تركيب الإنزيمات ووظائفها .. وأنواعها وخصائصها

ما هي الانزيمات

يمكن تعريف الإنزيمات على أنها بوليمرات بيولوجية تحفز التفاعلات الكيميائية الحيوية.

معظم الإنزيمات عبارة عن بروتينات ذات قدرات حرجة لتنفيذ عمليات مختلفة. تتم عملية التمثيل الغذائي والتفاعلات الكيميائية الأخرى في الخلية بواسطة مجموعة من الإنزيمات الضرورية لصيانتها.

تعتمد المرحلة الأولية من التمثيل الغذائي على تفاعل الإنزيمات مع الجزيء المسمى الركيزة، وتقوم الإنزيمات بتحويل الركائز إلى جزيئات مختلفة أخرى تسمى المنتجات.

يعد تنظيم الإنزيمات عنصرًا أساسيًا في التشخيص السريري نظرًا لدورها في الحفاظ على عمليات الحياة. تتكون المكونات الجزيئية لجميع الإنزيمات، باستثناء فئة محفزات RNA التي تسمى الريبوزيمات، من كلمة ribozyme من RNA- إنزيم و العديد من الريبوزيمات عبارة عن جزيئات DNA. RNA الذي يحفز التفاعلات في إحدى روابطه أو بين RNA آخر.

توجد الإنزيمات في جميع الأنسجة والسوائل، ويتم تنفيذ المحفزات لجميع التفاعلات التي تحدث في المسارات الأيضية بواسطة الإنزيمات داخل الخلايا، وتحفيز الإنزيمات الموجودة في غشاء البلازما للخلايا استجابة للإشارات الخلوية والإنزيمات في الدورة الدموية التي تساعد الدم لتنظيم الجلطة، ومعظم عمليات الحياة التي تعتبر حاسمة لوظائف الإنزيمات.

تخليق الانزيم

الإنزيمات عبارة عن محفزات بيولوجية تعمل على تسريع العملية أو تسريعها، ولكنها في الواقع تقدم مسارًا بديلاً للعملية، لكن بنية أو تكوين الإنزيمات يظلان دون تغيير.

تتكون الإنزيمات بالفعل من آلاف الأحماض الأمينية المرتبطة بطريقة معينة لصنع إنزيمات مختلفة. يتم طي سلاسل الإنزيم إلى أشكال فريدة، وهذه الأشكال هي التي تعطي الإنزيم خصائصه الكيميائية المحتملة. تحتوي معظم الإنزيمات أيضًا على مكون غير بروتيني يُعرف بالعامل المساعد r.

وظائف الانزيم

تؤدي الإنزيمات عددًا من الوظائف في الجسم، منها:

• تساعد الإنزيمات في نقل الإشارات، وأكثر الإنزيمات شيوعًا المستخدمة في هذه العملية هو بروتين كيناز، الذي يحفز فسفرة البروتينات.
• يقسمون الجزيئات الكبيرة إلى مواد أصغر يمكن أن يمتصها الجسم بسهولة.
• يدعم سينسيز ATP إنتاج الطاقة في الجسم وهو الإنزيم الذي يشارك في تخليق الطاقة.
• الإنزيمات مسؤولة عن تحريك الأيونات عبر غشاء البلازما.
• تؤدي الإنزيمات مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية الحيوية، بما في ذلك الأكسدة والاختزال والتحلل المائي وما إلى ذلك، لإزالة العناصر غير الغذائية من الجسم.
• يعيد تنظيم الهيكل الداخلي للخلية لتنظيم نشاط الخلية.

أنواع الإنزيمات

تتكون التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الجسم بشكل أساسي من 6 أنواع ويتم تسمية الإنزيمات التي تسبب هذه التفاعلات وفقًا لذلك:

• إنزيم تقليل الأكسدة

تؤدي هذه الإنزيمات إلى تفاعلات اختزال الأكسدة وبالتالي تسمى إنزيمات تقليل الأكسدة، في هذه التفاعلات يتم نقل الإلكترونات على شكل أيونات الهيدريد أو ذرات الهيدروجين، وعندما تتأكسد الركيزة، تعمل هذه الإنزيمات كمانح للهيدروجين، وهذه الإنزيمات تسمى الإنزيمات ديهيدروجينازات أو إنزيمات مختزلة، وإذا كانت ذرة الأكسجين هي المستقبل، فإن هذه الإنزيمات تسمى أوكسيداز.

• ترجمة

هذه الإنزيمات مسؤولة عن نقل المجموعات الوظيفية من جزيء إلى مثال آخر: alanine aminotransferase، الذي يمزج مجموعة alpha amino بين alanine و aspartate، وهكذا. تقوم بعض الترانسالات أيضًا بنقل مجموعات الفوسفات بين ATP والمركبات والمخلفات الأخرى لتشكيل عديد السكاريد مثل هكسوكيناز عند تحلل السكر.

• تحلل

تحفز هذه الإنزيمات التفاعلات التي تنطوي على عملية التحلل المائي عن طريق كسر روابط مفردة عن طريق إضافة أخرى، على سبيل المثال: الجلوكوز 6 فوسفاتيز، الذي يزيل مجموعة الفوسفات من الجلوكوز 6 فوسفات، تاركًا وراءه الجلوكوز و H3PO4.

• يكذب أو ملقاه

تحفز هذه الإنزيمات التفاعلات التي تضاف فيها مجموعات وظيفية لكسر الروابط المزدوجة في الجزيئات، أو التي تتشكل فيها روابط مزدوجة عن طريق إزالة المجموعات الوظيفية، على سبيل المثال: بيروفات الكربوكسيل هو لياز يزيل ثاني أكسيد الكربون من البيروفات. وتشمل الأمثلة الأخرى نزع الأمين والترطيب.

• ايزوميراز

تحفز هذه الإنزيمات التفاعلات التي يتم فيها نقل مجموعة وظيفية إلى موضع آخر داخل نفس الجزيء بحيث يكون الجزيء الناتج هو في الواقع أيزومير من الجزيء السابق، أي: إيزوميراز ثلاثي الفوسفات وفوسفوجلوكوز أيزوميراز لتحويل الجلوكوز -6-فوسفات إلى فركتوز لتحويله. 6- فوسفات.

• انزيمات الانصهار الجزيئي

هذه الإنزيمات لها الوظيفة المعاكسة للهيدرولاز: عندما يكسر التحلل المائي الروابط عن طريق إضافة الماء، تشكل الليجازات روابط عن طريق إزالة مكون الماء، وهناك عدة أنواع فرعية من الليجازات التي تنطوي على تخليق ATP.

الخصائص العامة للإنزيمات

• تبدأ الإنزيمات وتسريع التفاعل الكيميائي الحيوي.
• يعتمد نشاط الإنزيمات على حموضة الوسط (درجة حموضة خاصة)، ويكون كل محفز أكثر نشاطًا عند درجة حموضة معينة، مثل الرقم الهيدروجيني 2 للبيبسين، ودرجة الحموضة 8.5 للتربسين. تعمل معظم الإنزيمات داخل الخلايا بالقرب من درجة الحموضة المحايدة.
• يمكن للإنزيمات تسريع التفاعل في كلا الاتجاهين.
• جميع الإنزيمات لها مراكز نشطة تشارك في التفاعلات الكيميائية الحيوية.
• الإنزيمات هي مركبات غير مستقرة للغاية قابلة للذوبان في الماء بشكل أساسي، والجليسرين المخفف، وكلوريد الصوديوم، والكحول المخفف.
• تعمل الإنزيمات بنشاط في درجة الحرارة المثلى.
• جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات بطبيعتها، ولكن ليس كل البروتينات يمكن أن تكون إنزيمًا.
• تقلل الإنزيمات من طاقة التنشيط لجزيء المادة بحيث يمكن أن يحدث تفاعل كيميائي حيوي عند درجة حرارة الجسم الطبيعية البالغة 37 درجة مئوية.
• تتمتع الإنزيمات بقدرة تحفيزية غير عادية، فهي نشطة بكميات صغيرة جدًا. كمية صغيرة من الإنزيم كافية لتحويل كمية كبيرة من الركيزة، وتبقى الإنزيمات دون تغيير بعد التفاعل، ويتراوح عدد دوران الإنزيمات بين 0.5 و 600000، ورقم التقليب هو عدد جزيئات الركيزة الموجودة بواسطة جزيء إنزيم واحد في الثانية، إذا كان المركز النشط مشبعًا بالركيزة

العوامل التي تؤثر على نشاط الانزيم في الخلية

• تركيز الإنزيمات والركائز

يزداد معدل التفاعل مع زيادة تركيز الركيزة حتى نقطة معينة، وبعد ذلك لا تؤدي زيادة أخرى في تركيز الركيزة إلى تغيير كبير في معدل التفاعل. يحدث هذا لأنه من تركيز معين من الركيزة تمتلئ جميع المراكز النشطة للإنزيم ولا يمكن حدوث أي تفاعل آخر. .

• درجة الحرارة

مع زيادة درجة الحرارة، يزداد نشاط الإنزيم بسبب زيادة الطاقة الحركية للجزيئات، وهناك مستوى مثالي عندما تعمل الإنزيمات بشكل أفضل، وغالبًا ما تكون درجة الحرارة هذه درجة حرارة الجسم الطبيعية، عندما تتجاوز درجة الحرارة حدًا معينًا، فإن الإنزيمات التي تتكون بالفعل من بروتينات، ابدأ في حالة التفكك تبطئ معدل التفاعل.

• الرقم الهيدروجيني

الإنزيمات حساسة للغاية لتغيرات الأس الهيدروجيني وتعمل في نافذة صغيرة جدًا لقيم الأس الهيدروجيني المسموح بها، أقل أو أعلى من قيمة الأس الهيدروجيني المثلى، وهناك خطر من أن الإنزيمات سوف تنفصل وبالتالي تبطئ التفاعل.

• مثبطات

وجود بعض المواد التي تثبط عمل إنزيم معين وهذا يحدث عندما تلتصق المادة المثبطة بالموقع النشط للإنزيم، وبالتالي تمنع الركيزة من الارتباط وتبطئ العملية.