Makaleyi arkadaşlarınızla paylaşarak sitenin geliştirilmesine yardımcı olun!

Enzimler, Dünya'daki tüm canlı organizmaların düzgün çalışması için gereklidir. Hepsi olmasa da, doğadaki kimyasal değişikliklerin çoğuna, yani hem bitki hem de hayvan dünyasında milyonlarca reaksiyona katılırlar. Enzimlerin ne olduğunu, nasıl çalıştıklarını ve modern tıp için öneminin ne olduğunu öğrenmeye değer.

Enzimlerinsan vücudu da dahil olmak üzere canlı organizmalarda çeşitli kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesini hızlandıran hatta buna izin veren protein molekülleridir.

Kimyasal açıdan bunlar katalizörlerdir, yani reaksiyonu yoğunlaştıran, ancak reaksiyon sırasında yıpranmayan parçacıklardır. Kimyasal dönüşümlerin verimliliğindeki bu artış genellikle çok büyüktür, doğal katalizörler reaksiyon süresini birkaç yıldan birkaç saniyeye kadar kıs altabilir.

Enzimler vücudun tüm alanlarında bulunur: hücrelerde, hücre dışı boşlukta, dokularda, organlarda ve bunların ışığında, belirli bir dokunun ürettiği katalizörler, belirli özelliklerini ve vücutta oynadığı rolü belirler. vücut.

Çoğu enzim çok spesifiktir, bu da her birinin belirli partiküllerin - substratların dahil olduğu sadece bir tür kimyasal reaksiyondan sorumlu olduğu ve sadece belirli bir enzimle etkileşime girebildiği anlamına gelir.

Doğal katalizörlerin aktivitesi birçok faktöre bağlıdır: reaksiyon ortamı, örneğin sıcaklık, pH, belirli iyonların varlığı, aktivatörler - bunlar bu aktiviteye karşı koyan enzimlerin ve inhibitörlerin etkisini arttırırlar.

Enzimler: yapı

Belirtildiği gibi, enzimlerin çoğu proteindir, çok çeşitli bir yapıya sahiptirler: birkaç düzine amino asitten çeşitli uzaysal yapıda düzenlenmiş birkaç bine kadar.

Oluşumlarının şeklidir (kuaterner yapı olarak adlandırılır) ve çoğu enzimin reaksiyonlarının reaktanlarından çok daha büyük olması aktivitelerinden büyük ölçüde sorumludur.

Bunun nedeni, enzimlerin yapısında sadece belirli bir bölgenin sözde aktif bölge, yani reaksiyonu gerçekleştirmekten sorumlu bir parça olmasıdır.

Molekülün kalan parçalarının görevi, spesifik bir substratı, daha az sıklıkla enzimin aktivitesini etkileyen diğer bileşikleri eklemektir.

Bunu bilmek güzelKatalizör, birleştirici alt tabakanın "kilidin anahtarı" gibi geometrik olarak ideal bir şekilde eşleşeceği şekilde tasarlanmıştır.

Tüm proteinler gibi, enzimler de çekirdekte sıkıca paketlenmiş genetik materyalden - DNA'dan ribozomlarda üretilir ve böylece birincil yapı denilen bir yapı oluşur.

Ardından birkaç kez katlanır - şeklini değiştirir, bazen şekerler, metal iyonları veya yağ kalıntıları ekler.

Tüm bu süreçlerin sonucu aktif bir kuaterner yapının, yani tamamen biyolojik olarak aktif bir formun oluşmasıdır.

Çoğu durumda, birkaç enzim parçacığı bir dizi kimyasal reaksiyonu gerçekleştirmek için birleşir ve böylece süreci hızlandırır.

Bazen birkaç dokuda aynı reaksiyonu katalize eden ancak yapısal olarak birbirine benzemeyen enzimler vardır, bunlara izoenzim diyoruz.

Yer ve yapı farklılıklarına rağmen izoenzimlerin isimleri aynıdır, ancak bu farklılıkların pratik uygulaması vardır. Bu sayede laboratuvar testlerinde enzimin sadece belirli bir organdan gelen fraksiyonlarını belirlemek mümkündür.

Enzimlerin etki mekanizmaları çeşitlidir, ancak kimyasal açıdan görevleri her zaman reaksiyonun aktivasyon enerjisini düşürmektir. Bu, işlemin gerçekleşmesi için alt tabakaların sahip olması gereken enerji miktarıdır.

Bu etki, reaksiyon için uygun bir ortam yaratarak, aynı ürünleri elde etmek için farklı bir kimyasal yol kullanarak veya substratların uygun uzaysal düzenini kullanarak elde edilebilir.

Bu mekanizmaların her biri enzimler tarafından kullanılabilir.

Enzim aktivitesinin düzenlenmesi

Enzimlerin etkisi çevresel parametrelere bağlıdır: sıcaklık, pH ve diğerleri. Doğal katalizörlerin her biri, çevresel koşullara toleransına bağlı olarak farklı genişlikte olabilen belirli koşullar altında optimum performansa sahiptir.

Sıcaklık durumunda, çoğu enzimatik reaksiyon daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlıdır, ancak belirli bir sıcaklıkta reaksiyon verimliliği, enzimin termal hasarından (denatürasyon) kaynaklanan keskin bir şekilde düşer.

Yapıları itibariyle hormonlar iki gruba ayrılabilir:

  • basit - sadece protein parçacıkları
  • kompleks - protein olmayan bir grubun eklenmesini gerektiren - bir kofaktör

İkincisi, enzimlerin uygun aktivitesi ve düzenlenmesinde kilit bir rol oynar.

Kofaktörler sırayla iki gruba ayrılabilir:enzimin faaliyetleri, onunla güçlü bir şekilde ilişkilidir - bunlar sözde prostetik gruplardır, metaller, örneğin heme gibi organik moleküller olabilir.

İkinci grup koenzimlerdir, genellikle substratların veya elektronların transferinden sorumludurlar ve enzime bağlanmaları zayıftır, bu grup örneğin folik asit, koenzim A'yı içerir. birçok vitamin kofaktörlerin rolünü oynar.

İnhibitörler tamamen farklı bir görevi yerine getirirler, enzime bağlanarak enzimatik aktiviteyi engelleyen partiküllerdir.

Birkaç çeşit inhibitör vardır:

  • tersinmez - molekülün kalıcı olarak inaktivasyonuna neden olurlar ve reaksiyon ancak yeni bir enzimin üretilmesinden sonra gerçekleşebilir
  • rekabetçi - bu durumda inhibitör, substratınkine benzer bir yapıya sahiptir, bu nedenle aktif bölge için rekabet ederler. Bir inhibitör eklenirse, substrat - normal şekilde ilerliyorsa reaksiyon oluşmaz
  • rekabetçi olmayan - bu tür inhibitörler enzimi substratınkinden başka bir yere bağlar, bu nedenle enzime bağlanabilir, ancak reaksiyon gerçekleşmez

Substratın inhibitörden çok daha yüksek bir konsantrasyonunda, rekabetçi inhibitörün etkisi aşılır, çünkü aktif bölge için "rekabet" i bastırır, rekabetçi olmayan durumda etkisi olamaz substratın konsantrasyonunu artırarak üstesinden gelin.

Aktivatör ve inhibitör sistemlerinin düzenlenmesine ek olarak, enzimlerin aktivitesini kontrol etmenin başka birçok yöntemi vardır.

Bunlar, hücrenin protein oluşumu düzeyindeki üretim kontrolünü ve ayrıca translasyon sonrası işleme denilen, yani bir protein molekülünün yapısında sentezinden hemen sonra meydana gelen değişikliklerin düzenlenmesiyle ilgilidir. ribozom. Bu modifikasyonlar örneğin polipeptit zincirinin kıs altılmasından oluşur.

Sonraki düzenleme yöntemleri, enzimlerin uygun alanlara ayrılması ve yerleştirilmesiyle ilgilidir: hücresel ve belirli organellerde veya hücre dışı bölmede.

Bir tane daha önemli düzenleyici mekanizma var - negatif geri besleme - endokrin sistemdeki birincil kontrol sistemi. İnhibisyon prensibi ile çalışır.

Bu, eğer bir enzim belirli bir hormondan çok fazla üretirse, ona bağlanarak aktivitesini inhibe eder ve sentezi az altır, bu nedenle reaksiyon ürününün kendisinin üretimini engeller.

Enzimler: rol

İnsan vücudunun her dokusu, vücudun işleyişinde bu hücrelerin rolünü tanımlayan belirli bir enzim seti üretir. Bu enzimlerin ne olduğu genetik kodla tanımlanır ve belirli bir hücrede hangi bölgelerin aktif olduğu

İnsan vücudunda her an her biri belirli bir enzim gerektiren binlerce kimyasal reaksiyon gerçekleşir, bu nedenle vücudumuzda bulunan tüm bu parçacıkları listelemek zor olacaktır.

En karakteristik olanlardan bazılarını bilmekte fayda var:

  • Sindirim enzimleri- Sindirim sistemi dokuları tarafından üretilirler, yiyecekleri basit bileşiklere ayırırlar, çünkü sadece bunlar kana emilebilir. Hücre dışı enzimlerdir, bu nedenle asıl görevlerini üretildikleri hücrelerin dışında yerine getirirler. Bu enzimlerin bazıları, proenzimler veya zimojenler olarak adlandırılan inaktif bir biçimde oluşturulur ve gastrointestinal sistemde aktive edilir. Sindirim enzimleri, örneğin: amilaz, lipaz, tripsin içerir.
  • Miyosinkaslarda bulunan bir enzimdir, enerji taşıyıcısı olan ATP moleküllerini parçalayarak kas liflerinin kasılmasına neden olur.
  • Peroksidazlarenzimleri ve katalazları oksitler, yani enzimleri az altır
  • Asetilkolinesterazsinir sistemindeki vericilerden biri olan asetilkolini parçalayan bir enzimdir
  • Monoamin oksidazkaraciğerde en bol bulunan enzimdir, adrenalin, noradrenalin ve bazı ilaçların parçalanmasından sorumludur
  • Sitokomik oksidaz , enerji dönüşümlerinden sorumlu çok önemli bir hücre içi enzim
  • Lysozym , örneğin gözyaşı veya tükürükte bulunan ve koruyucu işlevleri yerine getiren bir madde, patojenleri yok eder
  • Alkol dehidrojenaz , karaciğerde etanolün parçalanmasından sorumlu bir enzim
  • Alkalin fosfataz , osteoblastlar tarafından kemik oluşumuna katılır

Enzimler: adlandırma

Enzim isimleri, yürüttükleri reaksiyonun adından ve bu reaksiyonda yer alan substrattan, örneğin 5-hidroksitriptofan dekarboksilazdan türetildikleri için genellikle oldukça karmaşıktır.

Tipik olarak, reaksiyonun genel adına "-aza" eki eklenir ve enzim adının ikinci kısmı bu reaksiyona giren bileşiğin adını oluşturur.

Bazen isim tektir, bir substrattan gelir, örneğin laktaz (laktozu parçalayan bir enzim).

Daha ender olarak, enzimlerin adları onların katılımıyla gerçekleşen genel bir süreçten türemiştir, örneğin DNA ipliklerini döndürmekten sorumlu enzim olan DNA giraz.

Bazı enzimler, nihayet, pepsin (sindirim sistemindeki proteinleri parçalayan) veya lizozim (içinde bulunan bakterisidal bir enzim) gibi, keşfedenleri tarafından verilen ortak isimlere veya isimlere sahiptir.gözyaşları).

DNA ipliklerini kesmekten sorumlu olan küçük bir kısıtlama enzimleri grubu da vardır, bu durumda adı enzimin izole edildiği mikroorganizmadan gelir.

Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği, enzimleri adlandırmak için kurallar getirdi ve isimlendirmeyi standart hale getirmek için bunları birkaç sınıfa ayırdı.

Daha önce açıklanan isimlerin yerine geçmedi, daha çok bilim adamları tarafından kullanılan bir ektir.

Avrupa Birliği kurallarına göre, her enzim bir dizi karakterle tanımlanır: EC x.xx.xx.xx - burada ilk basamak sınıfı, sonraki alt sınıfları ve alt sınıfları ve son olarak enzim sayısı. Bu enzim sınıfları:

• 1 - oksidoredüktazlar: oksidasyon ve indirgeme reaksiyonlarını katalize ederler
• 2 - transferazlar: fonksiyonel grupları transfer eder (örneğin fosfat)
• 3 - hidrolazlar: hidrolize (dekompozisyon) karşılık gelir bağların sayısı
• 4 - liyazlar: bağları hidrolizden farklı bir mekanizmayla keser
• 5 - izomerazlar: moleküllerin uzaysal değişikliklerinden sorumludurlar
• 6 - ligazlar: molekülleri bağlar kovalent bağlarla

Enzimler ve tıp

Enzimlerin insan sağlığı için önemi çok büyüktür. Düzgün çalışması sağlıklı bir yaşam sağlar ve analitik cihazların gelişmesi sayesinde çeşitli hastalıkları enzim tayini ile teşhis etmeyi öğrendik. Üstelik bazı enzimlerin eksikliklerini ve buna bağlı oluşan hastalıkları başarıyla tedavi edebiliyoruz maalesef bu konuda daha yapılacak çok şey var.

Metabolik hastalıkların nedenlerinin tedavisi henüz mümkün değil, çünkü hasarlı genleri ve dolayısıyla yanlış üretilen enzimleri onarmak için genetik materyali güvenli ve etkili bir şekilde değiştiremiyoruz.

İşlevsel olmayan enzimlerden kaynaklanan hastalıklar

Vücudumuzun düzgün çalışması büyük ölçüde enzimlerin düzgün çalışmasına bağlıdır. Çoğu durumda, hastalık durumları enzimlerin miktarını etkileyerek hücrelerden aşırı salınmalarına veya tam tersine eksik olmalarına neden olur. Aşağıda anormal enzimatik fonksiyonların neden olduğu hastalıklara sadece örnekler verilmiştir, bu hastalıklardan çok daha fazlası vardır.

  • Metabolik bloklar veya metabolik hastalıklar

Metabolik bloklar veya metabolik hastalıklar, metabolizmalarından sorumlu bir enzim eksikliği nedeniyle hücrede maddelerin birikmesinden kaynaklanan kalıtsal bir hastalık grubudur. Zamanla biriken substratlar o kadar fazladır ki hücreler ve tüm organizma için toksik hale gelirler.

Birkaç bin hastalık var, sayıları çokluğu yansıtıyorEnzim kodlayan genlerin çoğu metabolik hastalıklardan etkilenebildiğinden insan vücudunda bulunan enzimler.

Örnekler, genellikle doğumdan hemen sonra veya yaşamın ilk yıllarında ortaya çıkan nadir hastalıklar olan galaktozemi veya homosistinüridir.

  • Nowotwory

Enzimlerin hatalı çalışmasına neden olabilecek başka bir hastalık grubu da kanserdir. Diğer birçok işlevin yanı sıra enzimler, tirozin kinazlar olarak adlandırılan hücre bölünmesinin düzenlenmesinden de sorumludur. Bu enzimler bu alanda başarısız olursa kontrolsüz hücre bölünmesi ve dolayısıyla kanserli bir süreç meydana gelebilir.

  • Amfizem

Daha az yaygın bir hastalık amfizemdir, bu durumda elastaz aşırı aktif hale gelir. Diğerlerinin yanı sıra akciğerlerde bulunan elastin proteininin parçalanmasından sorumlu olan akciğer dokusunda bulunan bir enzimdir.

Çok aktif olursa yıkma ve inşa etme dengesi bozulur, yara izi oluşur ve amfizem gelişir.

Enzimler: teşhis amaçlı kullanım

Modern tıbbi teşhis, belirlemelerinde enzimlerin kullanılmasına dayanır. Bunun nedeni, hastalık durumlarının doğrudan veya dolaylı olarak enzimlerin dengesizliğine yol açarak kandaki miktarlarının artmasına veya azalmasına neden olmasıdır.

Bu sadece üretim bozukluklarından değil, örneğin hücre zarının hasar görmesi sonucu çok miktarda hücre içi enzimin kana veya idrara salınmasından da kaynaklanabilir.

Laboratuvar araştırmalarında kullanılan enzim örnekleri şunlardır:

  • Kreatin kinaz - kaslarda ve ayrıca kalp kasında bulunan bir enzim, çoklu artışı kalp krizi, miyokardit, kas hastalıkları - yaralanmalar, distrofiye işaret edebilir.
  • Laktat dehidrojenaz - vücudun tüm hücrelerinde, özellikle beyinde, akciğerlerde, beyaz kan hücrelerinde ve kaslarda bulunur. Kalp krizi, kas ve karaciğer hastalıkları veya kanserde büyük artışı gözlenir.
  • Alkalin fosfataz en fazla karaciğerde ve kemiklerde bulunur, burada osteoblastlar tarafından salınır. Bu organların hastalıkları büyümesine neden olabilir, ancak aşırı miktarda alkalin fosfataz, ameliyat veya kırık sonrası kemik yenilenme sürecini de gösterebilir.
  • Asit fosfataz birçok organda oluşur - karaciğer, böbrekler, kemikler, prostat, teşhis açısından, artışı kemik ve prostat hastalıklarını gösterebilir.
  • Aminotransferazasparagin ve alanin aminotransferaz - bunlar karaciğerin karakteristik enzimleridir, neredeyse yalnızca hepatositlerde oluşurlar, karaciğer hastalıklarının temel tarama tanısında kullanılırlar ve bunların birkaç kat artışları her zaman karaciğer hastalıklarının daha ileri teşhisini teşvik eder.
  • Glutamat dehidrojenaz ve gammaglutamiltransferaz - yukarıda bahsedilenlere benzer diğer karaciğer enzimleri, bu organ ve safra yollarının hastalıklarının teşhisinde önemlidir.
  • Amilaz birçok organda bulunan bir enzimdir, ancak en yüksek konsantrasyon pankreas ve tükürük bezlerinin hücrelerinde elde edilir, teşhisi hastalıklarında büyük önem taşır.
  • Lipaz başka bir pankreas enzimidir, özgüllüğü amilazdan farklıdır, yani lipaz sadece pankreasta bulunur ve bu enzimin belirlenmesindeki normdan sapmalar pankreas hastalığını gösterir.
  • Kolinesteraz, en yüksek miktarda bulunduğu sinir sisteminde bir verici olan asetilkolini parçalayan bir enzimdir, tanıda organofosfor bileşikleri ile zehirlenmelerde kullanılır.
  • Pıhtılaşma ve fibrinoliz faktörleri - bunlar kanın pıhtılaşmasında rol oynayan karaciğer tarafından üretilen maddelerdir, tespitleri sadece bu sürecin değerlendirilmesinde değil aynı zamanda karaciğer fonksiyonunun izlenmesinde de önemlidir.
  • Alfa-fetoprotein - miktarı kanser de dahil olmak üzere bu organın hastalıklarında artan bir karaciğer enzimi.
  • C-reaktif protein - bağışıklık yanıtında yer alan karaciğer tarafından üretilir, inflamatuar durumlarda - enfeksiyonlar, yaralanmalar, otoimmün hastalıklarda kandaki miktarı artar.
  • Seruloplazmin - artışı Wilson hastalığının özelliği olan başka bir karaciğer enzimi
  • Piridinolin ve deoksipiridinolin, kemik emiliminin (yıkım) belirteçleridir, osteoklastların (osteojenik hücreler) işlevini karakterize ederler.
  • Miyoglobin - daha önce de belirtildiği gibi, kasların bileşik bir özelliğidir, bu nedenle artışı iskelet veya kalp kaslarına verilen hasarı gösterir.
  • Troponinler - sözde kalp krizi belirteçleri, bunlar kas liflerinin kasılmasını düzenleyen enzimlerdir, özellikle kalp kasında bol miktarda bulunurlar. Hasarı, kalp hastalıklarının tanısında kullanılan büyük miktarlarda troponinlerin kana salınmasına neden olur. Bununla birlikte, troponinlerdeki bir artışın sadece kalp krizini değil, aynı zamanda yetersizliğini, kapak kusurlarını veya pulmoner emboliyi de gösterebileceğini hatırlamakta fayda var.

Yukarıda listelenen tüm enzimler birkaç gruba atanabilir:

  • salgı enzimleri- normun alt sınırı tanısaldır. Bunlar organlar tarafından fizyolojik olarak üretilen enzimlerdir, ancak hastalık durumunda sayıları azalır, örneğin pıhtılaşma faktörleri
  • indikatör enzimler- büyüme önemlidir. Bu enzim grubu, organ hasarı ve troponinler gibi enzim sızıntısı nedeniyle çok sayıda ortaya çıkar
  • boş altım enzimleri- bunlar ağız, bağırsaklar ve idrar yolu gibi çeşitli organların lümenine normal olarak üretilen enzimlerdir. Çıkışları tıkanırsa kana karışırlar, örneğin amilaz

Enzimlerin tıbbi teşhiste kullanıldığını hatırlamakta fayda var. Biyokimyasal analizler enzimler kullanılarak yapılır ve enzimatik reaksiyonların sonuçlarının uygun şekilde yorumlanması, bir laboratuvar testi sonucunun verilmesini sağlar.

Enzimler ve tedavi

Pek çok ilaç, enzimlerin etkisini ya etki etmelerini sağlayarak ya da tam tersine inhibitör olarak etkileyerek çalışır. Pankreas yetmezliğinde kullanılan lipaz ve amilaz içeren pankreatin gibi enzim ikameleri vardır.

Öte yandan, belirli ilaç grupları enzimlerin etkisini inhibe eder, örneğin diğerleri arasında hipertansiyon ve kalp yetmezliğinde kullanılan anjiyotensin dönüştürücü enzim inhibitörleri veya bakteriyel transpeptidaz enzimini inhibe eden amoksisilin gibi bazı antibiyotikler, bakteri hücre duvarının oluşmasını engeller ve bunun sonucunda enfeksiyon engellenir.

Bazı zehirler de enzimleri etkileyerek çalışır. Siyanür, solunum zincirinin önemli bir bileşeni olan sitokrom oksidazın güçlü bir inhibitörüdür. Bloke edilmesi hücrenin enerji elde etmesini engeller ve bu da ölümüne yol açar.

Hücrelerin yaşam süreçlerinin düzgün bir şekilde ilerlemesi için, kendi aralarında kesin oranlarda kalan ve aralarında sürekli kimyasal reaksiyonların meydana geldiği birçok kimyasal maddenin varlığı gereklidir.

Bu görev, hemen hemen her kimyasal reaksiyonun insan vücudunun düzgün çalışması için gerekli hız ve verimlilikle gerçekleşmesi için gerekli olan düzgün çalışan enzimler tarafından gerçekleştirilir.

Enzimlerin etkisi bu süreçleri birçok kez, hatta çoğu zaman yüzlerce kez hızlandırır, bu da önemli olan, gerçekleşen reaksiyonlar sırasında enzimlerin kendilerinin yıpranmamasıdır.

Katalizörlerin eksikliği veya yanlış çalışması birçok hastalığın ortaya çıkmasına neden olabilir. Öte yandan, etkinliklerinin ustaca değiştirilmesi, birçok rahatsızlığı başarılı bir şekilde iyileştirmenizi sağlar.

Enzimoloji (enzim bilimi) son derece kapsamlıdır,gelişimi sadece bilimsel ilerleme sağlamakla kalmaz, aynı zamanda sadece tedavi açısından değil aynı zamanda teşhis açısından da tıbbın gelişimine aktif olarak katkıda bulunabilir.

Yazar hakkındaYay. Maciej GrymuzaTıp Üniversitesi Tıp Fakültesi mezunu Poznan'da K. Marcinkowski. Üniversiteden çok iyi bir sonuçla mezun oldu. Halen kardiyoloji alanında doktor ve doktora öğrencisidir. Özellikle invaziv kardiyoloji ve implante edilebilir cihazlar (stimülatörler) ile ilgilenmektedir.

Makaleyi arkadaşlarınızla paylaşarak sitenin geliştirilmesine yardımcı olun!

Kategori:

Araştırma