آنزیم کاتالیزوری است که واکنش های بیوشیمیایی را در داخل یا خارج از سلول انجام میدهد. در این واکنش، ابتدا سوبسترا به آنزیم متصل شده و تولید کمپلکس آنزیم-سوبسترا (ES) میدهد. سپس با ایجاد تغییر در ساختمان سوبسترا، کمپلکس آنزیم-محصول(EP) ایجاد شده و سپس از یکدیگر جدا میشوند.
کاتالیز و افزایش سرعت واکنش
آنزیم با سه مکانیسم موجب کاهش انرژی فعال سازی واکنش و افزایش سرعت میشود:
- قرار دادن سوبسترا در موقعیت فضایی مناسب جهت انجام واکنش
- آزاد شدن انرژی حاصل از جاذبه ضعیف آنزیم و سوبسترا
- کاهش انحلال پذیری سوبسترا با کاهش پیوند های هیدروژنی سوبسترا با آب
جایگاه فعال آنزیم
واکنش آنزیمی در ناحیه کوچکی از آنزیم که محلی برای اتصال سوبسترا و انجام واکنش به نام جایگاه فعال (Active site) انجام میشود.
تعامل آنزیم-سوبسترا
برای اتصال آنزیم با سوبسترا دو فرضیه وجود دارد:
- فرضیه قفل و کلید: در این مدل، آنزیم یک ساختمان سخت فرض شده که شکل جایگاه فعال برای اتصال به سوبسترا، از قبل ایجاد شده است. سوبسترا در داخل جایگاه فعال مشابه قرار گرفتن کلید در قفل قرار میگیرد.
- مدل قالب القا شده(Induced fit): از آنجا که میدانیم مولکول آنزیم کاملا سخت نیست و ساختمان آن منعطف است، جایگاه فعال آن نیز از ابتدا مکمل سوبسترا نیست. با اتصال سوبسترا به جایگاه فعال، تغییراتی در جایگاه و سوبسترا اتفاق میافتد که آن دو را مکمل یکدیگر میکند( مشابه ورود دست به داخل دستکش).
کوفاکتور
برخی آنزیم ها برای انجام فعالیت کاتالیتیک خود، نیاز ب یک جزء اکثرا غیرپروتئینی به نام کوفاکتور دارند که میتواند ماهیت معدنی و یا آلی داشته باشد. اتصال این جز به آنزیم میتواند سست یا محکم باشد.
در اتصال محکم به کوفاکتور، گروه پروستتیک نیز گفته میشود که در این حالت به بخش آنزیمی بدون کوفاکتور، آپوآنزیم و به آنزیم کامل دارای کوفاکتور، هولوآنزیم گفته میشود.
کوفاکتور معدنی
یون هایی مثل منیزیم، منگنز، روی، کلسیم، مس، آهن، سدیم، کبالت، پتاسیم و مولیبدن، برای فعالیت بیش از یک چهارم آنزیم های شناخته شده الزامی هستند.
در صورتی که اتصال یون فلزی به آنزیم از نوع سست باشد، به آنزیم، آنزیم فعال شونده توسط فلز (Metal-activated) گفته میشود که این یون ها اغلب در اتصال سوبسترا به آنزیم نقش دارند. به عنوان مثال، آنزیم کیناز، توسط یون Mg+2 بار منفی گروه فسفر ATP را خنثی میکند.
اتصال محکم فلز به آنزیم
به آنزیمی که فلز به جایگاه فعال، به صورت محکم متصل بوده و اغلب در کاتالیز واکنش کاتالیتیک به صورت مستقیم نقش ایفا میکند، متالوآنزیم گفته میشود. به عنوان مثلا، برخی یون ها در انتقال الکترون در واکنش اکسیداسیون احیا نقش داشته یا برخی با ایجاد پل، موجب اتصال آنزیم به سوبسترا میشوند.
کوآنزیم
به کوفاکتوری که دارای ساختمان آلی است، کوآنزیم گفته میشود.
کوسوبسترا
کوآنزیمی که با آنزیم اتصال سست دارد، کوسوبسترا گفته میشود که در حین واکنش، مشابه سوبسترا، دچار تغییر میشوند. به منظور برگشت به حالت اول خود، کوآنزیم به دلیل اتصال سست خود، از جایگاه فعال آنزیم جدا شده و سپس توسط آنزیمی دیگر به حالت اولیه برمیگردد. به عنوان مثال کوسوبسترای +NAD با دریافت یون هیدرونیوم(–H، پروتون دارای دو الکترون)، به شکل NADH از آنزیم جدا شده و سپس توسط آنزیم دیگر به فرم +NAD تبدیل میشود.
گروه پروستتیک
به کوآنزیمی که به صورت محکم به جایگاه فعال آنزیم متصل است، گروه پروستتیک گفته میشوند.
منشا کوآنزیم
سه منشا کوآنزیم:
- ویتامین
- متابولیتی
- پروتئینی
کوانزیم ویتامینی
در بسیاری از مسیر های متابولیکی، به خصوص متابولیسم انزژی و متابولیسم ترکیبات یک کربنه، کوآنزیم های با منشا ترکیبات ویتامینی نقش دارند.
| کوآنزیم | مخفف | منشا ویتامینی | نقش متابولیکی |
| تیامین پیروفسفات | TPP | B1 | انتقال قطعات چند کربنه حاوی کربونیل |
| فلاوین منونوکلئوتید | FAD | B2 | انتقال اکی والان های احیاکننده |
| نیکوتینامید آدنین دی نوکلئوتید | +NAD | B3 | انتقال اکی والان های احیاکننده |
| کوآنزیمA | CoA | B5 | انتقال گروه آسیل |
| پیریدوکسال فسفات | PLP | B6 | انتقال گروه آمینو، برداشت گروه کربوکسیل |
| بیوتین | – | H | انتقال گروه کربوکسیل |
| تتراهیدروفولات | THF | B9 | انتقال گروه های یک کربنه |
| داکسی آدنوزیل کوبالامین | deoxy adenosyl-B12 | B12 | نوآرایی های درون مولکولی |
| آسکوربات | – | C | انتقال الکترون |
| رتینال | – | A | احساس امواج نورانی |
| ویتامینK | – | K | انتقال گروه کربوکسیل |
کوآنزیم متابولیتی
این کوآنزیم طی مسیرهای متابولیکی اختصاصی تولید میشود. که اغلب کوسوبسترای واکنش های آنزیمی هستند.
| کوآنزیم | مخفف | نقش متابولیکی |
| S-آدنوزیل متیونین | SAM | انتقال گروه متیل |
| 3′-فسفو آدنوزین-5′-فسفوسولفات | PAPS | انتقال گروه سولفات |
| نوکلئوزید تری فسفات | NTP | انتقال گروهه فسفریل یا نوکلئوزیل |
| قند های نوکلئوتیدی | – | انتقال گروه های قندی در متابولیسم قندها |
| الکل های نوکلئوتید | – | انتقال گروه های الکلی رد سنتز فسفولیپید |
| اوبی کینون | Q | انتقال الکترون در زنجیره تنفس سلولی |
| لیپوآمید | – | انتقال گروه آسیل در دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو |
| تتراهیدروبیوپترین | – | انتقال الکترون در هیدروکسیلاسیون اسید های آمینه آروماتیک |
| گلوتاتیون | GSH | واکنش اکسیداسیون-احیا |
کوآنزیم پروتئینی
به کوآنزیم با منشا پروتئینی که نسبت به آپوآنزیم، کوچکتر بوده و نسبت به حرارت پایداری بیشتری دارد کوآنزیم پروتئینی گفته میشود.
| کوآنزیم | گروه فعال | نقش |
| سیتوکروم | گروه هم | انتقال الکترون |
| مراکز آهن سولفور | اتم های آهن و سولفور | انتقال الکترون |
| تیوردوکسین | گروه سولفیدریل | سنتز داکسی ریبونوکلئوتیدها |
| گلوتاردوکسین | گروه سولفیدریل | سنتز داکسی ریبونوکلئوتید |
| پروتئین حامل آسیل | گروه سولفیدریل | حمل زنجیره آسیل در حال رشد |
خلاصه
آنزیمها کاتالیزورهای زیستی هستند که با کاهش انرژی فعالسازی، سرعت واکنشهای بیوشیمیایی را افزایش میدهند، بدون اینکه در پایان واکنش بهطور دائمی مصرف شوند. عملکرد آنزیم به ناحیهای اختصاصی به نام جایگاه فعال (Active Site) وابسته است؛ جایی که سوبسترا به آن متصل شده و کمپلکس آنزیم–سوبسترا تشکیل میشود. نحوه اتصال سوبسترا به آنزیم با دو مدل قفل و کلید و قالب القایی (Induced Fit) توضیح داده میشود که مدل قالب القایی انعطافپذیری ساختار آنزیم را نیز در نظر میگیرد.
برخی آنزیمها برای فعالیت کامل به ترکیبات غیرپروتئینی به نام کوفاکتور نیاز دارند. کوفاکتورها ممکن است معدنی، مانند یونهای فلزی، یا آلی باشند. کوفاکتورهای آلی را کوآنزیم مینامند و بر اساس نحوه اتصال به آنزیم میتوانند بهصورت کوسوبسترا یا گروه پروستتیک عمل کنند. کوآنزیمها در بسیاری از واکنشهای متابولیکی از جمله انتقال الکترون، انتقال گروههای شیمیایی و واکنشهای اکسیداسیون–احیا نقش دارند.
آنزیم چیست و چه وظیفهای دارد؟
آنزیم یک کاتالیزور زیستی است که با کاهش انرژی فعالسازی، سرعت واکنشهای شیمیایی و بیوشیمیایی را افزایش میدهد. آنزیمها در بسیاری از فرایندهای سلولی و متابولیکی نقش دارند و خودشان در پایان واکنش بهطور دائمی مصرف نمیشوند
. جایگاه فعال آنزیم چیست؟
جایگاه فعال (Active Site) بخش کوچکی از ساختار سهبعدی آنزیم است که سوبسترا به آن متصل میشود و واکنش کاتالیتیک در آن یا در نزدیکی آن انجام میگیرد. ویژگیهای ساختاری و شیمیایی این ناحیه نقش مهمی در اختصاصیت آنزیم دارند.
تفاوت مدل قفل و کلید و مدل قالب القایی چیست؟
در مدل قفل و کلید، جایگاه فعال از ابتدا شکل مکمل سوبسترا در نظر گرفته میشود. در مدل قالب القایی (Induced Fit)، اتصال سوبسترا میتواند باعث تغییر شکل و آرایش جایگاه فعال شود تا برهمکنش مناسبتری ایجاد شود.
کوفاکتور چیست؟
کوفاکتور (Cofactor) یک جزء غیرپروتئینی است که برخی آنزیمها برای انجام فعالیت کاتالیتیک خود به آن نیاز دارند. کوفاکتورها میتوانند معدنی مانند یونهای فلزی یا آلی باشند.
کوسوبسترا چیست؟
کوسوبسترا (Cosubstrate) نوعی کوآنزیم با اتصال نسبتاً سست به آنزیم است که در طول واکنش دچار تغییر شیمیایی میشود و پس از جدا شدن از آنزیم، معمولاً توسط واکنش یا آنزیم دیگری به شکل اولیه خود بازمیگردد. NAD⁺/NADH نمونه شناختهشدهای از یک سیستم کوسوبسترایی است.
تفاوت کوفاکتور و کوآنزیم چیست؟
کوفاکتور اصطلاحی کلی برای اجزای غیرپروتئینی مورد نیاز برخی آنزیمهاست. کوآنزیم از نوع آلی را کوفاکتور میگویند. برای مثال، ترکیباتی مانند NAD و FAD در بسیاری از واکنشهای متابولیکی بهعنوان کوآنزیم عمل میکنند.
نظرات کاربران