Sisällysluettelo

määritelmä

substantiivi
monikko: entsyymit
en·zyme, ˈɛnzaɪm
(biokemia Biomolekyylin, joka toimii katalyyttinä nopeuttaakseen tiettyjä kemiallisia reaktioita. Entsyymit ovat joko proteiini-tai RNA-molekyylejä (ribotsyymejä).

yleiskatsaus

entsyymi on biomolekyyliä, jota voidaan syntetisoida biologisesti (luonnossa) tai muiden prosessien kautta (synteettisesti). Sen tärkein tehtävä on toimia katalyyttinä, joka nopeuttaa tiettyä kemiallista reaktiota muuttamatta itseään prosessissa. Entsyymit ovat yleensä proteiinimolekyylejä, joilla on tyypillinen aminohapposekvenssi, joka taittuu tietyn kolmiulotteisen rakenteen aikaansaamiseksi, mikä antaa molekyylille ainutlaatuisia ominaisuuksia.

proteiinit ovat yksi tärkeimmistä biomolekyyleistä; muut ovat hiilihydraatit (erityisesti polysakkaridit), lipidit ja nukleiinihapot. Entsyymit, jotka ovat luonteeltaan proteiineja, koostuvat aminohappojen polymeereistä. Aminohapot ovat liittyneet toisiinsa peptidisidoksilla. Entsyymiproteiinin aminohappojen tyyppiä ja järjestystä koodaa niitä tuottavan solun DNA. Vaikka kaikki entsyymit eivät ole proteiineja, kaikki proteiinit eivät myöskään ole entsyymejä. Entsyymit, jotka eivät ole luonteeltaan proteiinipitoisia, ovat esimerkkinä ribotsyymeistä. Ribotsyymi on entsyymi, joka koostuu RNA: sta eikä proteiinista. Esimerkki ribotsyymistä on ribosomi, joka on proteiini-ja katalyyttisten RNA-yksiköiden muodostama kompleksi.

ominaisuudet

entsyymit ovat usein pallomaisia. Ne voivat esiintyä yksittäin tai alayksikkönä kompleksissa. Ne ovat usein kasvualustojaan suurempia. Vaikka suuri suhteessa niiden substraatteihin, vain pieni osa entsyymistä osallistuu suoraan katalyysiin. Tätä katalyysiin osallistuvaa paikkaa kutsutaan katalyysikohteeksi. Toinen kohta entsyymirakenteessa on sitoutumiskohta, jonka kautta substraatti reagoi tai sitoutuu. Katalyyttinen kohta ja sitoutumiskohta muodostavat entsyymin aktiivisen kohdan. Entsyymin allosteerinen kohta viittaa kohtaan, jossa toinen molekyyli voi sitoutua aiheuttamaan entsyymin konformaation muutoksen, joka sitten johtaa sen aktiivisuuden lisääntymiseen tai vähenemiseen. Entsyymiaktiivisuutta moduloivia molekyylejä on kahta päätyyppiä: 1) inhibiittoreita ja 2) aktivaattoreita. Inhibiittorit ovat molekyylejä, jotka estävät tai vähentävät entsymaattista aktiivisuutta. Aktivaattorit ovat molekyylejä, jotka stimuloivat tai lisäävät entsymaattista aktiivisuutta. Muut, jotka voivat vaikuttaa entsyymien toimintaan, ovat denaturointiaineet (kaotrooppiset aineet). Optimaaliset olosuhteet ylittävälle lämpötilalle ja pH: lle altistuminen johtaa entsyymin denaturoitumiseen. Denaturaation vuoksi entsyymi menettää rakenteensa ja katalyyttiset ominaisuutensa. Entsyymin rakenne on ratkaiseva sen toiminnan kannalta. Entsyymin spesifisyys perustuu sen ainutlaatuiseen 3D-rakenteeseen.

tyypit

entsyymit luokitellaan ja nimetään yleensä niiden katalysoimien reaktioiden mukaan. Kansainvälinen biokemian ja molekyylibiologian liitto on kehittänyt entsyymeille nimikkeistön, EC-numerot. Ne ovat seuraavat:

• EC 1-Oksidoreduktaasit: katalysoivat hapetus – /pelkistysreaktioita
• EC 2-Transferaasit: siirtävät funktionaalisen ryhmän (esim. metyyli-tai fosfaattiryhmän)
• EC 3-Hydrolaasit: katalysoivat eri sidosten hydrolyysiä
• EC 4-Lyaasit: hajottavat eri sidoksia muilla keinoin kuin hydrolyysillä ja hapetuksella
• EC 5-Isomeraasit: katalysoivat isomeroitumismuutoksia yhden molekyylin sisällä
• EC 6 ligaasit: liittää kaksi molekyyliä kovalenttisiin sidoksiin

Yleiset biologiset reaktiot

entsyymien tuottamiseen proteiinisynteesin avulla liittyy transkriptio ja translaatio. Soluissa entsyymi syntyy transkriptio-ja translaatioprosesseilla. Transkriptio on prosessi, jolla mRNA-templaatti, joka koodaa aminohappojärjestyksen kolminukleotidikoodin muodossa, transkriboidaan DNA: sta malliksi translaatiota varten. Translaatio on prosessi, jossa aminohapot ovat sidoksissa toisiinsa tietyssä järjestyksessä geneettisen koodin määrittämien sääntöjen mukaisesti. Se koostuu neljästä vaiheesta: 1) aktivaatio (aminohappo sitoutuu kovalenttisesti tRNA: han), 2) initiaatio (ribosomin pieni alayksikkö sitoutuu mRNA: n 5′ päähän initiaatiokertoimien avulla), 3) venymä (jonossa seuraava aminoasyyli-tRNA sitoutuu ribosomiin yhdessä GTP: n ja venymäkertoimen kanssa) ja 4) terminaatio (ribosomin a-kohdan edessä on pysäytyskodoni). Vasta muodostunut valkuaisainerakenne käy läpi jatkokäsittelyjä, esimerkiksi translaation jälkeistä muokkausta ja taittamista.

kuten mikä tahansa katalyytti, entsyymi kykenisi nopeuttamaan kemiallista reaktiota muuttamatta reaktion tasapainoa. Se tarkoittaa, että katalyytti ei kulu reaktiossa. Entsyymi kuitenkin eroaa ei-biologisista katalyyteistä siinä, että se on paljon spesifisempi. Ennen kuin entsyymi voi katalysoida reaktiota, sen on ensin sitouduttava substraattiinsa. Daniel Koshlandin vuonna 1958 ehdottaman indusoidun fit-mallin mukaan entsyymi muuttuu uudelleen vuorovaikutuksessa substraattinsa kanssa, kun taas substraatti saattaa myös muuttaa muotoaan hieman niin, että ne lopulta sopivat toisiinsa. Entsyymi nopeuttaa biologista prosessia alentamalla aktivaatioenergiaa. Se tekee niin (1) vakauttamalla siirtymätilan, (2) tarjoamalla vaihtoehtoisen reitin ja/tai (3) horjuttamalla substraatin maatilaa.
jotkin entsyymit tarvitsevat katalyyttiseen toimintaansa ei-proteiinimolekyylejä, joita kutsutaan kofaktoreiksi. Kofaktori voi olla orgaaninen tai epäorgaaninen. Kofaktorit sitoutuvat yleensä entsyymin aktiiviseen kohtaan. Kun kofaktori on sitoutumaton, entsyymistä käytetään nimitystä apoentsyymi; sitoutuessaan entsyymistä käytetään nimitystä holoentsyymi (kuitenkin holoentsyymillä tarkoitetaan myös entsyymiä, joka sisältää useita proteiinialayksiköitä).

koentsyymi on molekyyli, joka kuljettaa kemiallisia ryhmiä (esimerkiksi hydridi-ioni, fosfaattiryhmä, asetyyliryhmä, metyyliryhmä jne.) entsyymistä toiseen. Esimerkkejä koentsyymeistä ovat NADH, NADPH, ATP, FMN (flaviinimononukleotidi), fad (flaviiniadeniinidinukleotidi), TPP (tiamiinipyrofosfaatti) ja THF (tetrahydrofolaatti).

biologiset funktiot

entsyymit ovat biologisia katalyyttejä. Ne nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Lähes kaikki metaboliset prosessit käyttävät entsyymejä, jotka nopeuttavat substraattien muuntumista tuotteiksi. Entsyymit nopeuttavat reaktionopeutta noin miljoona kertaa nopeammin prosessissa, jossa ei ole entsyymiä.

etymologia

• Saksan enzym, keskiajan Kreikan enzūmos, (hapatettu)