Działanie bez sił witalnych – enzymy

Noblista z 1907 roku chemik Eduard Buchner prowadził badania w zakresie biochemii i odkrył, że fermentacja może zachodzić bez udziału sił witalnych, czyli bez żywych komórek. To był początek odkrycia enzymów.                       

Należy podkreślić, że enzymy mogą działać poza organizmem, ale organizmy nie będą żyły bez własnych enzymów, ponieważ są one niezbędne w metabolizmie. Biorą czynny udział  w przetwarzaniu substratu w produkt. Substraty to substancje metaboliczne, które są przyłączane przez dany enzym (każdy enzym ma centrum aktywne) i przy jego udziale przekształcane w produkty. Enzymy są białkami (proteinami), którym towarzyszą jony nieorganiczne, a także związki organiczne często pochodzące z witamin dostarczanych organizmowi z pokarmem.

Pierwsze enzymy dostajemy od matki wraz z jej komórką jajową, która łącząc się z materiałem genetycznym ojca, tworzy ludzki zarodek.

Enzymy ze względu na ich działanie, zdolności katalityczne, podzielono przed laty na 6 klas. W 2018 wyodrębniono z nich 7. Klasę. Komitet Nazewnictwa IUBMB (ang. – International Union of Biochemistry and Molecular Biology- Międzynarodowa Unia Biochemii i Biologii Molekularnej) ogłasza nazewnictwo enzymów oraz opracowuje i standaryzuje jednostki odzwierciedlające ich aktywność. Enzymy opisuje się w następujący sposób: litery EC i cyfry (EC – z ang. Enzyme Class – Klasa Enzymu). Na przykład EC 1. to Oksydoreduktazy, a następne cyfry to podklasa, podpodklasa aż dojdziemy do „osobistego” numeru konkretnego enzymu. Po każdej cyfrze znajduje się kopka. Tak wygląda opis dehydrogenazy alkoholowej: EC 1.1.1.1. Enzym ten odgrywa podstawową rolę w fermentacji alkoholowej, która przebiega w warunkach beztlenowych, a także w detoksykacji alkoholu u człowieka. Poniżej przedstawiam schematy obrazujące działanie charakterystyczne dla poszczególnych  Klas enzymów.

1. Oksydoreduktazy. Enzymy powodujące utlenienie jednego substratu (tego zredukowanego – zred.) i redukcję drugiego (tego utlenionego – utl.). W efekcie ten, który był zredukowany, staje się produktem utlenionym, a ten, który był utleniony, jest produktem zredukowanym. Przenoszą między substratami elektrony. Często z protonem (jonem wodoru H⁺).

2. Transferazy. Przenoszą fragmenty cząsteczek z jednego substratu na drugi. Produkt z pierwszego substrat staje się mniejszy, a z drugiego większy.

3. Hydrolazy. Powodują rozdzielenie substratu na dwa mniejsze w reakcji z cząsteczką wody.  W efekcie do jednego produktu jest przyłączony wodór, a do drugiego grupa hydroksylowa (OH^–).

4. Syntazy (Liazy). Wzbogacają jeden substrat kosztem drugiego. Produkt jest większy od substratu. Jeżeli reakcja zajdzie w drugą stronę tak, jak wskazuje strzałki, to powstaną dwa nowe produkty. W zależności od kierunku reakcji łączą się dwa substraty w większy produkt lub dzieje się odwrotnie. Stąd też nazwa Liazy.

5. Izomerazy. Zmieniają orientację substratu w przestrzeni lub położenie jego grup funkcyjnych. Produkt ma inne właściwości metaboliczne niż substrat, ale skład pozostaje taki sam.

6. Syntetazy (Ligazy). Pod ich wpływem mniejsze substraty łączą się w większe produkty. Aktywność Syntetaz wymaga nakładów energetycznych, których źródłem są trójfosforany nukleotydów na przykład ATP. Litera X oznacza schematycznie różne nukleotydy. Jeżeli będzie nukleotyd z adeniną – A, z guaniną – G, z cytozyną – C, z uracylem – U. Z trójfosforanu po oddaniu energii do utworzenia nowego wiązania powstanie dwufosforan i reszta fosforanowa (Pi).

7. Translokazy. Są to enzymy będące elementem strukturalnym błon występujących w komórce. Z tego miejsca katalizują reakcje przenoszenia różnych cząsteczek metabolicznych poprzez błony lub ich rozmieszczenia wewnątrz tych struktur.

Aktywność enzymów zależy od składu pożywienia, wieku, płci, czynników klimatycznych i oczywiście od stanu naszego zdrowia. Enzymy mogą metabolizować leki i wtedy to wpływa na skuteczność terapii. Biorą udział w przetwarzaniu wielu substancji dostających  się do naszego organizmu nie tylko przez przewód pokarmowy, ale także przez płuca (droga wziewna) i przez skórę.

Niestety, enzymy podobnie, jak inne struktury białkowe mogą być dotknięte wadą metaboliczną. Według nieprawidłowej informacji genetycznej powstanie uszkodzony enzym i wtedy jego możliwości katalityczne będą upośledzone lub nie zostanie zsyntetyzowany w ogóle. Kiedy nie będzie enzymu biorącego udział w określonym szlaku metabolicznym może powstać inny ciąg reakcji utylizujących nagromadzone produkty niedokończonych przemian jako substraty. Powstaną wtedy substancje będące przyczyną chorób.

Enzymy są markerami w diagnostyce medycznej. Używa się je w różnych dziedzinach przemysłu, na przykład spożywczym, czy farmaceutycznym.

Jak już wspomniałam, enzymy są białkami, ale wykryto struktury zawierające kwasy rybonukleinowe, które także mają własności katalizatorów biologicznych i nazwano je rybozymy.

Przedstawiłam pokrótce enzymy, substancje kluczowe dla metabolizmu, ponieważ w następnych publikacjach będę o nich wspominać podczas opisywania działania naszego organizmu.