Help de ontwikkeling van de site en deelt het artikel met vrienden!

Enzymen zijn essentieel voor het goed functioneren van alle levende organismen op aarde. Ze nemen deel aan de meeste, zo niet alle, chemische veranderingen in de natuur, dat wil zeggen aan miljoenen reacties in zowel de plantenwereld als de dierenwereld. Het is de moeite waard om uit te zoeken wat enzymen zijn, hoe ze werken en wat hun betekenis is voor de moderne geneeskunde.

Enzymenzijn eiwitmoleculen die verschillende chemische reacties in levende organismen, waaronder het menselijk lichaam, versnellen of zelfs mogelijk maken.

Vanuit chemisch oogpunt zijn dit katalysatoren, d.w.z. deeltjes die de reactie intensiveren, maar niet verslijten tijdens de reactie. Deze toename van de efficiëntie van chemische transformaties is vaak enorm, natuurlijke katalysatoren kunnen de reactietijd van enkele jaren tot enkele seconden verkorten.

Enzymen komen voor in alle delen van het lichaam: in cellen, in de extracellulaire ruimte, in weefsels, in organen en in hun licht, bepalen de katalysatoren die een bepaald weefsel produceert de specifieke eigenschappen en de rol die het speelt in de lichaam

De meeste enzymen zijn zeer specifiek, wat betekent dat elk van hen verantwoordelijk is voor slechts één type chemische reactie waarbij specifieke deeltjes - substraten zijn betrokken, en alleen zij kunnen interageren met een bepaald enzym.

De activiteit van natuurlijke katalysatoren hangt van veel factoren af: de reactieomgeving, bijv. temperatuur, pH, de aanwezigheid van bepaalde ionen, activatoren - ze versterken de werking van enzymen en remmers die deze activiteit tegenwerken.

Enzymen: structuur

Zoals gezegd zijn de meeste enzymen eiwitten, ze hebben een zeer diverse structuur: van enkele tientallen aminozuren tot enkele duizenden gerangschikt in een diverse ruimtelijke structuur.

Het is de vorm van hun vorming (de zogenaamde quaternaire structuur) en het feit dat de meeste enzymen veel groter zijn dan de reactanten van hun reacties is grotendeels verantwoordelijk voor hun activiteit.

Dit komt door het feit dat alleen een bepaald gebied in de structuur van enzymen de zogenaamde actieve plaats is, d.w.z. een fragment dat verantwoordelijk is voor het uitvoeren van de reactie.

De taak van de resterende fragmenten van het molecuul is om een ​​specifiek substraat te hechten, minder vaak andere verbindingen die de activiteit van het enzym beïnvloeden.

Goed om te weten dat constructievan de katalysator is zo ontworpen dat het verbindingssubstraat geometrisch ideaal op elkaar is afgestemd, zoals een "sleutel tot een slot".

Zoals alle eiwitten worden in de ribosomen enzymen geproduceerd uit het genetische materiaal dat stevig opeengepakt zit in de kern - DNA, waardoor een zogenaamde primaire structuur ontstaat.

Daarna wordt het meerdere keren gevouwen - het verandert van vorm, soms voegt het suikers, metaalionen of vetresten toe.

Het resultaat van al deze processen is de vorming van een actieve quaternaire structuur, d.w.z. een volledig biologisch actieve vorm.

In veel gevallen combineren verschillende enzymdeeltjes een reeks chemische reacties en versnellen zo het proces.

Soms zijn er enzymen in verschillende weefsels die dezelfde reactie katalyseren, maar die qua structuur niet op elkaar lijken, we noemen ze iso-enzymen.

De namen van de iso-enzymen zijn hetzelfde, ondanks het verschil in locatie en structuur, maar deze verschillen hebben praktische toepassing. Hierdoor is het mogelijk om in laboratoriumtests alleen die fracties van het enzym te bepalen die uit een specifiek orgaan komen.

De werkingsmechanismen van enzymen zijn divers, maar vanuit chemisch oogpunt is hun taak altijd om de activeringsenergie van de reactie te verlagen. Dit is de hoeveelheid energie die de substraten moeten hebben om het proces te laten plaatsvinden.

Dit effect kan worden bereikt door een geschikte omgeving voor de reactie te creëren, door een andere chemische route te gebruiken om dezelfde producten te verkrijgen, of door de juiste ruimtelijke rangschikking van substraten.

Elk van deze mechanismen kan door enzymen worden gebruikt

Regulering van enzymactiviteit

De werking van enzymen hangt af van omgevingsparameters: temperatuur, pH en andere. Elk van de natuurlijke katalysatoren heeft zijn optimale prestatie onder bepaalde omstandigheden, die verschillend kunnen zijn, afhankelijk van de tolerantie voor omgevingsomstandigheden.

In het geval van temperatuur zijn de meeste enzymatische reacties sneller bij hogere temperaturen, maar bij een bepaalde temperatuur da alt de reactie-efficiëntie sterk, wat wordt veroorzaakt door thermische schade aan het enzym (denaturatie).

Wat hun structuur betreft, kunnen hormonen in twee groepen worden verdeeld:

  • eenvoudig - alleen eiwitdeeltjes
  • complex - waarvoor de toevoeging van een niet-eiwitgroep vereist is - een cofactor

Deze laatste spelen een sleutelrol bij de juiste activiteit en regulatie van enzymen

Cofactoren kunnen op hun beurt in twee groepen worden verdeeld: die welke nodig zijn vooractiviteiten van het enzym, sterk ermee geassocieerd - dit zijn zogenaamde prosthetische groepen, het kunnen metalen zijn, organische moleculen, zoals bijvoorbeeld heem.

De tweede groep zijn co-enzymen, ze zijn meestal verantwoordelijk voor de overdracht van substraten of elektronen, en hun binding aan het enzym is zwak, deze groep omvat bijvoorbeeld foliumzuur, co-enzym A. Het is de moeite waard om te weten dat veel vitamines spelen de rol van cofactoren.

Remmers voeren een heel andere taak uit, het zijn deeltjes die enzymatische activiteit remmen door zich aan het enzym te binden.

Er zijn verschillende soorten remmers:

  • onomkeerbaar - ze veroorzaken permanente inactivatie van het molecuul en de reactie kan alleen plaatsvinden na de productie van een nieuw enzym
  • competitief - in dit geval heeft de remmer een structuur die vergelijkbaar is met die van het substraat, dus ze strijden om de actieve plaats. Als een remmer is bevestigd, vindt de reactie niet plaats, als het substraat - normaal verloopt
  • niet-competitief - dergelijke remmers binden het enzym op een andere plaats dan die van het substraat, dus het kan zich aan het enzym hechten, maar de reactie vindt niet plaats

Bij een veel hogere concentratie van het substraat dan de remmer, wordt het effect van de competitieve remmer overwonnen, omdat het de "concurrentie" voor de actieve site overweldigt, in het geval van niet-competitieve, kan het effect niet worden overwonnen door de concentratie van het substraat te verhogen.

Naast de regulatie van de activator- en remmersystemen zijn er vele andere methoden om de activiteit van enzymen te regelen.

Ze hebben betrekking op de productiecontrole van de cel op het niveau van eiwitvorming, evenals op de regulatie van de zogenaamde post-translationele verwerking, d.w.z. veranderingen in de structuur van een eiwitmolecuul die onmiddellijk na de synthese ervan in de ribosoom. Deze modificaties bestaan ​​bijvoorbeeld uit het verkorten van de polypeptideketen.

De volgende reguleringsmethoden hebben betrekking op de segregatie en plaatsing van enzymen in geschikte gebieden: cellulair en in specifieke organellen, of in het extracellulaire compartiment.

Er is nog een belangrijk regulerend mechanisme - negatieve feedback - het is het primaire controlesysteem in het endocriene systeem. Het werkt volgens het principe van inhibitie.

Dit betekent dat als een enzym te veel van een bepaald hormoon produceert, het zich eraan bindt, zijn activiteit remt en de synthese vermindert, dus het reactieproduct zelf remt de productie ervan.

Enzymen: rol

Elk weefsel van het menselijk lichaam produceert een specifieke set enzymen, die de rol van deze cellen in het functioneren van het lichaam bepalen. Wat deze enzymen zijn, wordt bepaald door de genetische code en welke regio's actief zijn in een bepaalde cel.

Duizenden chemische reacties vinden op elk moment plaats in het menselijk lichaam, die elk een specifiek enzym vereisen, dus het zou moeilijk zijn om al deze deeltjes in ons lichaam op te sommen.

Het is de moeite waard om enkele van de meest karakteristieke te kennen:

  • Spijsverteringsenzymen- geproduceerd door de weefsels van het spijsverteringsstelsel, ze breken voedsel af in eenvoudige verbindingen, omdat alleen deze in het bloed kunnen worden opgenomen. Het zijn extracellulaire enzymen, dus ze vervullen hun hoofdtaak buiten de cellen waarin ze worden geproduceerd. Sommige van deze enzymen worden gevormd in een inactieve vorm, zogenaamde pro-enzymen of zymogenen, en worden geactiveerd in het maagdarmkanaal. Spijsverteringsenzymen zijn bijvoorbeeld: amylase, lipase, trypsine
  • Myosineis een enzym dat wordt aangetroffen in spieren, het breekt ATP-moleculen af ​​die energiedragers zijn, waardoor de spiervezels samentrekken.
  • Peroxidasenzijn oxiderende enzymen en katalasen, d.w.z. reducerende enzymen
  • Acetylcholinesteraseis een enzym dat acetylcholine afbreekt, een van de zenders in het zenuwstelsel
  • Monoamine-oxidaseis het enzym dat het meest voorkomt in de lever, het is verantwoordelijk voor de afbraak van adrenaline, noradrenaline en sommige medicijnen
  • Cytochomic oxidase , een zeer belangrijk intracellulair enzym dat verantwoordelijk is voor energietransformaties
  • Lysozym , een stof die bijvoorbeeld in tranen of speeksel aanwezig is en die beschermende functies vervult, vernietigt ziekteverwekkers
  • Alcoholdehydrogenase , een enzym in de lever dat verantwoordelijk is voor de afbraak van ethanol
  • Alkalische fosfatase , neemt deel aan de botopbouw door osteoblasten

Enzymen: naamgeving

Enzymnamen zijn vaak behoorlijk ingewikkeld omdat ze zijn afgeleid van de naam van de reactie die ze uitvoeren en het substraat dat bij die reactie betrokken is, bijvoorbeeld 5-hydroxytryptofaandecarboxylase.

Gewoonlijk wordt het achtervoegsel "-aza" toegevoegd aan de algemene naam van de reactie, en het tweede deel van de enzymnaam vormt de naam van de verbinding die deze reactie ondergaat.

Soms is de naam enkelvoudig, het komt van een substraat, bijv. lactase (een enzym dat lactose afbreekt).

Zelden zijn de namen van enzymen afgeleid van een algemeen proces dat plaatsvindt met hun deelname, bijv. DNA-gyrase, het enzym dat verantwoordelijk is voor het draaien van DNA-strengen.

Sommige enzymen hebben eindelijk een gemeenschappelijke naam of namen die door hun ontdekkers zijn gegeven, zoals pepsine (dat eiwitten in het spijsverteringskanaal afbreekt) of lysozyme (een bacteriedodend enzym intranen).

Er is ook een kleine groep restrictie-enzymen die verantwoordelijk zijn voor het knippen van DNA-strengen, in dit geval komt de naam van het micro-organisme waaruit het enzym is geïsoleerd.

De Internationale Unie voor Biochemie en Moleculaire Biologie heeft de regels voor het benoemen van enzymen ingevoerd en deze in verschillende klassen verdeeld om de nomenclatuur te standaardiseren.

Het heeft de eerder beschreven namen niet vervangen, het is eerder een aanvulling die voornamelijk door wetenschappers wordt gebruikt.

Volgens de regels van de Europese Unie wordt elk enzym beschreven door een reeks tekens: EC x.xx.xx.xx - waarbij het eerste cijfer staat voor de klasse, daaropvolgende subklassen en subklassen, en tenslotte de enzym nummer. Deze enzymklassen zijn:

• 1 - oxidoreductasen: ze katalyseren oxidatie- en reductiereacties
• 2 - transferasen: overdracht van functionele groepen (bijv. fosfaat)
• 3 - hydrolasen: komen overeen met de hydrolyse (decompositie) van bindingen
• 4 - lyasen: knippen bindingen in een ander mechanisme dan hydrolyse
• 5 - isomerasen: ze zijn verantwoordelijk voor ruimtelijke veranderingen van moleculen
• 6 - ligasen: verbinden moleculen met covalente bindingen

Enzymen en medicijnen

Het belang van enzymen voor de menselijke gezondheid is enorm. Hun goede werking maakt een gezond leven mogelijk en dankzij de ontwikkeling van analytische apparaten hebben we geleerd om verschillende ziekten te diagnosticeren door middel van enzymbepaling. Bovendien zijn we in staat om tekortkomingen van sommige enzymen en de daaruit voortvloeiende ziekten met succes te behandelen, helaas is er op dit gebied nog veel te doen.

Behandeling van de oorzaken van stofwisselingsziekten is nog niet mogelijk, omdat we niet in staat zijn om het genetisch materiaal veilig en effectief te modificeren om beschadigde genen te repareren, en dus verkeerd geproduceerde enzymen.

Ziekten als gevolg van disfunctionele enzymen

Het goed functioneren van ons lichaam hangt grotendeels af van het goed functioneren van enzymen. In veel gevallen beïnvloeden ziektetoestanden de hoeveelheid enzymen, waardoor ze overmatig vrijkomen uit cellen of juist een tekort hebben. Hieronder staan ​​slechts voorbeelden van ziekten die worden veroorzaakt door abnormale enzymatische functies, er zijn veel meer van deze ziekten.

  • Metabole blokkades of stofwisselingsziekten

Stofwisselingsblokkades of stofwisselingsziekten zijn een groep erfelijke ziekten die wordt veroorzaakt door de ophoping van stoffen in de cel door het ontbreken van een enzym dat verantwoordelijk is voor hun metabolisme. De substraten die zich in de loop van de tijd hebben opgehoopt, zijn zo groot dat ze giftig worden voor cellen en het hele organisme.

Er zijn enkele duizenden ziekten, hun aantal weerspiegelt de veelheidenzymen die in het menselijk lichaam worden aangetroffen, aangezien de meeste enzymcoderende genen kunnen worden aangetast door stofwisselingsziekten.

Voorbeelden zijn galactosemie of homocystinurie, zeldzame ziekten die zich meestal direct na de geboorte of in de eerste levensjaren manifesteren.

  • Nowotwory

Een andere groep ziekten waarbij enzymen niet goed kunnen werken, is kanker. Naast vele andere functies zijn enzymen ook verantwoordelijk voor het reguleren van de celdeling, de zogenaamde tyrosinekinasen. Als deze enzymen op dit gebied falen, kan er ongecontroleerde celdeling en dus een kankerproces optreden.

  • Emfyseem

Een minder vaak voorkomende ziekte is emfyseem, waarbij elastase overactief wordt. Het is een enzym dat aanwezig is in het longweefsel en verantwoordelijk is voor de afbraak van het elastine-eiwit dat onder meer in de longen aanwezig is.

Als het te actief is, wordt de balans tussen vernietigen en bouwen verstoord, ontstaan ​​er littekens en ontstaat er emfyseem.

Enzymen: diagnostisch gebruik

Moderne medische diagnostiek is gebaseerd op het gebruik van enzymen in hun bepalingen. Dit is te wijten aan het feit dat ziektetoestanden direct of indirect leiden tot een onbalans van enzymen, waardoor hun hoeveelheid in het bloed toeneemt of afneemt.

Dit kan niet alleen het gevolg zijn van productiestoornissen, maar bijvoorbeeld ook van het vrijkomen van een grote hoeveelheid intracellulair enzym in het bloed of de urine als gevolg van beschadiging van het celmembraan.

Voorbeelden van enzymen die worden gebruikt in laboratoriumonderzoek zijn:

  • Creatinekinase - een enzym dat aanwezig is in spieren, ook in de hartspier, de meervoudige toename ervan kan wijzen op een hartaanval, myocarditis, spierziekten - verwondingen, dystrofie.
    • Lactaatdehydrogenase - aanwezig in alle cellen van het lichaam, vooral in de hersenen, longen, witte bloedcellen en spieren. De grote toename wordt waargenomen bij hartaanvallen, spier- en leverziekten of kanker.
  • Alkalische fosfatase komt in de grootste hoeveelheid voor in de lever en botten, hier wordt het vrijgegeven door osteoblasten. Ziekten van deze organen kunnen de groei ervan veroorzaken, maar een teveel aan alkalische fosfatase kan ook wijzen op het botregeneratieproces - na een operatie of breuk.
  • Zure fosfatase komt voor in veel organen - lever, nieren, botten, prostaat, vanuit diagnostisch oogpunt kan de toename ervan wijzen op bot- en prostaataandoeningen.
    • Aminotransferaseasparagine en alanine-aminotransferase - dit zijn enzymen die kenmerkend zijn voor de lever, die bijna uitsluitend in hepatocyten voorkomen, ze worden gebruikt bij de basisdiagnose van leverziekten, en hun meervoudige toename stimuleert altijd verdere diagnose van leverziekten.
  • Glutamaatdehydrogenase en gammaglutamyltransferase - andere leverenzymen, vergelijkbaar met de hierboven genoemde, zijn belangrijk bij de diagnose van ziekten van dit orgaan en de galwegen.
  • Amylase is een enzym dat in veel organen aanwezig is, maar de hoogste concentratie wordt bereikt in de cellen van de pancreas en speekselklieren, de diagnose is van het grootste belang bij hun ziekten.
  • Lipase is een ander pancreasenzym, het verschilt in specificiteit van amylase, wat betekent dat lipase alleen in de pancreas aanwezig is en afwijkingen van de norm bij de bepaling van dit enzym duiden op pancreasziekte.
  • Cholinesterase is een enzym dat acetylcholine afbreekt - een zender in het zenuwstelsel, waar het ook in de hoogste hoeveelheid aanwezig is, in de diagnostiek wordt het gebruikt bij vergiftiging met organofosforverbindingen.
  • Coagulatie- en fibrinolysefactoren - dit zijn stoffen die door de lever worden geproduceerd en betrokken zijn bij de bloedstolling, hun bepalingen zijn niet alleen belangrijk bij de beoordeling van dit proces, maar ook bij het bewaken van de leverfunctie.
  • Alfa-fetoproteïne - een leverenzym waarvan de hoeveelheid toeneemt bij ziekten van dit orgaan, waaronder kanker.
  • C-reactief proteïne - geproduceerd door de lever, betrokken bij de immuunrespons, de hoeveelheid ervan neemt toe in het bloed bij ontstekingsaandoeningen - infecties, verwondingen, auto-immuunziekten
  • Ceruloplasmine - een ander leverenzym waarvan de toename kenmerkend is voor de ziekte van Wilson
  • Pyridinoline en deoxypyridinoline zijn markers van botresorptie (vernietiging), ze karakteriseren de functie van osteoclasten (osteogene cellen)
  • Myoglobine - zoals eerder vermeld, is het een samengestelde eigenschap van spieren, dus de toename ervan duidt op schade aan skelet- of hartspieren.
  • Troponinen - zogenaamde markers voor hartaanvallen, dit zijn enzymen die de samentrekking van spiervezels reguleren, ze zijn vooral overvloedig aanwezig in de hartspier. De schade veroorzaakt het vrijkomen van grote hoeveelheden troponinen in het bloed, dat wordt gebruikt bij de diagnose van hartaandoeningen. Het is echter de moeite waard eraan te denken dat een toename van troponinen niet alleen kan wijzen op een hartaanval, maar ook op de insufficiëntie, klepdefecten of longembolie.

Alle hierboven genoemde enzymen kunnen in verschillende groepen worden ingedeeld:

  • secretoire enzymen- de ondergrens van de norm is diagnostisch. Dit zijn enzymen die fysiologisch door organen worden aangemaakt, maar bij ziekten neemt hun aantal af, bijv. stollingsfactoren
  • indicator enzymen- groei is belangrijk. Deze groep enzymen komt in grote aantallen voor als gevolg van orgaanschade en enzymlekkage, zoals troponinen
  • excretie-enzymen- dit zijn enzymen die normaal worden geproduceerd in het lumen van verschillende organen - de mond, darmen en urinewegen. Als hun uitlaat geblokkeerd is, komen ze in het bloed, bijv. amylase

Het is de moeite waard eraan te denken dat enzymen zelf worden gebruikt in de medische diagnostiek. Biochemische analyses worden uitgevoerd met behulp van enzymen en de juiste interpretatie van de resultaten van enzymatische reacties maakt het mogelijk om het resultaat van een laboratoriumtest te geven.

Enzymen en behandeling

Veel medicijnen werken door de werking van enzymen te beïnvloeden, hetzij door ze te laten werken, hetzij door remmers te zijn. Er zijn enzymsubstituten zoals pancreatine-bevattende lipase en amylase die worden gebruikt bij pancreasinsufficiëntie.

Anderzijds remmen bepaalde groepen geneesmiddelen de werking van enzymen, bijv. angiotensine-converterende enzymremmers die onder andere worden gebruikt bij hypertensie en hartfalen, of sommige antibiotica, bijv. amoxicilline, dat het enzym bacteriële transpeptidase remt, wat de opbouw van de bacteriële celwand verhindert, waardoor de infectie wordt geremd.

Sommige vergiften werken ook door enzymen aan te tasten. Cyanide is een krachtige remmer van cytochroomoxidase, een essentieel onderdeel van de ademhalingsketen. Door het te blokkeren, wordt voorkomen dat de cel energie krijgt, wat leidt tot de dood.

Voor het goede verloop van de levensprocessen van cellen is het noodzakelijk voor de aanwezigheid van vele chemische stoffen, die onderling strikt in verhouding blijven en waartussen voortdurend chemische reacties plaatsvinden.

Deze taak wordt uitgevoerd door goed functionerende enzymen, die nodig zijn om bijna elke chemische reactie te laten plaatsvinden met de snelheid en efficiëntie die nodig zijn voor het goed functioneren van het menselijk lichaam.

De werking van enzymen versnelt deze processen vele malen, vaak zelfs honderden keren, wat belangrijk is, de enzymen zelf verslijten niet tijdens de reacties die plaatsvinden.

Het gebrek aan katalysatoren of hun onjuiste werking kan leiden tot het ontstaan ​​van vele ziekten. Aan de andere kant stelt een bekwame aanpassing van hun activiteit je in staat om met succes vele kwalen te genezen.

Enzymologie (de wetenschap van enzymen) is zeer uitgebreid, ade ontwikkeling ervan kan niet alleen wetenschappelijke vooruitgang opleveren, maar ook actief bijdragen aan de ontwikkeling van medicijnen, niet alleen op het gebied van behandeling, maar ook diagnostiek.

Over de auteur src="badania/5924192/enzymy_budowa-_funkcje-_dziaanie_2.jpg.webp" />Boog. Maciej GrymuzaAfgestudeerd aan de Faculteit der Geneeskunde van de Medische Universiteit van K. Marcinkowski in Poznań. Hij studeerde af aan de universiteit met een meer dan goed resultaat. Momenteel is hij arts op het gebied van cardiologie en promovendus. Hij is vooral geïnteresseerd in invasieve cardiologie en implanteerbare apparaten (stimulatoren).

Help de ontwikkeling van de site en deelt het artikel met vrienden!

Categorie:

Onderzoek