Encimi

encím -a m (ȋ) biol., kem. beljakovina, ki je po svoji funkciji katalizator: prebavni encimi; delovanje encimov

Poskusi

Osnove o encimih

Encimi so beljakovine, ki opravljajo vlogo katalizatorja pri biokemičnih reakcijah, rečemo jim tudi biokatalizatorji. To pomeni, da uravnavajo hitrost in smer reakcij. Encimi se pri reakciji ne porabljajo in ne spremenijo, torej pridejo iz reakcije nespremenjeni. Kot katalizatorji so specifični, kar pomeni, da vsak encim deluje le na nekatere substrate ali pospešuje samo eno reakcijo. Substrati so snovi, na katere delujejo encimi.

Nastanek kompleks encim-substrata in produktov (encim ostane nespremenjen)

Da se reakcija lahko sproži, potrebuje aktivacijsko energijo (najmanjša količina energije, ki je potrebna za začetek reakcije), ki jo dobi z zadostno temperaturo in tlakom. Ker nekatere reakcije nimajo zadostne aktivacijske energije, morajo v reakcijo vstopiti encimi, ki delujejo na dva načina. Lahko zbližajo dve molekuli, da ju pravilno orientirajo, ali pa omogočijo večjo cepitev molekul, ki imajo veliko notranjo energijo. V telesu potekajo skoraj vse reakcije pod vplivom encimov. Do danes poznamo približno 4000 reakcij, ki jih katalizirajo encimi. [1, 2, 3, 4, 15, 16, 19, 20]

Kaj je substrat?

Substrat je reaktant, izhodna snov ali podlaga, ki vstopa v kemično reakcijo in se poveže z encimom. Taki povezavi pravimo kompleks encim-substrat oziroma ES kompleks. Encimi in substrati se ne povežejo vedno, saj so encimi substratno specifični, kar pomeni, da ustrezajo le točno določeni molekuli substrata – princip “ključ ključavnica”. Tisti encimi, ki pa se s substratom povežejo to storijo le na aktivnem mestu in to s šibkimi kemičnimi vezmi. S tem se oblika substrata spremeni, ker se vezi v njegovi molekuli razrahljajo. Koncentracija substrata vpliva na začetno hitrost encimske reakcije. Več kot je substrata, hitrejša je reakcija. [3, 4, 15, 16, 18, 19]

Kako delujejo?

Spojina, na katero deluje encim, se imenuje substrat. Delovanje encimov je specifično; to pomeni, da vsak encim katalizira le nekaj reakcij ali le eno samo. Nazoren primer za specifično delovanje encimov je presnova škroba in celuloze v organizmih. Čeprav sta tako škrob kot celuloza zgrajena iz na tisoče molekul glukoze, so te v molekulah škroba in celuloze drugače med seboj povezane. Zato se encim za razgradnjo celuloze razlikuje od encima za razgradnjo škroba. Encima za razgradnjo celuloze ljudje nimamo, zato ne moremo prebaviti celuloze.

Način delovanja encimov lahko pojasnimo z modelom, imenovanim „rokavica – roka“. Po tem modelu so encimi sposobni, da se nekoliko prilagajajo različnim oblikam molekul, podobno, kot se rokavice prilagajajo različnim rokam, seveda le nekoliko. En del molekule encima se lahko nekoliko prilagaja, zato se nanj vežejo različne molekule, ki imajo podobno obliko. Tudi tiste, ki ovirajo ali prekinejo delovanje encima.

  1. površina substrata pride v stik z določenim delom encimske površine, ki jo imenujemo aktivno mesto
  2. nastane začasna zveza med encimom in substratom, ki jo imenujemo kompleks encim-substrat
  3. molekula substrata se spremeni tako, da se razporedijo obstoječi atomi ali se razcepi molekula substrata
  4. spremenjena molekula substrata, ki je končni produkt reakcije, se loči od encima, ker ne odgovarja več aktivnemu centru in načinu
  5. encim je nespremenjen in prost ter reagira z drugo molekulo substrata [1, 2, 3, 4, 15, 16, 18, 19, 20, 21]

Model ključa in ključavnice

To teorijo je predstavil Emil Fischer leta 1890. S to teorijo je zagovarjal, da aktivno mesto lahko sprejme le določeno vrsto substrata. To je ponazoril z modelom ključa – substrata in ključavnice – encima. Tak model torej predvideva, da je aktivno mesto encima togo in neprilagodljivo. [15, 16]

Model inducirane prilagoditve

Ta teorija zanika teorijo o ključu in ključavnici, ker so dokazali, da je tridimenzionalna zgradba encimov zelo gibljiva in prilagodljiva. To pomeni, da se substrat ali encim lahko prilagodita po velikosti, obliki in polarnosti. Tako je aktivno mesto brez substrata precej nedoločeno področje na encimu. [15, 16]

Vpliv encimov na delovanje organizma

Encimi so v živih bitjih pomembni za presnovo in obrambo organizma: zavirajo vnetja, uničujejo viruse, bakterije in celo rakave celice. Ključno pri tem je, da se reakcije v našem telesu pod vplivom encimov odvijajo tudi več milijonkrat hitreje. Večina procesov v celicah bi brez encimov potekala pri hitrosti, prepočasni za ohranjanje življenja. Tukaj lahko izpostavimo naslednji primer: biološka reakcija dekarboksilacije uroporfirinogena, ki je ena od stopenj v sintezi hema, bi brez encima uroporfirinogen dekarboksilaza potekala 2,3 milijarde let, z encimom pa poteče v nekaj milisekundah. Brez encimov, ki pospešujejo kemijske reakcije, bi življenje težko obstajalov taki obliki, kot jo poznamo mi. Če karkoli ovira delovanje encimov, to lahko pomeni smrt za organizem. Običajno mora biti uničenih veliko encimov v daljšem časovnem obdobju, vendar obstajajo tudi encimi, ki so tako ključnega pomena, da že nekajminutno oviranje njihovega delovanja povzroči smrt organizma. Nekateri strupi (npr. vodikov cianid) onemogočajo delovanje ravno teh encimov. V nekaterih primerih lahko telo izgubi sposobnost proizvajanja določenega encima, kot je to npr. pri laktazi, ki razgrajuje mlečni sladkor laktozo in ga imajo vsi dojenčki, z odraščanjem pa se količine tega encima zelo zmanjšajo. Nekateri ga celo nimajo in jim je po pitju mleka slabo. [1, 15, 16, 19, 20]

Up arrow