Enzyme

פעולת האנזימים | זירוז ועיכוב

אנזים, חלבון השייך לקבוצה גדולה של חלבונים המיוצרים בתאים חיים ופועלים כזרזים ביולוגיים של התגובות הכימיות שעליהן מבוססים החיים. האנזימים מייצרים את כל החומר האורגני שבתאי האורגניזמים, מסייעים להפקת אנרגיה ולניצולה ושומרים על תנאי הקיום הפנימיים בתאים.

פעולת האנזימים

חלקים מסוימים במולקולת האנזים (אתרים פעילים) מתחברים למולקולות אחרות (מצע) בחיבור מיוחד, התלוי בקיפול התלת-ממדי של המולקולה, ומאפשר שינויים כימיים בזמן קצר יותר מאשר בתהליך שבו אין נוכחות של אנזים. בהיעדר אנזימים לא היו מתבצעות רוב התגובות הקשורות במטבוליזם.

האנזים (E) ממיר את מולקולת המצע (סובסטרט; S) במולקולה אחרת (P - מוצר), באמצעות תצמיד ביניים של אנזים-מצע (ES). לאחר התגובה נפרד המוצר מן האנזים ויכול לשמש מצע חדש בשרשרת חילוף החומרים; האנזים עצמו נשאר ללא שינוי. פעולת האנזים מסוכמת בנוסחה הבאה:
http://www.ynet.co.il/PicServer/141002/218559/for.gif

מכיוון שהאנזימים אינם מתכלים בתגובות שהם מזרזים, הם יעילים מאוד ודי בכמויות זעירות כדי שיעשו את פעולתם. כמעט לכל האנזימים יש ייחודיות גבוהה (מפאת תצורתה המיוחדת של המולקולה) לפעולתם הקטליטית ולזיקתם למצע, ולכן מספרם בטבע עצום.

זירוז ועיכוב

בתא ממוצע יש כ-3,000 אנזימים שונים. שפעול המצע מהיר, ולכן כמות מזערית של אנזים מפיקה תוצאות גדולות ביותר. למשל: מולקולה אחת של האנזים קָטָלָזָה יכולה לפרק 40,000 מולקולות מי חמצן בשנייה אחת, בטמפרטורה של 0º. יעילותם המרבית היא בתנאי טמפרטורה ו-pH אופטימליים. לעתים יכולים אנזימים לקטלז 1012 מולקולות מצע בשנייה. רובם דורשים סביבה מימית נייטרלית, אולם חלקם נזקק לתנאי pH או טמפרטורה קיצוניים.
כדי לזרז תגובות דרושה לאנזים תוספת חומר, נוסף על המרכיב החלבוני שלו. סיוע זה יכול לבוא מיונים מתכתיים, או ממוצרים של ויטמינים, והוא מכונה קבוצה פרוסטטית או קוֹאֶנזים. גם היעדר חומרים מעכבים ייחודיים יזרז את תנאי הקטליזה. יש בתא מערכות של מפעילים ומעכבים הפועלים כנדרש וגורמים להתנעה ולעצירת הפעולה האנזימטית. קיימים בתא החי גם חומרים המכונים "מעכבים תחרותיים", הדומים במבנה למצע ויכולים להיצמד לאנזים; הם מתחרים במצע הטבעי ומונעים את הפעילות התקינה.

גם אם האנזים אינו מתכלה בתגובות שבהן הוא משתתף, חלה בו התפרקות אטית במשך הזמן, ולכן יש צורך בחידוש מלאי האנזימים ובסינתזה שלהם באורגניזם. יוצרים אותם אנזימים אחרים, עפ"י התוכנה המקודדת בחומצות הגרעין (דנ"א ורנ"א). האנזימים הם חומרים שאינם יציבים מטבעם, ובתנאים של טמפרטורה גבוהה או שינוי pH הם עוברים דנטורציה. המבנה המיוחד של המולקולה נהרס, וכך נפגע כושר פעולתו הקטליטית של האנזים.

אנזימים ומערכות אנזימטיות זהות נמצאים בתחום רחב של אורגניזמים, לרבות חיידקים, צמחים ובע"ח. עובדה זו מעידה על הדמיון הבסיסי הקיים בין ההשלכות השונות של חילוף החומרים שביצורים אלה.

האנזימים מסנתזים, מפרקים או מעבירים תרכובות כימיות ממולקולה אחת לאחרת, ושמותיהם נגזרים משם המצע שעליו הם פועלים, בתוספת הסיומת "אָזָה". למשל, צלולזה ולקטזה הם אנזימים הפועלים על תאית(צלולוזה) ועל לקטוזה. את האנזימים ממיינים עפ"י פעולתם לקרבוקסילזות, דהידרוגנזות וכיו"ב. לכמה אנזימים יש שמות ישנים שאינם מתאימים לכללים אלה (כגון, פפסין - אנזים עיכול המפרק חלבונים). לאנזימים יש גם שימוש במסחר ובתעשייה, בייצור דטרגנטים "ביולוגיים" וסוגי מזון שונים, ובתסיסה.

חלבון

Protein

חלבון, מולקולה אורגנית שיש בה פחמן, מימן, חמצן, חנקן, ולעתים גם יסודות אחרים. משקלה המולקולרי גבוה (104-106). החלבון הוא פולימר של חומצות אמיניות - שרשרת ארוכה הנוצרת באמצעות קשרים פפטידיים (-NHCO-). סדר קישור החומצות, זהותן ומספרן קובעים את טיבו של החלבון ואת תפקודו. עוד משפיע רבות על אופיו של החלבון המבנה המרחבי (תלת-ממדי) שלו: השרשרת החלבונית מתקפלת סביב עצמה בצורה מסובכת מאוד, עקב משיכה אלקטרוסטטית בין חלקיה השונים ודחייה בין אחרים. כאנלוגיה, אפשר להמשיל מולקולת חלבון לרצועה דקה של נייר קשיח, שקומטה בכף היד.

החלבונים מצויים בתאים של צמחים ובע"ח, והם נמנים עם אבות המזון. רוב החלבונים יוצרים תמיסות קולואידיות במים והם אמפוטריים. שינוי ב-pH משפיע על מסיסותם. ממיינים חלבונים לפי מסיסותם (גלובולין, אלבומין, פרוטאמין) ולפי הרכבם (נוקלאופרוטאינים, גלוקופרוטאינים, פוספופרוטאינים).

מיון אחר של החלבונים, לפי תפקידיהם הביוכימיים, מבדיל בין אנזימים, המשמשים כזרזים בתהליכי הכימיה של החיים; חלבונים מבניים, היוצרים את התא; חלבוני העברה, המסיעים כימיקלים למקומות הדרושים; חלבונים הורמוניים, המשפיעים על תפקודם של חלבונים אחרים; וחלבונים חיסוניים, המפרקים חלבונים אחרים.

חקר החלבונים הוא אחד התחומים החשובים ביותר בביוכימיה. בין היתר שואפים החוקרים לסנתז חלבונים המצויים בטבע, אולם עד כה עלה הדבר בידם רק בחלבונים קצרים במיוחד (פפטידים).

חלבון

Protein

חלבון, מולקולה אורגנית שיש בה פחמן, מימן, חמצן, חנקן, ולעתים גם יסודות אחרים. משקלה המולקולרי גבוה (104-106). החלבון הוא פולימר של חומצות אמיניות - שרשרת ארוכה הנוצרת באמצעות קשרים פפטידיים (-NHCO-). סדר קישור החומצות, זהותן ומספרן קובעים את טיבו של החלבון ואת תפקודו. עוד משפיע רבות על אופיו של החלבון המבנה המרחבי (תלת-ממדי) שלו: השרשרת החלבונית מתקפלת סביב עצמה בצורה מסובכת מאוד, עקב משיכה אלקטרוסטטית בין חלקיה השונים ודחייה בין אחרים. כאנלוגיה, אפשר להמשיל מולקולת חלבון לרצועה דקה של נייר קשיח, שקומטה בכף היד.

החלבונים מצויים בתאים של צמחים ובע"ח, והם נמנים עם אבות המזון. רוב החלבונים יוצרים תמיסות קולואידיות במים והם אמפוטריים. שינוי ב-pH משפיע על מסיסותם. ממיינים חלבונים לפי מסיסותם (גלובולין, אלבומין, פרוטאמין) ולפי הרכבם (נוקלאופרוטאינים, גלוקופרוטאינים, פוספופרוטאינים).

מיון אחר של החלבונים, לפי תפקידיהם הביוכימיים, מבדיל בין אנזימים, המשמשים כזרזים בתהליכי הכימיה של החיים; חלבונים מבניים, היוצרים את התא; חלבוני העברה, המסיעים כימיקלים למקומות הדרושים; חלבונים הורמוניים, המשפיעים על תפקודם של חלבונים אחרים; וחלבונים חיסוניים, המפרקים חלבונים אחרים.

חקר החלבונים הוא אחד התחומים החשובים ביותר בביוכימיה. בין היתר שואפים החוקרים לסנתז חלבונים המצויים בטבע, אולם עד כה עלה הדבר בידם רק בחלבונים קצרים במיוחד (פפטידים).

*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*

אנזים

Enzyme

פעולת האנזימים | זירוז ועיכוב

אנזים, חלבון השייך לקבוצה גדולה של חלבונים המיוצרים בתאים חיים ופועלים כזרזים ביולוגיים של התגובות הכימיות שעליהן מבוססים החיים. האנזימים מייצרים את כל החומר האורגני שבתאי האורגניזמים, מסייעים להפקת אנרגיה ולניצולה ושומרים על תנאי הקיום הפנימיים בתאים.

פעולת האנזימים

חלקים מסוימים במולקולת האנזים (אתרים פעילים) מתחברים למולקולות אחרות (מצע) בחיבור מיוחד, התלוי בקיפול התלת-ממדי של המולקולה, ומאפשר שינויים כימיים בזמן קצר יותר מאשר בתהליך שבו אין נוכחות של אנזים. בהיעדר אנזימים לא היו מתבצעות רוב התגובות הקשורות במטבוליזם.

האנזים (E) ממיר את מולקולת המצע (סובסטרט; S) במולקולה אחרת (P - מוצר), באמצעות תצמיד ביניים של אנזים-מצע (ES). לאחר התגובה נפרד המוצר מן האנזים ויכול לשמש מצע חדש בשרשרת חילוף החומרים; האנזים עצמו נשאר ללא שינוי. פעולת האנזים מסוכמת בנוסחה הבאה:

http://www.ynet.co.il/PicServer/141002/218559/for.gif

מכיוון שהאנזימים אינם מתכלים בתגובות שהם מזרזים, הם יעילים מאוד ודי בכמויות זעירות כדי שיעשו את פעולתם. כמעט לכל האנזימים יש ייחודיות גבוהה (מפאת תצורתה המיוחדת של המולקולה) לפעולתם הקטליטית ולזיקתם למצע, ולכן מספרם בטבע עצום.

זירוז ועיכוב

בתא ממוצע יש כ-3,000 אנזימים שונים. שפעול המצע מהיר, ולכן כמות מזערית של אנזים מפיקה תוצאות גדולות ביותר. למשל: מולקולה אחת של האנזים קָטָלָזָה יכולה לפרק 40,000 מולקולות מי חמצן בשנייה אחת, בטמפרטורה של 0º. יעילותם המרבית היא בתנאי טמפרטורה ו-pH אופטימליים. לעתים יכולים אנזימים לקטלז 1012 מולקולות מצע בשנייה. רובם דורשים סביבה מימית נייטרלית, אולם חלקם נזקק לתנאי pH או טמפרטורה קיצוניים.
כדי לזרז תגובות דרושה לאנזים תוספת חומר, נוסף על המרכיב החלבוני שלו. סיוע זה יכול לבוא מיונים מתכתיים, או ממוצרים של ויטמינים, והוא מכונה קבוצה פרוסטטית או קוֹאֶנזים. גם היעדר חומרים מעכבים ייחודיים יזרז את תנאי הקטליזה. יש בתא מערכות של מפעילים ומעכבים הפועלים כנדרש וגורמים להתנעה ולעצירת הפעולה האנזימטית. קיימים בתא החי גם חומרים המכונים "מעכבים תחרותיים", הדומים במבנה למצע ויכולים להיצמד לאנזים; הם מתחרים במצע הטבעי ומונעים את הפעילות התקינה.

גם אם האנזים אינו מתכלה בתגובות שבהן הוא משתתף, חלה בו התפרקות אטית במשך הזמן, ולכן יש צורך בחידוש מלאי האנזימים ובסינתזה שלהם באורגניזם. יוצרים אותם אנזימים אחרים, עפ"י התוכנה המקודדת בחומצות הגרעין (דנ"א ורנ"א). האנזימים הם חומרים שאינם יציבים מטבעם, ובתנאים של טמפרטורה גבוהה או שינוי pH הם עוברים דנטורציה. המבנה המיוחד של המולקולה נהרס, וכך נפגע כושר פעולתו הקטליטית של האנזים.

אנזימים ומערכות אנזימטיות זהות נמצאים בתחום רחב של אורגניזמים, לרבות חיידקים, צמחים ובע"ח. עובדה זו מעידה על הדמיון הבסיסי הקיים בין ההשלכות השונות של חילוף החומרים שביצורים אלה.

האנזימים מסנתזים, מפרקים או מעבירים תרכובות כימיות ממולקולה אחת לאחרת, ושמותיהם נגזרים משם המצע שעליו הם פועלים, בתוספת הסיומת "אָזָה". למשל, צלולזה ולקטזה הם אנזימים הפועלים על תאית(צלולוזה) ועל לקטוזה. את האנזימים ממיינים עפ"י פעולתם לקרבוקסילזות, דהידרוגנזות וכיו"ב. לכמה אנזימים יש שמות ישנים שאינם מתאימים לכללים אלה (כגון, פפסין - אנזים עיכול המפרק חלבונים). לאנזימים יש גם שימוש במסחר ובתעשייה, בייצור דטרגנטים "ביולוגיים" וסוגי מזון שונים, ובתסיסה.