Помозите развоју веб локације, дељење чланка са пријатељима!

Ензими су неопходни за правилно функционисање свих живих организама на Земљи. Они учествују у већини, ако не и у свим, хемијским променама у природи, односно у милионима реакција и у биљном и у животињском свету. Вреди сазнати шта су ензими, како делују и какав је њихов значај за савремену медицину.

Ензимису протеински молекули који убрзавају или чак омогућавају да се одвијају различите хемијске реакције у живим организмима, укључујући људско тело.

Са хемијске тачке гледишта, ово су катализатори, односно честице које интензивирају реакцију, али се не троше током реакције. Ово повећање ефикасности хемијских трансформација је често огромно, природни катализатори могу скратити време реакције са неколико година на неколико секунди.

Ензими се налазе у свим деловима тела: у ћелијама, у ванћелијском простору, у ткивима, у органима иу њиховој светлости, катализатори које дато ткиво производи одређују његова специфична својства и улогу коју игра у тело.

Већина ензима је веома специфична, што значи да је сваки од њих одговоран само за једну врсту хемијске реакције у којој су укључене специфичне честице - супстрати и само они могу да ступе у интеракцију са датим ензимом.

Активност природних катализатора зависи од многих фактора: реакционог окружења, на пример температуре, пХ, присуства одређених јона, активатора - они појачавају дејство ензима и инхибитора који се супротстављају овој активности.

Ензими: структура

Као што је поменуто, већина ензима су протеини, они имају веома разнолику структуру: од неколико десетина амино киселина до неколико хиљада распоређених у разнолику просторну структуру.

То је облик њиховог формирања (тзв. кватернарна структура) и чињеница да је већина ензима много већа од реактаната њихових реакција је у великој мери одговорна за њихову активност.

Ово је због чињенице да је само одређени регион у структури ензима такозвано активно место, односно фрагмент одговоран за спровођење реакције.

Задатак преосталих фрагмената молекула је да прикаче специфичан супстрат, ређе друга једињења која утичу на активност ензима.

Добро је знати ту конструкцијукатализатора је дизајниран тако да спојна подлога буде идеално геометријски усклађена, као "кључ од браве".

Као и сви протеини, ензими се производе у рибозомима из генетског материјала који је чврсто упакован у језгро - ДНК, стварајући тако тзв. примарну структуру.

Затим се неколико пута савија - мења свој облик, понекад додајући шећере, металне јоне или масне остатке.

Резултат свих ових процеса је формирање активне кватернарне структуре, односно потпуно биолошки активног облика.

У многим случајевима, неколико честица ензима се комбинују да изведу низ хемијских реакција, и тако убрзавају процес.

Понекад постоје ензими у неколико ткива који катализују исту реакцију, али нису структурно слични један другом, називамо их изоензимима.

Имена изоензима су иста, упркос разлици у локацији и структури, међутим, ове разлике имају практичну примену. Захваљујући томе, у лабораторијским тестовима могуће је одредити само оне фракције ензима које потичу из одређеног органа.

Механизми деловања ензима су различити, али са хемијске тачке гледишта, њихов задатак је увек да смање енергију активације реакције. Ово је количина енергије коју супстрати морају имати да би се процес одвијао.

Овај ефекат се може постићи стварањем одговарајућег окружења за реакцију, коришћењем другачијег хемијског пута за добијање истих производа, или одговарајућег просторног распореда супстрата.

Сваки од ових механизама могу користити ензими.

Регулација активности ензима

Деловање ензима зависи од параметара средине: температуре, пХ и других. Сваки од природних катализатора има своје оптималне перформансе под одређеним условима, који могу бити различито широки у зависности од његове толеранције на услове околине.

У случају температуре, већина ензимских реакција је бржа на вишим температурама, али на одређеној температури ефикасност реакције нагло опада, што је узроковано термичким оштећењем ензима (денатурација).

У смислу њихове структуре, хормони се могу поделити у две групе:

  • једноставно - само протеинске честице
  • комплекс - који захтева додавање не-протеинске групе - кофактор

Ови други играју кључну улогу у правилној активности и регулацији ензима.

Кофактори се, заузврат, могу поделити у две групе: они неопходни заактивности ензима, снажно повезане са њим - то су такозване простетичке групе, то могу бити метали, органски молекули, као што је, на пример, хем.

Друга група су коензими, они су обично одговорни за пренос супстрата или електрона, а њихово везивање за ензим је слабо, у ову групу спадају нпр. фолна киселина, коензим А. Вреди знати да многи витамини играју улогу кофактора.

Инхибитори обављају потпуно другачији задатак, они су честице које инхибирају ензимску активност везивањем за ензим.

Постоји неколико типова инхибитора:

  • неповратно - изазивају трајну инактивацију молекула и реакција се може одиграти тек након производње новог ензима
  • конкурентан - у овом случају, инхибитор има структуру сличну оној супстрата, тако да се такмиче за активно место. Ако је закачен инхибитор, реакција се не дешава, ако супстрат - тече нормално
  • неконкурентно - такви инхибитори везују ензим на месту које није на супстрату, тако да се може везати за ензим, али реакција се не одвија

При много већој концентрацији супстрата од инхибитора, ефекат компетитивног инхибитора је превазиђен, јер он надвладава "конкуренција" за активно место, у случају неконкурентног, његов ефекат не може бити савладати повећањем концентрације супстрата.

Поред регулације система активатора и инхибитора, постоје многе друге методе контроле активности ензима.

Тичу се ћелијске контроле производње на нивоу формирања протеина, као и регулације такозваног посттранслационог процесирања, односно промена у структури протеинског молекула које се дешавају непосредно након његове синтезе у рибозома. Ове модификације се састоје, на пример, у скраћивању полипептидног ланца.

Следећи методи регулације се тичу сегрегације и постављања ензима у одговарајућа подручја: ћелијске и специфичне органеле, или у екстрацелуларни део.

Постоји још један важан регулаторни механизам - негативна повратна спрега - то је примарни контролни систем у ендокрином систему. Ради на принципу инхибиције.

То значи да ако ензим производи превише одређеног хормона, он се везује за њега, инхибира његову активност и смањује синтезу, тако да сам производ реакције инхибира његову производњу.

Ензими: улога

Свако ткиво људског тела производи одређени скуп ензима, који дефинише улогу ових ћелија у функционисању тела. Шта су ови ензими дефинисано је генетским кодом и који су региони активни у датој ћелији.

Хиљаде хемијских реакција се одвијају у људском телу у било ком тренутку, од којих свака захтева одређени ензим, тако да би било тешко навести све ове честице присутне у нашем телу.

Вреди знати о неким од најкарактеристичнијих:

  • Дигестивни ензими- произведени у ткивима дигестивног система, они разлажу храну на једноставна једињења, јер се само она могу апсорбовати у крв. Они су екстрацелуларни ензими, па свој главни задатак испуњавају ван ћелија у којима се производе. Неки од ових ензима се формирају у неактивном облику, такозвани проензими или зимогени, и активирају се у гастроинтестиналном тракту. Дигестивни ензими укључују, на пример: амилазу, липазу, трипсин.
  • Миозинје ензим који се налази у мишићима, разграђује молекуле АТП-а који су носиоци енергије, узрокујући контракцију мишићних влакана.
  • Пероксидазесу оксидирајући ензими и каталазе, односно редукујући ензими
  • Ацетилхолинестеразаје ензим који разграђује ацетилхолин, један од трансмитера у нервном систему
  • Моноамин оксидазаје ензим најзаступљенији у јетри, одговоран је за разградњу адреналина, норадреналина и неких лекова
  • Цитохомска оксидаза , веома важан интрацелуларни ензим одговоран за енергетске трансформације
  • Лизозим , супстанца присутна нпр. у сузама или пљувачки која испуњава заштитне функције, уништава патогене
  • Алкохол дехидрогеназа , ензим у јетри одговоран за разградњу етанола
  • Алкална фосфатаза , учествује у изградњи кости од стране остеобласта

Ензими: именовање

Називи ензима су често прилично компликовани јер су изведени из назива реакције коју спроводе и супстрата укљученог у ту реакцију, на пример 5-хидрокситриптофан декарбоксилаза.

Обично се суфикс "-аза" додаје општем називу реакције, а други део назива ензима формира име једињења које пролази кроз ову реакцију.

Понекад је име једноструко, долази од супстрата, нпр. лактазе (ензим који разлаже лактозу).

Ређе, називи ензима потичу од општег процеса који се одвија уз њихово учешће, на пример ДНК гираза, ензим одговоран за окретање ланаца ДНК.

Неки ензими коначно имају уобичајена имена или имена која су дали њихови откривачи, као што је пепсин (који разлаже протеине у дигестивном тракту) или лизозим (бактерицидни ензим садржан усузе).

Постоји и мала група рестрикцијских ензима који су одговорни за резање ланаца ДНК, у овом случају назив потиче од микроорганизма из којег је ензим изолован.

Међународна унија за биохемију и молекуларну биологију увела је правила за именовање ензима и поделила их у неколико класа како би стандардизовала номенклатуру.

Није заменио раније описана имена, већ је додатак који првенствено користе научници.

Према правилима Европске уније, сваки ензим је описан низом знакова: ЕЦ к.кк.кк.кк - где прва цифра означава класу, следеће подкласе и подкласе, и на крају број ензима. Ове класе ензима су:

• 1 - оксидоредуктазе: катализују реакције оксидације и редукције
• 2 - трансферазе: преносе функционалне групе (нпр. фосфат)
• 3 - хидролазе: одговарају хидролизи (разградњи) веза
• 4 - лиазе: пресецање веза на другачији механизам од хидролизе
• 5 - изомеразе: оне су одговорне за просторне промене молекула
• 6 - лигазе: повезују молекуле са ковалентним везама

Ензими и лекови

Значај ензима за људско здравље је огроман. Њихов правилан рад омогућава здрав живот, а захваљујући развоју аналитичких уређаја научили смо да дијагностикујемо разне болести помоћу одређивања ензима. Штавише, у могућности смо да успешно лечимо недостатке неких ензима и насталих болести, нажалост, има још много тога да се уради по овом питању.

Лечење узрока метаболичких болести још увек није могуће, јер нисмо у могућности да безбедно и ефикасно модификујемо генетски материјал да бисмо поправили оштећене гене, а самим тим и неправилно произведене ензиме.

Болести које настају због нефункционалних ензима

Правилно функционисање нашег тела у великој мери зависи од правилног функционисања ензима. У многим случајевима, болесна стања утичу на количину ензима, узрокујући њихово прекомерно ослобађање из ћелија или, напротив, недостатак. Испод су само примери болести изазваних абнормалним ензимским функцијама, има много више ових болести.

  • Метаболички блокови или метаболичке болести

Метаболички блокови или метаболичке болести су група наследних болести узрокованих акумулацијом супстанци у ћелији услед недостатка ензима одговорног за њихов метаболизам. Супстрати акумулирани током времена су толико да постају токсични за ћелије и цео организам.

Постоји неколико хиљада болести, њихов број одражава многострукостензими који се налазе у људском телу, пошто на већину гена који кодирају ензиме могу утицати метаболичке болести.

Примери су галактоземија или хомоцистинурија, које су ретке болести, које се најчешће манифестују одмах по рођењу или у првим годинама живота.

  • Новотвори

Друга група болести које могу укључивати неисправан рад ензима је рак. Поред многих других функција, ензими су такође одговорни за регулисање деобе ћелија, такозваних тирозин киназа. Ако ови ензими не успеју у овој области, може доћи до неконтролисане деобе ћелија и самим тим до канцерогеног процеса.

  • Емфизем

Мање уобичајена болест је емфизем, у ком случају еластаза постаје преактивна. То је ензим присутан у плућном ткиву одговоран за разградњу протеина еластина који је присутан, између осталог, у плућима.

Ако је превише активан, равнотежа између уништавања и изградње је поремећена, настају ожиљци и развија се емфизем.

Ензими: дијагностичка употреба

Савремена медицинска дијагностика заснива се на коришћењу ензима у њиховом одређивању. Ово је због чињенице да болесна стања директно или индиректно доводе до неравнотеже ензима, узрокујући повећање или смањење њихове количине у крви.

Ово може бити резултат не само поремећаја производње, већ и, на пример, ослобађања велике количине интрацелуларног ензима у крв или урин као резултат оштећења његове ћелијске мембране.

Примери ензима који се користе у лабораторијским истраживањима су:

  • Креатин киназа - ензим присутан у мишићима, такође у срчаном мишићу, његово вишеструко повећање може указивати на срчани удар, миокардитис, болести мишића - повреде, дистрофију
  • Лактат дехидрогеназа - присутна у свим ћелијама тела, посебно у мозгу, плућима, белим крвним зрнцима и мишићима. Његов велики пораст се примећује код срчаног удара, болести мишића и јетре или рака.
  • Алкална фосфатаза се у највећој количини налази у јетри и костима, овде је ослобађају остеобласти. Болести ових органа могу узроковати његов раст, али вишак алкалне фосфатазе такође може указивати на процес регенерације кости - након операције или прелома.
  • Кисела фосфатаза се јавља у многим органима - јетри, бубрезима, костима, простати, са дијагностичке тачке гледишта њено повећање може указивати на болести костију и простате
  • Аминотрансферазааспарагин и аланин аминотрансфераза - ово су ензими карактеристични за јетру, који се јављају скоро искључиво у хепатоцитима, користе се у основној скрининг дијагнози обољења јетре, а њихово вишеструко повећање увек подстиче даљу дијагнозу обољења јетре.
  • Глутамат дехидрогеназа и гамаглутамилтрансфераза - други ензими јетре, слично онима поменутим горе, важни су у дијагнози болести овог органа и жучних путева.
  • Амилаза је ензим присутан у многим органима, али највећа концентрација се постиже у ћелијама панкреаса и пљувачних жлезда, њена дијагноза је од највеће важности у њиховим болестима.
  • Липаза је још један ензим панкреаса, разликује се по специфичности од амилазе, што значи да је липаза присутна само у панкреасу и одступања од норме у одређивању овог ензима указују на болест панкреаса.
  • Холинестераза је ензим који разграђује ацетилхолин - трансмитер у нервном систему, где га има и у највећој количини, у дијагностици се користи код тровања органофосфорним једињењима.
  • Фактори коагулације и фибринолизе - то су супстанце које производи јетра које учествују у згрушавању крви, њихова одређивања су важна не само за процену овог процеса, већ и за праћење функције јетре.
  • Алфа-фетопротеин - ензим јетре, чија се количина повећава код болести овог органа, укључујући рак.
  • Ц-реактивни протеин - производи јетра, учествује у имунолошком одговору, његова количина се повећава у крви код упалних стања - инфекција, повреда, аутоимуних болести.
  • Церулоплазмин - још један ензим јетре чије је повећање карактеристично за Вилсонову болест.
  • Пиридинолин и деоксипиридинолин су маркери ресорпције (деструкције) костију, они карактеришу функцију остеокласта (остеогених ћелија).
  • Миоглобин - као што је раније поменуто, то је једињење карактеристично за мишиће, тако да његово повећање указује на оштећење скелетних или срчаних мишића.
  • Тропонини - такозвани маркери срчаног удара, то су ензими који регулишу контракцију мишићних влакана, посебно их има у срчаном мишићу. Његово оштећење изазива ослобађање велике количине тропонина у крв, који се користи у дијагностици срчаних обољења. Међутим, вреди запамтити да повећање тропонина може указивати не само на срчани удар, већ и на његову инсуфицијенцију, дефекте вентила или плућну емболију.

Сви горе наведени ензими могу се доделити у неколико група:

  • секреторни ензими- доња граница норме је дијагностичка. То су ензими које физиолошки производе органи, али у случају болести њихов број се смањује, нпр. фактори згрушавања
  • индикаторски ензими- раст је важан. Ова група ензима се појављује у великом броју због оштећења органа и цурења ензима, као што су тропонини
  • ензими за излучивање- ово су ензими који се нормално производе у лумену различитих органа - уста, црева и уринарног тракта. Ако им је излаз блокиран, доспевају у крв, нпр. амилаза

Вреди запамтити да се ензими користе у самој медицинској дијагностици. Биохемијске анализе се раде уз употребу ензима, а одговарајућа интерпретација резултата ензимских реакција омогућава да се обезбеди резултат лабораторијског теста

Ензими и третман

Многи лекови делују тако што утичу на деловање ензима, било тако што их изазивају да делују или, напротив, тако што су инхибитори. Постоје замене за ензиме као што су панкреатин који садрже липазу и амилазу који се користе код инсуфицијенције панкреаса.

С друге стране, одређене групе лекова инхибирају деловање ензима, на пример инхибитори ензима који конвертује ангиотензин који се користе, између осталих, код хипертензије и срчане инсуфицијенције, или неких антибиотика, на пример амоксицилина, који инхибира ензим бактеријску транспептидазу, који спречава изградњу ћелијског зида бактерије, и као резултат тога, инфекција је инхибирана.

Неки отрови такође делују тако што утичу на ензиме. Цијанид је снажан инхибитор цитокром оксидазе, битне компоненте респираторног ланца. Његово блокирање спречава ћелију да добије енергију, што доводи до њене смрти.

За правилан ток животних процеса ћелија неопходно је присуство многих хемијских супстанци, које остају у строгим размерама међу собом и између којих се непрестано дешавају хемијске реакције.

Овај задатак обављају правилно функционишући ензими, који су неопходни да би се скоро свака хемијска реакција одвијала брзином и ефикасношћу која је неопходна за правилно функционисање људског тела.

Деловање ензима убрзава ове процесе много пута, често чак и стотине пута, што је важно, сами ензими се не троше током реакција које се одвијају.

Недостатак катализатора или њихов неправилан рад може довести до појаве многих болести. С друге стране, вешта модификација њихове активности омогућава вам да успешно излечите многе болести.

Ензимологија (наука о ензимима) је изузетно опсежна, ањен развој може донети не само научни напредак, већ и активно допринети развоју медицине у смислу не само лечења, већ и дијагностике.

О ауторуЛук. Мациеј ГримузаДипломирао је на Медицинском факултету Медицинског универзитета у К. Марцинковског у Познању. Завршио је факултет са добрим успехом. Тренутно је доктор кардиологије и докторант. Посебно се интересује за инвазивну кардиологију и имплантабилне уређаје (стимулаторе).

Помозите развоју веб локације, дељење чланка са пријатељима!

Категорија:

Истраживање