enzime( de la gr. en "n" + zyme "drojdie" )

Enzimele sunt catalizatori

definiii

compui organici, de natur polipeptidic complex i structur coloidal, prezeni n celulele vii, care dirijeaz catalitic procesele de sintez sau degradare pentru substanele organice

un catalizator sau o molecul, produs de celule pentru a mri viteza unei anumite reacii

- orice protein (cum ar fi pepsina) care i are originea n celulele vii, capabil s produc anumite transformri chimice ale substanelor organice, prin aciune catalitic (de ex. n digestie)Random House Dictionary, Random House, Inc. 2009

- oricare dintre proteine sau proteine conjugate produse de organismele vii i care funcioneaz drept catalizatori biochimiciconformaia triose - fosfat izomerazei (TPI)

au mase moleculare cuprinse ntre 10 000 i 2 000 000 fiecare celul vie conine mii de enzime, fiecare enzim este responsabil de cataliza unei reacii sau a unui grup de reacii existena enzimelor este cunoscut de peste un secol

J.Jakob Berzelius a fost primul care a numit, n 1835, aciunea lor drept catalitic

n 1897, Eduard Buchner a demonstrat czahrul fermenta chiar dac n mediu nu existau celule vii de drojdie (el folosea extracte) a numit enzima care produce fermentaia sucrozei zimaz n 1907 a primit premiul Nobel pentru chimie pentru studiile sale biochimice i descoperirea fermentaiei n lipsa celulelor (vii)

abia n 1926 a fost izolat, din teaca de fasole, prima enzim pur n stare cristalin ureaza

dovada c proteinele pot fi enzime s-a fcutn 1930 cnd s-a studiat, pepsina din sucurile gastrice i catalizeaz scindarea proteinelor n peptide, tripsina (secretat de duoden, unde scindeaz proteinele n peptide sau chiar aminoacizi) i chimotripsina (are aciune similar cu precedentele, fiind secretat n pancreas)

mod de aciune enzimele

se leag temporar de unul sau mai muli parteneri de reacie, scznd n acest mod energia de activare pentru realizarea tranformrii, mrind substanial viteza acesteia

exemple de enzime:

catalaza - catalizeaz descompunerea apei oxigenate n ap i oxigen

o molecul de enzim poate descompune cca. 40 milioane molecule ap oxigenat

anhidraza carbonic (se gsete n celulele sangvine) cataliznd transformarea

favorizeaz celulele roii n transportul bioxidului de carbon din esuturi i plmni

o singur molecul poate prelucra 1 milion molecule/secund

acetil colinesteraza catalizeaz descompunerea acetilcolinei (un neurotransmitor)o molecul de enzim descompune 25 000 molecule acetilcolin/sec viteza mare de reacie permite resetarea sinapselor pentru a putea transmite un alt impuls nervos

sinapsa este regiunea de comunicare dintre doi neuroni, sau un neuron i un organ efector (muchi, gland, etc)

multe enzime necesit, pentru a-i exercita calitile catalitice, prezena altor compui cofactori

cofactor poate fi - o coenzim (o substan organic, neproteic, dializabil, termostabil, legat slab de poriunea proteic) sau - un activator de natur ion metalic

cofactorul se leag de proteina cu care se asociaz (apoenzima),care altfel este inactiv funcional, pentru a forma holoenzima (enzima activ)

enzimele trebuie s se lege chiar pentru un timp foarte scurt de cel puin unul dintre reactani

n majoritatea cazurilor, legturile care reunesc enzima i substratul sunt necovalente

pot fiinteraciuni ionice legturi de hidrogen, sau interaciuni hidrofobe

se constat c aceste legturi sunt slabe iar pentru a se putea realiza, atomii implicai ar trebui s se apropie la mai puin de 1

de aici poate provine analogia des folosit c enzimele se potrivesc cu moleculele substratului precum cheia cu broasca (de la u!)

specificitatea majoritii enzimelor

puine enzime sunt absolut specifice adic vor cataliza numai o anumit reacie

cele mai multe vor fi specifice pentru o anumit legtur chimic sau grupare funcional

se poate discuta despre patru tipuri distincte de specificitate:

1. absolut - enzima va cataliza o singur reacie

2. de grup enzima va interaciona numai cu moleculele care au o anumit grupare funcional (amino, fosfat, metil etc.)

3. de legtur enzima va aciona asupra unei anumite legturi, indiferent de structura molecular a substratului

4. stereochimic - enzima va aciona asupra unui anumit stereoizomer (geometric sau optic) ignorndu-i pe ceilali

enzimele se denumesc uzual n funcie de : reacia pe care o catalizeaz

sufixul az se adaug la numele substratului (lactaza este enzima care scindeaz lactoza) sau al tipului de reacie n care este implicat ( ADN polimeraza creaz polimeri ADN)

Uniunea Internaional de Biochimie (I.U.B.) recomand ca denumirea enzimelor s includ i numele substratului asupra cruia acionez i tipul de reacie pe care l catalizeaz

dup acest sistem, uricaza se va numi urat:O2 oxireductaz iar transaminaza glutamico oxaloacetic se va numi L-aspartat: 2 oxoglutarat aminotransferaz

denumirea care identific fr echivoc enzimele (cea utilizat de cataloagele i revistele internaionale) se face mprind reaciile catalizate n ase grupe

acestea se impart, la rndul lor, n subgrupe, dup natura substratului asupra cruia acioneaz enzima

natura legturii afectate sau a acceptorului implicat este indicat de subsubgrupe

o enzim va fi astfel desemnat de un numr format din patru pri separate de cte un punct

cele ase grupe de reacie sunt:

adiie sau eliminare de aphidrolaze

2. transfer de electroni oxidaze (cnd O2 are rol de acceptor) dehidrogenaze (reductaze) - substratul este privit ca un donor de hidrogenunde DPN este difosfopiridin nucleotidul

3. transfer de radicali (grupri) transglicosidaze (monozaharide) transfosforilaze i fosfomutaze (grupe fosfat) transaminaze (grupe amino) transmetilaze (grupe metil) transacetilaze (grupe acetil)

4. scindarea sau realizarea legturilor C C desmolaze (liaze)

5. schimbarea geometriei sau a structurii unei molecule izomeraze

6. unirea a dou molecule prin hidroliza unei legturi pirofosfat n ATP sau alt trifosfat ligaze (sintetaze)

APLICAII INDUSTRIALE

utilizarea enzimelor este limitat de lipsa de solubilitate n solvenii organici i a stabilitii reduse la temperatur

n industria de panificaie

alfa amilazele fungice - catalizeaz scindarea amidonului n zahr drojdia, n prezena zahrului produce CO2 (pine alb, chifle i cornuri) proteaze productorii de biscuii le folosesc pentru a scdea coninutul de proteine al finii

mncare pentru bebeluitripsina - prediger alimentele

fabricarea sucurilor de fructecelulaze i pectinaze limpezesc sucurile de fructe

industria hrtieiamilaze, xilanaze, celulaze i ligninaze

ligninazele - degradeaz amidonul care devine mai puin vscos

xilanazele - reduc cantitatea de nlbitor pentru decolorare,

celulazele - nmoaie fibrele, ajut la eliminarea apei i la nlturarea cernelurilor;

enzimele care degradeaz lignina fac hrtia mai moale

fabricarea berii

enzimele din orz - degradeaz amidonul i proteinele la zaharuri simple, aminoacizi i peptide enzimele sintetice similare cu cele din orz - folosite ca nlocuitori ai enzimelor naturaleamilaze, glucanaze, scindeaz polizaharidele din mal proteazele elimin aspectul tulbure al berii care apare n timpul pstrrii

brnzeturirennin (ceea ce noi numim cheag) derivat din stomacul tinerelor animale rumegtoarehidrolizeaz proteinele servete la fabricarea brnzeilipaze care se injecteaz n procesul de obinere a brnzei Roquefort pentru a favoriza rspndirea mucegaiului n unele sortimente lactaze scindeaz lactoza n glucoz i galactoz

detergeni biologiciproteaze utilizate n procesul de nmuiere i la ndeprtarea petelor proteice de pe esturi

amilaze n detergenii folosii n mainile de splat vase pentru a ndeprta reziduurile rezistente pe baz de amidon

lipaze ajut la ndeprtarea petelor de grsime sau ulei

celulaze - folosite n compoziia agenilor de condiionare biologiciajut la legarea ionilor metalelor grele i a toxinelor pentru a fi eliminate din organism ageni de curire a lentilelor de contact

proteaze nltur urmele proteice de pe lentile pentru a preveni infeciile oculare

biologia molecular

ADN ligaze i polimeraze folosite pentru manipularea ADN ului n ingineria genetic; joac un rol important n farmacologie, agricultur i medicin