Czym są enzymy i jaka jest ich rola? Budowa i rodzaje enzymów

Enzymy to szeroka grupa substancji, przede wszystkim białkowych, obecna w organizmach żywych. Opisując ich funkcję i zastosowanie w prostych słowach, można by powiedzieć, że napędzają nas do działania. Mianowicie ich zadaniem jest umożliwianie zachodzenia i przyspieszanie reakcji, jakie odbywają się wewnątrz organizmu. Unikalne cechy enzymów dają im możliwość wyspecjalizowanego działania w zależności od lokalizacji. Dowiedz się więcej na temat enzymów!

Co to jest enzym?

Enzym to struktura składająca się często z wielu różnych związków i cząsteczek. W organizmie ludzkim pełnią one niezwykle istotną rolę - powodują zachodzenie szeregu reakcji, czyli po prostu odpowiadają za przemiany metaboliczne. Obecność enzymów zapewnia wysoką wydajność i zmniejsza ilość zużywanej energii. W prostych słowach można by rzec, że enzymy napędzają organizm do działania!

Enzymy: budowa

Większość enzymów u ludzi są to cząsteczki zbudowane przede wszystkim z białka. Budowa enzymów w organizmie człowieka jest bardzo zróżnicowana i determinuje jego aktywność, lokalizację, a także zastosowanie.

Część niebiałkową enzymu nazywamy kofaktorem. Także ta część wpływa na aktywność i wydajność danego procesu. Kofaktor nierzadko jest czynnikiem aktywującym enzym lub zwiększającym jego wydajność. Zwyczajowo rolę kofaktora pełnić może np. cząsteczka organiczna (hem - składnik hemoglobiny) czy jony metali np. cynk. Enzym bez kofaktora to apoenzym, a z kofaktorem to holoenzymem, czyli kompletna, aktywna cząsteczka.

Klasyfikacja enzymów

Obecnie wiemy już, że rodzaje enzymów są bardzo liczne. Podstawowy podział obowiązuje na enzymy kataboliczne i anaboliczne. Te pierwsze odpowiadają za rozkład substancji złożonych, na prostsze. Z kolei enzymy anaboliczne odpowiadają za syntezę, tworzenie i powstawanie nowych, bardziej zaawansowanych związków. To właśnie cechy enzymów takie jak budowa, odporność na temperaturę lub pH decydują o przynależności enzymu do danej grupy.

Wydaje się, że wśród enzymów największe znaczenie dla nas, ludzi, mają enzymy występujące w organizmie człowieka. Wśród właśnie tych enzymów wyróżniać możemy przykładowe:

• enzymy trawienne,
• enzymy wątrobowe,
• enzymy sercowe
• enzymy lizosomalne.

Enzymy trawienne

Enzymy trawienne to szeroka grupa związków. Są one wydzielane przez przewód pokarmowy i odpowiadają za trawienie związków odżywczych. Warto wiedzieć, że dla każdego makroskładnika istnieje odpowiedni enzym. Przykładowo amylazy odpowiadają za trawienie węglowodanów, a lipazy (współpracując z żółcią) umożliwiają trawienie tłuszczów.

Enzymy trzustkowe

Warto wiedzieć, że enzymy trawienne są produkowane na różnych poziomach przewodu pokarmowego np. w jamie ustnej, żołądku czy jelicie. Specyficzną grupą enzymów trawiennych są właśnie enzymy trzustkowe produkowane przez trzustkę. Mowa tu o enzymach takich jak:

• amylaza trzustkowa - trawienie węglowodanów,
• trypsyna, chymotrypsyna, elastaza, karboksypeptydaza - rozkład struktur białkowych,
• nukleaza trzustkowa - trawienie kwasów nukleinowych,
• lipaza trzustkowa - rozkład tłuszczów.

Enzymy lizosomalne

Są to enzymy obecne w drobnych strukturach komórkowych. Występują one u organizmów żywych takich jak zwierzęta czy rośliny. Enzymy lizosomalne odpowiadają za trawienie, czyli rozkład wybranych substancji takich jak białko, węglowodany, tłuszcze czy nawet kwasy nukleinowe. Enzymy te działają po uwolnieniu z lizosomu i stanowią formę czyszczenia, bądź obrony organizmu. Rozłożone substancje stanowią także źródło materiału organicznego.

Enzymy restrykcyjne

Co ciekawe enzymy to nie jest niezwykły wynalazek u ludzi. Substancje o zdolnościach katalitycznych (przyspieszających zachodzenie przemian) występują także u prostszych organizmów takich jak np. bakterie. Przykładem tego są właśnie enzymy restrykcyjne, które pozwalają na zniszczenie cząsteczek kwasów nukleinowych innych osobników.

Właściwie trudno ocenić, która grupa enzymów w organizmie człowieka czy w świecie żywych organizmów ma największe znaczenie. W końcu każdy enzym ma swoją rolę i zastosowanie. Unikalne właściwości enzymów sprawiają, że często dany enzym jest niezastąpiony, a nieprawidłowości w zakresie budowy, działania czy jego wydzielania zawsze będą przyczyniać się do występowania zaburzeń. Schorzenia spowodowane wspomnianym zaburzeniami będą specyficznie i zależne od rodzaju danego enzymu.

Funkcje enzymów

Enzymy pełnią szereg bardzo wielu różnych funkcji. W organizmie człowieka, a także we wszystkich innych organizmach żywych zapewniają prawidłowy wzrost, rozwój i codzienne funkcjonowanie. Nie sposób jest opisać wszystkich funkcji enzymów, ale wśród tych przykładowych ról jest obrona. W przypadku prostych organizmów np. bakterii może być to niszczenie struktur komórkowych innych organizmów, u ludzi może być to egzekucja reakcji odpornościowych organizmu.

Ciekawą funkcją enzymatyczną jest także utrzymywanie szeroko pojętej homeostazy, czyli równowagi organizmu. Mianowicie wybrane enzymy mają zdolność do aktywowania danych procesów tylko, gdy brakuje określonych cząsteczek np. glukozy. Z kolei nadmiar danego związku hamuje rozpad innego, a pobudza syntezę jeszcze kolejnego. Takie wspólne zależności umożliwiają utrzymanie prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych.

Zastosowanie enzymów

Dużo mówi się o enzymach w organizmach żywych. W końcu to zapewnienie prawidłowego funkcjonowania jest ich podstawową funkcją. Ważne jednak jest, aby wiedzieć, że niesamowite właściwości enzymów pozwalają także na wykorzystanie ich w przemyśle czy nauce. Przykładowo to właśnie odpowiednio zastosowany enzym umożliwia przeprowadzenie badań w diagnostyce laboratoryjnej, kryminologii, a jeszcze inna grupa enzymów jest obecna w środkach piorących i myjących.

Choroby spowodowane nieprawidłowymi funkcjami enzymatycznymi

Mówiąc o enzymach nie sposób pominąć chorób rzadkich, czyli wrodzonych wad metabolizmu. Jest to grupa chorób, które występują na skutek właśnie defektów enzymatycznych. Zdiagnozowanie tych jednostek chorobowych, przy braku odpowiedniej terapii, uniemożliwia codzienne funkcjonowanie, wzrost i rozwój.

Wśród tych schorzeń, jednym z najbardziej popularnych jest właśnie fenyloketonuria. Jest to choroba wywołana mutacją genetyczną, która przyczynia się do tego, że enzym odpowiedzialny za przemianę fenyloalaniny jest całkowicie nieobecny lub występuje w zbyt małej ilości. Warto podkreślić, że odpowiednio skomponowana dieta (dieta bez fenyloalaniny), która jest terapią, umożliwia chorym wzrost, rozwój, a następnie funkcjonowanie na poziomie zbliżonym do osób zdrowych. Niestety obecnie nie są znane metody umożliwiające wyleczenie choroby, a więc terapia musi być prowadzona przez całe życie chorych.

Podsumowanie

Enzymy to niezwykle szeroka i złożona grupa związków. Ich rola w organizmach żywych jest ogromna i nie do przeceniania. To właśnie te malutkie cząsteczki, obecne także w organizmie człowieka, warunkują, umożliwiają i przyspieszają zachodzenie większości przemian biochemicznych. Warto wiedzieć, że zarówno budowa enzymów, jak i ich właściwości są bardzo unikalne. Nierzadko nieprawidłowości w obrębie jednego szlaku enzymatycznego już przekładają się na całkowite funkcjonowanie.

Bibliografia:

1. Enzymes, [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson, Compendium of Chemical Terminology (Gold Book), S.J. Chalk (akt.), International Union of Pure and Applied Chemistry, wyd. 2, Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997.
2. Victor W. Rodwell, Peter J. Kennelly: 11 Enzymy: regulacja aktywności. W: Robert K. Murray, Franciszek Kokot, Aleksander Koj, Zenon Aleksandrowicz: Biochemia Harpera. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2006.
3. M.W.G. de Bolster: Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Cofactor. International Union of Pure and Applied Chemistry, 1997.