Enzym-biochemie - wat enzymen zijn en hoe ze werken

Een enzym wordt gedefinieerd als een macromolecuul dat een biochemische reactie katalyseert. In dit type chemische reactie worden de startmoleculen substraten genoemd. Het enzym reageert op een substraat en zet het om in een nieuw product. De meeste enzymen worden genoemd door de naam van het substraat te combineren met het achtervoegsel -ase (bijvoorbeeld protease, urease). Bijna alle metabole reacties in het lichaam zijn afhankelijk van enzymen om de reacties snel genoeg te laten verlopen om nuttig te zijn.

Chemicaliën genoemd activators kan de enzymactiviteit verbeteren, terwijl remmers verlaag de enzymactiviteit. De studie van enzymen wordt genoemd enzymologie.

Er zijn zes brede categorieën die worden gebruikt om enzymen te classificeren:

1. Oxidoreductasen - betrokken bij elektronenoverdracht
2. Hydrolasen - splitsen het substraat door hydrolyse (opname van een watermolecuul)
3. Isomerasen - breng een groep in een molecuul over om een ​​isomeer te vormen
4. Ligasen (of synthetasen) - koppel de afbraak van een pyrofosfaatbinding in een nucleotide aan de vorming van nieuwe chemische bindingen
5. Oxidoreductasen - werken bij elektronenoverdracht
6. Transferasen - breng een chemische groep over van het ene molecuul naar het andere

Hoe enzymen werken

Enzymen werken door de activeringsenergie te verlagen die nodig is om een ​​chemische reactie te laten plaatsvinden. Net als andere katalysatoren veranderen enzymen het evenwicht van een reactie, maar ze worden niet geconsumeerd in het proces. Hoewel de meeste katalysatoren op een aantal verschillende soorten reacties kunnen reageren, is een belangrijk kenmerk van een enzym dat het specifiek is. Met andere woorden, een enzym dat de ene reactie katalyseert, heeft geen effect op een andere reactie.

De meeste enzymen zijn bolvormige eiwitten die veel groter zijn dan het substraat waarmee ze interageren. Ze variëren in grootte van 62 aminozuren tot meer dan 2500 aminozuurresiduen, maar slechts een deel van hun structuur is betrokken bij katalyse. Het enzym heeft een zogenaamde actieve site, die een of meer bindingsplaatsen bevat die het substraat in de juiste configuratie oriënteren, en ook een katalytische plaats, dat is het deel van het molecuul dat activeringsenergie verlaagt. De rest van de structuur van een enzym werkt primair om de actieve plaats op de beste manier aan het substraat te presenteren. Er kan ook zijn allosterische site, waar een activator of remmer kan binden om een ​​conformatieverandering te veroorzaken die de enzymactiviteit beïnvloedt.

Sommige enzymen vereisen een extra chemische stof, genaamd a cofactor, voor katalyse. De cofactor kan een metaalion of een organisch molecuul zijn, zoals een vitamine. Cofactoren kunnen los of strak aan enzymen binden. Strakke co-factoren worden genoemd prothetische groepen.

Twee verklaringen voor de interactie van enzymen met substraten zijn de "slot en sleutel" model, voorgesteld door Emil Fischer in 1894, en de geïnduceerd fit model, dat is een aanpassing van het slot- en sleutelmodel dat werd voorgesteld door Daniel Koshland in 1958. In het slot- en sleutelmodel hebben het enzym en het substraat driedimensionale vormen die op elkaar passen. Het geïnduceerde fitmodel stelt voor dat enzymmoleculen van vorm kunnen veranderen, afhankelijk van de interactie met het substraat. In dit model veranderen het enzym en soms het substraat van vorm terwijl ze op elkaar inwerken totdat de actieve plaats volledig is gebonden.

Voorbeelden van enzymen

Van meer dan 5.000 biochemische reacties is bekend dat ze worden gekatalyseerd door enzymen. De moleculen worden ook gebruikt in industrie- en huishoudelijke producten. Enzymen worden gebruikt om bier te brouwen en om wijn en kaas te maken. Enzymtekorten worden geassocieerd met sommige ziekten, zoals fenylketonurie en albinisme. Hier zijn een paar voorbeelden van veel voorkomende enzymen:

• Amylase in speeksel katalyseert de eerste vertering van koolhydraten in voedsel.
• Papaïne is een veel voorkomend enzym dat voorkomt in vleesvermalser, waar het de bindingen verbreekt die eiwitmoleculen bij elkaar houden.
• Enzymen worden gevonden in wasmiddelen en vlekkenverwijderaars om eiwitvlekken te breken en oliën op stoffen op te lossen.
• DNA-polymerase katalyseert een reactie wanneer DNA wordt gekopieerd en controleert vervolgens of de juiste basen worden gebruikt.

Are All Enzymes Proteins?

Bijna alle bekende enzymen zijn eiwitten. Eens werd aangenomen dat alle enzymen eiwitten waren, maar bepaalde nucleïnezuren, katalytische RNA's of ribozymen genaamd, zijn ontdekt die katalytische eigenschappen hebben. Meestal bestuderen studenten enzymen, ze bestuderen echt op eiwitten gebaseerde enzymen, omdat er heel weinig bekend is over hoe RNA kan werken als een katalysator.