Struktur och funktion av ett enzym

Enzymer är ett protein som underlättar en cellulär metabolisk process genom att sänka nivån för aktiveringsenergi (Ea) för att katalysera de kemiska reaktionerna mellan biomolekyler. Vissa enzymer reducerar aktiveringsenergin till så låga nivåer att de faktiskt vänder cellreaktioner. Men i alla fall underlättar enzymer reaktioner utan att förändras, som hur bränslet brinner när det används.

För att kemiska reaktioner ska inträffa måste molekyler kollidera under lämpliga förhållanden som enzymer kan hjälpa till att skapa. Till exempel, utan närvaron av ett lämpligt enzym, kommer glukosmolekylerna och fosfatmolekylerna i glukos-6-fosfat att förbli bundna. Men när du introducerar hydrolasenzym, glukos- och fosfatmolekylerna separeras.

Ett enzyms typiska molekylvikt (de totala atomvikterna för en molekyls atomer) varierar från cirka 10 000 till mer än 1 miljon. Ett litet antal enzymer är faktiskt inte proteiner utan består i stället av små katalytiska RNA-molekyler. Andra enzymer är multiproteinkomplex som innefattar flera individuella proteinsubenheter.

Medan många enzymer katalyserar reaktioner i sig själva kräver vissa ytterligare icke-proteinkomponenter som kallas "kofaktorer", som kan vara oorganiska joner såsom Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺eller Zn²⁺eller så kan de bestå av organiska eller metallorganiska molekyler kända som "koenzym."

Majoriteten av enzymer klassificeras i följande tre huvudkategorier, baserat på de reaktioner de katalyserar:

• oxidoreduktaser katalysera oxidationsreaktioner där elektroner rör sig från en molekyl till en annan. Ett exempel: alkoholdehydrogenas, som omvandlar alkoholer till aldehyder eller ketoner. Detta enzym gör alkohol mindre giftigt när det bryts ned och det spelar också en nyckelroll i jäsningsprocessen.
• transferaser katalysera transporten av en funktionell grupp från en molekyl till en annan. De främsta exemplen inkluderar aminotransferaser, som katalyserar aminosyranedbrytning genom att avlägsna aminogrupper.
• hydrolas enzymer katalyserar hydrolys, där enkelbindningar bryts ned vid exponering för vatten. Till exempel är glukos-6-fosfatas ett hydrolas som avlägsnar fosfatgruppen från glukos-6-fosfat, vilket lämnar glukos och H3PO4 (fosforsyra).

Tre mindre vanliga enzymer är följande:

• lyaser katalysera nedbrytningen av olika kemiska bindningar med andra medel än hydrolys och oxidation, och bildar ofta nya dubbelbindningar eller ringstrukturer. Pyruvat dekarboxylas är ett exempel på ett lyas som tar bort CO2 (koldioxid) från pyruvat.
• isomeraser katalysera strukturförändringar i molekyler, vilket orsakar förändringar i form. Ett exempel: ribulosafosfatepimeras, som katalyserar interkonversionen av ribulosa-5-fosfat och xylulosa-5-fosfat.
• ligaser katalysera ligering - kombinationen av par av substrat. Exempelvis är hexokinaser ett ligas som katalyserar interkonversionen av glukos och ATP med glukos-6-fosfat och ADP.

Enzymer påverkar vardagen. Exempelvis hjälper enzymer som finns i tvättmedel att bryta ner fläckframkallande proteiner, medan lipaser hjälper till att lösa fettfläckar. Termotoleranta och kryotoleranta enzymer fungerar vid extrema temperaturer och är därför användbara för industriella processer där höga temperaturer krävs eller för bioremediering, som uppstår under svåra förhållanden, såsom de i den arktiska.

Inom livsmedelsindustrin omvandlar enzymer stärkelse till socker för att göra sötningsmedel från andra källor än sockerrör. Inom klädindustrin reducerar enzymer föroreningar i bomull och minskar behovet av potentiellt skadliga kemikalier som används i läderbrunprocessen.

Slutligen söker plastindustrin kontinuerligt sätt att använda enzymer för att utveckla biologiskt nedbrytbara produkter.