Същност, функции и образуване на ензимите
В организма ни постоянно протичат десетки хиляди различни биохимични реакции. Всъщност, организмът е една "жива лаборатория“, която постоянно работи. Процесите, които протичат в организма ни, изискват намесата на химични регулатори – ензими. Ако те не работят "като екип“, не би имало живот!
Малко за ензимите...
Ензимите са биологични катализатори (ускорители) на химичните реакции. По структурата си това са белтъци, които могат в хиляди пъти да ускорят биохимичните реакции, при това без да участват в тях. Така че, ако нямаше ензими, всички процеси в организма биха се забавили почти до пълното им спиране. Възможността ни да дишаме, да обработваме храната, да се движим и много други е резултат от отборната работа на ензимите.
Химични реакции и температура
Във всяка клетка в организма протичат стотици хиляди различни химични реакции. От уроците по химия знаем, че за протичането на повечето реакции са необходими определени условия, в частност – висока температура. Но тези температури са несъвместими с живота, тъй като при 42 градуса по Целзий белтъкът започва да се "обръща“, което води до гибел на човека. Този проблем е еволюционно решен с помощта на специфични вещества – ензими, които могат да ускоряват химичните процеси без да трябва да се повишава температурата.
Една от най-важните функции на организма е дишането, което се осъществява благодарение на пречистването на кръвта от въглеродния диоксид. Ензимът, който помага на кръвта да се пречисти от въглеродния диоксид, се нарича карбоанхидраза. Той ускорява тази реакция с 10 милиона пъти! Дори не можем да си представим живота без този ензим!
Отборната работа на ензимите
За построяването и функциите на ензимите на науката и предстои да разбере още много неща. Тези вещества ускоряват максимално химичните реакции, но в същото време изключително икономично използват енергията.
Еволюционно работата на ензимите на живите организми е доведена до съвършенство. Във всеки орган или система от органи присъстват ензими, които най-добре работят именно в конкретните условия. Например, независимо, че повечето ензими са приспособени да работят в неутрална среда, ензимите, които са отговорни за обработването на храната в стомаха, работят само в киселинна среда.
Как работят ензимите?
Както вече казахме по-нагоре, ензимите забързват процесите, но при това не встъпват в реакции с химичните вещества. Те се свързват с тях на принципа "ключ-ключалка“. А именно самият ензим има определена конструкция, която подхожда само за определени вещества. Затова отделните ензими ускоряват само определени реакции в организма и не се "намесват“ в работата на други процеси.
Активността на ензимите се регулира с помощта на специфични сигнални механизми. Ако например активността на някои ензими трябва да се потисне, клетките започват да произвеждат вещества, с които ензимите могат да се свържат, което ги "изключва“ за определено време. Тези регулиращи системи са необходими за предотвратяване прекаленото произвеждане на продукти от ензимните реакции.
От какво се състои ензимът?
Още през 19 век се е предполагало, че основният компонент, който съставя ензимите, е белтъкът. През 20 век в Германия е предприет втори опит да се изясни от какво се състоят ензимите. Грешно е предположено, че ензимите не бива да се отнасят нито към белтъците, нито към някое друго органично вещество. Малко по-късно в Америка е получен ензимът "уреаза“ под формата на кристални белтъци, но този опит е приет за недействителен заради изопачаване на експеримента.
Едва в 30-те години на 20 век са получени ензими като трипсин и пепсин в кристална форма, след което е признато че са с белтъчна структура, което след 20 години е потвърдено с рентгеново структурно изследване.
Белтъците са органични вещества с много сложна структура. Те могат да имат до 4 различни структурни нива. Така че, ако белтъкът се състои от няколко съединени помежду си вериги, тази структура ще се нарича четвъртична. Такава структура например има ензимът алкохол дехидрогеназа. Ако се наруши дори едно белтъчно ниво, това ще предизвика денатурация на белтъка, киселинната среда ще разруши връзките и дисулфидните мостове в белтъчната молекула. Ако температурата се повишава, спиралите, в които са белтъчните молекули, започват да се разгръщат, което води до загуба на каталитичните свойства на ензимите. С това се обяснява тази чувствителност към условията на функциониране на ензимите.
Но се оказва, че ензимите се състоят не само от белтъци. Освен белтък, може също да присъства и друг органичен остатък или дори йон на метал. Интересното е, че именно ензимите, които съдържат такива "включвания“ (метали или други органични остатъци), могат да проявяват активност и да са истински катализатори на химичните реакции. Онази част от молекулата на ензима, която съдържа подобни "допълнения“, се нарича коензим (това наименование е дадено през 1897 година, когато е открит манган ензимът лаказа).
Нашият организъм сам произвежда необходимите за нас белтъци, свойствени само за нашия организъм, но коензимите се синтезират трудно, тъй като металите в организма ни, в необходимите количества, попадат основно с витамините и микроелементите. Витамините са много необходими на тялото ни, защото съдържат метали и помагат за образуването на дееспособни ензими.
Нормалният човешки организъм съдържа йони на различни метали, при това за човек с тегло 70 кг за нормалното му функциониране трябва да има: 2,3 гр цинк, 4,1 гр желязо, 0,2 гр мед, а също и много други микроелементи: магнезий, молибден, кобалт, калций, калий, натрий.
Например в организма желязото образува комплексни съединения и е съставна част на ензимите пероксидаза и каталаза (този ензим катализира химичната реакция на окисляване на взаимодействието между водородния пероксид и органичните вещества). А за да може организмът ни по-добре да обработва и разгражда спирта (това изпълняват ензимите алкохолна дехидрогеназа и карбоанхидраза), ни е необходим цинк.
Как възникват ензимите?
Хората са разгадали удивителните и полезни свойства на ензимите много преди тяхното откритие. Хората все още не умеели да получават и отделят ензими, но вече знаели какви вещества имат каталитично действие. Например за ферментирането на виното, за подготовката на тестото, са заквасването на млякото се използвали широко елементи от живата природа (например дрожди за приготвяне на алкохол). Разбира се, ензимите с жив произход (получени от тъканите на животните и растенията) се използват и днес, но по-интересно и съвременно направление е отделянето на чисти ензими. Така например в познатите ни перилни прахове, които изпират добре всякакви мазни петна, са добавени специални видове ензими, които могат лесно да разтварят и да не развалят тъканта.
Повечето от използваните от нас ензими се образуват от отделни видове микроорганизми. Образуваните по този начин ензими може да се получават практически в неограничени количества. Всичко зависи от средата на обитаване на микроорганизмите, което ние можем, при добро желание, да контролираме сами.
Производството на ензимите за широките нужди на хората е организирано в края на 19-ти век. Но едва след средата на 20-ти век с развитието на биоинжинерството е станало възможно реализирането на всички потребности на обществото от ензими и е започнало масовото им производство.
В нашия организъм за производството на ензимите отговаря ДНК. Определената последователност на структурните съставни на ДНК, вградена в молекулата на бактерия, позволява да се получат бактерии, които ще произвеждат необходимия ни ензим – като в строг режим.
В категорията "Ензими“ може да разгледате продуктите за здраве, които предлагаме за Вас, направени на основата на ензими, за по-добро протичане на биохимичните процеси в организма и поддържане на доброто състояние на целия организъм.
