الانزيمات هي بروتينات تعمل كمحفزات داخل الخلايا الحية، تزيد المحفزات من معدل حدوث التفاعلات الكيميائية دون استهلاكها أو تغييرها بشكل دائم، والتفاعل الكيميائي هو عملية تقوم بتحويل واحد أو أكثر من المواد (المعروفة باسم الكواشف أو المواد المتفاعلة أو الركائز)، إلى نوع آخر من المادة (المنتج)، كمحفز ، يمكن أن يسهل الانزيم نفس التفاعل الكيميائي مرارا وتكرارا .
تركيب ووظيفة الإنزيم
مثل جميع البروتينات ، تتكون الإنزيمات من سلسلة طويلة واحدة أو أكثر من الأحماض الأمينية المترابطة،و يمتلك كل إنزيم تسلسلاً فريداً من الأحماض الأمينية التي تجعله يطوى في شكل مميز، يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للإنزيم بواسطة جين معين في نواة الخلية، وهذا يضمن أن كل نسخة من الإنزيم هي نفسها كل النُسخ الأخرى، على سطح كل إنزيم يوجد شق خاص يسمى الموقع النشط ، والذي يوفر مكانًا يمكن للكواشف أن تلتقي فيه وتتفاعل، مثل القفل ومفتاحه ، سوف يستوعب الموقع النشط للإنزيم بعض الكواشف فقط ، ويمكن تحفيز نوع واحد فقط من التفاعل الكيميائي بواسطة إنزيم معين .
على سبيل المثال ، أثناء تصنيع الهيموغلوبين (الصباغ الحامل للأكسجين في خلايا الدم الحمراء) ، يجب إدخال ذرة حديد واحدة إلى مركز الجزيء لجعله فعالًا، إن إنزيم يدعى ferrochelatase يجلب الكواشف (الحديد والجزيء الفارغ) معًا ، ويحفز اتحادها ، ويطلق جزيئا يحتوي على الحديد، وهذا هو رد الفعل الوحيد المحفّز من قبل ferrochelatase ، ضع في اعتبارك أن الإنزيمات يمكن أن تجمع بين الكواشف (كما في تخليق الهيموغلوبين) ، فإنها يمكن أن تقسم كاشفًا واحدًا إلى منتجات متعددة ، أو يمكنها ببساطة تحويل كاشف واحد إلى منتج واحد يبدو مختلفًا عن الكاشف الأصلي .
إنزيم الموقع النشط
عندما تدخل الكواشف موقع نشط في الإنزيم ، يخضع الإنزيم لتغيير مؤقت في الشكل يشجع التفاعل بين الكواشف، وعند الانتهاء من التفاعل الكيميائي ، يتم إطلاق منتج معين من الموقع النشط ، يستأنف الإنزيم شكله الأصلي ، ويمكن أن يبدأ التفاعل مرة أخرى باستخدام الكواشف الجديدة .
يتم دمج العديد من الإنزيمات في المسارات الأيضية، والمسار الأيضي عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحول واحد أو أكثر من الكواشف إلى منتج نهائي تحتاج إليه الخلية، إن الإنزيمات في مسار التمثيل الغذائي تحرك مادة ” كاشف ” إلى أن يتم إنتاج المنتج النهائي، ويمكن أن يكون المسار الاستقلالي قصيرًا جدًا ، أو قد يكون له العديد من الخطوات والإنزيمات المتعددة، إن المسار الاستقلابي الذي يحول tryptophan (وهو حمض أميني يوجد في البروتين الغذائي)، إلى serotonin (مادة كيميائية ضرورية لوظيفة الدماغ الطبيعية) يكون من خطوتين فقط .
العوامل المساعدة للإنزيمات
ولكي تعمل ، تتطلب العديد من الإنزيمات المساعدة من العوامل المساعدة أو الإنزيمات المساعدة، والعوامل المساعدة هي غالباً أيونات معدنية ، مثل الزنك أو النحاس أو الحديد أو الماغنيسيوم، ينشط الماغنيسيوم ، وهو أحد العوامل المساعدة الأكثر شيوعًا ، المئات من الإنزيمات ، بما في ذلك تلك التي تصنع الـ DNA ، والعديد منها يساعد على استقلاب الكربوهيدرات .
يتم اشتقاق العديد من الإنزيمات من الفيتامينات، في الواقع ، أحد الأسباب الرئيسية التي تحتاجها للفيتامينات في نظامك الغذائي، هو توفير المواد الخام للإنزيمات المساعدة الأساسية، على سبيل المثال ، فيتامين (ج) يحتاجه الإنزيم الذي ينتج الكولاجين ويبني جلد صحي ، وهو إنزيم مشتق من فيتامين ب 12 الضروري لتوليف العزل حول الخلايا العصبية ، كما أن إنزيم فيتامينات ب 6 أساسي وضروري لإنتاج السيروتونين .
ترتبط الإنزيمات والعوامل المساعدة بالمواقع النشطة للأنزيمات ، وتشارك في التخفيز ، ولكنها لا تعتبر بصفة عامة مواد تفاعلية ، كما أنها لا تصبح جزءًا من منتج (منتجات) التفاعل، وفي العديد من الحالات ، تعمل العوامل المساعدة كحاملات وسيطة للإلكترونات أو الذرات المحددة، أو المجموعات الوظيفية التي يتم نقلها أثناء التفاعل الكلي .
لماذا نحتاج الإنزيمات
أحد قوانين الطبيعة الثابتة هو أن الطاقة مطلوبة لبدء تفاعل كيميائي، وبعد كل شيء ، إذا كنت ترغب في تغيير شيء ما ، يجب عليك وضع بعض الأعمال فيه، لكل تفاعل كيميائي ، يجب تطبيق طاقة التنشيط – كمية محددة من الطاقة – على الكواشف قبل بدء التفاعل، وطاقة التنشيط تشبه التل بين الكواشف والمنتج ، ويجب دفع الكواشف فوق هذا التل قبل أن يستمر التفاعل .
تركيب ووظيفة الإنزيم
مثل جميع البروتينات ، تتكون الإنزيمات من سلسلة طويلة واحدة أو أكثر من الأحماض الأمينية المترابطة،و يمتلك كل إنزيم تسلسلاً فريداً من الأحماض الأمينية التي تجعله يطوى في شكل مميز، يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للإنزيم بواسطة جين معين في نواة الخلية، وهذا يضمن أن كل نسخة من الإنزيم هي نفسها كل النُسخ الأخرى، على سطح كل إنزيم يوجد شق خاص يسمى الموقع النشط ، والذي يوفر مكانًا يمكن للكواشف أن تلتقي فيه وتتفاعل، مثل القفل ومفتاحه ، سوف يستوعب الموقع النشط للإنزيم بعض الكواشف فقط ، ويمكن تحفيز نوع واحد فقط من التفاعل الكيميائي بواسطة إنزيم معين .
على سبيل المثال ، أثناء تصنيع الهيموغلوبين (الصباغ الحامل للأكسجين في خلايا الدم الحمراء) ، يجب إدخال ذرة حديد واحدة إلى مركز الجزيء لجعله فعالًا، إن إنزيم يدعى ferrochelatase يجلب الكواشف (الحديد والجزيء الفارغ) معًا ، ويحفز اتحادها ، ويطلق جزيئا يحتوي على الحديد، وهذا هو رد الفعل الوحيد المحفّز من قبل ferrochelatase ، ضع في اعتبارك أن الإنزيمات يمكن أن تجمع بين الكواشف (كما في تخليق الهيموغلوبين) ، فإنها يمكن أن تقسم كاشفًا واحدًا إلى منتجات متعددة ، أو يمكنها ببساطة تحويل كاشف واحد إلى منتج واحد يبدو مختلفًا عن الكاشف الأصلي .
إنزيم الموقع النشط
عندما تدخل الكواشف موقع نشط في الإنزيم ، يخضع الإنزيم لتغيير مؤقت في الشكل يشجع التفاعل بين الكواشف، وعند الانتهاء من التفاعل الكيميائي ، يتم إطلاق منتج معين من الموقع النشط ، يستأنف الإنزيم شكله الأصلي ، ويمكن أن يبدأ التفاعل مرة أخرى باستخدام الكواشف الجديدة .
يتم دمج العديد من الإنزيمات في المسارات الأيضية، والمسار الأيضي عبارة عن سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحول واحد أو أكثر من الكواشف إلى منتج نهائي تحتاج إليه الخلية، إن الإنزيمات في مسار التمثيل الغذائي تحرك مادة ” كاشف ” إلى أن يتم إنتاج المنتج النهائي، ويمكن أن يكون المسار الاستقلالي قصيرًا جدًا ، أو قد يكون له العديد من الخطوات والإنزيمات المتعددة، إن المسار الاستقلابي الذي يحول tryptophan (وهو حمض أميني يوجد في البروتين الغذائي)، إلى serotonin (مادة كيميائية ضرورية لوظيفة الدماغ الطبيعية) يكون من خطوتين فقط .
العوامل المساعدة للإنزيمات
ولكي تعمل ، تتطلب العديد من الإنزيمات المساعدة من العوامل المساعدة أو الإنزيمات المساعدة، والعوامل المساعدة هي غالباً أيونات معدنية ، مثل الزنك أو النحاس أو الحديد أو الماغنيسيوم، ينشط الماغنيسيوم ، وهو أحد العوامل المساعدة الأكثر شيوعًا ، المئات من الإنزيمات ، بما في ذلك تلك التي تصنع الـ DNA ، والعديد منها يساعد على استقلاب الكربوهيدرات .
يتم اشتقاق العديد من الإنزيمات من الفيتامينات، في الواقع ، أحد الأسباب الرئيسية التي تحتاجها للفيتامينات في نظامك الغذائي، هو توفير المواد الخام للإنزيمات المساعدة الأساسية، على سبيل المثال ، فيتامين (ج) يحتاجه الإنزيم الذي ينتج الكولاجين ويبني جلد صحي ، وهو إنزيم مشتق من فيتامين ب 12 الضروري لتوليف العزل حول الخلايا العصبية ، كما أن إنزيم فيتامينات ب 6 أساسي وضروري لإنتاج السيروتونين .
ترتبط الإنزيمات والعوامل المساعدة بالمواقع النشطة للأنزيمات ، وتشارك في التخفيز ، ولكنها لا تعتبر بصفة عامة مواد تفاعلية ، كما أنها لا تصبح جزءًا من منتج (منتجات) التفاعل، وفي العديد من الحالات ، تعمل العوامل المساعدة كحاملات وسيطة للإلكترونات أو الذرات المحددة، أو المجموعات الوظيفية التي يتم نقلها أثناء التفاعل الكلي .
لماذا نحتاج الإنزيمات
أحد قوانين الطبيعة الثابتة هو أن الطاقة مطلوبة لبدء تفاعل كيميائي، وبعد كل شيء ، إذا كنت ترغب في تغيير شيء ما ، يجب عليك وضع بعض الأعمال فيه، لكل تفاعل كيميائي ، يجب تطبيق طاقة التنشيط – كمية محددة من الطاقة – على الكواشف قبل بدء التفاعل، وطاقة التنشيط تشبه التل بين الكواشف والمنتج ، ويجب دفع الكواشف فوق هذا التل قبل أن يستمر التفاعل .
