Un enzima è definito come una macromolecola che catalizza una reazione biochimica. In questo tipo di reazione chimica, le molecole di partenza sono chiamati substrati. L'enzima interagisce con un substrato, convertendolo in un nuovo prodotto. La maggior parte degli enzimi sono nominati combinando il nome del substrato con il suffisso -ase (ad es. Proteasi, ureasi). Quasi tutte le reazioni metaboliche all'interno del corpo si basano su enzimi per far sì che le reazioni procedano abbastanza rapidamente da essere utili.
Prodotti chimici chiamati attivatori può migliorare l'attività degli enzimi, mentre inibitori ridurre l'attività degli enzimi. Lo studio degli enzimi è definito enzimologia.
Esistono sei grandi categorie utilizzate per classificare gli enzimi:
- Ossidoreduttasi - coinvolti nel trasferimento di elettroni
- Idrolasi: scissione del substrato mediante idrolisi (assorbimento di una molecola d'acqua)
- Isomerasi: trasferisci un gruppo in una molecola per formare un isomero
- Ligasi (o sintetasi): accoppiano la rottura di un legame pirofosfato in un nucleotide alla formazione di nuovi legami chimici
- Ossidoreduttasi - agiscono nel trasferimento di elettroni
- Transferasi: trasferisce un gruppo chimico da una molecola all'altra
Come funzionano gli enzimi
Gli enzimi funzionano di abbassando l'energia di attivazione necessario fare una reazione chimica si verificano. Come altri catalizzatori, gli enzimi cambiano l'equilibrio di una reazione, ma non vengono consumati nel processo. Mentre la maggior parte dei catalizzatori può agire su un numero di diversi tipi di reazioni, una caratteristica chiave di un enzima è che è specifica. In altre parole, un enzima che catalizza una reazione non avrà alcun effetto su una diversa reazione.
La maggior parte degli enzimi sono proteine globulari che sono molto più grandi del substrato con cui interagiscono. Le dimensioni variano da 62 amminoacidi a oltre 2.500 residui di amminoacidi, ma solo una parte della loro struttura è coinvolta nella catalisi. L'enzima ha ciò che viene chiamato un Sito attivo, che contiene uno o più siti di rilegatura che orientano il substrato nella configurazione corretta e anche a sito catalitico, che è la parte della molecola che abbassa l'energia di attivazione. Il resto della struttura di un enzima agisce principalmente per presentare il sito attivo al substrato nel migliore dei modi. Potrebbe anche esserci sito allosterico, in cui un attivatore o un inibitore può legarsi per causare un cambiamento di conformazione che influisce sull'attività dell'enzima.
Alcuni enzimi richiedono una sostanza chimica aggiuntiva, chiamata a cofattore, affinché si verifichi la catalisi. Il cofattore potrebbe essere uno ione metallico o una molecola organica, come una vitamina. I cofattori possono legarsi vagamente o strettamente agli enzimi. Si chiamano cofattori strettamente legati gruppi protesici.
Sono due le spiegazioni di come gli enzimi interagiscono con i substrati modello "lucchetto e chiave", proposto da Emil Fischer nel 1894, e il modello di calzata indotta, che è una modifica del modello di chiave e lucchetto proposto da Daniel Koshland nel 1958. Nel modello chiave e lucchetto, l'enzima e il substrato hanno forme tridimensionali che si adattano l'una all'altra. Il modello di adattamento indotto propone che le molecole di enzimi possano cambiare forma, a seconda dell'interazione con il substrato. In questo modello, l'enzima e talvolta il substrato cambiano forma mentre interagiscono fino a quando il sito attivo non è completamente legato.
Esempi di enzimi
È noto che oltre 5.000 reazioni biochimiche sono catalizzate dagli enzimi. Le molecole sono utilizzate anche nell'industria e nei prodotti per la casa. Gli enzimi sono usati per produrre birra e per produrre vino e formaggio. Le carenze enzimatiche sono associate ad alcune malattie, come la fenilchetonuria e l'albinismo. Ecco alcuni esempi di enzimi comuni:
- L'amilasi nella saliva catalizza la digestione iniziale dei carboidrati negli alimenti.
- La papaina è un enzima comune presente nel tenero per carne, dove agisce per rompere i legami che tengono insieme le molecole proteiche.
- Gli enzimi si trovano nel detergente per bucato e negli smacchiatori per aiutare a rompere le macchie proteiche e sciogliere gli oli sui tessuti.
- La DNA polimerasi catalizza una reazione quando il DNA viene copiato e quindi verifica che vengano utilizzate le basi corrette.
Sono tutte le proteine degli enzimi?
Quasi tutti gli enzimi noti sono proteine. Un tempo si riteneva che tutti gli enzimi fossero proteine, ma sono stati scoperti alcuni acidi nucleici, chiamati RNA catalitici o ribozimi, che hanno proprietà catalitiche. La maggior parte delle volte gli studenti studiano enzimi, studiano davvero enzimi a base di proteine, poiché si sa molto poco su come l'RNA possa agire come catalizzatore.