Struttura e funzione di un enzima

Un enzima è una proteina che facilita un processo metabolico cellulare abbassando i livelli di energia di attivazione (Ea) al fine di catalizzare le reazioni chimiche tra le biomolecole. Alcuni enzimi riducono l'energia di attivazione a livelli così bassi da invertire effettivamente le reazioni cellulari. Ma in tutti i casi, gli enzimi facilitano le reazioni senza alterarsi, come il modo in cui il carburante brucia quando viene utilizzato.

Perché si verifichino reazioni chimiche, le molecole devono scontrarsi in condizioni appropriate che gli enzimi possono aiutare a creare. Ad esempio, senza la presenza di un enzima appropriato, le molecole di glucosio e le molecole di fosfato nel glucosio-6-fosfato rimarranno legate. Ma quando si introduce il enzima idrolasi, le molecole di glucosio e fosfato si separano.

Il peso molecolare tipico di un enzima (i pesi atomici totali degli atomi di una molecola) varia da circa 10.000 a oltre 1 milione. Un piccolo numero di enzimi non sono in realtà proteine, ma sono invece costituiti da piccole molecole catalitiche di RNA. Altri enzimi sono complessi multiproteici che comprendono più singole subunità proteiche.

Mentre molti gli enzimi catalizzano le reazioni da soli, alcuni richiedono componenti aggiuntivi non proteici chiamati "cofattori", che possono essere ioni inorganici come Fe²⁺, Mg²⁺Mn²⁺o Zn²⁺oppure possono consistere in molecole organiche o metallo-organiche note come "coenzimi".

La maggior parte degli enzimi sono classificati nelle seguenti tre categorie principali, in base alle reazioni che catalizzano:

• ossidoriduttasi catalizzare reazioni di ossidazione in cui gli elettroni viaggiano da una molecola all'altra. Un esempio: l'alcool deidrogenasi, che converte gli alcoli in aldeidi o chetoni. Questo enzima rende l'alcol meno tossico poiché lo scompone e svolge anche un ruolo chiave nel processo di fermentazione.
• transferasi catalizzare il trasporto di un gruppo funzionale da una molecola all'altra. I primi esempi includono le aminotransferasi, che catalizzano la degradazione degli aminoacidi rimuovendo i gruppi amminici.
• hydrolase gli enzimi catalizzano l'idrolisi, in cui i singoli legami vengono scomposti in seguito all'esposizione all'acqua. Ad esempio, glucosio-6-fosfatasi è un'idrolasi che rimuove il gruppo fosfato dal glucosio-6-fosfato, lasciando glucosio e H3PO4 (acido fosforico).

Tre enzimi meno comuni sono i seguenti:

• liasi catalizzare la rottura di vari legami chimici con mezzi diversi dall'idrolisi e dall'ossidazione, formando spesso nuovi doppi legami o strutture ad anello. La decarbossilasi piruvata è un esempio di una liasi che rimuove la CO2 (anidride carbonica) dal piruvato.
• isomerasi catalizzare gli spostamenti strutturali delle molecole, causando cambiamenti di forma. Un esempio: ribulosio fosfato epimerasi, che catalizza l'interconversione di ribulosio-5-fosfato e xilulosio-5-fosfato.
• ligases catalizzare la legatura - la combinazione di coppie di substrati. Ad esempio, hexokinases è una ligasi che catalizza l'interconversione di glucosio e ATP con glucosio-6-fosfato e ADP.

Gli enzimi hanno un impatto sulla vita di tutti i giorni. Ad esempio, gli enzimi presenti nei detergenti per bucato aiutano a degradare le proteine ​​che causano macchie, mentre le lipasi aiutano a dissolvere le macchie di grasso. Gli enzimi termotolleranti e criotoleranti funzionano a temperature estreme e sono quindi utili per l'industria processi in cui sono richieste alte temperature o per il biorisanamento, che si verificano in condizioni difficili, come quelle in l'Artico.

Nell'industria alimentare, gli enzimi convertono l'amido in zucchero, al fine di produrre dolcificanti da fonti diverse dalla canna da zucchero. Nel settore dell'abbigliamento, gli enzimi riducono le impurità nel cotone e deprimono la necessità di sostanze chimiche potenzialmente dannose utilizzate nel processo di concia della pelle.

Infine, l'industria delle materie plastiche cerca continuamente modi per utilizzare gli enzimi per sviluppare prodotti biodegradabili.