Apa pengertian enzim dalam kimia. Enzim. Organisasi struktural dan fungsional enzim

Halaman 16 dari 29

Pentingnya enzim

Pertukaran asam nukleat yang konstan merupakan bagian terbesar dari materi genetik sel. Selama pertukaran asam nukleat, bersamaan dengan sintesis, pembusukan juga terjadi. Proses ini dikatalisis oleh sekelompok besar enzim, yang secara kolektif disebut nuklease. Rantai asam nukleat dibentuk oleh asam fosfat dan hidrokarbon; basa nitrogen berfungsi sebagai gugus samping. Oleh karena itu, penghancuran asam nukleat adalah pemutusan ikatan antara asam fosfat dan residu karbohidrat. Semua nuklease dapat dibagi menjadi dua kelompok: eksonuklease dan endonuklease. Eksonuklease bekerja dari salah satu ujung rantai polinukleotida dan pada setiap tahap memotong satu nukleotida, secara bertahap memperpendek rantai tersebut. Sebaliknya, endonuklease memutus ikatan dalam molekul asam nukleat di banyak tempat sekaligus dan oleh karena itu menyebabkan degradasi molekul secara cepat. Seluruh kompleks enzim metabolisme asam nukleat melakukan tugas biologis yang penting: menjaga integritas materi genetik sel dan memperbaiki (mengoreksi) kerusakan struktur DNA yang mungkin terjadi akibat paparan radioaktif atau ultraviolet dan efek berbahaya lainnya.

Berdasarkan reversibilitas efeknya, ada dua jenis penghambatan utama. Pengereman mundur mungkin ditekan. Inhibitor berikatan secara non-kovalen baik pada sisi aktif enzim atau di luarnya. Efek penghambatan dapat dihilangkan, misalnya dengan meningkatkan pasokan substrat atau dengan dialisis.

Inhibitor kompetitif bersaing dengan molekul substrat untuk mendapatkan situs aktif suatu enzim. Oleh karena itu, inhibitor seringkali memiliki struktur yang mirip dengan molekul substrat; ia berikatan dengan enzim, tetapi tidak dapat mengalami reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Peningkatan konsentrasi substrat akan menggeser inhibitor dari situs aktif dan dengan demikian menekan efeknya.

Diketahui bahwa semua manifestasi kehidupan berhubungan dengan pengeluaran energi. Energi ini dilepaskan selama transformasi kimiawi di dalam sel zat-zat yang masuk ke tubuh kita dalam bentuk makanan. Tugas pencernaan adalah mengubah zat makanan utama: protein, karbohidrat dan lemak menjadi produk yang dapat langsung digunakan dalam metabolisme intraseluler. Makanan memulai perjalanannya di dalam tubuh ketika memasuki mulut, dan pada tahap ini makanan sudah bertemu dengan enzim. Air liur mengandung enzim amilase, yang mengkatalisis penguraian pati dan mengubahnya menjadi gula. Makanan yang dikunyah yang dibasahi dengan air liur ditelan dan masuk ke lambung melalui kerongkongan. Selaput lendir lambung menghasilkan cairan lambung. DI DALAM jus lambung Ada asam hidroklorik, memberikan isi lambung lingkungan yang asam. Jus lambung juga mengandung enzim proteolitik (pemecah protein) - pepsin. Ini bekerja paling baik di lingkungan asam. Pepsin tidak sepenuhnya memecah protein, ia hanya “memecah” molekul protein besar menjadi bagian-bagian yang dapat digunakan untuk beraksi enzim pencernaan usus. Dari lambung, bubur makanan masuk usus duabelas jari, tempat cairan dari dua kelenjar terbesar dituangkan ke atasnya tubuh manusia: hati dan pankreas. Jus pankreas mengandung sejumlah besar enzim yang bekerja pada semua nutrisi penting.

Pengaruh enzim pada tubuh manusia

Inhibitor nonkompetitif berikatan di luar tempat pengikatan substrat. Melalui pengikatannya, ia mengubah konformasi enzim sedemikian rupa sehingga juga mempengaruhi konformasi situs aktif, mencegah pengikatan substrat. Meningkatkan konsentrasi substrat tidak menekan penghambatan. Satu-satunya cara untuk menghilangkan penghambatan adalah dengan menghilangkan penghambat tersebut.

Skema struktur enzim alosterik

Karena tidak ada kompleks enzim-inhibitor yang aktif secara katalitik, jumlah enzim berkurang. Dalam jenis penghambatan ini, inhibitor hanya berikatan dengan kompleks enzim-substrat, sehingga menciptakan kompleks enzim-substrat penghambat terner.

Enzim: trypsin dan chymotrypsin (pencerna protein) memecah rantai peptida di tempat yang berbeda. Serangan gabungan enzim proteolitik dari cairan lambung dan pankreas menyebabkan pemecahan protein menjadi peptida kecil yang mengandung Bukan sejumlah besar residu asam amino. Jus pankreas mengandung amilase yang sangat aktif; hampir sepenuhnya menyelesaikan pemecahan pati yang dimulai oleh air liur. Akibatnya, pati diubah menjadi gula malt - maltosa - disakarida yang terdiri dari dua residu glukosa. Komponen utama ketiga makanan, lemak, juga dipecah di bawah pengaruh jus pankreas. Untuk tujuan ini, mengandung enzim khusus - lipase. Bentuk lemak yang paling sederhana dan paling umum adalah trigliserida. Di bawah aksi lipase, molekul trigliserida mengikat tiga molekul air dan terurai menjadi gliserol dan asam lemak penyusunnya. Tetapi pekerjaan terakhir di bidang pencernaan dilakukan oleh jus usus yang diproduksi oleh sel-sel selaput lendir usus kecil. Ini mengandung banyak enzim yang menyelesaikan proses dekomposisi akhir nutrisi. Fragmen molekul protein terurai menjadi asam amino individu; maltosa, terbentuk dari pati, dan lain-lain karbohidrat kompleks diubah menjadi karbohidrat sederhana - monosakarida - seperti glukosa. Ini mengakhiri proses pencernaan.

Penghambatan ireversibel melibatkan modifikasi kovalen dari molekul enzim. Inhibitor berikatan secara kovalen baik pada atau di luar sisi aktif enzim, sehingga penghambatan tidak dapat ditekan. Contohnya adalah logam berat atau organofosfat.

Regulasi alosterik aktivitas enzimatik

Fenomena lainnya adalah terhambatnya kelebihan substrat. Ketika konsentrasi substrat terlalu tinggi, molekul individu bersaing satu sama lain untuk mendapatkan situs aktif. Banyak enzim metabolisme yang "membatasi laju" bersifat alosterik. Regulasi alosterik aktivitas mereka adalah salah satu yang paling banyak cara-cara penting pengaturan jalur metabolisme.

Salah satu reaksi perlindungan, pembekuan darah, terjadi dengan partisipasi enzim. Bagaimana pembekuan darah terjadi? Darah, seperti yang Anda tahu, terdiri dari bagian cair - plasma dan apa yang disebut elemen rangka yang mengapung di dalamnya. Ini adalah sel darah: eritrosit (merah sel darah) dan trombosit (trombosit darah). Plasma adalah solusi kompleks dari banyak zat, termasuk berbagai macam protein. Dari protein plasma, ada satu yang menarik perhatian kita saat ini – fibrinogen. Saat darah mengalir melalui pembuluh darah, tidak terjadi apa-apa pada fibrinogen. Tetapi begitu pembuluh darah tersebut terluka parah sehingga darah mengalir keluar, fibrinogen dengan cepat berubah menjadi protein lain - fibrin. Fibrin, tidak seperti fibrinogen, tidak larut dalam plasma. Dalam bentuk benang tipis yang dijalin menjadi jaring tebal, ia mengendap. Sel darah tersangkut di jaring ini, dan gumpalan padat terbentuk - trombus, yang mencegah pendarahan lebih lanjut. Konversi fibrinogen menjadi fibrin merupakan proses enzimatik yang dikatalisis oleh enzim trombin. Trombin adalah enzim proteolitik yang mirip dengan trypsin dan chymotrypsin. Tapi enzim ini sangat spesifik. Ia hanya bekerja pada fibrinogen, memisahkan dua polipeptida yang relatif kecil dari molekulnya. Sisa molekul fibrinogen disusun ulang dan diubah menjadi fibrin yang tidak larut.

Permukaan enzim alosterik, selain situs aktif, juga mengandung situs lain yang disebut alosterik, yang melaluinya modulator dapat bekerja padanya. Ketika modulator alosterik berikatan dengan situs ini, hal itu menyebabkan perubahan konformasi pada molekul enzim, yang mengakibatkan perubahan afinitas terhadap substrat atau ligan lain. Kebanyakan enzim alosterik adalah oligomer. Pengikatan modulator ke satu subunit juga mempengaruhi subunit lainnya. Kami mengenali dua jenis regulasi alosterik.

Enzim alosterik menunjukkan kinetika sigmoidal

Sebagai contoh, kita mengambil reaksi yang dipaparkan pada aktivator alosterik homotropik. Pada konsentrasi substrat yang rendah, reaksi berlangsung sangat lambat karena hanya sebagian kecil molekul enzim yang ditempati oleh substrat. Pergantian terjadi ketika enzim mulai memiliki setidaknya satu subunit yang terkait dengan molekul substrat. Ini juga meningkatkan afinitas subunit lain terhadap molekul substrat. Seperti dapat dilihat pada gambar di atas, laju reaksi meningkat drastis pada konsentrasi substrat ini.

Enzim juga memegang peranan penting dalam segala aspek kehidupan. Keberhasilan studi enzim telah memberikan kontribusi yang signifikan terhadap perkembangan semua bidang praktik manusia.

Enzim ditemukan aplikasi yang luas dalam kedokteran. Pertama-tama, ini adalah studi tentang penyakit semacam itu, yang penyebabnya terletak pada kekurangan enzim tertentu. Berikutnya adalah penggunaan penentuan aktivitas enzim dalam cairan dan jaringan biologis untuk diagnostik berbagai penyakit. Dan yang terakhir adalah penggunaan enzim sebagai obat. Kelainan yang ditentukan secara genetik. Dari waktu ke waktu, dalam rantai DNA yang panjangnya tak terhingga, tempat semua instruksi sintesis protein ditulis, tiba-tiba muncul substitusi acak: alih-alih satu nukleotida, nukleotida lain menjadi nukleotida lain. Substitusi seperti ini disebut mutasi. Seringkali, penyebab spesifik mutasi tidak diketahui. Dan akibatnya seringkali berakibat fatal. Mari kita beri contoh. Orang berbeda satu sama lain dalam warna kulit, rambut, dan mata. Alasannya adalah pigmen yang berbeda, melanin, yang disintesis dari asam amino tertentu di bawah pengaruh enzim tertentu. Jika pembentukan pigmen ini tidak terjadi karena tidak adanya salah satu enzim yang terlibat dalam reaksi, terjadi albinisme - tidak adanya warna. Orang albino memiliki rambut yang sangat putih dan mata yang cerah. Kesehatan albino tidak kalah dengan orang dengan warna kulit normal. Penyakit yang jauh lebih serius, yang sering menyebabkan kematian bayi baru lahir, adalah intoleransi karbohidrat sederhana– monosakarida (galaktosa dan fruktosa). Di sini kita berbicara tentang ketidakmungkinan metabolisme normal dalam sel karena kurangnya enzim yang diperlukan. Penyakit bawaan yang berhubungan dengan kekurangan enzim yang mengkatalisis penguraian glikogen telah dipelajari dengan cukup rinci. Akibat terganggunya proses ini, glikogen mulai menumpuk di jaringan dalam jumlah berlebih dan mengganggu proses metabolisme normal. Penyakit seperti ini disebut glikogenosis. Penyakit yang berhubungan dengan kekurangan vitamin disebut kekurangan vitamin. Tapi pada dasarnya mereka adalah fermentosis. Penyakit “ambil-ambil” telah lama dikenal dan pernah tersebar luas (sekarang disebut polineuritis - peradangan saraf multipel; di beberapa negara terbelakang penyakit ini masih umum terjadi). Penyebabnya adalah kurangnya vitamin B1 dalam makanan. Vitamin ini - tiamin - dalam kombinasi dengan asam fosfat adalah bagian non-protein dari enzim dekarboksilase. Dekarboksilase menghancurkan gugus karboksil (COOH) dari beberapa asam organik, menghilangkan karbon dioksida (CO2) darinya. Dengan tidak adanya vitamin B1, dekarboksilase tidak dapat dibentuk, reaksi berhenti dan gangguan khas polineuritis terjadi pada jaringan saraf: kelumpuhan anggota badan, nyeri otot, kelemahan, kontraktur. Penyakit serius - pellagra - dikaitkan dengan kekurangan vitamin PP - asam nikotinat - dalam makanan. Sebutkan satu vitamin lagi. Ini disebut vitamin B2, dan sifat kimianya adalah struktur siklik yang agak rumit - riboflavin. Kekurangan vitamin B2 dikaitkan dengan kekalahan berat kulit wajah dan mata. Penyebabnya adalah kekurangan enzim.

Penggunaan enzim dalam diagnostik

Semakin banyak subunit yang dimiliki suatu molekul enzim, semakin dramatis efek peningkatan konsentrasi substrat. Enzim ini bekerja dengan dasar semua atau tidak sama sekali. Karakteristik enzim alosterik ini sangat menguntungkan karena memungkinkan reaksi dan seluruh jalur metabolisme dengan cepat dihidupkan atau dimatikan. Mengukur aktivitas berbagai enzim dalam cairan tubuh sering digunakan dalam diagnosis untuk menentukan lokasi dan tingkat kerusakan jaringan. Selain kontribusi diagnostiknya, aktivitas enzim juga dapat memberi kita informasi prognosis.

Enzim juga digunakan dalam diagnostik. Penentuan aktivitas enzim dalam cairan dan jaringan biologis telah menjadi sarana integral dalam diagnosis laboratorium berbagai penyakit. Untuk tujuan diagnostik, aktivitas enzimatik ditentukan hampir secara eksklusif di dalam darah, lebih jarang di urin, dan hanya dalam beberapa kasus di jaringan. Tidak semua jaringan mensintesis enzim yang berbeda pada tingkat yang sama. Untuk hati, misalnya, aktivitas enzim tertentu yang tinggi adalah tipikal, untuk ginjal atau otot rangka - yang lain. Fenomena ini disebut spesifisitas organ enzim. Terkadang kekhususan organ dinyatakan dengan sangat jelas: enzim hanya terdapat di satu organ dan tidak ada di organ lain. Dengan demikian, dokter mempunyai kesempatan untuk meningkatkan aktivitas enzim tertentu dalam plasma untuk mengidentifikasi penyakit yang berhubungan dengan disfungsi organ tertentu.

Kami biasanya mengukur aktivitas enzim secara langsung dalam plasma darah. Mereka biasanya memasuki aliran darah setelah kerusakan jaringan. Saat menilai tingkat aktivitas enzim, penting untuk mengetahuinya. Beberapa enzim hanya ditemukan di kompartemen seluler tertentu dan oleh karena itu dapat bertindak sebagai penanda bagi enzim tersebut. Berdasarkan spektrum enzim yang ditemukan dalam darah, kita dapat menentukan seberapa parah kerusakan jaringan. Jika hanya enzim sitosol yang masuk ke dalam darah, kerusakannya lebih ringan dibandingkan dengan enzim mitokondria.

DI DALAM Akhir-akhir ini Semakin banyak upaya yang berhasil dilakukan untuk menggunakan enzim untuk mengobati penyakit tertentu. Sejak lama, beberapa enzim telah digunakan untuk apa yang disebut terapi penggantian - untuk mengkompensasi kekurangan enzim yang terjadi pada penyakit tertentu. Terapi ini sangat berhasil dalam kasus disfungsi saluran pencernaan terkait dengan produksi enzim pencernaan yang tidak mencukupi. Enzim berhasil digunakan dalam kasus di mana pengobatan memerlukan penghancuran formasi protein yang terakumulasi dalam jumlah besar yang mengganggu fungsi normal jaringan. Hal ini terjadi pada luka bakar luka bernanah, penyakit radang bernanah pada paru-paru, ketika massa kental menumpuk di bronkus, mencegah lewatnya udara. Sebuah cara yang sangat menjanjikan dalam menggunakan enzim untuk melarutkan bekuan darah yang terbentuk di dalam pembuluh darah telah muncul. Gumpalan seperti itu disebut trombus; mereka menyumbat pembuluh darah dan mengganggu sirkulasi darah.

Enzim yang Paling Umum Diukur

Mirip dengan distribusi enzim dalam kompartemen seluler, enzim berbeda dalam distribusinya antara jaringan dan organ. Beberapa enzim kurang lebih spesifik untuk tubuh. Ini biasanya jenis yang berbeda isoenzim atau isoform enzim. Untuk membedakan kemungkinan lesi, kami mengukur aktivitas isoenzim kreatin kinase.

Konsentrasi mereka meningkat sekitar 12 jam setelah serangan jantung. Enzim diagnostik lainnya termasuk. Apa itu enzim dan apa pentingnya enzim dalam organisme hidup? Enzim adalah katalis organik yang membantu memfasilitasi reaksi kimia dalam tubuh. Enzim sangat penting untuk jalur metabolisme tubuh, pernapasan, pencernaan dan proses kehidupan penting lainnya. Ketika enzim berfungsi dengan baik, homeostatis dipertahankan. Namun jika enzim tersebut hilang atau ada bentuknya tidak beraturan karena mutasi genetik dapat menimbulkan penyakit pada tubuh.

Pentingnya enzim dalam Industri makanan Dan pertanian. Pembuatan keju, pembuatan anggur, produksi produk susu fermentasi, pembuatan bir, produksi produk sosis, toko roti, produksi lemak hewani, teh, cuka, asam sitrat– semua ini dan banyak lagi – proses teknologi industri makanan, di mana enzim adalah protagonis utama. Satu dari masalah yang paling penting industri makanan sedang berkembang pengolahan yang rumit bahan mentah dan limbah dari industri makanan dan meningkatkan efisiensi pengolahannya. Persiapan enzim mempunyai pengaruh yang menentukan dalam hal ini. Masalah serius dalam industri pengalengan dan pengolahan buah-buahan dan sayur-sayuran adalah penggunaan benih dan biji-bijian, kesulitan utamanya adalah perlunya menghancurkan cangkang benih yang tahan lama. Dan di sini manfaat nyata mungkin membawa persiapan enzim. Dengan bantuan sediaan enzim, konsumsi bahan baku nabati dan hewani yang digunakan untuk menyiapkan produk makanan dapat dikurangi. Penggunaan enzim dalam pertanian sangat luas dan beragam. Dalam budidaya tanaman, pemilihan banyak tanaman pertanian ditujukan untuk menghasilkan varietas yang diperkaya dengan enzim tertentu. Hal ini penting untuk mempercepat pematangan tanaman, untuk memperoleh produk dengan kualitas lebih tinggi, dan untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap perubahan kondisi cuaca, terhadap penyakit, dan terhadap aksi serangga berbahaya. Yang menarik adalah penggunaan enzim dalam produksi pakan. Ahli agronomi berupaya memperoleh pangan nabati yang lengkap, mengandung semua komponen penting yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tubuh hewan. Di sinilah peran enzim menjadi sangat penting, seperti dalam industri makanan. Persiapan enzimatik untuk produksi pakan diperoleh dari jamur dan bakteri, tetapi tugasnya berbeda. Untuk meningkatkan daya cerna serat, diperlukan enzim selulosa yang menghidrolisis serat dan meningkatkan kemungkinan pencernaan dan penyerapannya, terutama pada hewan seperti babi, yang mencerna serat kurang baik dibandingkan hewan besar. ternak.

Ini adalah kelainan resesif autosomal yang melibatkan mutasi gen pada gen enzim fenilalanin hidroksilase. Enzim ini merupakan bagian dari jalur metabolisme di mana asam amino fenilalanin diubah menjadi tirosin. Oleh karena itu, fenilalanin terakumulasi dan diubah menjadi fenilpiruvat, yang ditemukan dalam urin. Itu juga menumpuk di otak, menyebabkan keterbelakangan mental dan kerusakan otak. Dengan membatasi asupan protein yang mengandung fenilalanin, seseorang dapat memiliki harapan hidup dan perkembangan mental yang normal.

Kami mengenal beberapa aspek penggunaan praktis enzim dalam pengobatan, industri makanan dan pertanian.

Topik: “SIFAT DAN KLASIFIKASI ENZIM. PENGARUH SUHU DAN pH LINGKUNGAN TERHADAP AKTIVITAS ENZIM. SPESIFIKASI TINDAKAN ENZIM. PENENTUAN AKTIVITAS ENZIM”

Ini hanyalah salah satu contoh dari sekian banyak enzim yang mempunyai fungsi yang sangat diperlukan dan spesifik di dalam tubuh. Enzim memainkan peran utama katalisis. mereka adalah aktivator. Inhibitor menghentikan reaksi ketika aktivator mengaktifkan suatu reaksi dan menyebabkan reaksi bergerak maju, sehingga meningkatkan laju reaksi, sehingga menurunkan energi aktivasi.

Enzim pada dasarnya adalah protein, semua enzim dikatakan protein, namun semua protein bukanlah enzim. Enzim disebut juga biokatalis. Mereka sangat spesifik terhadap orang-orang yang dijebak. Mereka memiliki situs aktif tempat substrat berikatan.

1. Sifat kimia enzim. Pentingnya enzim bagi kehidupan tubuh.

2. Sifat dasar enzim. Pengaruh konsentrasi enzim dan substrat, suhu dan pH lingkungan terhadap laju reaksi enzimatik. Oligodinamika dan reversibilitas kerja enzim.

3. Kekhususan kerja enzim (mutlak, relatif dan stereokimia). Contoh.

Mereka membutuhkan kofaktor untuk menjalankan fungsi penuh. Ada berbagai kelas enzim yang diwakilinya. Enzim-enzim ini adalah biokalis yang meningkatkan laju reaksi. Contoh yang sangat baik dari penggunaan enzim terlihat pada cacing bercahaya, yang bersinar karena berbagai reaksi enzimatik yang terjadi pada serangga kecil ini dan karena mereka dapat terbang dengan mudah di malam hari.

Tumbuhan membutuhkan enzim untuk fotosintesis, respirasi, dll. Dan kita membutuhkannya untuk pencernaan, pernapasan, asimilasi, dll. Interaksi satu enzim yang digunakan dalam pencernaan protein. Protein susu Cesiin berubah menjadi keju cottage setelah aksi renin. Dari sini kita dapat mengatakan bahwa enzim membantu kita menyerap lebih baik dengan mengubah makanan kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana.

4. Ciri terpenting yang menjadi dasar klasifikasi enzim. Konsep nomor kode enzim. Kelas enzim: oksidoreduktase, transferase, hidrolase, lyase, isomerase, ligase. Jenis dan persamaan umum reaksi yang dikatalisis, prinsip pembentukan subkelas.

5. Tata nama enzim (konsep nama enzim yang sistematis dan berfungsi (disarankan), kegunaannya).

Enzim adalah protein yang meningkatkan kecepatan reaksi. Sekarang enzim ini merupakan bagian integral dari metabolisme. Sebagian besar reaksi biologis memerlukan enzim. Mereka dapat memecah makromolekul menjadi senyawa sederhana. Glukosa, yang merupakan senyawa sederhana, dipecah dari karbohidrat oleh enzim amilase. Ini adalah bagian dari pencernaan. 0 tidak suka 0.

Enzim adalah pemicu yang memulai reaksi kimia dasar yang dibutuhkan tubuh kita untuk hidup. Mereka penting untuk mencerna makanan, menstimulasi otak, menyediakan energi seluler, dan memperbaiki semua jaringan, organ, dan sel. Humbart Santillo, dalam bukunya The Food Farmers, mengutip Scottish Medical Journal yang mengatakan, “Kita masing-masing, seperti semua organisme hidup, dapat dianggap sebagai rangkaian reaksi enzimatik yang teratur dan terpadu.”

6. Penentuan aktivitas enzim. Metode analisis digunakan untuk mengetahui aktivitas. Satuan aktivitas molekuler umum, spesifik, enzim, penggunaannya. Rumus untuk menghitung aktivitas enzim total dalam serum darah.

Bagian 7.1

Sifat kimia enzim. Pentingnya enzim bagi kehidupan tubuh.

Ada tiga jenis enzim: enzim metabolik, enzim pencernaan, dan enzim makanan. Enzim metabolik mengkatalisis atau memicu reaksi di dalam sel. Organ, jaringan dan sel tubuh dikendalikan oleh enzim metabolisme. Tanpa mereka, tubuh kita tidak akan berfungsi. Tanggung jawabnya antara lain membantu mengubah fosfor menjadi tulang, menempelkan zat besi pada sel darah merah kita, menyembuhkan luka, berpikir, dan membuat jantung berdebar.

Enzim pencernaan memecah makanan, membiarkannya nutrisi diserap ke dalam aliran darah dan digunakan dalam fungsi tubuh. Enzim pencernaan memastikan kita mendapatkan hasil maksimal nilai gizi dari produk. Enzim makanan adalah enzim yang disuplai kepada kita melalui makanan yang kita makan. Dengan cara ini, kita tidak menggunakan banyak enzim internal tubuh dalam proses pencernaan. Ini penting untuk diingat. Edward Howell, yang telah menulis dua buku tentang enzim, berteori bahwa manusia diberi pasokan energi enzim yang terbatas saat lahir, dan kita harus mengisi kembali pasokan enzim untuk memastikan mereka melakukan tugas-tugas vitalnya.

7.1.1. Jalannya proses metabolisme dalam tubuh ditentukan oleh aksi berbagai enzim - katalis biologis yang bersifat protein. Mereka mempercepat reaksi kimia tanpa dikonsumsi. Ketentuan "enzim" berasal dari kata latin fermentasi - penghuni pertama. Seiring dengan konsep ini, istilah yang setara juga digunakan dalam literatur "enzim" (en enzim - dalam ragi) asal Yunani. Oleh karena itu cabang biokimia yang mempelajari enzim disebut “enzimologi”.

Jika kami tidak memanfaatkan tawaran kami, kami mengambil risiko kesehatan yang buruk. Dalam aksioma nutrisi enzimatik, Howell mendalilkan bahwa umur berbanding terbalik dengan laju terkurasnya potensi enzimatik tubuh. Meningkatkan penggunaan enzim makanan membantu mengurangi laju penipisan potensi enzim.

Dengan kata lain, semakin banyak enzim makanan yang Anda peroleh, semakin lama dan sehat Anda akan hidup. Artinya dimasak dan diolah produk makanan mengandung sedikit enzim, jika ada, dan pola makan khas Amerika Utara kekurangan enzim.

Enzimologi membentuk dasar pengetahuan pada tingkat molekuler tentang masalah terpenting fisiologi dan patologi manusia. Pencernaan nutrisi dan penggunaannya untuk produksi energi, pembentukan komponen struktural dan fungsional jaringan, kontraksi otot, transmisi sinyal listrik sepanjang serabut saraf, persepsi cahaya oleh mata, pembekuan darah - masing-masing mekanisme fisiologis ini adalah berdasarkan aksi katalitik enzim tertentu. Banyak penyakit telah terbukti secara langsung mengganggu katalisis enzimatik; penentuan aktivitas enzim dalam darah dan jaringan lain memberi informasi berharga untuk diagnosa medis; enzim atau inhibitornya dapat digunakan sebagai zat obat. Jadi, pengetahuan fitur yang paling penting enzim dan reaksi yang dikatalisisnya diperlukan untuk pendekatan rasional dalam mempelajari penyakit manusia, diagnosis dan pengobatannya.

7.1.2. Zat yang transformasinya dikatalisis oleh enzim disebut substrat . Enzim bergabung dengan substrat untuk membentuk kompleks enzim-substrat (Gambar 7.1).

Gambar 7.1. Pembentukan kompleks enzim-substrat selama reaksi yang dikatalisis.

Pembentukan kompleks ini membantu mengurangi penghalang energi yang harus diatasi oleh molekul substrat untuk bereaksi (Gambar 7.2). Setelah reaksi selesai, kompleks enzim-substrat terurai menjadi produk dan enzim. Pada akhir reaksi, enzim kembali ke keadaan semula dan dapat berinteraksi dengan molekul substrat baru.

Gambar 7.2. Pengaruh enzim terhadap penghalang energi reaksi. Enzim, dengan bertindak sebagai katalis, menurunkan energi aktivasi yang diperlukan agar suatu reaksi dapat terjadi.

7.1.3. Enzim dicirikan oleh sifat-sifatnya umum untuk semua protein. Secara khusus, molekul enzim, seperti protein lainnya, dibangun dari asam α-amino yang dihubungkan oleh ikatan peptida. Oleh karena itu, larutan enzim memberi reaksi biuret positif, dan hidrolisatnya - reaksi ninhidrin positif. Sifat dan fungsi asli enzim ditentukan oleh adanya struktur spasial (konformasi) tertentu dari rantai polipeptidanya. Akibatnya, mengubah struktur ini denaturasi termal menyebabkan hilangnya sifat katalitik. Kehadiran berat molekul tinggi dalam enzim menentukannya ketidakmampuan untuk dialisis, dan keberadaan gugus fungsi bermuatan dalam molekul adalah mobilitas dalam medan listrik. Seperti protein lainnya, enzim membentuk larutan koloid, yang darinya dapat diendapkan dengan aseton, alkohol, amonium sulfat- zat yang berkontribusi terhadap penghancuran cangkang hidrasi dan netralisasi muatan listrik.

Bagian 7.2

Sifat dasar enzim. Oligodinamika dan reversibilitas kerja enzim. Pengaruh konsentrasi enzim dan substrat, suhu dan pH lingkungan terhadap laju reaksi enzimatik.

7.2.1. Sifat protein enzim menentukan munculnya sejumlah sifat di dalamnya yang umumnya tidak seperti katalis anorganik: oligodinamik, spesifisitas, ketergantungan laju reaksi pada suhu, pH medium, konsentrasi enzim dan substrat, adanya aktivator dan inhibitor.

Di bawah oligodinamisme Enzim sangat efektif dalam jumlah yang sangat kecil. Efisiensi tinggi ini dijelaskan oleh fakta bahwa molekul enzim terus beregenerasi selama aktivitas katalitiknya. Molekul enzim yang khas dapat beregenerasi jutaan kali per menit. Harus dikatakan bahwa katalis anorganik juga mampu mempercepat transformasi sejumlah zat yang berkali-kali lipat lebih besar dari massanya sendiri. Tetapi tidak ada katalis anorganik yang dapat menandingi enzim dalam hal efisiensi.

Contohnya adalah enzim rennin yang dihasilkan oleh mukosa lambung hewan ruminansia. Satu molekul kaseinogen dalam 10 menit pada suhu 37°C mampu menyebabkan koagulasi (pengentalan) sekitar satu juta molekul kaseinogen susu.

Contoh lain dari efisiensi enzim yang tinggi diberikan oleh katalase. Satu molekul enzim ini pada suhu 0°C memecah sekitar 50.000 molekul hidrogen peroksida per detik:

2 N 2 O2 2 H2 O + O2

Efek katalase pada hidrogen peroksida adalah mengubah energi aktivasi reaksi ini dari sekitar 75 kJ/mol tanpa katalis menjadi 21 kJ/mol dengan adanya enzim. Jika platina koloidal digunakan sebagai katalis untuk reaksi ini, maka energi aktivasi hanya 50 kJ/mol.

7.2.2. Ketika mempelajari pengaruh suatu faktor terhadap laju reaksi enzimatik, semua faktor lainnya harus tetap tidak berubah dan, jika mungkin, memiliki nilai optimal.

Laju reaksi enzimatik diukur dengan jumlah substrat yang dikonversi per satuan waktu, atau jumlah produk yang terbentuk. Perubahan kecepatan dilakukan pada tahap awal reaksi, ketika produk praktis masih belum ada dan reaksi sebaliknya tidak terjadi. Selain itu, pada tahap awal reaksi, konsentrasi substrat sesuai dengan jumlah aslinya.

7.2.3. Ketergantungan laju reaksi enzimatik ( V ) pada konsentrasi enzim [E](Gambar 7.3). Pada konsentrasi substrat yang tinggi (beberapa kali lipat konsentrasi enzim) dan faktor lain tetap konstan, laju reaksi enzimatik sebanding dengan konsentrasi enzim. Oleh karena itu, dengan mengetahui laju reaksi yang dikatalisis oleh enzim, kita dapat menarik kesimpulan tentang jumlahnya dalam bahan yang diteliti.

Gambar 7.3. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada konsentrasi enzim

7.2.4. Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi substrat[S]. Grafik ketergantungan terlihat seperti hiperbola (Gambar 7.4). Pada konsentrasi enzim yang konstan, laju reaksi yang dikatalisis meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi substrat hingga nilai maksimum Vmax, setelah itu tetap konstan. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pada konsentrasi substrat yang tinggi, semua pusat aktif molekul enzim terikat pada molekul substrat. Setiap kelebihan substrat dapat bergabung dengan enzim hanya setelah produk reaksi terbentuk dan situs aktif dibebaskan.

Gambar 7.4. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada konsentrasi substrat.

Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi substrat dapat dinyatakan dengan persamaan Michaelis-Menten:

dimana V adalah laju reaksi pada konsentrasi substrat [S], Vmax adalah kecepatan maksimum dan KM adalah konstanta Michaelis.

Konstanta Michaelis sama dengan konsentrasi substrat dimana laju reaksinya setengah maksimum. Penentuan KM dan Vmax sangat penting secara praktis, karena memungkinkan seseorang untuk menggambarkan sebagian besar reaksi enzimatik secara kuantitatif, termasuk reaksi yang melibatkan dua atau lebih substrat. Bahan kimia berbeda yang mengubah aktivitas enzim memiliki efek berbeda pada nilai Vmax dan KM.

7.2.5. Ketergantungan laju reaksi pada t - suhu di mana reaksi terjadi (Gambar 7.5) adalah hal yang kompleks. Nilai suhu dimana laju reaksi maksimum menunjukkan suhu optimum enzim. Suhu optimum untuk sebagian besar enzim dalam tubuh manusia adalah sekitar 40°C. Untuk sebagian besar enzim, suhu optimal sama dengan atau lebih tinggi dari suhu dimana sel berada.

Gambar 7.5. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada suhu.

Dengan lebih banyak suhu rendah(0° - 40°C) laju reaksi meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Ketika suhu naik sebesar 10°C, laju reaksi enzimatik menjadi dua kali lipat (koefisien suhu Q10 adalah 2). Peningkatan laju reaksi dijelaskan oleh peningkatan energi kinetik molekul. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, ikatan yang mendukung struktur sekunder dan tersier enzim terputus, yaitu denaturasi termal. Hal ini disertai dengan hilangnya aktivitas katalitik secara bertahap.

7.2.6. Ketergantungan laju reaksi pada pH medium (Gambar 7.6). Pada suhu konstan, enzim bekerja paling efisien dalam kisaran pH yang sempit. Nilai pH pada laju reaksi maksimum menunjukkan pH optimum enzim. Sebagian besar enzim dalam tubuh manusia memiliki pH optimum pada kisaran pH 6 - 8, namun ada enzim yang aktif pada nilai pH di luar kisaran tersebut (misalnya pepsin yang paling aktif pada pH 1,5 - 2,5) .

Perubahan pH, baik ke arah asam maupun basa dari optimum, menyebabkan perubahan derajat ionisasi gugus asam dan basa asam amino penyusun enzim (misalnya gugus COOH aspartat dan glutamat, kelompok lisin NH2, dll.). Hal ini menyebabkan perubahan konformasi enzim, mengakibatkan perubahan struktur spasial pusat aktif dan penurunan afinitasnya terhadap substrat. Selain itu, pada nilai pH ekstrim, enzim mengalami denaturasi dan inaktivasi.

Gambar 7.6. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada pH medium.

Perlu dicatat bahwa karakteristik pH optimum suatu enzim tidak selalu sesuai dengan pH lingkungan intraseluler terdekatnya. Hal ini menunjukkan bahwa lingkungan di mana enzim berada mengatur aktivitasnya sampai batas tertentu.

7.2.7. Ketergantungan laju reaksi pada keberadaan aktivator dan inhibitor . Aktivator meningkatkan laju reaksi enzimatik. Inhibitor mengurangi laju reaksi enzimatik.

Ion anorganik dapat bertindak sebagai aktivator enzim. Dipercayai bahwa ion-ion ini menyebabkan molekul enzim atau substrat mengadopsi konformasi yang mendorong pembentukan kompleks enzim-substrat. Hal ini meningkatkan kemungkinan interaksi antara enzim dan substrat, dan akibatnya laju reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Misalnya, aktivitas amilase air liur meningkat dengan adanya ion klorida.

Bagian 7.3

Kekhususan kerja enzim (mutlak, relatif dan stereokimia).

7.3.1. Properti penting Yang membedakan enzim dengan katalis anorganik adalah kekhususan tindakan. Sebagaimana diketahui, struktur pusat aktif suatu enzim saling melengkapi dengan struktur substratnya. Oleh karena itu, enzim hanya memilih dan menempelkan substratnya dari semua zat yang ada di dalam sel. Enzim dicirikan oleh kekhususannya tidak hanya dalam kaitannya dengan substrat, tetapi juga dalam kaitannya dengan jalur konversi substrat.

Enzim mempunyai kekhususan absolut, relatif, dan stereokimia.

7.3.2. Kekhususan mutlak- kemampuan selektif suatu enzim untuk mengkatalisis hanya satu dari kemungkinan transformasi satu substrat. Hal ini dapat dijelaskan oleh komplementaritas konformasi dan elektrostatik antara molekul substrat dan enzim.

Misalnya, enzim arginase hanya mengkatalisis hidrolisis asam amino arginin, enzim urease hanya mengkatalisis pemecahan urea dan tidak bekerja pada substrat lain.

7.3.3. Kekhususan relatif- kemampuan selektif enzim untuk mengkatalisis transformasi serupa dari substrat dengan struktur serupa.

Enzim tersebut bekerja pada gugus fungsi yang sama atau pada jenis ikatan yang sama dalam molekul substrat. Misalnya, enzim hidrolitik yang berbeda bekerja pada jenis ikatan tertentu:

amilase - pada ikatan glikosidik;
pepsin dan trypsin - untuk ikatan peptida;
lipase dan fosfolipase - menjadi ikatan ester.

Kerja enzim ini meluas ke sejumlah besar substrat, yang memungkinkan tubuh bertahan dengan sejumlah kecil enzim pencernaan - jika tidak, mereka akan membutuhkan lebih banyak enzim.

7.3.4. Spesifisitas stereokimia (optik).- kemampuan selektif enzim untuk mengkatalisis transformasi hanya satu dari kemungkinan isomer spasial substrat.

Jadi, sebagian besar enzim mamalia hanya mengkatalisis konversi isomer L asam amino, tetapi tidak isomer D. enzim yang terlibat dalam metabolisme monosakarida, sebaliknya, hanya mengkatalisis konversi D-, tetapi tidak L-fosfosakarida. Glikosidase spesifik tidak hanya pada fragmen monosakarida, tetapi juga pada sifat ikatan glikosidik. Misalnya, α-amilase memutuskan ikatan α-1,4-glikosidik dalam molekul pati, tetapi tidak bekerja pada ikatan α-1,2-glikosidik dalam molekul sukrosa.

Bagian 7.4

Prinsip dasar yang mendasari klasifikasi modern dan tata nama enzim.

7.4.1. Saat ini, terdapat lebih dari dua ribu reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim, dan jumlah ini terus meningkat. Untuk menavigasi begitu banyak transformasi. Ada kebutuhan mendesak untuk klasifikasi dan tata nama yang sistematis agar enzim apa pun dapat diidentifikasi secara akurat. Tata nama yang digunakan hingga pertengahan abad ke-20 masih jauh dari sempurna. Ketika para peneliti menemukan enzim baru, mereka memberinya nama sesuai kebijaksanaan mereka sendiri, yang pasti menimbulkan kebingungan dan segala macam kontradiksi. Beberapa nama ternyata salah, yang lain tidak menyebutkan apa pun tentang sifat reaksi yang dikatalisis. Para ilmuwan dari berbagai sekolah sering menggunakannya nama yang berbeda untuk enzim yang sama atau sebaliknya nama yang sama untuk beberapa enzim yang berbeda.

Diputuskan untuk mengembangkan rasional klasifikasi internasional dan tata nama enzim yang dapat digunakan oleh ahli biokimia di semua negara. Untuk tujuan ini, Komisi Enzim dibentuk di bawah Persatuan Internasional Biokimia dan Biologi Molekuler (IUВMB), yang mengusulkan prinsip-prinsip dasar klasifikasi dan tata nama tersebut pada tahun 1964. Hal ini terus-menerus diperbaiki dan ditambah, saat ini edisi keenam dari nomenklatur ini berlaku (1992), yang penambahannya diterbitkan setiap tahun.

7.4.2. Klasifikasi ini didasarkan pada ciri terpenting yang membedakan satu enzim dengan enzim lainnya - ini adalah reaksi yang dikatalisisnya. Jumlah jenis reaksi kimia yang relatif sedikit, memungkinkan untuk membagi semua enzim yang diketahui saat ini menjadi 6 yang paling penting kelas, tergantung pada jenis reaksi yang dikatalisis. Kelas-kelas ini adalah:

oksidoreduktase (reaksi redoks);
transferase (transfer gugus fungsi);
hidrolase (reaksi pembelahan yang melibatkan air);
lyases (memutus ikatan tanpa partisipasi air);
isomerase (transformasi isomer);
ligase (sintesis dengan konsumsi molekul ATP).

7.4.3. Enzim dari setiap kelas dibagi menjadi subkelas, dipandu oleh struktur substrat. Subkelas menggabungkan enzim yang bekerja pada substrat yang dibangun serupa. Subkelas dibagi menjadi subkelas, V yang selanjutnya menyempurnakan struktur kelompok kimia yang membedakan substrat satu sama lain. Dalam subkelas yang mereka daftarkan enzim individu. Semua divisi klasifikasi memiliki nomornya masing-masing. Jadi, setiap enzim menerima nomor kode uniknya sendiri, yang terdiri dari empat angka yang dipisahkan oleh titik. Angka pertama menunjukkan kelasnya, angka kedua menunjukkan subkelasnya, angka ketiga menunjukkan subkelasnya, dan angka keempat menunjukkan nomor enzim dalam subkelas tersebut. Misalnya, enzim α-amilase, yang memecah pati, ditetapkan sebagai 3.2.1.1, dimana:
3 — jenis reaksi (hidrolisis);
2 - jenis ikatan pada substrat (glikosidik);
1 - jenis ikatan (O-glikosidik);
1 - nomor enzim di subkelas

Metode penomoran desimal yang dijelaskan di atas memiliki satu keuntungan penting: metode ini memungkinkan seseorang untuk mengatasi ketidaknyamanan utama penomoran enzim secara terus-menerus, yaitu: kebutuhan untuk mengubah jumlah semua enzim berikutnya ketika memasukkan enzim yang baru ditemukan ke dalam daftar. Enzim baru dapat ditempatkan di akhir subkelas yang bersangkutan tanpa mengganggu penomoran lainnya. Begitu pula ketika kelas, subkelas, dan subkelas baru teridentifikasi, maka dapat ditambahkan tanpa mengganggu urutan penomoran divisi yang telah ditetapkan sebelumnya. Jika, setelah menerima informasi baru, jumlah beberapa enzim perlu diubah, nomor sebelumnya tidak ditetapkan ke enzim baru untuk menghindari kesalahpahaman.

Berbicara tentang klasifikasi enzim, perlu juga diperhatikan bahwa enzim tidak diklasifikasikan sebagai zat individu, tetapi sebagai katalisator untuk transformasi kimia tertentu. Enzim yang diisolasi dari sumber biologis berbeda dan mengkatalisis reaksi yang identik dapat berbeda secara signifikan dalam struktur utamanya. Namun, dalam daftar klasifikasi semuanya muncul dengan nomor kode yang sama.

Jadi, mengetahui nomor kode enzim memungkinkan Anda untuk:

menghilangkan ambiguitas jika peneliti berbeda menggunakan nama yang sama untuk enzim berbeda;
membuat pencarian informasi di database sastra menjadi lebih efisien;
memperoleh informasi tambahan tentang urutan asam amino, struktur spasial enzim, dan gen penyandi protein enzim dari database lain.

Bagian 7.5

Konsep nama sistematik dan kerja enzim, kegunaannya.

7.5.1. Sistem klasifikasi yang dikembangkan oleh Komisi Enzim juga mencakup tata nama enzim yang baru dibuat, yang didasarkan pada prinsip-prinsip khusus. Menurut rekomendasi IUBMB, enzim mendapat dua jenis nama: sistematis dan operasional (disarankan).

7.5.2. Nama sistematis terdiri dari dua bagian. Bagian pertama berisi nama substrat atau substrat, seringkali nama koenzim, bagian kedua menunjukkan sifat reaksi yang dikatalisis dan mencantumkan nama kelas enzim tersebut. Jika perlu, sediakan informasi tambahan tentang reaksi dalam tanda kurung setelah bagian kedua judul. Nama sistematis diberikan hanya untuk enzim-enzim yang tindakan katalitiknya telah dipelajari sepenuhnya.

Misalnya, nama sistematik untuk α-amilase adalah 1,4-α-D-glukan glukanohidrolase . Tentu saja nama seperti itu sangat merepotkan untuk diingat dan diucapkan. Oleh karena itu, selain sistematikanya, Komisi Enzim IUBMB merekomendasikan penggunaan nama kerja (yang disederhanakan) dari enzim.

7.5.3. Judul kerja enzim harus cukup pendek untuk dikonsumsi. Dalam beberapa kasus, nama sepele dapat digunakan sebagai judul kerja jika tidak salah atau ambigu. Dalam kasus lain, itu dibangun di atas hal yang sama prinsip-prinsip umum, yang sama dengan nama sistematiknya, namun dengan detail yang minim. Contoh spesifik nama sistematis dan nama kerja enzim diberikan pada bagian selanjutnya dari topik kursus ini. Dalam publikasi ilmiah, ketika suatu enzim pertama kali disebutkan, biasanya disebutkan nama sistematik dan nomor kodenya, dan selanjutnya menggunakan nama kerjanya.

7.5.4. Aturan dasar untuk menyusun nama sistematis dan nama kerja untuk berbagai kelas enzim:

Oksidoreduktase

Nama sistematis enzim kelas ini dibangun sesuai skema donor: akseptor - oksidoreduktase. Menurut tata nama sepele, oksidoreduktase yang menghilangkan atom atau elektron hidrogen dan mentransfernya ke akseptor selain oksigen disebut dehidrogenase. Oksidoreduktase yang menggunakan oksigen sebagai akseptor atom hidrogen atau elektron disebut oksidase. Beberapa enzim yang mempunyai efek reduksi dominan disebut reduktase. Semua nama yang terdaftar dapat digunakan untuk membangun judul kerja oksidoreduktase.

Transferase

Nama sistematis enzim yang mempercepat reaksi tersebut diklasifikasikan menurut bentuknya donor: akseptor (kelompok yang diangkut) transferase. DI DALAM judul kerja Biasanya hanya satu substrat atau produk tertentu yang ditunjukkan bersama dengan nama bagian yang diangkut.

Hidrolase

Nama sistematis disusun sesuai formulir substrat hidrolase. Untuk hidrolase yang secara khusus memisahkan gugus tertentu, gugus ini dapat diindikasikan sebagai awalan. Judul kerja paling sering terdiri dari nama substrat yang dihidrolisis dengan penambahan akhiran -aza. Namun perlu dicatat bahwa karena sifat spesifisitas banyak hidrolase yang agak rumit dan seringkali tidak sepenuhnya teridentifikasi, tidak selalu mungkin untuk memberi mereka nama yang sistematis. Dalam kasus ini, disarankan untuk menggunakan nama empiris yang diberikan padanya saat pertama kali dideskripsikan. Jadi, enzim seperti pepsin, papain, trombin.

Lyase

Nama sistematis enzim dibangun sesuai dengan skema: kelompok-lyase yang dapat dibelah substrat. Untuk memperjelas golongan mana yang dihilangkan, digunakan awalan "karboksi-", "amonia", "hidro-", dll. Sebagai judul kerja enzim mempertahankan nama sepele seperti “dekarboksilase”, “aldolase”, “dehidratase”, “desulfhidrase”. Lyase dibagi menjadi beberapa subkelas tergantung pada sifat ikatan yang diputusnya.

Isomerase

Nama sistematis enzim mencantumkan nama substrat dan kata isomerase, didahului dengan indikasi jenis reaksi isomerisasi. Judul kerja mirip (dengan beberapa penyederhanaan) dengan nama sistematis.

Ligase

Nama sistematis dibentuk dari nama-nama substrat yang disambung dengan kombinasi kata ligase Produk yang dihasilkan dari hidrolisis nukleosida trifosfat (misalnya ADP atau AMP) ditunjukkan dalam tanda kurung. Judul kerja Enzim golongan ini biasanya terdiri atas nama produk reaksi yang digabungkan dengan kata sintetase.

Rekomendasi. Ketika kemudian mengenal berbagai reaksi enzimatik, selalu analisis sifat perubahan yang terjadi pada substrat dan cobalah untuk menentukan setidaknya kelas enzim yang mengkatalisis reaksi tersebut. Analisis juga nama-nama enzim dan korelasikannya dengan proses yang terjadi dalam reaksi. Hal ini akan memudahkan Anda mengingat nama-nama enzim dan transformasi yang dikatalisisnya serta memungkinkan Anda menghabiskan lebih banyak waktu untuk memahaminya. peran biologis proses yang sedang dipelajari.

Bagian 7.6.1

OXIDOREDUCTASES.

Ke kelas oksidoreduktase termasuk enzim yang mengkatalisis reaksi redoks. Skema umum mereka dapat direpresentasikan sebagai berikut:

dimana AH2 adalah donor hidrogen, B adalah akseptor hidrogen. Pada organisme hidup, oksidasi terjadi terutama melalui pengambilan atom hidrogen atau elektron dari substrat donor. Berbagai zat dapat menjadi akseptor atom hidrogen atau elektron - koenzim (NAD, NADP, FAD, FMN, glutathione, asam lipoat, ubiquinone), sitokrom. protein belerang besi dan oksigen.

Subkelas oksidoreduktase terbentuk tergantung pada sifat gugus fungsi donor hidrogen (elektron). Total ada 19 subkelas. Yang utama adalah sebagai berikut:

Oksidoreduktase bekerja pada gugus donor CH-OH. Enzim yang termasuk dalam subkelas ini teroksidasi kelompok alkohol menjadi gugus aldehida atau keton. Contohnya adalah enzim alkohol dehidrogenase (alkohol: NAD oksidoreduktase; EC 1.1.1.1). terlibat dalam metabolisme etanol dalam jaringan:

Selain oksidasi alkohol, enzim subkelas ini terlibat dalam dehidrogenasi asam hidroksi (laktat, malat, isositik), monosakarida dan senyawa lain yang mengandung gugus hidroksil.

Oksidoreduktase bekerja pada kelompok donor aldehida atau keton. Enzim ini mengoksidasi aldehida dan keton menjadi asam karboksilat. Misalnya, perwakilan dari subkelas ini - gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase (D-gliseraldehida-3-fosfat: NAD-oksidoreduktase (fosforilasi), EC 1.2.1.12) - mengkatalisis salah satu reaksi antara pemecahan glukosa:

Penting untuk dicatat bahwa produk reaksi ini mengandung ikatan fosfat yang kaya energi pada posisi 1. Residu asam fosfat yang membentuk ikatan ini dapat ditransfer dari 1,3-difosfogliserat ke ADP untuk membentuk ATP (lihat di bawah).

Oksidoreduktase bekerja pada kelompok donor CH-CH. Sebagai hasil dari reaksi yang dikatalisisnya, gugus CH-CH diubah menjadi gugus C=C. Artinya, terjadi pembentukan senyawa tak jenuh dari senyawa jenuh. Misalnya enzim pada siklus asam trikarboksilat suksinat dehidrogenase (suksinat: akseptor - oksidoreduktase, EC 1.3.99.1) mempercepat oksidasi asam suksinat dengan pembentukan asam fumarat tak jenuh:

Oksidoreduktase bekerja CH-NH2 - kelompok donor. Enzim ini mengkatalisis deaminasi oksidatif asam amino dan amina biogenik. Amina diubah menjadi aldehida atau keton, asam amino menjadi asam keto, dan amonia dilepaskan. Jadi, glutamat dehidrogenase (L-glutamat:NAD(P) - oksidoreduktase (deaminasi), EC 1.4.1.3) mengambil bagian dalam transformasi glutamat berikut:

Oksidoreduktase bekerja pada kelompok donor yang mengandung sulfur mengkatalisis oksidasi gugus tiol (sulfhidril) menjadi gugus disulfida, dan sulfit menjadi sulfat. Contoh enzim adalah dihidrolipoil dehidrogenase (EC 1.8.1.4), mengkatalisis salah satu reaksi antara dekarboksilasi oksidatif piruvat:

Oksidoreduktase, yang bekerja pada hidrogen peroksida sebagai akseptor, jumlahnya relatif sedikit dan digabungkan menjadi subkelas tersendiri, juga dikenal dengan nama sepele peroksidase. Contoh enzim adalah glutathione peroksidase (glutathione: H2 O2 - oksidoreduktase. EC 1.11.1.9), terlibat dalam inaktivasi hidrogen peroksida di eritrosit, hati dan beberapa jaringan lain:

Oksidoreduktase bekerja pada sepasang donor dengan masuknya oksigen molekuler, atau monooksigenase - enzim yang mengkatalisis oksidasi senyawa organik oleh molekul oksigen, yang menyebabkan masuknya salah satu atom oksigen ke dalam molekul senyawa tersebut. Dalam hal ini, atom oksigen kedua termasuk dalam molekul air. Beginilah reaksi fenilalanin menjadi tirosin dikatalisis fenilalanin 4-monooksigenase (KF 1.14.16.1):

Pada beberapa orang, cacat genetik pada enzim ini menyebabkan penyakit yang disebut fenilketonuria.

Monooksigenase juga mencakup enzim yang dikenal sebagai sitokrom Hlm450 (EC 1.14.14.1) Ditemukan terutama di sel hati dan melakukan hidroksilasi senyawa lipofilik asing bagi tubuh, terbentuk sebagai produk sampingan reaksi atau masuk ke dalam tubuh dari luar. Misalnya, indole, yang terbentuk dari triptofan akibat aktivitas mikroorganisme usus, mengalami hidroksilasi di hati sesuai skema berikut:

Munculnya gugus hidroksil meningkatkan hidrofilisitas zat dan memfasilitasi pembuangan selanjutnya dari tubuh. Selain itu, sitokrom P450 mengambil bagian dalam tahap tertentu konversi hormon kolesterol dan steroid. Kehadiran sistem sitokrom P450 yang sangat efisien dalam organisme hidup dalam beberapa kasus menyebabkan konsekuensi praktis yang tidak diinginkan: sistem ini mengurangi waktu yang dihabiskan dalam tubuh manusia. obat dan dengan demikian mengurangi efek terapeutiknya.

Oksidoreduktase bekerja pada satu donor dengan masuknya oksigen molekuler, atau dioksigenase, mengkatalisis transformasi di mana kedua atom molekul O2 dimasukkan dalam komposisi substrat teroksidasi. Misalnya, dalam proses katabolisme fenilalanin dan tirosin, maleylacetoacetate terbentuk dari asam homogentisat, yang mencakup kedua atom oksigen:

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini disebut homogentisat 1,2-dioksigenase(KF 1.13.11.5). Dalam beberapa kasus, terjadi defisiensi bawaan enzim ini, yang mengarah pada perkembangan penyakit yang disebut alkaptonuria.

Bagian 7.6.2

TRANSFERASE.

Transferase adalah kelas enzim yang mengkatalisis transfer gugus fungsi dari satu senyawa ke senyawa lain. Secara umum transformasi ini dapat dituliskan:

di mana X adalah gugus fungsi yang ditransfer. AX adalah donor kelompok, B adalah akseptor. Pembagian menjadi subkelas bergantung pada sifat pengelompokan yang ditransfer.

Transferase yang mentransfer fragmen satu karbon. Subkelas ini mencakup enzim yang mempercepat transfer metil (-CH3), metilen (-CH2-), metenil (-CH=), formil dan gugus terkait. Ya, dengan partisipasi guanidin asetat metiltransferase (S-adenosylmethionine guanidine acetate methyltransferase, EC 2.1.1.2) sintesis terjadi secara biologis zat aktif kreatin:

Transferase yang mentransfer residu asam karboksilat (asiltransferase). Mereka mengkatalisis berbagai proses kimia yang terkait dengan transfer residu berbagai asam (asetat, palmitat, dll.) terutama dari tioester koenzim A ke berbagai akseptor. Contoh reaksi transasetilasi adalah pembentukan mediator asetilkolin dengan partisipasi kolin asetiltransferase (asetil-KoA:kolin-O-asetiltransferase, EC 2.3.1.6):

Transferase yang mentransfer residu glikosil (glikosiltransferase) mengkatalisis pengangkutan residu glikosil dari molekul ester fosfor ke molekul monosakarida, polisakarida dan zat lainnya. Enzim-enzim ini, khususnya, memainkan peran utama dalam sintesis glikogen dan pati, serta pada fase pertama penghancurannya. Enzim lain dari subkelas ini - UDP-glukuroniltransferase (UDP-glukuronat-glukuronil transferase (khusus non-tenggelam), EC 2.4.1.17) - berpartisipasi dalam proses netralisasi zat beracun endogen dan asing di hati:

Transferase yang mentransfer gugus nitrogen. Subkelas ini mencakup aminotransferase, mempercepat transfer gugus α-amino asam amino ke atom α-karbon asam keto. Yang paling penting dari enzim ini adalah alanin aminotransferase (L-alanine:2-oxoglutarate aminotransferase, EC 2.6.1.2). reaksi katalis:

Transferase yang mentransfer gugus fosfat (fosfotransferase). Kelompok enzim ini mengkatalisis proses biokimia, terkait dengan pengangkutan residu asam fosfat ke berbagai substrat. Proses-proses ini telah terjadi penting untuk kehidupan tubuh, karena memastikan konversi sejumlah zat menjadi fosfoester organik, yang memiliki aktivitas kimia tinggi dan mudah masuk ke dalam reaksi selanjutnya. Fosfotransferase yang menggunakan ATP sebagai donor fosfat disebut kinase . Enzim yang tersebar luas adalah heksokinase (ATP:D-hexose-6-fosfotransferase. EC 2.7.1.1.), mempercepat transfer gugus fosfat dari ATP ke monosakarida:

Dalam beberapa kasus, transfer balik gugus fosfat dari substrat ke ADP juga dimungkinkan dengan pembentukan ATP. Ya, enzim fosfogliserat kinase (ATP:D-3-fosfogliserat-1-fosfotransferase, EC 2.7.2.3) mengubah yang disebutkan sebelumnya (lihat “Oksidoreduktase”) 1.3-difosfogliserat:

Reaksi serupa dari fosforilasi ADP dengan pembentukan ATP, ditambah dengan konversi substrat (dan bukan dengan transfer elektron dalam rantai pernapasan), disebut reaksi fosforilasi substrat. Peran reaksi-reaksi ini di dalam sel meningkat secara signifikan dengan kurangnya oksigen di jaringan.

Bagian 7.6.3

HIDROLAS.

Hidrolase adalah kelas enzim yang mengkatalisis pemecahan senyawa organik dengan partisipasi air (reaksi hidrolisis). Reaksi-reaksi ini berlangsung sesuai dengan skema berikut:

dimana A-B adalah senyawa kompleks, A-H dan B-OH adalah produk hidrolisisnya. Reaksi jenis ini aktif terjadi di dalam tubuh; mereka datang dengan pelepasan energi dan, sebagai suatu peraturan, tidak dapat diubah.

Subkelas hidrolase terbentuk tergantung pada jenis ikatan yang dihidrolisis. Yang paling penting adalah subkelas berikut:

Hidrolase bekerja pada ester (atau esterase) menghidrolisis ester asam karboksilat, fosfat, sulfat dan lainnya. Enzim yang tersebar luas dari subkelas ini adalah triasilgliserol lipase (gliserol ester hidrolase, EC 3.1.1.3). mempercepat hidrolisis asilgliserol:

Perwakilan esterase lainnya memecah ikatan ester menjadi asetilkolin (asetilkolinesterase), fosfolipid (fosfolipase), asam nukleat (nuklease), dan ester organofosfat (fosfatase).

Hidrolase yang bekerja pada ikatan glikosidik (glikosidase) mempercepat reaksi hidrolisis oligo dan polisakarida, serta senyawa lain yang mengandung residu monosakarida (misalnya nukleosida). Perwakilan yang khas adalah sukrase (β-D-fructofuranoside fruktohidrolase, EC 3.2.1.26). mengkatalisis pemecahan sukrosa:

Hidrolase bekerja pada ikatan peptida (peptidase) mengkatalisis reaksi hidrolisis ikatan peptida pada protein dan peptida. Kelompok ini termasuk pepsin, tripsin, kimotripsin, cathepsin dan enzim proteolitik lainnya. Hidrolisis ikatan peptida terjadi sesuai dengan skema berikut:

Hidrolase bekerja pada ikatan C-N selain ikatan peptida - enzim yang mempercepat hidrolisis Amida asam organik. Perwakilan dari subkelas ini - glutaminase (L-glutamyl midohydrolase, EC 3.5.1.2) - berpartisipasi dalam menjaga keadaan asam-basa tubuh dengan mengkatalisis hidrolisis glutamin di ginjal:

Bagian 7.6.4

LYAS.

Liase adalah golongan enzim yang mengkatalisis reaksi non-hidrolitik pembelahan substrat dengan pembentukan ikatan rangkap atau, sebaliknya, adisi pada titik putusnya ikatan rangkap. Skema umum dari reaksi-reaksi ini:

dimana A-B adalah substrat, A dan B adalah produk reaksi. Akibat reaksi tersebut sering kali terjadi pelepasan zat sederhana, misalnya CO2, NH3, H2 O.

Karbon-karbon-lyase mengkatalisis pemutusan ikatan antara dua atom karbon. Diantara mereka nilai tertinggi memiliki karboksi-lyase (dekarboksilase), di bawah pengaruh terjadinya dekarboksilasi a-keto dan asam amino, lyase asam keto , yang meliputi sitrat sintase, aldehida lyase (aldolase). Yang terakhir ini termasuk fruktosa difosfat aldolase (fruktosa-1,6-difosfat-D-gliseraldehida-3-fosfat-lyase, EC 4.1.2.13), mengkatalisis reaksi:

Karbon-oksigen-lyase mengkatalisis pemutusan ikatan antara atom karbon dan oksigen. Subkelas ini terutama mencakup hidrolisis, berpartisipasi dalam reaksi dehidrasi dan hidrasi. Contohnya adalah serin dehidratase (L-serine hydrolyase (deaminasi), EC 4.2.1.3), yang melakukan transformasi:

Terkadang reaksi balik terhadap penggunaan istilah tersebut dapat dijadikan dasar untuk judul karya "hidratase". Jadi, untuk enzim siklus asam trikarboksilat L-malat hidrolyase (EC 4.2.1.2) nama yang direkomendasikan adalah "fumarat hidratase":

Liase karbon-nitrogen berpartisipasi dalam eliminasi kelompok yang mengandung nitrogen. Perwakilan dari subkelas ini adalah histidin amonia liase (L-histidine amonia lyase, EC 4.3.1.3), terlibat dalam deaminasi histidin:

Liase karbon-sulfur mengkatalisis eliminasi gugus sulfhidril. Subkelas ini mencakup desulfhidrase asam amino yang mengandung belerang, mis. sistein desulfhidrase (L-sistein hidrogen sulfida lyase (deaminasi), EC 4.4.1.1).

Bagian 7.6.5

ISOMERAS.

Isomerase adalah golongan enzim yang mempercepat proses transformasi intramolekul dengan pembentukan isomer. Reaksi jenis ini dapat direpresentasikan secara skematis sebagai berikut:

dimana A dan A" adalah zat isomer.

Isomerase adalah kelas enzim yang relatif kecil; mereka dibagi menjadi subkelas berikut tergantung pada jenis reaksi isomerisasi yang dikatalisis:

Racemases dan epimerase mengkatalisis interkonversi isomer yang mengandung atom karbon asimetris. Rasema disebut enzim yang bekerja pada substrat dengan satu atom asimetris, misalnya mengubah asam L-amino menjadi asam D-amino. Salah satu enzim tersebut adalah rasemase alanin (alanine racemase. EC 5.1.1.1), mengkatalisis reaksi:

Epimerase disebut enzim yang bekerja pada substrat dengan beberapa atom karbon asimetris. Enzim-enzim tersebut antara lain Epimerase UDP-glukosa (UDP-glukosa-4-epimerase, EC 5.1.3.2). berpartisipasi dalam proses interkonversi monosakarida:

Isomerase cis-trans - enzim, menyebabkan perubahan konfigurasi geometri relatif terhadap ikatan rangkap. Contoh enzim tersebut adalah isomerase maleylacetoacetate (maleylacetoacetate-cis-trans-isomerase, EC 5.2.1.2), terlibat dalam katabolisme fenilalanin dan tirosin dan mengubah maleylacetoacetate (lihat 4.6.1) menjadi fumarylacetoacetate:

Oksidoreduktase intramolekul - isomerase yang mengkatalisis interkonversi aldosa dan ketosa. Dalam hal ini, gugus CH-OH dioksidasi dengan reduksi simultan gugus C=O di dekatnya. Jadi, triosefosfat isomerase (D-gliseraldehida-3-fosfat-ketol isomerase, EC 5.3.1.1) mengkatalisis salah satu reaksi metabolisme karbohidrat:

Isomerase juga termasuk transferase intramolekul, melakukan perpindahan satu gugus dari satu bagian molekul substrat ke bagian lain dari molekul yang sama, dan lyase intramolekul, mengkatalisis reaksi desiklisasi, serta transformasi satu jenis cincin menjadi cincin lainnya.

Perlu ditekankan bahwa tidak semua proses biokimia. yang menghasilkan isomerisasi, dikatalisis oleh isomerase. Jadi, isomerisasi asam sitrat menjadi asam isopimonat terjadi dengan partisipasi enzim akonitasi hidratase (sitrat (isocitrate) hidrolyase, EC 4.2.1.3), mengkatalisis reaksi dehidrasi-hidrasi dengan pembentukan antara asam cis-aconitic:

Bagian 7.6.6

LIGASE.

Ligase adalah golongan enzim yang mengkatalisis sintesis senyawa organik dari zat awal yang diaktifkan akibat pemecahan ATP (atau GTP, UTP, CTP). Untuk enzim kelas ini, nama sepele juga dipertahankan sintetase. DI DALAM Oleh karena itu, menurut rekomendasi IUBMB, istilah “sintetase” tidak boleh digunakan untuk enzim yang kerjanya tidak melibatkan nukleosida trifosfat. Reaksi yang dikatalisis oleh ligase (sintetase) berlangsung menurut skema berikut:

dimana A dan B adalah zat yang berinteraksi; A-B adalah zat yang terbentuk akibat interaksi.

Karena ikatan kimia baru terbentuk sebagai hasil kerja enzim ini, subkelas kelas VI terbentuk tergantung pada sifat ikatan yang baru terbentuk.

Ligase yang membentuk ikatan karbon-oksigen. Ini termasuk sekelompok enzim yang dikenal sebagai ligase asam amino-tRNA (sintetase aminoasil-tRNA). yang mengkatalisis reaksi antara asam amino dan RNA transpor yang sesuai. Reaksi ini menghasilkan bentuk aktif asam amino yang dapat berperan serta dalam proses sintesis protein pada ribosom. Contoh enzim adalah sintetase tirosil-tRNA (L-tirosin: tRNA ligase (pembentuk AMP), EC 6.1.1.1), terlibat dalam reaksi:

Ligase yang terbentuk ikatan karbon-sulfur. Subkelas ini diwakili terutama oleh enzim yang mengkatalisis pembentukan tioester asam lemak dengan koenzim A. Dengan partisipasi enzim ini, asil-KoA disintesis - bentuk aktif asam lemak yang dapat masuk ke dalam berbagai reaksi biosintesis dan pemecahan. Mari kita perhatikan salah satu reaksi aktivasi asam lemak yang terjadi dengan adanya enzim asil-KoA sintetase (asam karboksilat: koenzim A-ligase (pembentuk AMP). EC 6.2.1.2):

Ligase yang membentuk ikatan karbon-nitrogen mengkatalisis berbagai reaksi memasukkan gugus yang mengandung nitrogen ke dalam senyawa organik. Contohnya adalah glutamin sintetase (L-glutamin: amonia-γ-ligase (pembentuk ADP), EC 6.3.1.2). berpartisipasi dalam netralisasi produk metabolisme beracun - amonia - dalam reaksi dengan asam glutamat:

Ligase yang membentuk ikatan karbon-karbon. Dari enzim-enzim ini, yang paling banyak dipelajari karboksilase, menyediakan karboksilasi sejumlah senyawa, mengakibatkan pemanjangan rantai karbon. Perwakilan terpenting dari kelas ini adalah piruvat karboksilase (piruvat:CO2 ligase (pembentuk ADP), EC 6.4.1.1), mempercepat reaksi pembentukan oksaloasetat, senyawa kunci dalam siklus asam trikarboksilat dan biosintesis karbohidrat:

Ingatlah bahwa reaksi yang melibatkan ATP dikatalisis tidak hanya oleh enzim kelas VI, tetapi juga oleh beberapa enzim kelas II (fosfotransferase atau kinase). Penting untuk dapat membedakan jenis reaksi ini. Perbedaannya adalah bahwa dalam reaksi transferase terdapat ATP donor gugus fosfat , oleh karena itu, akibat reaksi ini, tidak terjadi pelepasan H3 PO4 (lihat contoh di atas). Sebaliknya, dalam reaksi sintetase, ATP berfungsi sumber energi , dilepaskan selama hidrolisisnya, oleh karena itu salah satu produk dari reaksi tersebut adalah orto- atau pirofosfat anorganik.

Bagian 7.7.1

Aturan untuk bekerja dengan enzim

Enzim, seperti semua protein, adalah zat yang relatif tidak stabil. Mereka mudah didenaturasi dan dinonaktifkan. Oleh karena itu, ketika bekerja dengan mereka, kondisi tertentu harus dipenuhi.

Apabila menyimpan objek penelitian lebih dari beberapa jam di suhu kamar enzim hampir sepenuhnya tidak aktif. Oleh karena itu, analisis untuk mengetahui aktivitas enzim harus dilakukan sesegera mungkin. Jika diperlukan penyimpanan jangka panjang mungkin jika larutan enzim dikeringkan dari keadaan beku di bawah vakum tinggi (liofilisasi). Dalam hal ini, enzim hampir sepenuhnya mempertahankan aktivitasnya setelah disimpan lebih lanjut pada suhu kamar. Beberapa enzim terawetkan dengan baik dalam larutan garam pekat, misalnya dalam amonium sulfat jenuh (proses penggaraman). Jika perlu, endapan enzim dapat disentrifugasi dan dilarutkan dalam larutan garam atau buffer yang sesuai. Jika perlu, kelebihan garam bisa dihilangkan dengan dialisis.
Perlu diingat kepekaan enzim terhadap fluktuasi pH lingkungan. Dengan sedikit pengecualian, sebagian besar enzim diinaktivasi dalam larutan dengan pH di bawah 5 atau di atas 9, dan kerja enzim optimal muncul di zona beberapa unit atau sepersepuluh unit nilai pH. Disarankan untuk menentukan pH larutan buffer yang digunakan saat bekerja dengan enzim dengan sangat akurat menggunakan pH meter.
Enzim mudah dihancurkan oleh reagen kuat: asam, basa, zat pengoksidasi, garam logam berat. Penting untuk bekerja dengan reagen yang murni secara kimia dan air suling ganda, karena kontaminasi kecil pada reagen, terutama dengan pengotor logam yang dapat bertindak sebagai modulator, menyebabkan perubahan aktivitas enzim.
Ketika bekerja dengan enzim, lebih dari di mana pun, kepatuhan yang ketat terhadap standarisasi kondisi penelitian diperlukan: pemeliharaan kondisi suhu dan waktu yang tepat, penggunaan reagen dari batch yang sama, dan ketika mengganti reagen, data yang diperoleh harus dikalibrasi lagi. Jika warna yang berkembang dalam reaksi warna tidak stabil seiring waktu, waktu fotometri harus diperhatikan dengan ketat.
Disarankan untuk bekerja dalam kondisi kejenuhan enzim yang cukup dengan substrat, karena keadaan ini mempengaruhi secara signifikan hasil akhir, kurangnya media menghilangkan perbedaan antar opsi.
Saat bekerja dengan enzim, spektrum isoenzim spesifik organ perlu diperhitungkan. Seringkali kekhususan ini mempengaruhi kondisi di mana enzim bekerja. Jalannya reaksi dapat dipengaruhi oleh afinitas yang berbeda terhadap substrat, sensitivitas yang berbeda terhadap pH, karakteristik isoenzim suatu organ atau jaringan tertentu. Pemindahan suatu metode untuk mempelajari aktivitas enzim dari satu objek ke objek lainnya (misalnya, dari serum ke jaringan atau dari satu organ ke organ lain) harus dilakukan dengan sangat hati-hati, dengan mempertimbangkan semua data yang diketahui tentang enzim dan berbagai bentuknya, serta hati-hati memeriksa hasilnya.

Untuk penerapan luas berbagai reaksi biokimia (enzimatik), otomatisasi pengujian yang paling diterima dan diperlukan secara umum diperkenalkan, serta penyatuan dan standarisasi pengujian laboratorium. Hal ini rasional dan diperlukan baik untuk meningkatkan akurasi dan kualitas sampel, serta untuk membandingkan data yang diperoleh di laboratorium yang berbeda.

Hal ini juga diterima secara umum untuk melakukan studi paralel wajib, bersama dengan patologi yang dipelajari, kontrol fisiologis - sekelompok orang yang praktis sehat untuk menetapkan fluktuasi fisiologis yang normal. Memahami relativitas konsep "nilai normal", harus diterima bahwa untuk mengidentifikasi perbedaan patologi dan mengevaluasi tanda patologis, mean aritmatika M ± 1σ atau 2σ (dengan distribusi Gaussian normal) biasanya diambil sebagai “norma”, tergantung pada tingkat fluktuasi indikator.

Bagian 7.7.2

Prinsip penentuan aktivitas enzim dalam bahan biologis.

5.6.2. Properti unik enzim untuk mempercepat reaksi kimia dapat digunakan untuk mengukur kandungan biokatalis ini dalam bahan biologis (ekstrak jaringan, serum darah, dll.). Di bawah kondisi percobaan yang dipilih dengan benar, hampir selalu ada proporsionalitas antara jumlah enzim dan laju reaksi yang dikatalisis, oleh karena itu, berdasarkan aktivitas enzim, seseorang dapat menilai kandungan kuantitatifnya dalam sampel uji.

Pengukuran aktivitas enzim didasarkan pada perbandingan kecepatan reaksi kimia dengan adanya biokatalis aktif dengan laju reaksi dalam larutan kontrol di mana enzim tidak ada atau tidak aktif.

Materi yang diteliti ditempatkan pada media inkubasi dimana suhu optimal, pH lingkungan, konsentrasi aktivator dan substrat. Pada saat yang sama, sampel kontrol dilakukan, dimana enzim tidak ditambahkan. Setelah beberapa waktu, reaksi dihentikan dengan menambahkan berbagai reagen (mengubah pH medium, menyebabkan denaturasi protein, dll) dan menganalisis sampel.

Untuk menentukan laju reaksi enzimatik, Anda perlu mengetahui:

perbedaan konsentrasi substrat atau produk reaksi sebelum dan sesudah inkubasi;
waktu inkubasi;
jumlah bahan yang diambil untuk analisis.

Paling sering, aktivitas enzim dinilai berdasarkan jumlah produk reaksi yang terbentuk. Hal ini dilakukan, misalnya, ketika menentukan aktivitas alanine aminotransferase, yang mengkatalisis reaksi berikut:

Aktivitas enzim juga dapat dihitung berdasarkan jumlah substrat yang dikonsumsi. Contohnya adalah metode untuk menentukan aktivitas α-amilase, suatu enzim yang memecah pati. Dengan mengukur kandungan pati dalam sampel sebelum dan sesudah inkubasi dan menghitung selisihnya, maka dapat diketahui jumlah substrat yang terurai selama inkubasi.

Bagian 7.7.3

Metode untuk mengukur aktivitas enzim

Ada banyak metode untuk mengukur aktivitas enzim, berbeda dalam teknik, spesifisitas, dan sensitivitas.

Paling sering digunakan untuk menentukan metode fotoelektrokolorimetri . Metode ini didasarkan pada reaksi warna dengan salah satu produk kerja enzim. Dalam hal ini, intensitas warna larutan yang dihasilkan (diukur pada fotoelektrokolorimeter) sebanding dengan jumlah produk yang terbentuk. Misalnya, selama reaksi yang dikatalisis oleh aminotransferase, asam α-keto terakumulasi, yang menghasilkan senyawa berwarna merah-coklat dengan 2,4-dinitrofenilhidrazin:

Jika biokatalis yang diteliti memiliki spesifisitas kerja yang rendah, maka dimungkinkan untuk memilih substrat yang reaksinya menghasilkan pembentukan produk berwarna. Contohnya adalah penentuan alkali fosfatase, suatu enzim yang didistribusikan secara luas di jaringan manusia; aktivitasnya dalam plasma darah berubah secara signifikan pada penyakit hati dan Sistem Kerangka. Enzim ini, dalam lingkungan basa, menghidrolisis sekelompok besar ester fosfat, baik alami maupun sintetis. Salah satu substrat sintetik adalah paranitrofenil fosfat (tidak berwarna), yang dalam lingkungan basa terurai menjadi ortofosfat dan paranitrofenol (kuning).

Kemajuan reaksi dapat dipantau dengan mengukur intensitas warna larutan yang meningkat secara bertahap:

Untuk enzim dengan spesifisitas kerja yang tinggi, pemilihan substrat seperti itu biasanya tidak mungkin dilakukan.

Metode spektrofotometri berdasarkan perubahan spektrum ultraviolet zat kimia, mengambil bagian dalam reaksi. Sebagian besar senyawa menyerap sinar ultraviolet, dan panjang gelombang yang diserap merupakan karakteristik kelompok atom tertentu yang ada dalam molekul zat tersebut. Reaksi enzimatik menyebabkan penataan ulang intramolekul, akibatnya spektrum ultraviolet berubah. Perubahan ini dapat direkam pada spektrofotometer.

Metode spektrofotometri misalnya menentukan aktivitas enzim redoks yang mengandung NAD atau NADP sebagai koenzim. Koenzim ini bertindak sebagai akseptor atau donor atom hidrogen dan dengan demikian direduksi atau dioksidasi selama proses metabolisme. Bentuk tereduksi dari koenzim ini mempunyai spektrum ultraviolet dengan serapan maksimum pada 340 nm; bentuk teroksidasi tidak memiliki spektrum maksimum ini. Jadi, ketika laktat dehidrogenase bekerja pada asam laktat, hidrogen ditransfer ke NAD, yang menyebabkan peningkatan penyerapan NADH pada 340 nm. Besarnya penyerapan dalam satuan optik sebanding dengan jumlah bentuk tereduksi dari koenzim yang terbentuk.

Dengan mengubah kandungan bentuk tereduksi koenzim, aktivitas enzim dapat ditentukan.

Metode fluorimetri. Metode ini didasarkan pada fenomena fluoresensi, yang terdiri dari kenyataan bahwa objek yang diteliti, di bawah pengaruh radiasi, memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek. Metode fluorimetri untuk menentukan aktivitas enzim lebih sensitif dibandingkan metode spektrofotometri. Relatif baru dan bahkan lebih sensitif metode chemiluminescent menggunakan sistem luciferin-luciferase. Metode tersebut memungkinkan untuk menentukan laju reaksi yang terjadi dengan pembentukan ATP. Ketika luciferin (asam karboksilat) berinteraksi struktur yang kompleks) luciferyl adenylate dibentuk dengan ATP. Senyawa ini dioksidasi dengan partisipasi enzim luciferase, yang disertai dengan kilatan cahaya. Dengan mengukur intensitas kilatan cahaya, dimungkinkan untuk menentukan jumlah ATP pada urutan beberapa pikomol (10-12 mol).

Metode titrometri . Sejumlah reaksi enzimatik disertai dengan perubahan pH campuran inkubasi. Contoh enzim tersebut adalah lipase pankreas. Lipase mengkatalisis reaksi:

Asam lemak yang dihasilkan dapat dititrasi, dan jumlah alkali yang digunakan untuk titrasi akan sebanding dengan jumlah asam lemak yang dilepaskan dan, oleh karena itu, dengan aktivitas lipase. Penentuan aktivitas enzim ini sangat penting secara klinis.

Metode manometri didasarkan pada pengukuran dalam bejana reaksi tertutup volume gas yang dilepaskan (atau diserap) selama reaksi enzimatik. Dengan menggunakan metode tersebut, reaksi dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan α-ketoglutarat, yang dilanjutkan dengan pelepasan CO2, ditemukan dan dipelajari. Saat ini, cara-cara tersebut jarang digunakan.

Bagian 7.7.4

Unit aktivitas enzim dan aplikasinya.

Komisi Enzim Internasional telah mengusulkan satuan kegiatan dari enzim apa pun, ambil sejumlah enzim yang, dalam kondisi tertentu, mengkatalisis konversi satu mikromol (10-6 mol) substrat per satuan waktu (1 menit, 1 jam) atau satu mikroekuivalen dari kelompok yang terpengaruh dalam kasus di mana lebih dari satu kelompok dalam setiap molekul substrat diserang (protein, polisakarida dan lain-lain). Suhu di mana reaksi berlangsung harus ditunjukkan. Pengukuran aktivitas enzim dapat dinyatakan dalam satuan aktivitas umum, spesifik dan molekuler.

Untuk satuan aktivitas enzim total berdasarkan jumlah bahan yang diambil untuk penelitian. Jadi, aktivitas alanine aminotransferase di hati tikus adalah 1670 mol piruvat per jam per 1 g jaringan; Aktivitas kolinesterase dalam serum manusia adalah 250 µmol asam asetat per jam per 1 ml serum pada suhu 37°C.

Nilai aktivitas enzim yang tinggi baik pada kondisi normal maupun patologis memerlukan perhatian khusus dari peneliti. Disarankan untuk bekerja dengan tingkat aktivitas enzim yang rendah. Untuk melakukan ini, sumber enzim diambil kuantitas yang lebih kecil(serum diencerkan beberapa kali dengan larutan fisiologis, dan persentase homogenat yang lebih kecil disiapkan untuk jaringan). Dalam hal ini, kondisi untuk kejenuhan substrat diciptakan sehubungan dengan enzim, yang berkontribusi pada manifestasi aktivitas sebenarnya.

Aktivitas enzim total dihitung menggunakan rumus:

Di mana A- aktivitas enzim (total), ΔС- perbedaan konsentrasi substrat sebelum dan sesudah inkubasi; DI DALAM- jumlah bahan yang diambil untuk analisis, T- waktu inkubasi; N- pembiakan.

Perlu diingat bahwa indikator aktivitas enzim dalam serum darah dan urin, dipelajari untuk tujuan diagnostik, dinyatakan dalam satuan aktivitas total.

Karena enzim adalah protein, penting untuk mengetahui tidak hanya aktivitas enzim secara keseluruhan dalam bahan yang diuji, namun juga aktivitas enzimatik protein yang ada dalam sampel. Untuk satuan aktivitas tertentu ambil sejumlah enzim yang mengkatalisis konversi 1 mol substrat per satuan waktu per 1 mg protein sampel. Untuk menghitung aktivitas spesifik suatu enzim, aktivitas total perlu dibagi dengan kandungan protein dalam sampel:

Semakin buruk enzim yang dimurnikan, semakin banyak protein pemberat asing dalam sampel, semakin rendah aktivitas spesifiknya. Selama pemurnian, jumlah protein tersebut berkurang, dan karenanya, aktivitas spesifik enzim meningkat. Misalkan dalam bahan biologis asli yang merupakan sumber enzim (hati cincang, ampas dari jaringan tanaman), aktivitas spesifiknya sama dengan 0,5 µmol/(mg protein × menit). Setelah presipitasi fraksional dengan amonium sulfat dan filtrasi gel melalui Sephadex, jumlahnya meningkat menjadi 25 µmol/(mg protein x mnt), yaitu meningkat 50 kali lipat. Evaluasi efisiensi pemurnian sediaan enzim digunakan dalam produksi obat-obatan yang bersifat enzimatik.

Aktivitas spesifik ditentukan bila perlu untuk membandingkan aktivitas berbagai sediaan enzim yang sama. Jika perlu membandingkan aktivitas enzim yang berbeda, aktivitas molekuler dihitung.

Aktivitas molekuler (atau nomor pergantian enzim) adalah jumlah mol substrat yang diubah oleh 1 mol enzim per satuan waktu (biasanya 1 menit). Enzim yang berbeda memiliki aktivitas molekuler yang berbeda. Penurunan jumlah pergantian enzim terjadi di bawah pengaruh inhibitor non-kompetitif. Dengan mengubah konformasi pusat katalitik enzim, zat ini mengurangi afinitas enzim terhadap substrat, yang menyebabkan penurunan jumlah molekul substrat yang bereaksi dengan satu molekul enzim per satuan waktu.

Contoh

Tugas pelatihan dan standar untuk solusinya.

1. Tujuan

1. Enzim apa yang disebut rasemase?

2. Menguraikan nama sistematik enzim (secara terpisah untuk setiap unsur, disorot dalam warna berbeda):
S-adenosilmetionin: guanidin asetat metil transferase?

Mendefinisikan:
a) jenis reaksi;
b) kelas enzim;
c) subkelas.

2. Standar solusi

1. Racemases - enzim yang mengkatalisis interkonversi isomer optik, mengandung satu atom karbon asimetris (lihat bagian 2.3).

2. Nama sistematik enzim dibaca dari akhir. Enzim tersebut termasuk dalam kelas transferase, mengkatalisis reaksi transfer gugus metil pada guanidin asetat (akseptor gugus metil) dengan S-adenosilmetionin (donor gugus metil) (lihat bagian 2.2 - 2.3).

3. a) Pada reaksi ini terjadi pemisahan suatu zat tanpa partisipasi molekul air

b) Pembelahan substrat non-hidrolitik dengan pembentukan dua produk dikatalisis enzim yang termasuk golongan keempat (lyase)

c) Ikatan antara atom karbon pertama dan kedua terputus, yang menyebabkan hilangnya gugus karboksil dalam bentuk CO2. Karena itu, subkelas enzim - karbon-karbon-lyase(lihat bagian 2.3).

Kategori

Pilihan Editor