K m , i det som kalles spesifisitetskonstanten, som inkorporerer hastighetskonstanten til alle faser av reaksjonen. Fordi spesifisitetskonstanten vurderer både affinitet og katalytisk kapasitet, er det en veldig nyttig parameter å sammenligne forskjellige enzymer eller det samme enzymet med forskjellige substrater. Den teoretiske maksimumsverdien til spesifisitetskonstanten kalles diffusjonsgrensen og har en verdi på 10 8 -10 9 (M -1 s -1 ). På dette tidspunktet resulterer hver kollisjon av enzymet med dets substrat i katalyse, slik at hastigheten for produktdannelse ikke begrenses av reaksjonshastigheten, men av diffusjonshastigheten. Enzymer som har denne egenskapen kalles "katalytisk perfekte" eller "kinetisk perfekte " enzymer . Eksempler på denne typen enzymer er triosefosfatisomerase , karbonsyreanhydrase , acetylkolinesterase , katalase , fumarase , beta-laktamase og superoksiddismutase .

Michaelis – Menten-kinetikken avhenger av massehandlingsloven , som er avledet fra antakelsene om fri diffusjon og tilfeldig kollisjon. Imidlertid avviker mange biokjemiske eller cellulære prosesser betydelig fra disse forholdene, på grunn av fenomener som makromolekylær trengsel , enzym-substrat-produkt trinnseparasjon eller en- eller todimensjonale molekylære bevegelser. [ 63 ] Imidlertid kan fraktal Michaelis-Menten-kinetikk brukes i disse situasjonene . [ 64 ]​ [ 65 ]​ [ 66 ]​ [ 67 ]

Noen enzymer har en raskere kinetikk enn diffusjonshastigheten, noe som til å begynne med ser ut til å være umulig. Ulike mekanismer har blitt foreslått for å prøve å forklare dette fenomenet. En av modellene foreslår at noen proteiner kan ha evnen til å akselerere katalyse ved å sekvestrere substratet og orientere det gjennom dipolare elektriske felt. En annen modell foreslår en kvantetunnelmekanisme , der et proton eller elektron kan tunnelere gjennom aktiveringsbarrierer, selv om det er en viss kontrovers om hvor mye tunnelering et proton kan generere. [ 68 ] [ 69 ] Proton-mediert tunneling er observert i tryptamin . [ 70 ] Dette antyder at enzymkatalyse kan defineres mer nøyaktig som en "barriere", i stedet for i den tradisjonelle modellen, hvor enzymet kreves av substratet for å nå en lavere energibarriere.

Inhibering

Inhibitorer er molekyler som endrer de kinetiske parametrene til en enzymreaksjon og dermed regulerer enzymaktivitet. Stort sett kan de klassifiseres som reversible og irreversible . De irreversible binder seg kovalent til enzymet uten mulighet for å reversere modifikasjonen, og er nyttige i farmakologi . Noen av stoffene som virker på denne måten er eflornitin , brukt til å behandle afrikansk trypanosomiasis , [ 72 ] penicillin og aspirin .

De reversible binder seg reversibelt til enzymet, og kan klassifiseres etter tur, i henhold til måten de griper inn i reaksjonen, i konkurrerende , ikke -konkurrerende og blandede . Vanligvis, på grunn av sin brede tilstedeværelse i en mengde prosesser, snakkes det også om ikke-konkurrerende hemming , som i virkeligheten ikke er noe mer enn en variant av den allerede nevnte blandede hemmingen. På grunn av dens egenskaper presenteres den imidlertid vanligvis i motsetning til den konkurrerende, som den ofte sammenlignes med.

  • Ved konkurrerende inhibering kan ikke substratet (S) og inhibitoren (I) binde seg til det samme enzymet samtidig, som vist i figuren til høyre. [ 73 ] Dette skjer vanligvis når inhibitoren har affinitet for det aktive stedet til et enzym som substratet også binder seg til; substratet og inhibitoren konkurrerer om tilgang til det aktive stedet for enzymet. For eksempel er metotreksat en konkurrerende hemmer av enzymet dihydrofolatreduktase , som katalyserer reduksjonen av dihydrofolat til tetrahydrofolat. Likheten mellom strukturene til folsyre og metotreksat gjør det mulig å etablere hemming av konkurrerende type. Denne typen hemming kan overvinnes med tilstrekkelig høye konsentrasjoner av substratet, det vil si å la inhibitoren stå utenfor konkurranse. Ved konkurrerende inhibering varierer ikke den maksimale reaksjonshastigheten, men høyere konsentrasjoner av substrat er nødvendig for å nå en viss hastighet, og dermed øke den tilsynelatende Km .
  • Ved ukonkurrerende hemming kan ikke hemmeren binde seg til det frie enzymet, men kun til enzym-substrat (ES) komplekset. Når komplekset med inhibitoren (EIS) er dannet, er enzymet inaktivt. Denne typen hemming er sjelden, men den kan forekomme i multimetiske enzymer.
  • Ikke - konkurrerende hemming er en form for blandet inhibering hvor binding av inhibitoren til enzymet reduserer aktiviteten, men ikke påvirker bindingen til substratet. Som et resultat avhenger graden av inhibering kun av inhibitorkonsentrasjonen, uavhengig av substratkonsentrasjonen, og varierer dermed den tilsynelatende Vmaks -verdien. Men siden substratet fortsatt kan binde seg til enzymet, endres ikke verdien av K m .
  • Ved blandet inhibering kan inhibitoren binde seg til enzymet samtidig med substratet. Imidlertid påvirker inhibitorbinding substratbinding, og omvendt. Denne typen hemming kan reduseres, men ikke overvinnes, ved å øke substratkonsentrasjonene. Selv om det er mulig for inhibitorer av blandet type å binde seg på det aktive stedet, er denne typen hemming generelt et resultat av en allosterisk effekt der inhibitoren binder seg til et annet sted enn det aktive stedet for enzymet. Inhibitorbinding til det allosteriske stedet endrer konformasjonen (dvs. tertiær struktur ) til enzymet slik at affiniteten til substratet for det aktive stedet reduseres.

I mange organismer kan hemmere fungere som en del av en tilbakemeldingsmekanisme. Hvis et enzym produserer et stoff i for stor mengde i kroppen, kan det samme stoffet virke som en hemmer av enzymet i begynnelsen av prosessen som produserer det, og dermed stoppe produksjonen når det er tilstrekkelig mengde av det aktuelle stoffet. . Dette vil være en form for negativ tilbakemelding . Enzymer som er underlagt denne typen regulering er vanligvis multimere og har allosteriske steder hvor regulatoriske stoffer binder seg. Grafene som plotter reaksjonshastighet mot substratkonsentrasjon for disse enzymene er ikke hyperbole, men snarere sigmoide (S-formet).

Inhibitorbruk

Fordi inhibitorer modulerer enzymfunksjonen, brukes de ofte som medikamenter. Et typisk eksempel på en inhibitor som brukes som medikament er aspirin , som hemmer enzymene COX-1 og COX-2 som er involvert i syntesen av et inflammatorisk mellomprodukt, prostaglandiner , og dermed undertrykker de avledede effektene, smerte og betennelse . Imidlertid virker andre enzymhemmere som giftstoffer . For eksempel er cyanid en irreversibel hemmer som binder seg til jern- og kobberatomer på det aktive stedet for cytokrom c-oksidase i dyreceller ( planter er resistente mot cyanid), og blokkerer dermed cellulær respirasjon . [ 74 ]

Biologisk funksjon

Enzymer har en lang rekke funksjoner i levende organismer. De er essensielle i signaltransduksjons- og reguleringsprosesser, vanligvis gjennom kinaser og fosfataser . [ 75 ] De er også i stand til å produsere bevegelse, slik tilfellet er med myosin ved å hydrolysere ATP for å generere muskelsammentrekning eller vesikkelbevegelse gjennom cytoskjelettet . [ 76 ] En annen type ATPaser i cellemembranen er ionepumper involvert i aktive transportprosesser . I tillegg er enzymene også involvert i mye mer eksotiske funksjoner, for eksempel lysproduksjon av luciferase hos ildfluer . [ 77 ] Virus kan også inneholde enzymer involvert i cellulær infeksjon, slik som HIV- virusintegrase og revers transkriptase , eller i viral frigjøring, slik som influensavirus neuraminidase .

En viktig funksjon av enzymer er at de finnes i fordøyelsessystemet til dyr. Enzymer som amylaser og proteaser er i stand til å bryte ned store molekyler ( henholdsvis stivelse eller protein ) til mindre slik at de kan absorberes i tarmen . Stivelsesmolekyler, for eksempel, som er for store til å bli absorbert, brytes ned av forskjellige enzymer til mindre molekyler som maltose , og til slutt til glukose , som kan absorberes gjennom cellene i tarmen. Ulike fordøyelsesenzymer er i stand til å bryte ned ulike typer mat. Drøvtyggere som har et planteetende kosthold har en rekke mikroorganismer i tarmene som produserer et annet enzym, cellulase , som er i stand til å bryte ned cellulosen som finnes i celleveggen til planter . [ 78 ]

Flere enzymer kan virke sammen i en bestemt rekkefølge, og dermed skape en metabolsk vei . I en metabolsk vei tar ett enzym produktet av et annet enzym som sitt substrat. Etter den katalytiske reaksjonen overføres produktet til neste enzym og så videre. Noen ganger er det mer enn ett enzym som er i stand til å katalysere den samme reaksjonen parallelt, noe som muliggjør mer sofistikert regulering: for eksempel i tilfellet der ett enzym har konstitutiv aktivitet, men en lav aktivitetskonstant og et andre enzym hvis aktivitet er induserbar, men har en høyere aktivitetskonstant.

Enzymer bestemmer trinnene som følger disse metabolske veiene. Uten enzymer ville metabolismen ikke gå gjennom de samme trinnene, og den ville heller ikke vært rask nok til å dekke cellens behov. Faktisk kunne en metabolsk vei som glykolyse ikke eksistere uten enzymer. Glukose kan for eksempel reagere direkte med ATP slik at det blir fosforylert på ett eller flere karbonatomer. I fravær av enzymer vil denne reaksjonen gå så sakte at den er ubetydelig. Men hvis heksokinase -enzymet som fosforylerer karbon 6 av glukose tilsettes og konsentrasjonen av blandingen måles i løpet av kort tid, kan bare glukose-6-fosfat finnes i signifikante nivåer. Derfor avhenger nettverkene av metabolske veier i cellen av settet med funksjonelle enzymer som de presenterer.

Aktivitetskontroll

Enzymaktivitet kan kontrolleres i cellen på disse fem hovedmåtene:

  • Enzymproduksjon (på transkripsjons- eller translasjonsnivå ): syntesen av et enzym kan favoriseres eller forkastes som respons på visse stimuli mottatt av cellen. Denne formen for genregulering kalles enzyminduksjon og -hemming. For eksempel kan bakterier oppnå resistens mot antibiotika som penicillin takket være induksjon av enzymer kalt beta-laktamaser , som hydrolyserer beta-laktamringen til penicillinmolekylet. Et annet eksempel er enzymene som finnes i leveren kalt cytokrom P450 -oksidaser, som er av vital betydning i metabolismen av legemidler og legemidler . Induksjon eller inhibering av disse enzymene kan føre til at det oppstår legemiddelinteraksjoner .
  • Enzymkompartmentalisering : Enzymer kan lokaliseres i forskjellige cellulære rom, slik at forskjellige metabolske veier kan finne sted uavhengig. For eksempel syntetiseres fettsyrer av et sett med enzymer lokalisert i cytosolen , i det endoplasmatiske retikulum og i Golgi-apparatet , og senere brukes nevnte fettsyrer av et annet sett med forskjellige enzymer som en energikilde i mitokondriene , gjennom β-oksidasjon . [ 79 ]
  • Enzyminhibitorer og -aktivatorer : Enzymer kan aktiveres eller hemmes av visse molekyler. For eksempel fungerer sluttproduktet av en metabolsk bane vanligvis som en hemmer av noen av enzymene som er involvert i de første reaksjonene i kanalen, og etablerer dermed en negativ tilbakemelding som regulerer mengden av sluttproduktet som oppnås av denne veien. Denne negative tilbakekoblingsmekanismen gjør det mulig å effektivt justere hastigheten på syntese av mellommetabolitter med cellens etterspørsel, og gjør det mulig å fordele materialer og energi økonomisk for å unngå overskudd eller mangel på sluttproduktene. Denne enzymatiske kontrollen gjør det mulig å opprettholde et relativt stabilt miljø inne i levende organismer.
  • Posttranslasjonell modifikasjon av enzymer : Enzymer kan gjennomgå ulike posttranslasjonelle modifikasjoner som fosforylering , myristoylering og glykosylering . For eksempel, i responsen på insulin , forekommer fosforylering av en mengde enzymer, slik som glykogensyntase , som hjelper til med å kontrollere syntesen eller nedbrytningen av glykogen og lar cellen reagere påvariasjoner i blodsukkernivået . [ 80 ] Et annet eksempel på post-translasjonell modifikasjon er polypeptidkjedenedbrytning. Chymotrypsin, en fordøyelsesprotease , syntetiseres i en inaktiv form, chymotrypsinogen , i bukspyttkjertelen og transporteres i denne tilstanden til magen , hvor den vil bli aktivert. Dette hindrer enzymet i å fordøye bukspyttkjertelen og det andre vevene det passerer gjennom før det når magen. Denne typen inaktiv forløper for et enzym kalles et zymogen .
  • Miljøavhengig aktivering : noen enzymer kan aktiveres når de passerer fra et miljø med visse forhold til et annet med forskjellige forhold, for eksempel overgangen fra det reduserende miljøet i cytoplasmaet til det oksidative miljøet i periplasmaet , overgangen fra et miljø med en høy pH til en annen med lav pH, etc. For eksempel aktiveres hemagglutininet til influensaviruset av en konformasjonsendring som oppstår når pH i mediet er tilstrekkelig sur, som oppstår når viruset kommer inn i cellens indre gjennom et lysosom . [ 81 ]

Sykdomsimplikasjoner

Fordi tett kontroll av enzymaktivitet er nødvendig for homeostase , kan enhver funksjonsfeil (mutasjon, økt eller redusert ekspresjon eller delesjon) av et enkelt kritisk enzym føre til utvikling av en genetisk sykdom . Betydningen av enzymer blir tydeliggjort av det faktum at en dødelig sykdom kan være forårsaket av feilfunksjonen til bare én type enzym av alle de tusen typene som finnes i kroppen vår.

Et eksempel på dette er den mer vanlige typen fenylketonuri . I denne genetiske sykdommen forekommer en enkelt aminosyremutasjon i fenylalaninhydroksylase , et enzym som katalyserer den første reaksjonen i nedbrytningsveien for fenylalanin og relaterte forbindelser. Ettersom dette enzymet er inaktivt, samler det seg en serie produkter som ender opp med å gi opphav til utvikling av mental retardasjon dersom behandling ikke mottas. [ 82 ]

Et annet eksempel er når en mutasjon oppstår i kimlinjegener som koder for enzymer involvert i DNA-reparasjon . I dette tilfellet, siden DNA-et til cellene ikke er ordentlig reparert, akkumuleres mutasjoner som vanligvis fører til utvikling av ulike typer arvelig kreft, for eksempel xeroderma pigmentosum .

Klassifisering og nomenklatur av enzymer

Enzymer får vanlige navn som refererer til typen reaksjon på underlaget. Navnet på et enzym er vanligvis avledet fra substratet eller den kjemiske reaksjonen det katalyserer, med ordet som slutter på -ase . For eksempel virker laktase (EC 3.2.1.108) på laktose ; alkoholdehydrogenase (EC 1.1.1.1) oksiderer alkohol (det " dehydrogenerer " det); DNA -polymerase (EC 2.7.7.7) kommer også fra reaksjonen den katalyserer, som består av polymerisering av DNA .

Nomenklaturkomiteen til International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) anbefaler en serie regler for klassifisering av enzymer, bestående av akronymet EC i begynnelsen (for Enzyme Commission), etterfulgt av fire separate tall for poeng. Det første tallet er et naturlig tall som går fra 1 til 7 og indikerer hvilken type reaksjon det katalyserer. [ 83 ] Alle enzymer mottar en numerisk kode som identifiserer substratene, typen reaksjon de utfører og annen relevant tilleggsinformasjon. For eksempel har enzymet som overfører elektroner mellom ferredoksin (et protein) og NADPH (et koenzym) EC-koden 1.18.1.2 og er kjent som ferredoksin:NADP + oksidreduktase, blant andre lignende navn. De syv enzymklassene som for øyeblikket er anerkjent er listet opp nedenfor:

  • EC 1 Oksidoreduktaser : katalyserer oksidasjons-reduksjonsreaksjoner eller redoksreaksjoner . Disse består av overføring av reduserende ekvivalenter mellom en giver og en akseptor. Overføringen krever et koenzym som NAD + , NADP + eller FAD, som et mellomledd i overføringen av elektroner . Etter den katalytiske virkningen blir disse koenzymene modifisert i sin oksidasjonsgrad, så de må resirkuleres før de utfører en ny katalytisk reaksjon. Eksempler: dehydrogenaser , peroksidaser .
  • EC 2 Transferaser : overføre funksjonelle grupper (oppnådd ved nedbrytning av visse molekyler) til andre reseptorstoffer. De virker vanligvis i interkonverteringsprosesser av monosakkarider , aminosyrer , etc. Eksempler: transaminaser , kinaser .
  • EC 3 Hydrolaser : katalyserer hydrolysereaksjoner med påfølgende produksjon av monomerer fra polymerer . De virker i fordøyelsen av mat, før andre faser av dens nedbrytning. Ordet hydrolyse er avledet fra hydro → 'vann' og lysis → 'oppløsning'. Eksempler: glykosidaser , lipaser , esteraser .
  • EC 4 Lyaser : katalyserer reaksjoner der H 2 O, CO 2 og NH 3 grupper fjernes eller tilsettes for å danne en dobbeltbinding eller legge til en dobbeltbinding, eller andre reaksjoner som involverer elektronomorganisering. Eksempler: dekarboksylaser , fenylalanin ammoniakklyase (EC 4.3.1.24).
  • EC 5 Isomeraser : de virker på visse molekyler som oppnår eller endrer deres funksjonelle eller posisjonsisomerer, det vil si at de katalyserer racemiseringen og posisjonsendringene til en gruppe i et bestemt molekyl, og oppnår isomere former. De opptrer vanligvis i interkonverteringsprosesser. Eksempel: epimeraser (mutase).
  • EC 6 Ligaser : katalyserer nedbrytningen eller syntesen av såkalte "sterke" bindinger ved å koble til høyenergimolekyler som ATP . Eksempler: syntetaser , karboksylaser .
  • EC 7 Translokaser: er integrerte membranproteiner som overfører et substrat (ion eller molekyl) fra side 1 til side 2 av en membran, og er delt inn i 4 underklasser, i henhold til kraften som driver overføringsreaksjonen. [ 84 ] Eksempel: cytokrom - c oksidase (EC 7.1.1.9), eller den H + eksporterende P-type transportøren (EC 7.1.2.1).

Industrielle applikasjoner

Enzymer brukes i den kjemiske industrien , og i andre typer industri, hvor det kreves bruk av høyt spesialiserte katalysatorer. Enzymer er imidlertid begrenset både av antall reaksjoner de kan utføre og av deres mangel på stabilitet i organiske løsemidler og høye temperaturer . Av denne grunn har proteinteknologi blitt et veldig aktivt forskningsområde der det gjøres forsøk på å lage enzymer med nye egenskaper, enten ved rasjonell design eller ved in vitro- evolusjon . [ 85 ] [ 86 ] Disse forsøkene har begynt å ha en viss suksess, og oppnår noen enzymer som katalyserer reaksjoner som ikke eksisterer i naturen. [ 87 ]

Nedenfor er en tabell med ulike industrielle anvendelser av enzymer:

App enzymer som brukes applikasjoner
matforedling Sopp- og planteamylaser _ _ _ Produksjon av sukker fra stivelse , som for eksempel i produksjon av maissirup . [ 88 ] Ved baking katalyserer det nedbrytningen av stivelse i mel til sukker. Gjæringen av sukker som utføres av gjær produserer karbondioksid som får deigen til å "heve".
Proteaser Cookie - makere bruker dem til å redusere mengden protein i melet.
baby mat trypsin For å fordøye mat beregnet på babyer .
brygging Byggenzymer frigjøres under malefasen av bryggingen . De frigjorte enzymene bryter ned stivelse og protein for å generere enkle sukkerarter, aminosyrer og peptider som brukes av gjær i gjæringsprosessen.
Industrielt produserte byggenzymer Mye brukt i brygging for å erstatte de naturlige enzymene i bygg.
Amylase, glukanase og proteaser De fordøyer polysakkarider og proteiner i malten .
Beta-glukanaser og arabinoxylanaser De forbedrer vørter- og ølfiltreringen.
Amyloglucosidaser og pullulanaser Lavkalori ølproduksjon og justering av gjæringskapasitet.
Proteaser De eliminerer turbiditeten som produseres under lagring av øl.
Acetolaktat dekarboksylase (ALDC) Øker gjæringseffektiviteten ved å redusere diacetyldannelsen . [ 89 ]
Fruktjuice Cellulaser, pektinaser Skylling av fruktjuicer.
Meieri-industri Renin , avledet fra magen til unge drøvtyggere (som kalver og sauer). Osteproduksjon , brukt til å hydrolysere proteiner.
enzymer produsert av bakterier For tiden i økende grad brukt i meieriindustrien.
lipaser Den introduseres under produksjonsprosessen av Roquefort-ost for å favorisere modning.
laktaser Nedbrytning av laktose til glukose og galaktose .
kjøtt fordøyelse Papain Mørt kjøtt som brukes til matlaging.
stivelsesindustrien Amylaser, amyloglucosidaser og glukoamylaser Omdannelse av stivelse til glukose og ulike invertsukker .
glukose-isomerase Omdannelse av glukose til fruktose under produksjon av maissirup fra stivelsesrike stoffer. Disse sirupene forbedrer søtningsegenskapene og reduserer kaloriene bedre enn sukrose , samtidig som de opprettholder det samme søtningsnivået.
papirindustrien Amylaser , xylanaser , cellulaser og ligninaser Nedbrytning av stivelse for å redusere viskositeten , legge til liming . Xylanaser reduserer blekemiddelet som trengs for bleking; cellulasene jevner ut fibrene, favoriserer drenering av vann og fremmer eliminering av blekk; lipaser reduserer mørke og ligninaser fjerner lignin for å myke papiret.
biodrivstoffindustrien Cellulaser Brukes til å bryte ned cellulose til sukkerarter som kan fermenteres.
ligninaser Brukes til å fjerne ligninrester .
biologiske vaskemidler Hovedsakelig proteaser , produsert ekstracellulært av bakterier . Brukes for å hjelpe til med fjerning av proteinfargestoffer fra klær under forvask og direkte påføring av flytende vaskemiddel.
Amylaser Vaskemidler for å fjerne resistente stivelsesrester.
lipaser Brukes for å lette fjerning av fete og oljete fargestoffer.
Cellulaser Brukes i biologiske myknere .
rengjøringsmidler for kontaktlinser Proteaser For å fjerne proteinrester fra kontaktlinser og dermed forhindre infeksjoner.
gummiindustrien Catalase For å generere oksygen fra peroksid , og dermed konvertere lateks til skumgummi .
fotografisk industri Protease (ficin) Løs opp gelatin fra brukt fotografisk film , slik at sølvinnholdet kan gjenvinnes .
Molekylbiologi Restriksjonsenzymer , DNA-ligase og polymeraser Brukes til å manipulere DNA gjennom genteknologi . Av stor betydning innen farmakologi , landbruk , medisin og kriminalistikk . Essensielt for restriksjonsfordøyelse og polymerasekjedereaksjon .

Se også

Notater

  1. ↑ Selv om det er tvetydig i kjønn, er den generelle regelen at nesten alle ord som kommer fra gresk som slutter på -μα ( -ma ) ender opp med å bli maskuline, til tross for at RAE- ordboken klassifiserer det som feminint i vanlig bruk. I følge Fernando A. Navarro: [ 1 ] Blant de tvetydige ordene er en av de mest problematiske i medisin enzym : skal vi si "leverenzymer" eller "leverenzymer"? Dette problemet er ikke spesifikt for språket vårt, men er også en bekymring på den andre siden av Pyreneene, hvor franske forskere rutinemessig bruker enzym som maskulint (akkurat som levain , gjær) mot den offisielle anbefalingen fra det franske vitenskapsakademiet. På spansk anser RAE at enzym er et tvetydig ord, selv om leger bruker det mer som et hunkjønnsord, spesielt de siste årene. De som går inn for å tildele det et maskulint kjønn, sidestiller det med medisinske hellenismer fra greske kastrater som slutter på -ma ( -ma ), som alltid er maskuline i vårt språk. De glemmer imidlertid at dette ikke er opprinnelsen til enzymet , en neologisme dannet for et århundre siden fra det greske feminine zumh ( zýme , gjær). Som om dette ikke var nok til å foretrekke det kvinnelige kjønn på språket vårt, sjekk at ingen lege snakker om "koenzymer" eller "lysozymer"; videre er alle enzymer feminine på spansk.
  2. ↑ Royal Spanish Academy anerkjenner bruken av bokstaven z i ordet som en kultisme. [ 2 ] Må ikke forveksles med homofonen ovenfor ("på plass eller over"). [ 3 ]

Referanser

  1. ↑ Navarro, Fernando A. "Problemer med grammatisk kjønn i medisin" . Spansk oversettelsesbulletin for Den europeiske union . Hentet 7. juni 2017 . 
  2. ↑ «[...] det er noen ord på spansk som alltid skrives med z foran e, i [...]. Dette er normalt greske kultismer, arabismer og lån fra andre språk som inneholder denne bokstaven i sin opprinnelige skrivemåte eller i sin transkripsjon til det latinske alfabetet [...]». Sitert i  RAE og ASALE (2010). «§ 6.2.2.7.1.1 Ord unntaksvis skrevet med z foran e, i » . Stavemåte av det spanske språket . Madrid: Espasa Calpe . s. 124. ISBN  978-6-070-70653-0 . Hentet 7. juni 2017 . 
  3. ↑ "[...] ovenfor ('på plass eller topp') og enzym ('protein som katalyserer de biokjemiske reaksjonene i metabolismen').". Sitert i  RAE og ASALE (2010). "§ 3.2.5 Homonymdifferensiering" . Stavemåte av det spanske språket . Madrid: Espasa Calpe . s. 39. ISBN  978-6-070-70653-0 . Hentet 7. juni 2017 . 
  4. ↑ «enzymer | Definisjon, mekanismer og nomenklatur» . Encyclopedia Britannica (på engelsk) . Hentet 19. mars 2019 . 
  5. ↑ Walter, Nils G.; Engelke, David R. (2002-10). "Ribozymer: katalytiske RNA-er som kutter ting, lager ting og gjør rare og nyttige jobber" . Biolog (London, England) 49 (5): 199-203. ISSN  0006-3347 . PMC  3770912 . PMID  12391409 . Hentet 19. mars 2019 . 
  6. ↑ Smith AL (Ed) et al. (1997). Oxford-ordbok for biokjemi og molekylærbiologi . Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press . ISBN  0-19-854768-4 . 
  7. ^ Grisham, Charles M.; Reginald H. Garrett (1999). Biokjemi . Philadelphia: Saunders College Pub. s. 426–7 . ISBN  0-03-022318-0 . 
  8. ^ Bairoch A. (2000). "ENZYME-databasen i 2000" . Nucleic Acids Res 28 : 304-305. PMID 10592255 . Arkivert fra originalen 1. juni 2011. 
  9. ↑ Lilley D. (2005). "Struktur, folding og mekanismer til ribozymer". Curr Opin Struct Biol 15 (3): 313-23. PMID  15919196 . doi : 10.1016/j.sbi.2005.05.002 . 
  10. ^ Cech T. (2000). "Strukturbiologi. Ribosomet er et ribozym. Science 289 (5481): 878-9. PMID  10960319 . doi : 10.1126/science.289.5481.878 . 
  11. ↑ Groves JT (1997). «Kunstige enzymer. Viktigheten av å være selektiv». Nature 389 (6649): 329-30. PMID  9311771 . doi : 10.1038/38602 . 
  12. ↑ de Reaumur, RAF (1752). "Observasjoner om fordøyelsen av oiseaux". Histoire de l'academie royale des sciences 1752 : 266, 461. 
  13. ↑ Williams, H.S. (1904) A History of Science: in Five Volumes. Bind IV: Moderne utvikling av kjemiske og biologiske vitenskaper Harper and Brothers (New York)
  14. ↑ Payen et Persoz, «Mémoire sur la diastase, les principal produits de ses réactions et leurs applications aux arts industriels», Annales de chimie et de physique , 2ª-serien, t. 53, 1833, s. 73-92, Google Bøker .
  15. ↑ Dubos J. (1951). «Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Sitert i Manchester KL (1995) Louis Pasteur (1822–1895) - tilfeldighet og det forberedte sinn.». Trends Biotechnol 13 (12): 511-515. PMID 8595136 . 
  16. ^ "Nobelprisvinners biografi om Eduard Buchner på nobelprize.org" . Hentet 6. april 2010 . 
  17. ^ "Tekst til Eduard Buchners Nobelforelesning fra 1907 på nobelprize.org" . Hentet 6. april 2010 . 
  18. ^ "Nobelpris for kjemiprisvinnere på nobelprize.org" . Hentet 6. april 2010 . 
  19. ^ Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR. (1965). «Struktur av høne egg-hvite lysozym. En tredimensjonal Fourier-syntese ved 2 Ångstrøm oppløsning.». Nature 22 (206): 757-761. PMID 5891407 . 
  20. ^ Chen LH, Kenyon GL, Curtin F, Harayama S, Bembenek ME, Hajipour G, Whitman CP (1992). "4-Oxalocrotonate tautomerase, et enzym sammensatt av 62 aminosyrerester per monomer". J. Biol. Chem., 267 (25): 17716-21. PMID  1339435 . 
  21. ^ Smith S. (1994). "Den animalske fettsyresyntasen: ett gen, ett polypeptid, syv enzymer" . FASEB J. 8 (15): 1248-59. PMID  8001737 . 
  22. ↑ Anfinsen CB (1973). "Prinsipp som styrer foldingen av proteinkjeder". Vitenskap : 223-230. PMID 4124164 . 
  23. ↑ Dunaway-Mariano D (november 2008). "Enzymfunksjonsoppdagelse". Struktur 16 (11): 1599-600. PMID  19000810 . doi : 10.1016/j.str.2008.10.001 . 
  24. ^ "The Catalytic Site Atlas at The European Bioinformatics Institute" . Hentet 6. april 2010 . 
  25. ↑ Jaeger KE, Eggert T. (2004). " Enantioselektiv biokatalyse optimalisert ved rettet evolusjon. ». Curr Opin Biotechnol . 15(4): 305-313. PMID 15358000 . 
  26. ↑ Shevelev IV, Hubscher U. (2002). « 3' 5' eksonukleasene. ». Nat Rev Mol Cell Biol. 3 (5): 364-376. PMID 11988770 . 
  27. ↑ Berg J., Tymoczko J. og Stryer L. (2002) Biokjemi. W.H. Freeman and Company ISBN 0-7167-4955-6
  28. ↑ Zenkin N, Yuzenkova Y, Severinov K. (2006). « Transkripsjonsassistert korrekturlesing. ». Vitenskap. 313 : 518-520. PMID 16873663 . 
  29. ^ Ibba M, Soll D. (2000). "Aminoacyl-tRNA syntese." . Annu Rev Biochem. 69 : 617-650. PMID 10966471 . 
  30. ↑ Rodnina MV, Wintermeyer W. (2001). "Trygghet til aminoacyl-tRNA-seleksjon på ribosomet: kinetiske og strukturelle mekanismer." . Annu Rev Biochem. 70 : 415-435. PMID 11395413 . 
  31. ↑ Firn, Richard. "Screeningshypotesen - en ny forklaring på sekundært produktmangfold og funksjon" . Arkivert fra originalen 31. oktober 2006 . Hentet 11. september 2006 . 
  32. ↑ Fisher E. (1894). "Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme" . Ber. Dt. Chem. Ges. (på tysk) 27 : 2985-2993. 
  33. ↑ Copeland, Robert Allen (2000). Enzymer: en praktisk introduksjon til struktur, mekanisme og dataanalyse (2. utgave). Wiley. ISBN  0-471-35929-7 . OCLC  42619660 . Hentet 5. november 2021 . 
  34. ^ Koshland DE (1958). "Anvendelse av en teori om enzymspesifisitet til proteinsyntese" . proc. Natl. Acad. Sci. 44 (2): 98-104. PMID 16590179 . 
  35. ^ Vasella A, Davies GJ, Bohm M. (2002). « Glykosidasemekanismer. ». Curr Opin Chem Biol. 6 (5): 619-629. PMID 12413546 . 
  36. ^ Boyer, Rodney (2002) [2002]. «6» . Concepts in Biochemistry (2. utgave). New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto.: John Wiley & Sons, Inc. s. 137–8 . ISBN  0-470-00379-0 . OCLC  51720783 . Hentet 21. april 2007 . 
  37. ^ Fersht, Alan (1985). Enzymstruktur og mekanisme . San Francisco: W.H. Freeman. s. 50 –2. ISBN  0-7167-1615-1 . 
  38. ^ Jencks, William P. (1987). Katalyse i kjemi og enzymologi . Mineola, NY: Dover. ISBN  0-486-65460-5 . 
  39. ↑ Villa J, Strajbl M, Glennon TM, Sham YY, Chu ZT, Warshel A (2000). "Hvor viktig er entropiske bidrag til enzymkatalyse?" . proc. Natl. Acad. Sci. USA 97 (22): 11899-904. PMC  17266 . PMID  11050223 . doi : 10.1073/pnas.97.22.11899 . 
  40. ↑ Warshel A, Sharma PK, Kato M, Xiang Y, Liu H, Olsson MH (2006). "Elektrostatisk grunnlag for enzymkatalyse". Chem. Rev. 106 (8): 3210-35. PMID  16895325 . doi : 10.1021/cr0503106 . 
  41. ^ Eisenmesser EZ, Bosco DA, Akke M, Kern D (februar 2002). "Enzymdynamikk under katalyse". Science 295 (5559): 1520-3. PMID  11859194 . doi : 10.1126/science.1066176 . 
  42. ↑ Agarwal PK (november 2005). "Rollen til proteindynamikk i reaksjonshastighetsforbedring av enzymer". J. Am. Chem. Soc. 127 (43): 15248-56. PMID  16248667 . doi : 10.1021/ja055251s . 
  43. ^ Eisenmesser EZ, Millet O, Labeikovsky W (november 2005). "Iboende dynamikk til et enzym ligger til grunn for katalyse". Nature 438 (7064): 117-21. PMID  16267559 . doi : 10.1038/nature04105 . 
  44. ↑ Yang LW, Bahar I (5. juni 2005). "Kobling mellom katalytisk sted og kollektiv dynamikk: Et krav til mekanokjemisk aktivitet av enzymer" . Struktur 13 (6): 893-904. PMC  1489920 . PMID  15939021 . doi : 10.1016/j.str.2005.03.015 . 
  45. ↑ Agarwal PK, Billeter SR, Rajagopalan PT, Benkovic SJ, Hammes-Schiffer S. (5. mars 2002). "Nettverk av koblede fremmende bevegelser i enzymkatalyse" . Proc Natl Acad Sci USA. 99 (5):2794-9. PMC  122427 . PMID  11867722 . doi : 10.1073/pnas.052005999 . 
  46. ^ Agarwal PK, Geist A, Gorin A (august 2004). "Proteindynamikk og enzymatisk katalyse: undersøkelse av peptidyl-prolyl cis-trans-isomeriseringsaktiviteten til cyklofilin A". Biochemistry 43 (33): 10605-18. PMID  15311922 . doi : 10.1021/bi0495228 . 
  47. ↑ Tousignant A, Pelletier JN. (august 2004). "Proteinbevegelser fremmer katalyse" . Chem Biol. 11 (8): 1037-42. PMID  15324804 . doi : 10.1016/j.chembiol.2004.06.007 . Arkivert fra originalen 30. november 2009 . Hentet 4. mars 2007 . 
  48. ↑ Olsson, MH; Parson, W.W.; Warshel, A (2006). "Dynamiske bidrag til enzymkatalyse: Kritiske tester av en populær hypotese". Chem. Rev. 106 (5): 1737-56. PMID  16683752 . doi : 10.1021/cr040427e . 
  49. ↑ Neet KE (1995). "Kooperativitet i enzymfunksjon: likevekt og kinetiske aspekter". Meth. Enzymol. 249 : 519-67. PMID  7791626 . 
  50. ^ Changeux JP, Edelstein SJ (juni 2005). Allosteriske mekanismer for signaloverføring. Science 308 (5727): 1424-8. PMID  15933191 . doi : 10.1126/science.1108595 . 
  51. ↑ Bolster, MWG (1997). "Ordliste over termer brukt i bioinorganisk kjemi: kofaktor" . International Union of Pure and Applied Chemistry. Arkivert fra originalen 21. januar 2017 . Hentet 30. oktober 2007 . 
  52. ↑ Bolster, MWG (1997). "Ordliste over begreper brukt i bioinorganisk kjemi: koenzym" . International Union of Pure and Applied Chemistry. Arkivert fra originalen 21. januar 2017 . Hentet 30. oktober 2007 . 
  53. ↑ Fisher Z, Hernandez Prada JA, Tu C, Duda D, Yoshioka C, An H, Govindasamy L, Silverman DN og McKenna R. (2005). "Strukturell og kinetisk karakterisering av histidin på det aktive stedet som en protonskyttel i katalyse av human karbonanhydrase II". Biokjemi. 44 (4): 1097-115. PMID  15667203 . doi : 10.1021/bi0480279 . 
  54. ↑ Wagner, Arthur L. (1975). Vitaminer og koenzymer . Krieger Pub Co. ISBN  0-88275-258-8 . 
  55. ↑ BRENDA The Comprehensive Enzyme Information System . Hentet 4. april 2007.
  56. ^ Törnroth-Horsefield S, Neutze R (desember 2008). "Åpning og lukking av metabolittporten" . proc. Natl. Acad. Sci.USA 105 (50):19565-6. PMC  2604989 . PMID  19073922 . doi : 10.1073/pnas.0810654106 . 
  57. ↑ Ferguson, SJ; Nicholls, David; Ferguson, Stuart (2002). Bioenergetics 3 (3. utgave). San Diego: Akademisk. ISBN  0-12-518121-3 . 
  58. ^ Henri, V. (1902). "Theorie generale de l'action de quelques diastases". Compt. gjengi Hebd. Acad. Sci. Paris 135 :916-9. 
  59. ^ Sørensen, P.L. (1909). Enzymstudien {II}. Über die Messung und Bedeutung der Wasserstoffionenkonzentration bei enzymatischen Prozessen'. Biochem. Z. 21 : 131-304. 
  60. ↑ Michaelis L., Menten M. (1913). Die Kinetik der Invertinwirkung. Biochem. Z. 49 : 333-369. Spansk oversettelse . Hentet 6. april 2007. 
  61. ^ Briggs GE, Haldane JBS (1925). "Et notat om kinetikken til enzymhandling" . Biochem. J. 19 (2): 339-339. PMC  1259181 . PMID  16743508 . 
  62. ↑ Radzicka A, Wolfenden R. (1995). "Et dyktig enzym". Science 6 (267): 90-931. PMID  7809611 . doi : 10.1126/science.7809611 . 
  63. ↑ Ellis R.J. (2001). "Makromolekylær trengsel: åpenbar, men undervurdert". Trender Biochem. Sci. 26 (10): 597-604. PMID  11590012 . doi : 10.1016/S0968-0004(01)01938-7 . 
  64. ↑ Kopelman R (1988). Fraktal reaksjonskinetikk. Science 241 (4873): 1620-26. PMID  17820893 . doi : 10.1126/science.241.4873.1620 . 
  65. ↑ Savageau MA (1995). "Michaelis-Menten-mekanisme revurdert: implikasjoner av fraktal kinetikk". J. Theor. Biol. 176 (1): 115-24. PMID  7475096 . doi : 10.1006/jtbi.1995.0181 . 
  66. ^ Schnell S, Turner TE (2004). "Reaksjonskinetikk i intracellulære miljøer med makromolekylær trengsel: simuleringer og hastighetslover". Prog. Biophys. Mol. Biol. 85 (2-3): 235-60. PMID  15142746 . doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2004.01.012 . 
  67. ↑ Xu F, Ding H (2007). "En ny kinetisk modell for heterogen (eller romlig begrenset) enzymatisk katalyse: Bidrag fra fraktale og jamming (overbefolkning) effekter". App. Catal. A: Gen. 317 (1): 70-81. doi : 10.1016/j.apcata.2006.10.014 . 
  68. ^ Garcia-Viloca M., Gao J., Karplus M., Truhlar DG (2004). "Hvordan enzymer fungerer: analyse av moderne hastighetsteori og datasimuleringer". Science 303 (5655): 186-95. PMID  14716003 . doi : 10.1126/science.1088172 . 
  69. ↑ Olsson MH, Siegbahn PE, Warshel A. (2004). "Simuleringer av den store kinetiske isotopeffekten og temperaturavhengigheten til hydrogenatomoverføringen i lipoksygenase". J. Am. Chem. Soc. 126 (9): 2820-8. PMID 14995199 . doi : 10.1021/ja037233l .   
  70. ↑ Masgrau L., Roujeinikova A., Johannissen LO, Hothi P., Basran J., Ranaghan KE, Mulholland AJ, Sutcliffe MJ, Scrutton NS, Leys D. (2006). "Atomisk beskrivelse av en enzymreaksjon dominert av protontunnelering". Science 312 (5771): 237-41. PMID  16614214 . doi : 10.1126/science.1126002 . 
  71. ^ Cleland, W.W. (1963). «Kinetikken til enzymkatalyserte reaksjoner med to eller flere substrater eller produkter 2. {I}nhibering: nomenklatur og teori». Biochim. Biofys. Minutter 67 : 173–87. 
  72. ^ Poulin R, Lu L, Ackermann B, Bey P, Pegg AE. Mekanisme for irreversibel inaktivering av museornitindekarboksylase med alfa-difluormetylornitin. Karakterisering av sekvenser ved inhibitor- og koenzymbindingssetene. Arkivert 24. januar 2009 på Wayback Machine . J Biol Chem. 1992 Jan 5;267(1):150-8. PMID 1730582
  73. ↑ Price, NC. (1979). "Hva menes med 'konkurransehemming'?". Trends in Biochemical Sciences 4 : pN272. 
  74. ↑ Yoshikawa S og Caughey WS. (15. mai 1990). "Infrarøde bevis på cyanidbinding til jern- og kobbersteder i bovint hjerte cytokrom c oksidase. Implikasjoner vedrørende oksygenreduksjon» . J Biol Chem., 265 (14): 7945-58. PMID  2159465 . Arkivert fra originalen 25. september 2008 . Hentet 4. mars 2007 . 
  75. ↑ Hunter T. (1995). "Proteinkinaser og fosfataser: yin og yang av proteinfosforylering og signalering". Celle. 80 (2): 225-36. PMID  7834742 . doi : 10.1016/0092-8674(95)90405-0 . 
  76. ↑ Berg JS, Powell BC, Cheney RE (1. april 2001). "En tusenårig myosin-telling" . Mol. Biol.Cell 12 (4):780-94. PMC  32266 . PMID  11294886 . 
  77. ↑ Meighen EA (1. mars 1991). "Molekylærbiologi av bakteriell bioluminescens" . mikrobiol. Åp.55 (1):123-42 . PMC  372803 . PMID  2030669 . 
  78. ^ Mackie RI, White BA (1. oktober 1990). "Nylige fremskritt innen mikrobiell økologi og metabolisme i vom: potensiell innvirkning på næringsproduksjonen" . J. Dairy Sci., 73 (10): 2971-95. PMID  2178174 . 
  79. ↑ Faergeman NJ, Knudsen J (april 1997). "Rollen til langkjedede fettsyreacyl-CoA-estere i reguleringen av metabolisme og i cellesignalering" . Biochem. J. 323 (Pt 1): 1-12. PMC  1218279 . PMID  9173866 . 
  80. ↑ Double BW, Woodgett JR (april 2003). "GSK-3: triks for en multi-tasking kinase" . J. Cell. Sci. 116 (Pt 7): 1175-86. PMID  12615961 . doi : 10.1242/jcs.00384 . 
  81. ^ Carr CM, Kim PS (april 2003). "En fjærbelastet mekanisme for konformasjonsendring av influensahemagglutinin". Celle 73 (4): 823-32. PMID  8500173 . doi : 10.1016/0092-8674(93)90260-W . 
  82. ↑ Fenylketonuri: NCBI-gener og sykdommer . Hentet 4. april 2007.
  83. ^ "Enzymklassifisering" . iubmb.qmul.ac.uk . Hentet 4. november 2021 . 
  84. ^ "ExplorEnz: Informasjon" . www.enzyme-database.org . Hentet 4. november 2021 . 
  85. ^ Renugopalakrishnan V, Garduno-Juarez R, Narasimhan G, Verma CS, Wei X, Li P. (2005). "Rasjonell design av termisk stabile proteiner: relevans for bionanoteknologi". J Nanosci Nanotechnol. 5 (11): 1759-1767. PMID  16433409 . doi : 10.1166/jnn.2005.441 . 
  86. ↑ Hult K, Berglund P. (2003). "Konstruerte enzymer for forbedret organisk syntese". Curr Opin Biotechnol. 14 (4): 395-400. PMID  12943848 . doi : 10.1016/S0958-1669(03)00095-8 . 
  87. ↑ Jiang L, Althoff EA, Clemente FR (mars 2008). "De novo beregningsdesign av retro-aldol-enzymer". Science (tidsskrift) 319 (5868): 1387-91. PMID  18323453 . doi : 10.1126/science.1152692 . 
  88. ↑ Guzmán-Maldonado H, Paredes-López O (september 1995). "Amylolytiske enzymer og produkter avledet fra stivelse: en anmeldelse". Kritiske anmeldelser i matvitenskap og ernæring 35 (5): 373-403. PMID  8573280 . doi : 10.1080/10408399509527706 . 
  89. ^ Dulieu C, Moll M, Boudrant J, Poncelet D (2000). "Forbedret ytelse og kontroll av ølgjæring ved bruk av innkapslet alfa-acetolaktatdekarboksylase og modellering". Bioteknologisk fremgang 16 (6): 958-65. PMID  11101321 . doi : 10.1021/bp000128k . 

Les videre

Etymologi og historie

Struktur og mekanismer til enzymer

  • Fersht, A. Structure and Mechanism in Protein Science: A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding. W.H. Freeman, 1998 ISBN 0-7167-3268-8
  • Walsh, C., Enzymatic Reaction Mechanisms. W. H. Freeman og Company. 1979. ISBN 0-7167-0070-0
  • Page, MI og Williams, A. (red.), 1987. Enzyme Mechanisms. Royal Society of Chemistry. ISBN 0-85186-947-5
  • MV Volkenshtein, RR Dogonadze, AK Madumarov, ZD Urushadze, Yu.I. Kharkats. Theory of Enzyme Catalysis.- Molekuliarnaya Biologia , (1972), 431-439 (på russisk, engelsk sammendrag)
  • Warshel, A., Computer Modeling of Chemical Reactions in enzymes and Solutions John Wiley & Sons Inc. 1991. ISBN 0-471-18440-3

Termodynamikk

Kinetikk og hemming

  • Athel Cornish-Bowden, Fundamentals of Enzyme Kinetics . (3. utgave), Portland Press (2004), ISBN 1-85578-158-1 .
  • Irwin H. Segel, Enzymkinetikk: Atferd og analyse av raske likevekts- og stabile enzymsystemer. Wiley-Interscience; New Ed-utgave (1993), ISBN 0-471-30309-7 .
  • John W. Baynes, medisinsk biokjemi, Elsevier-Mosby; 2. utgave (2005), ISBN 0-7234-3341-0 , s. 57.

Funksjon og kontroll av enzymer i celler

Navnekonvensjoner for enzymer

  • Enzyme Nomenclature , Recommendations for Naming Enzymes of the Committee for Nomenclature of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology.

industrielle applikasjoner

Eksterne lenker