Enzimă - Lexicon de chimie

Metaloenzime conțin ioni metalici ca constituenți (de exemplu oxidoreductaze Fe 2+ și Fe 3+, oxidaze Cu 2+, dehidrogenaze Zn 2+, nitrogenază Mo 2+ și α-amilază Ca 2+) sau sunt cauzate de influența cooperativă a metalului Ioni optimizați în ceea ce privește eficiența lor (de exemplu, Zn 2+ în acilaze și Mg 2+ în hexokinază și carboxilază).

Aminoacizii implicați în formarea centrului activ al E. sunt adesea foarte distanți în structura primară, dar vin în imediata apropiere datorită plierii spațiale a lanțului polipeptidic. Adesea centrul activ al E. aparținând aceluiași grup prezintă o corespondență izbitoare. Deci, conține z. B. serina proteaza animală tripsina, chimotripsina, elastaza, trombina și plasmina au un rest de serină reactivă în centrul activ, care este înconjurat de resturi de acid aspartic și histidină. Pentru astfel de E. înrudite se presupune o evoluție pornind de la o enzimă primară comună.

Formarea E. are loc în general conform principiilor biosintezei proteinelor. E. care se formează constant în celulă se numesc constitutiv E. numit, E. produs numai în anumite condiții de creștere sau atunci când este necesar sunt numite adaptativ E. În acesta din urmă se face diferența între inductibil E., care apar în cantități mai mari și cu activitate crescută sub influența unui inductor, substratul enzimei în cauză sau molecule străine, de ex. B. produse farmaceutice sau pesticide, act și reprimabil E., a cărei sinteză poate fi blocată de anumite substanțe, în special de produsele finale ale unui lanț biosintetic.

Mecanism de acțiune. În toate reacțiile enzimatice, interacțiunea intermoleculară specifică dintre enzima (E) și substratul (S) formează inițial un complex enzimă-substrat (ES), care este rearanjat într-un complex activat prin schimbarea conformației componentei proteice și apoi în complexul enzimă-produs (EP) trece. Produsul este eliberat din complexul EP prin disociere și enzima este regresată. Etapele parțiale ale reacției pot fi formulate după cum urmează:

E + S

ACEASTA

EP

P + E.

Săgețile de echilibru indică faptul că toate etapele de reacție sunt reversibile. Reacțiile inverse sunt deosebit de importante atunci când conversia lor de energie liberă este doar scăzută, de ex. B. cu transesterificări sau transaminări. Prin schimbarea concentrațiilor de echilibru, echilibrul poate fi deplasat pe ambele părți. O schimbare de echilibru are loc de ex. B. are loc, de asemenea, atunci când produsul de reacție este implementat mai repede într-o reacție ulterioară decât apare în prima. În E., care sunt eficiente numai în combinație cu o coenzimă (C), aceasta preia adesea o parte a moleculei (x) despărțită de substrat (S 1 x), de ex. B. atomii de hidrogen din oxidoreductaze, sunt apoi în sine ca o coenzimă (Cx), z. B. CH2, preluat de o enzimă (E 2), care apoi x, z. B. 2 H, se transferă pe un al doilea substrat:

E 1 + S 1 H2 + C

[E 1 CÂ · S 1 H2]

E1 + S1 + CH2;

CH2 + E 2 + S 2

[E 2 Â · S 2 Â · CH2]

E 2 + C + S 2 H2.

Viteza reacției catalizate enzimatic depinde în special de o concentrație mare de substrat în zona centrului activ, de o orientare orbitală optimă a moleculelor care reacționează și de schimbarea rapidă a conformației componentului proteic și de viteza de descompunere a complexului EP. Cu o cantitate dată de enzimă, viteza de reacție crește odată cu creșterea concentrației de substrat. Potrivit lui Michaelis și Menten, următoarele se aplică reacției enzimatice cu un substrat

in care v0 este viteza inițială, Vmax este viteza maximă, [S] este concentrația substratului și KM Constanta Michaelis-Menten Rău. KM este concentrația substratului la care se atinge jumătate din viteza maximă de reacție. Înălţime KValorile M indică faptul că E. au doar o afinitate scăzută pentru substrat. În diagrama substrat-viteză, E. caracterizată prin ecuația Michaelis-Menten prezintă o curbă hiperbolică a caracteristicii enzimei. E. alosterică prezintă un curs sigmoid (în formă de S) al caracteristicii. Aici legarea efectoare duce la o schimbare foarte rapidă a structurii tridimensionale a proteinelor, modificările conformaționale emanând de la o subunitate putând fi transferate la alte subunități ale moleculei enzimei.

Enzime. Fig.: Reprezentare simplificată a clivajului unei legături peptidice prin chimotripsină. R1 și R2 reprezintă lanțuri laterale ale aminoacizilor 1 și 2.

Unități enzimatice. Pentru a determina Activitatea enzimatică În reacția catalizată de o anumită cantitate de enzimă, scăderea substratului în timp sau creșterea substratului sau creșterea produsului de reacție este de obicei determinată spectroscopic.

Conform specificațiilor Comisiei internaționale pentru enzime a IUPAC, a Unitatea enzimatică (1 U) cantitatea de E. care, în condiții standard, catalizează conversia substratului de 1 μmol pe minut. Unitatea catalitică katal, simbol kat, a fost introdusă ca o nouă unitate internațională în 1972. 1 kat este cantitatea de activitate enzimatică care transformă 1 mol de substrat pe secundă. Microcatal (μkat), nanokatal (nkat) și picokatal (pkat) au fost aprobate ca subunități. Pentru conversia dintre unități se aplică următoarele: 1 kat = 6 · 10 7 U sau 1 U = 16,67 nkat.

De A Se numește molecula enzimatică sau numărul de molecule de substrat convertite pe minut de un centru activ activitate moleculară (mai devreme Schimbați numărul) desemnat. Cu o cifră de afaceri de 36 de milioane de molecule de substrat pe minut, E. anhidrază carbonică C prezintă o activitate deosebit de ridicată.

Extracţie. E. se poate obține din depozite animale, vegetale sau microbiene. Pentru izolarea de țesut animal, mai ales numai anumite organe, de ex. B. pancreasul sau rinichii au crescut. După omogenizarea materialului, E. sunt extrase direct cu soluții tampon adecvate sau mai întâi la temperaturi scăzute cu un solvent organic, de ex. B. acetonă, prelucrată într-o pulbere uscată. Legume de ex. B. papaina se izolează din sucurile presate care se obțin din materialul vegetal zdrobit mecanic. Concentrația și purificarea fină a E. are loc prin precipitații și procese de adsorbție, precum și prin ultrafiltrare.

Fermentarea cu microorganisme și mutanți este de o importanță capitală pentru producția tehnică a E. Producția are loc discontinuu în fermentatoare cu o capacitate de până la 100.000 litri; timpul de fermentare este de 50 până la 150 de ore. Izolarea este simplă dacă E. sunt excretate extracelular în filtratul de cultură, de ex. B. cu proteazele bacteriene și amilazele produse pe o scară de 500 t/a. Majoritatea E. sunt formate intracelular, astfel încât peretele celular cel mai stabil al microorganismelor trebuie mai întâi distrus mecanic, de ex. B. în omogenizatorul de înaltă presiune sau în morile cu bile de agitator.

Înțeles și utilizare. Avantajele catalizei enzimatice, care permit reacții fără produse secundare cu randamente ridicate în condiții ușoare, sunt din ce în ce mai utilizate în practică. Domeniile tehnice de aplicare sunt în primul rând industria detergenților, alimentelor, băuturilor și a produselor farmaceutice (Tab. 2). Un progres semnificativ în tehnologia enzimatică a fost realizat prin imobilizarea E. (enzime imobilizate).

Enzime. Tab. 2: Utilizarea tehnică a enzimelor (selecție).