Segítsen a webhely fejlesztésében, megosztva a cikket a barátokkal!

Az enzimek nélkülözhetetlenek a Föld összes élő szervezetének megfelelő működéséhez. Részt vesznek a legtöbb, ha nem az összes kémiai változásban a természetben, vagyis milliónyi reakcióban mind a növényi, mind az állatvilágban. Érdemes utánajárni, hogy mik azok az enzimek, hogyan működnek, és mi a jelentőségük a modern orvostudomány számára

Az enzimekolyan fehérjemolekulák, amelyek felgyorsítják vagy akár lehetővé teszik különféle kémiai reakciók végbemenését az élő szervezetekben, beleértve az emberi testet is.

Kémiai szempontból ezek katalizátorok, vagyis olyan részecskék, amelyek fokozzák a reakciót, de nem kopnak el a reakció során. A kémiai átalakulások hatékonyságának ez a növekedése gyakran óriási, a természetes katalizátorok több évről több másodpercre is lerövidíthetik a reakcióidőt.

Az enzimek a test minden területén megtalálhatók: a sejtekben, az extracelluláris térben, a szövetekben, a szervekben és azok fényében, az adott szövet által termelt katalizátorok meghatározzák a szövet sajátos tulajdonságait és a sejtekben betöltött szerepét. test.

A legtöbb enzim nagyon specifikus, ami azt jelenti, hogy mindegyik csak egyfajta kémiai reakcióért felelős, amelyben meghatározott részecskék - szubsztrátok vesznek részt, és csak ezek tudnak kölcsönhatásba lépni egy adott enzimmel.

A természetes katalizátorok aktivitása számos tényezőtől függ: a reakciókörnyezettől, pl. hőmérséklet, pH, bizonyos ionok jelenléte, aktivátorok - fokozzák az enzimek és inhibitorok hatását, amelyek ellensúlyozzák ezt a tevékenységet.

Enzimek: szerkezet

Mint már említettük, a legtöbb enzim fehérje, szerkezetük nagyon változatos: több tucat aminosavtól több ezerig, sokféle térszerkezetben elrendezve

Képződésük formája (az ún. kvaterner szerkezet), és az a tény, hogy a legtöbb enzim sokkal nagyobb, mint a reakciójuk reaktánsai, nagymértékben felelős az aktivitásukért

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az enzimek szerkezetének csak egy bizonyos régiója az úgynevezett aktív hely, azaz a reakció lebonyolításáért felelős fragmentum

A molekula megmaradt fragmentumainak feladata egy adott szubsztrát, ritkábban az enzim aktivitását befolyásoló egyéb vegyületek rögzítése

Jó tudni, hogy az építkezésA katalizátort úgy tervezték meg, hogy az összekötő hordozó geometriailag ideálisan illeszkedjen, mint a „zár kulcsa”.

Mint minden fehérje, az enzimek a riboszómákban termelődnek a sejtmagba szorosan becsomagolt genetikai anyagból – a DNS-ből, így jön létre az úgynevezett elsődleges struktúra

Ezután többször hajtogatásra kerül - megváltoztatva az alakját, néha hozzáadva cukrot, fémionokat vagy zsírmaradványokat.

Mindezen folyamatok eredménye egy aktív kvaterner szerkezet, azaz egy teljesen biológiailag aktív forma.

Sok esetben több enzimrészecske kombinálódik egy sor kémiai reakció végrehajtásához, és így felgyorsítja a folyamatot.

Néha több szövetben is vannak olyan enzimek, amelyek ugyanazt a reakciót katalizálják, de szerkezetileg nem hasonlítanak egymáshoz, ezeket izoenzimeknek nevezzük.

Az izoenzimek elnevezései a helyük és szerkezetük különbségei ellenére megegyeznek, azonban ezeknek a különbségeknek gyakorlati haszna van. Ennek köszönhetően laboratóriumi vizsgálatokkal csak az enzim azon frakcióit lehet meghatározni, amelyek egy adott szervből származnak

Az enzimek hatásmechanizmusa változatos, de kémiai szempontból mindig az a feladatuk, hogy csökkentsék a reakció aktiválási energiáját. Ez az az energiamennyiség, amellyel a szubsztrátumoknak rendelkezniük kell a folyamathoz.

Ezt a hatást úgy érhetjük el, hogy megfelelő környezetet hozunk létre a reakcióhoz, eltérő kémiai utat használunk ugyanazon termékek előállítására, vagy a szubsztrátumok megfelelő térbeli elrendezésével.

Ezen mechanizmusok mindegyikét használhatják az enzimek.

Az enzimaktivitás szabályozása

Az enzimek hatása a környezeti paraméterektől függ: hőmérséklet, pH és mások. A természetes katalizátorok mindegyikének megvan a maga optimális teljesítménye bizonyos körülmények között, amelyek eltérőek lehetnek a környezeti feltételekkel szembeni tűrőképességétől függően.

Hőmérséklet esetén a legtöbb enzimreakció magasabb hőmérsékleten gyorsabb, de bizonyos hőmérsékleten a reakció hatásfoka meredeken csökken, amit az enzim hőkárosodása (denaturáció) okoz

Szerkezetüket tekintve a hormonok két csoportra oszthatók:

  • egyszerű - csak fehérjerészecskék
  • komplex - amelyekhez nem fehérjecsoport hozzáadása szükséges - kofaktor

Ez utóbbiak kulcsszerepet játszanak az enzimek megfelelő működésében és szabályozásában

Kofaktorok viszont két csoportra oszthatók: a szükségesekaz enzim aktivitása, erősen kapcsolódik hozzá – ezek úgynevezett protetikus csoportok, lehetnek fémek, szerves molekulák, mint például a hem.

A második csoport a koenzimek, általában a szubsztrátok vagy elektronok átviteléért felelősek, és az enzimhez való kötődésük gyenge, ebbe a csoportba tartozik például a folsav, a koenzim A. Érdemes tudni, hogy sok vitamin játszik kofaktor szerepet.

Az inhibitorok teljesen más feladatot látnak el, olyan részecskék, amelyek az enzimhez kötődve gátolják az enzimaktivitást

Többféle inhibitor létezik:

  • irreverzibilis - a molekula tartós inaktiválódását okozzák, és a reakció csak egy új enzim termelése után mehet végbe
  • kompetitív – ebben az esetben az inhibitor szerkezete hasonló a szubsztrátéhoz, így versenyeznek az aktív helyért. Ha inhibitort csatlakoztatunk, a reakció nem megy végbe, ha a szubsztrát - normálisan megy végbe
  • nem kompetitív - az ilyen inhibitorok a szubsztráttól eltérő helyen kötik meg az enzimet, így az az enzimhez kötődhet, de a reakció nem megy végbe

Az inhibitornál jóval nagyobb szubsztrátumkoncentrációnál a kompetitív inhibitor hatása felülkerekedik, mert felülmúlja az aktív helyért folyó "versenyt", nem kompetitív esetén a hatása nem érvényesül legyőzni az aljzat koncentrációjának növelésével.

Az aktivátor és inhibitor rendszerek szabályozásán kívül számos más módszer is létezik az enzimek aktivitásának szabályozására

A sejt termelésének szabályozására a fehérjeképződés szintjén, valamint az úgynevezett poszttranszlációs feldolgozás szabályozására vonatkozik, vagyis a fehérje molekula szerkezetében közvetlenül bekövetkező változásokra a szintézis után a sejtekben. riboszóma. Ezek a módosítások például a polipeptidlánc lerövidítését jelentik

A következő szabályozási módszerek az enzimek elkülönítésére és elhelyezésére vonatkoznak a megfelelő területeken: celluláris és meghatározott organellumokban, vagy az extracelluláris kompartmentben

Van még egy fontos szabályozó mechanizmus - a negatív visszacsatolás - ez az endokrin rendszer elsődleges kontrollrendszere. A gátlás elvén működik.

Ez azt jelenti, hogy ha egy enzim túl sokat termel egy bizonyos hormonból, akkor ahhoz kötődik, gátolja annak aktivitását és csökkenti a szintézist, így maga a reakciótermék gátolja a termelődését

Enzimek: szerep

Az emberi test minden szövete egy meghatározott enzimkészletet termel, amely meghatározza e sejtek szerepét a szervezet működésében. Hogy melyek ezek az enzimek, azt a genetikai kód határozza meg, és hogy egy adott sejtben mely régiók aktívak.

Kémiai reakciók ezrei játszódnak le az emberi szervezetben bármikor, amelyek mindegyikéhez speciális enzimre van szükség, ezért nehéz lenne felsorolni ezeket a testünkben jelen lévő részecskéket.

Érdemes tudni a legjellemzőbbekről:

  • Emésztőenzimek- az emésztőrendszer szövetei termelik, egyszerű vegyületekre bontják a táplálékot, mert csak ezek tudnak felszívódni a vérbe. Ezek extracelluláris enzimek, így fő feladatukat azon sejteken kívül töltik be, amelyekben termelődnek. Ezen enzimek egy része inaktív formában, úgynevezett proenzimek vagy zimogének formájában képződik, és a gyomor-bél traktusban aktiválódik. Az emésztőenzimek közé tartoznak például: amiláz, lipáz, tripszin
  • A miozinaz izmokban található enzim, lebontja az energiahordozó ATP molekulákat, így az izomrostok összehúzódását okozza.
  • A peroxidázokoxidáló enzimek és katalázok, azaz redukáló enzimek
  • Az acetilkolinészterázegy enzim, amely lebontja az acetilkolint, az idegrendszer egyik transzmitterét
  • A monoamin-oxidáza májban legnagyobb mennyiségben előforduló enzim, felelős az adrenalin, noradrenalin és egyes gyógyszerek lebontásáért
  • Citochomikus oxidáz , egy nagyon fontos intracelluláris enzim, amely az energiaátalakításokért felelős
  • Lizozim , pl. a könnyben vagy a nyálban előforduló anyag, amely védőfunkciókat tölt be, elpusztítja a kórokozókat
  • Alkohol-dehidrogenáz , az etanol lebontásáért felelős enzim a májban
  • Alkáli foszfatáz , részt vesz az oszteoblasztok csontépítésében

Enzimek: elnevezés

Az enzimek nevei gyakran meglehetősen bonyolultak, mivel az általuk végrehajtott reakció nevéből és a reakcióban részt vevő szubsztrátumból származnak, például 5-hidroxi-triptofán-dekarboxiláz.

Általában a reakció általános nevéhez a "-aza" utótag kerül hozzáadásra, és az enzim nevének második része alkotja a reakción átmenő vegyület nevét.

Néha a név egyszeres, egy szubsztrátumból származik, pl. a laktáz (a laktózt lebontó enzim).

Ritkábban előfordul, hogy az enzimek nevei egy általános folyamatból származnak, amely a részvételükkel megy végbe, például a DNS-giráz, a DNS-szálak elforgatásáért felelős enzim.

Egyes enzimeknek végre általános elnevezése van, vagy a felfedezőiktől kapott elnevezéseket, mint például a pepszin (amely lebontja a fehérjéket az emésztőrendszerben) vagy a lizozim (egy, az emésztőrendszerben található baktériumölő enzim).könnyek).

A restrikciós enzimek egy kis csoportja is felelős a DNS-szálak elvágásáért, ebben az esetben a név arról a mikroorganizmusról származik, amelyből az enzimet izolálták.

A Biokémia és Molekuláris Biológia Nemzetközi Szövetsége bevezette az enzimek elnevezésének szabályait, és a nómenklatúra szabványosítása érdekében több osztályra osztotta őket.

Nem váltotta fel a korábban leírt elnevezéseket, inkább csak a tudósok által használt kiegészítés.

Az Európai Unió szabályai szerint minden enzimet egy karaktersorozat ír le: EC x.xx.xx.xx - ahol az első számjegy az osztályt, az azt követő alosztályokat és alosztályokat jelöli, végül az enzimszám. Ezek az enzimosztályok a következők:

• 1 - oxidoreduktázok: oxidációs és redukciós reakciókat katalizálnak
• 2 - transzferázok: funkciós csoportokat (pl. foszfátot) adnak át
• 3 - hidrolázok: a hidrolízisnek (bomlásnak) felelnek meg kötések
• 4 - liázok: a kötéseket más mechanizmusban vágják el, mint a hidrolízis
• 5 - izomerázok: felelősek a molekulák térbeli változásaiért
• 6 - liázok: összekapcsolják a molekulákat kovalens kötésekkel

Enzimek és gyógyszerek

Az enzimek jelentősége az emberi egészség szempontjából óriási. Megfelelő működtetésük egészséges életet tesz lehetővé, az analitikai eszközök fejlesztésének köszönhetően pedig megtanultuk a különböző betegségeket enzimmeghatározással diagnosztizálni. Ráadásul egyes enzimek hiányosságait és az ebből adódó betegségeket is sikeresen tudjuk kezelni, sajnos ez ügyben még bőven van mit tenni

Az anyagcsere-betegségek okainak kezelése még nem lehetséges, mert nem tudjuk biztonságosan és hatékonyan módosítani a genetikai anyagot, hogy helyreállítsuk a sérült géneket, és ezáltal a helytelenül termelődött enzimeket

Az enzimek működésképtelensége által okozott betegségek

Szervezetünk megfelelő működése nagyban függ az enzimek megfelelő működésétől. Sok esetben a kóros állapotok befolyásolják az enzimek mennyiségét, aminek következtében azok túlzottan felszabadulnak a sejtekből, vagy éppen ellenkezőleg, hiányosak. Az alábbiakban csak példákat mutatunk be a kóros enzimfunkciók által okozott betegségekre, ezen betegségek közül sokkal több van.

  • Anyagcsere-blokkok vagy anyagcsere-betegségek

Az anyagcsere-blokkok vagy anyagcsere-betegségek olyan örökletes betegségek csoportját jelentik, amelyeket az anyagcseréjükért felelős enzim hiánya miatt a sejtben felhalmozódó anyagok okoznak. Az idő múlásával felhalmozódott szubsztrátok annyira felhalmozódnak, hogy mérgezővé válnak a sejtekre és az egész szervezetre.

Több ezer betegség létezik, számuk a sokféleséget tükröziaz emberi szervezetben található enzimek, mivel a legtöbb enzimet kódoló gént befolyásolhatják az anyagcsere-betegségek.

Példa erre a galaktosémia vagy homocisztinuria, amelyek ritka betegségek, amelyek leggyakrabban közvetlenül a születés után vagy az élet első éveiben jelentkeznek.

  • Nowotwory

A betegségek másik csoportja, amely az enzimek hibás működésével járhat, a rák. Számos egyéb funkció mellett az enzimek felelősek a sejtosztódás szabályozásáért is, az úgynevezett tirozin-kinázokért. Ha ezek az enzimek nem működnek ezen a területen, akkor ellenőrizetlen sejtosztódás következhet be, és így rákos folyamat léphet fel.

  • Emfizéma

Ritkábban előforduló betegség az emfizéma, amely esetben az elasztáz túlműködik. A tüdőszövetben jelen lévő enzim, amely többek között a tüdőben lévő elasztin fehérje lebontásáért felelős.

Ha túl aktív, megbomlik az egyensúly a rombolás és az építés között, hegesedés és tüdőtágulás alakul ki.

Enzimek: diagnosztikai felhasználás

A modern orvosi diagnosztika az enzimek meghatározásán alapul. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a kóros állapotok közvetlenül vagy közvetve az enzimek egyensúlyának felbomlásához vezetnek, ami növeli vagy csökkenti mennyiségüket a vérben.

Ez nem csak a termelési zavarokból eredhet, hanem például abból is, hogy a sejtmembrán károsodása következtében nagy mennyiségű intracelluláris enzim kerül a vérbe vagy a vizeletbe.

Példák a laboratóriumi kutatásokban használt enzimekre:

  • Kreatin kináz - az izmokban, a szívizomban is jelenlévő enzim, többszörös emelkedése szívinfarktust, szívizomgyulladást, izombetegségeket - sérüléseket, disztrófiát jelezhet
  • Laktát-dehidrogenáz – a test minden sejtjében jelen van, különösen az agyban, a tüdőben, a fehérvérsejtekben és az izmokban. Jelentős növekedése szívinfarktus, izom- és májbetegségek vagy rák esetén figyelhető meg.
  • Az alkalikus foszfatáz a legnagyobb mennyiségben a májban és a csontokban található, itt oszteoblasztok bocsátják ki. E szervek betegségei okozhatják növekedését, de az alkalikus foszfatáz túlzott mennyisége a csontregenerációs folyamatot is jelezheti - műtét vagy törés után
  • A savas foszfatáz számos szervben - májban, vesében, csontokban, prosztatában - előfordul, diagnosztikai szempontból növekedése csont- és prosztatabetegségekre utalhat
  • Aminotranszferázaszparagin és alanin aminotranszferáz - ezek a májra jellemző enzimek, szinte kizárólag a májsejtekben fordulnak elő, a májbetegségek alapvető szűrődiagnosztikájában használatosak, többszörös emelkedésük mindig ösztönzi a májbetegségek további diagnosztizálását
  • Glutamát-dehidrogenáz és gammaglutamiltranszferáz - a fent említettekhez hasonlóan más májenzimek is fontosak e szerv és epeutak betegségeinek diagnosztizálásában
  • Az amiláz számos szervben jelenlévő enzim, de a legnagyobb koncentrációt a hasnyálmirigy és a nyálmirigy sejtjei érik el, diagnózisa ezek betegségeiben a legnagyobb jelentőségű
  • A lipáz egy másik hasnyálmirigy-enzim, specifitásában különbözik az amiláztól, ami azt jelenti, hogy a lipáz csak a hasnyálmirigyben van jelen, és ennek az enzimnek a meghatározásában a normától való eltérések hasnyálmirigy-betegségre utalnak
  • A kolinészteráz az acetilkolint lebontó enzim - transzmitter az idegrendszerben, ahol szintén a legnagyobb mennyiségben van jelen, a diagnosztikában szerves foszforvegyületekkel történő mérgezéseknél alkalmazzák.
  • Alvadási és fibrinolízis faktorok - ezek a máj által termelt anyagok, amelyek részt vesznek a véralvadásban, meghatározásuk nem csak ennek a folyamatnak a megítélésében, hanem a májműködés monitorozásában is fontos
  • Alfa-fetoprotein - májenzim, amelynek mennyisége növekszik e szerv betegségeiben, beleértve a rákot is.
  • C-reaktív fehérje - a máj termeli, részt vesz az immunválaszban, mennyisége megnő a vérben gyulladásos állapotokban - fertőzések, sérülések, autoimmun betegségek
  • Ceruloplasmin – egy másik májenzim, amelynek növekedése a Wilson-kórra jellemző
  • A piridinolin és a dezoxipiridinolin a csontfelszívódás (pusztulás) markerei, az oszteoklasztok (oszteogén sejtek) működését jellemzik
  • Mioglobin - mint korábban említettük, az izmokra jellemző vegyület, így növekedése a váz- vagy szívizmok károsodására utal.
  • Troponinok - úgynevezett szívinfarktus markerek, ezek az izomrostok összehúzódását szabályozó enzimek, különösen nagy mennyiségben vannak a szívizomban. Károsodása következtében nagy mennyiségű troponin kerül a vérbe, amelyet a szívbetegségek diagnosztizálására használnak. Érdemes azonban emlékezni arra, hogy a troponinszint emelkedése nemcsak szívinfarktusra utalhat, hanem annak elégtelenségére, billentyűhibákra vagy tüdőembóliára is.

Az összes fent felsorolt ​​enzim több csoportba is besorolható:

  • szekréciós enzimek- a norma alsó határa diagnosztikus. Ezek olyan enzimek, amelyeket a szervek fiziológiásan termelnek, de betegségek esetén számuk csökken, pl. véralvadási faktorok
  • indikátor enzimek- a növekedés fontos. Ez az enzimcsoport nagy számban jelenik meg szervkárosodás és enzimszivárgás miatt, például troponinok
  • kiválasztó enzimek- ezek olyan enzimek, amelyek normálisan termelődnek a különböző szervek - a száj, a belek és a húgyutak - lumenében. Ha a kivezető nyílás elzáródott, bejutnak a vérbe, például amiláz

Érdemes megjegyezni, hogy az enzimeket magában az orvosi diagnosztikában is használják. A biokémiai elemzéseket enzimek felhasználásával végezzük, és az enzimreakciók eredményeinek megfelelő értelmezése lehetővé teszi a laboratóriumi vizsgálat eredményének meghatározását

Enzimek és kezelés

Sok gyógyszer úgy hat, hogy befolyásolja az enzimek működését, vagy azáltal, hogy hatást vált ki, vagy éppen ellenkezőleg, gátló hatású. Vannak olyan enzimpótló anyagok, mint a pankreatint tartalmazó lipáz és amiláz, amelyeket hasnyálmirigy-elégtelenség esetén használnak.

Másrészt bizonyos gyógyszercsoportok gátolják az enzimek működését, például az angiotenzin konvertáló enzim gátlók, amelyeket többek között magas vérnyomás és szívelégtelenség esetén alkalmaznak, vagy egyes antibiotikumok, például az amoxicillin, amely gátolja a bakteriális transzpeptidáz enzimet, amely megakadályozza a baktérium sejtfal felépítését, és ennek eredményeként a fertőzés gátlása

Egyes mérgek az enzimekre is hatással vannak. A cianid a citokróm-oxidáz erős inhibitora, amely a légzőlánc lényeges összetevője. Blokkolása megakadályozza, hogy a sejt energiához jusson, ami a halálához vezet.

A sejtek életfolyamatainak megfelelő lebonyolításához számos kémiai anyag jelenléte szükséges, amelyek egymás között szigorú arányban maradnak, és amelyek között folyamatosan kémiai reakciók mennek végbe.

Ezt a feladatot a megfelelően működő enzimek látják el, amelyek szükségesek ahhoz, hogy szinte minden kémiai reakció az emberi szervezet megfelelő működéséhez szükséges sebességgel és hatékonysággal lejátszódjon

Az enzimek hatása sokszorosára, sokszor akár százszorosára is felgyorsítja ezeket a folyamatokat, ami fontos, hogy maguk az enzimek nem kopnak el a lezajló reakciók során

A katalizátorok hiánya vagy nem megfelelő működése számos betegség kialakulásához vezethet. Másrészt tevékenységük ügyes módosítása lehetővé teszi számos betegség sikeres gyógyulását.

Az enzimológia (az enzimek tudománya) rendkívül kiterjedt, afejlesztése nemcsak a tudományos fejlődést hozhatja, hanem aktívan hozzájárulhat az orvostudomány fejlődéséhez is nemcsak a kezelés, hanem a diagnosztika terén is.

A szerzőrőlÍj. Maciej GrymuzaAz Orvostudományi Egyetem Orvostudományi Karán végzett K. Marcinkowski Poznańban. Túl jó eredménnyel végzett az egyetemen. Jelenleg kardiológiai szakorvos, doktorandusz. Különösen érdekli az invazív kardiológia és a beültethető eszközök (stimulátorok).

Segítsen a webhely fejlesztésében, megosztva a cikket a barátokkal!

Kategória:

Kutatás