Hva er det aktive nettstedet til et enzym

Biokjemiske reaksjoner i levende celler katalyseres av enzymer. Enzymerne syntetiseres i deres inaktive form, som deretter omdannes til den aktive form. Aktiviteten til et enzym bestemmes av aminosyresekvensen av den primære strukturen. Substrates binder til enzymets aktive sted for å spesielt akselerere en bestemt kjemisk reaksjon. Det aktive stedet for et enzym omfatter et substratbindingssted og et katalytisk sted. Det spesifikke kjemiske miljøet, som er utviklet av aminosyrerester i det aktive stedet, bestemmer hvilke substrat som er i stand til å binde til enzymet.

Denne artikkelen forklarer,

1. Hva er enzymer og hvordan fungerer de
2. Hva er det aktive nettstedet til et enzym
3. Hvordan bind et enzym og et substrat

Hva er enzymer og hvordan fungerer de

Et enzym er et proteinmolekyl som kan fungere som en biologisk katalysator. De molekylene som enzymene virker på, kalles substrater. Ulike molekyler som er skapt av virkningen av et enzym på et bestemt substrat, kalles produkter. Enzymer katalyserer biokjemiske reaksjoner ved å senke dens aktiveringsenergi. Katalysen av reaksjon med et enzym øker hastigheten til den spesielle reaksjonen i cellen. Noen enzymer er i stand til å katalysere den samme reaksjonen. De kalles isozymer. Et unikt sett med om lag 3 000 enzymer er genetisk programmert for å bli syntetisert, noe som gir en individualitet til en celle. Annet enn proteiner, kan RNA-molekyler som ribozymer virke som enzymer også. Hvis et enzym blir defekt, vil effekten være katastrofalt.

Enzymer har tre karakteristiske trekk. Den primære funksjonen til et enzym er å øke frekvensen av en reaksjon. For det andre fungerer et bestemt enzym spesielt på et bestemt substrat, og produserer et produkt. For det tredje kan enzymer reguleres fra lav aktivitet til høy aktivitet og omvendt. Bindingen av et substrat til et enzym, som danner produktet ved å øke reaksjonshastigheten og frigjøringen av produktet, er vist i Figur 1.

Figur 1: Virkningen av et enzym

Aktiviteten til et enzym beror hovedsakelig på aminosyresekvensen av proteinkjeden. Enzymer syntetiseres som en lineær sekvens av aminosyrer kalt sin primære struktur. Den primære strukturen sponter seg spontant i en 3D-struktur som består av alfa-helixer og / eller betablater som kalles sekundær struktur. Den sekundære strukturen av enzymet brettes igjen til en kompakt 3D-struktur kalt den tertiære strukturen. Den tertiære strukturen av enzymet eksisterer i sin inaktive form.

Polypeptid- eller proteindelen av enzymkomplekset refereres til som apoenzymet. Den inaktive formen av apoenzymen i den opprinnelig syntetiserte strukturen er kjent som proenzymet eller zymogenet. Flere aminosyrer fjernes fra zymogenet for å konvertere polypeptiddelen til et apoenzym. De fleste ganger kombinerer apoenzymet med andre forbindelser kalt cofactors for å katalysere en reaksjon. Kombinasjonen av apoenzyme og cofactor kalles holoenzym. Forholdet mellom apoenzymet, kofaktoren og holoenzymet er vist i figur 2.

Figur 2: Apoenzyme, kofaktor og holoenzym

Hva er det aktive nettstedet til et enzym

Det aktive stedet for et enzym er regionen der spesifikke substrater binder til enzymet, katalyserer den kjemiske reaksjonen. Substratbindingssted sammen med det katalytiske sted danner det aktive stedet for enzymet. Enzymet binder med et spesifikt substrat for å katalysere en kjemisk reaksjon som endrer substratet på en eller annen måte. Substratet er mindre i størrelse enn dets enzym. Substratet er perfekt orientert inne i enzymet av det aktive stedet. Et eller flere substratbindingssteder kan finnes i et enzym. Det katalytiske stedet forekommer ved siden av bindingsstedet, og utfører katalysen. Den består av rundt to til fire aminosyrer, involvert i katalysen. Aminosyrene som danner det aktive stedet befinner seg i forskjellige deler av enzymets aminosyresekvens. Derfor bør den primære strukturen av enzymet brette seg inn i sin 3D-struktur, slik at det aktive området kan komme sammen. Det aktive stedet for enzymet, lysozymet, er vist i figur 3. Substratet, peptidoglykan, er vist i svart farge.

Figur 3: Aktivt sted for enzymet

Enestående fra det aktive stedet, inneholder enzymer lommer som binder til effektormolekyler, endrer konformasjon eller dynamikk i enzymet. Disse lommene er kjent som allosteriske steder som er involvert i allosterisk regulering av reaksjonshastigheten av enzymet.

Hvordan bind et enzym og et substrat

Bindingsstedet til enzymet binder med substratet på en substrat-spesifikk måte. Denne bindingen orienterer substratet for katalyse. Aminosyrerester som er lokalisert i bindingsstedet til enzymet, kan være svake sure eller grunnleggende; hydrofil eller hydrofob; og positivt ladet, negativt ladet eller nøytralt. Det meget spesifikke kjemiske miljøet som opprettes på bindingsstedet, bestemmer spesifisiteten til et enzym. Midlertidige kovalente interaksjoner som van der Waals-krefter, hydrofile / hydrofobiske interaksjoner eller hydrogenbindinger dannes av det aktive stedet med substratet. Enzymet sammen med substratet danner enzym-substratkomplekset. 

Bindingen av substrat til enzymet kan forekomme i to mekanismer: lås-og-nøkkelmodell og indusert passform. De lås-og-nøkkel modell hevder at substratet passer nøyaktig med enzymet i ett øyeblikkelig trinn. Bindingen endrer litt strukturen til enzymet. Bare de korrekt dimensjonerte og formede underlaget kan binde seg til enzymet i lås-og-nøkkelmodellen. Under indusert passform, formen på det aktive området av enzymet endres kontinuerlig som svar på substratbinding. Dette forklarer hvorfor andre molekyler binder til enzymets aktive sted. Imidlertid stabiliserer denne dynamiske bindingen av substratet til et enzym substratet og øker hastigheten til den biokjemiske reaksjonen. Hexokinase er et enzym som forandrer sin form, passer inn i former av dets substrater, adenintrifosfat og xylose. Den induserte pasientmodellen av heksokinase er vist i figur 4.  Bindingssteder og underlagene er vist i blå og sorte farger.

Figur 4: Induced fit modell av heksokinase

Katalysen av en kjemisk reaksjon av et enzym kan forekomme på flere måter som senker aktiveringsenergien til den kjemiske reaksjonen. For det første stabiliserer enzymer overgangsstaten ved å skape komplementær ladningsfordeling til transisjonstilstanden, og senke dens energi. For det andre fremmer enzymer en alternativ reaksjonsbane som inneholder en annen overgangsstatus med lavere energi enn den for den opprinnelige overgangsstaten. For det tredje destabiliserer enzymer grunnlaget for substratet.

Konklusjon

Enzymer er kjemiske reaksjoner som øker mengden av biokjemiske reaksjoner i levende celler. De fleste enzymer er proteiner som syntetiseres i deres primære struktur. Disse aminosyrekjedene foldes inn i deres 3D-strukturer, som produserer den aktive formen av enzymer. Denne sammenleggingen skaper en lomme i enzymet kalt aktivt sted. Substratene binder seg spesifikt til det aktive stedet for enzymet, og øker frekvensen av de biokjemiske reaksjonene som oppstår i kroppen.

Henvisning:
1. "Enzymernes rolle i biokjemiske reaksjoner." Enzymer. N.p., n.d. Web. 21. mai 2017. .
2. "Enzymer og det aktive stedet." Khan Academy. N.p., n.d. Web. 21. mai 2017. .
3. "Enzyme Active Site og Substrate Specificity." Boundless. 17. november 2016. Web. 21. mai 2017.

Bilde Courtesy:
1. "Induced fit diagram" Av Laget av TimVickers, vektorisert av Fvasconcellos - Leveres av TimVickers (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Enzymer" Av Thomas Shafee - Eget arbeid (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
3. "Enzymstruktur" Av Thomas Shafee - Eget arbeid (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
4. "Hexokinase induced fit" Av Thomas Shafee - Eget arbeid (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia