Információ

A koenzimek funkciója

A koenzimek funkciója


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

A koenzim feladata, hogy gyorsabban futtassa a reakciót? Ha a katalizátorok felgyorsítják a reakciókat, az enzimek pedig katalizátorok, és a koenzimek jobban működnek, akkor ez azt jelenti, hogy a koenzimek csak gyorsabbá teszik a reakciókat?


A kémiai reakciók bekövetkezéséhez a molekuláknak megfelelő körülmények között kell ütközniük, amelyeket az enzimek elősegíthetnek. Például megfelelő enzim jelenléte nélkül a glükóz-6-foszfátban lévő glükózmolekulák és foszfátmolekulák kötődve maradnak. De amikor bevezeti a hidroláz enzimet, a glükóz és a foszfát molekulák elválik.

Egy enzim tipikus molekulatömege (a molekula atomjainak összes atomtömege) körülbelül 10 000 és több mint 1 millió között mozog. Néhány enzim valójában nem fehérje, hanem kis katalitikus RNS-molekulákból áll. Más enzimek olyan multiprotein komplexek, amelyek több egyedi fehérje alegységet tartalmaznak.

Míg sok enzim önmagában katalizálja a reakciókat, némelyik további, nem fehérje komponenseket igényel, amelyeket "kofaktoroknak" neveznek, amelyek lehetnek szervetlen ionok, például Fe 2+, Mg 2+, Mn 2+ vagy Zn 2+, vagy szerves vagy fémionok. -"koenzimek" néven ismert szerves molekulák.


Tömegspektrometria és NMR spektroszkópia alapú kvantitatív metabolomika

Koenzimek és antioxidánsok elemzése a teljes vérben, szövetekben és sejtekben

Koenzimek, például koenzim A, acetil -koenzim A, sejtredox -koenzimek: NAD + (oxidált nikotinamid -adenin -dinukleotid), NADH (redukált nikotinamid -adenin -dinukleotid), NADP + (oxidált nikotinamid -adenin -dinukleotid -foszfát) és NADP -dinát -redukált energia koenzimek: ATP (adenozin-trifoszfát), ADP (adenozin-difoszfát) és AMP (adenozin-monofoszfát), valamint antioxidánsok: GSSG (oxidált glutation) és GSH (redukált glutation) gyakorlatilag minden élő sejt működéséhez alapvetően fontosak. A molekulák iránti fokozott érdeklődés abból fakad, hogy egyre inkább rájönnek az emberi egészségben betöltött szerepükre, valamint a fő betegségekre. Jelenleg ezeknek a koenzimeknek az egy lépésben történő elemzése MS segítségével kihívást jelent számos tényező miatt, beleértve az ionelnyomást, a forrás fragmentációját és a sok koenzim közötti egységnyi tömegkülönbséget. 111 A legkritikusabb kihívás, amely nem kapcsolódik az analitikai módszerhez, a koenzimek rendkívül instabil jellege, mivel sok koenzim teljesen elkerülheti a kimutatást, vagy szintje jelentősen csökken az alkalmazott betakarítási és extrakciós eljárástól függően. A mintagyűjtés, -feldolgozás és az NMR -elemzés legújabb módszertani fejlesztései enyhítették ezeket a nagy kihívásokat, és lehetővé tették azok elemzését egy lépésben a teljes vérben, a szövetekben és a sejtekben 111–114 (5. ábra). Ezekben a mintákban a koenzimek és az antioxidánsok azonosságát 1D/2D NMR technikák, kémiai eltolódási adatbázisok, pH mérések és végül autentikus vegyületekkel való spiking kombinálásával állapították meg. Fontos, hogy a koenzimeken kívül az új módszerek lehetővé teszik más metabolitok hatalmas halmazának kvantitatív elemzését ugyanazon 1D NMR spektrumok felhasználásával, további kísérletek nélkül. Ez azért fontos, mert például a hagyományos vérmetabolomika szérumot vagy plazmát alkalmaz. A koenzimkoncentráció azonban nagyon alacsony a szérumban vagy a plazmában, míg a fontos koenzimek és antioxidánsok a vörös- és fehérvérsejtekben, így a teljes vérben is jelen vannak. A bejelentett módszer egyidejűleg képes mérni a koenzimeket és az antioxidánsokat, azon közel 70 metabolit mellett, amelyekről kimutatták, hogy a szérumban/plazmában mennyiségileg kimutathatók. 110

5. ábra. Az (A) vérplazma, (B) teljes vér és (C) egér szívszövet kivonatainak tipikus 800 MHz -es 1H -NMR -spektrumainak részei. A teljes vér/szövet kivonatában redox és energia koenzimek és antioxidánsok azonosítása javasolt. NAD + , nikotinamid-adenin-dinukleotid, oxidált NADH, nikotinamid adenin dinukleotid, redukált NADP + , nikotinamid -adenin -dinukleotid -foszfát, oxidált NADPH, nikotinamid -adenin -dinukleotid -foszfát, oxidált ATP, adenozin-trifoszfát ADP, adenozin -difoszfát AMP, adenozin-monofoszfát GSH, glutation, csökkent GSSG, glutation, oxidált. jegyzet: ezen vegyületek egyikét sem mutatták ki a vérplazmában.


A kofaktor típusai

Vitaminok

A vitaminok olyan szerves vegyületek, amelyek a szükséges biokémiai reakciók kofaktorai. A vitaminokat általában az étrendben kell elfogyasztani, mert nem termelhetők a szervezetben.

Számos vitamin olyan kofaktor, amely segíti az enzimeket a reakciók katalizálásában, például a fontos fehérjék termelésében. A C -vitamin például kofaktor a kötőszöveti kollagén előállításában.

Ezért a skorbutot - a C -vitamin hiányának súlyos formáját - kapó emberek kötőszöveti problémákat tapasztalhatnak, beleértve az izomgyengeséget, izomfájdalmat és akár megmagyarázhatatlan vérzést is, mivel az erek kötőszövetei nem pótolhatók.

A vitaminhiány jól szemlélteti a társfaktorhiány hatásait. Ahogyan sok lehetséges vitaminhiány is előfordul, sokféle tünettel, úgy sok különböző kofaktorra van szüksége szervezetünknek a különféle szükséges biokémiai reakciók végrehajtásához.

A testnek a különféle vitamin -kofaktorok iránti igénye az oka annak is, hogy a táplálkozási tanácsadók azt tanácsolják az embereknek, hogy „egyék meg a szivárványt”, és#8211 sok növényt és#8217 színt a kofaktorok állítanak elő, így a gyümölcsök és zöldségek sokféle színben való fogyasztása segít gondoskodjunk arról, hogy egészséges változatos kofaktorokat fogyasszunk.

Ásványok

A vitaminokhoz hasonlóan az ásványi anyagok a testen kívülről származó vegyi anyagok, amelyeket le kell nyelni, hogy sejtjeink megfelelően működjenek. A különbség az, hogy míg a vitaminok szerves molekulák - széntartalmú molekulák, amelyeket gyakran más élőlények állítanak elő -, az ásványok szervetlen anyagok, amelyek természetesen előfordulnak, és gyakran megtalálhatók a kőzetekben és a talajban.

Az ásványi anyagok gyakran növényekből kerülnek be étrendünkbe, amelyek a vízzel együtt gyökereiken keresztül húzzák ki őket a földből. Ritka esetekben a vitaminhiányban szenvedők késztetést érezhetnek bizonyos típusú talajok fogyasztására, hogy az ásványi anyagokat közvetlenül a talajból nyerjék.

Az emberi egészség szempontjából fontos ásványi anyagok közé tartozik a réz, amely szükséges néhány fontos májenzim működéséhez, amelyek lebontják a méreganyagokat vas, amely szükséges néhány fontos metabolikus enzim működéséhez, magnézium, amely szükséges a DNS -polimeráz és más enzimek és cink, amely szintén szükséges a DNS-polimerázhoz, valamint egyes májenzimekhez.

A vitaminokhoz hasonlóan túl sok jó is lehet - míg az ásványi anyagok kis mennyiségben szükségesek az anyagcserénk működéséhez, nagy mennyiségű bevitelük toxicitást és halált okozhat. Valójában a vas-tartalmú multivitaminok túladagolása a 4 év alatti gyermekek halálának fő oka, akik összetéveszthetik ezeket a multivitaminokat édességgel.

Szerves nem-vitamin kofaktorok

Egyes kofaktorok szerves anyagok, amelyeket nem sorolnak enzimek közé. Ezek egy része saját testünkben képződhet, így nem minősül vitaminnak.

A szerves nem-vitamin kofaktorok közé tartozik az ATP – számos biokémiai folyamat nélkülözhetetlen asszisztense, amely energiát ad át számos enzimnek, transzportfehérjéknek, valamint több koenzim Q, amely létfontosságú szerepet játszik a mitokondriális transzportláncban, valamint a hem, amely egy összetett vas- vegyületet tartalmaz, amely szükséges ahhoz, hogy vérsejtjeink oxigént szállítsanak testünkben.


Energiatermelés

A koenzim A, acetil-koenzim A formájában, elindítja a Krebs-ciklust, egy kémiai folyamatot a szervezetben, amely szén-dioxid és adenozin-trifoszfát termelését eredményezi-írja Charles E. Ophardt ' Virtual Chembook. az Elmhurst College által. Az ATP fontos, energiagazdag vegyület, amely tüzelőanyagot és energiát biztosít a fehérje és a dezoxiribonukleinsav szintéziséhez, ami a szervezet sejtreplikációjához szükséges genetikai kód.


Koenzimek

A szubsztrátaik megkötése mellett számos enzim aktív helyei más kis molekulákat kötnek meg, amelyek részt vesznek a katalízisben. A protetikai csoportok olyan fehérjékhez kötött kis molekulák, amelyekben kritikus funkcionális szerepet töltenek be. Például a mioglobin és a hemoglobin által szállított oxigén kötődik a hemhez, e fehérjék protetikus csoportjához. Sok esetben a fémionok (például cink vagy vas) enzimekhez kötődnek, és központi szerepet játszanak a katalitikus folyamatban. Ezenkívül különféle kis molekulatömegű szerves molekulák vesznek részt bizonyos típusú enzimatikus reakciókban. Ezeket a molekulákat koenzimeknek nevezik, mert enzimekkel együttműködve fokozzák a reakciósebességet. A szubsztrátokkal ellentétben a koenzimeket nem változtatják meg visszafordíthatatlanul azok a reakciók, amelyekben részt vesznek. Inkább újrahasznosítják őket, és több enzimreakcióban is részt vehetnek.

A koenzimek többféle kémiai csoport hordozójaként szolgálnak. A koenzim kiemelkedő példája az nikotinamid -adenin -dinukleotid (NAD + ), amely az oxidációs-redukciós reakciókban elektronhordozóként működik (2.27. ábra). A NAD + egy hordozóról egy hidrogéniont (H + ) és két elektront (e - ) tud fogadni, NADH-t képezve. A NADH ezeket az elektronokat adományozhatja egy második szubsztrátumnak, újraformálva a NAD + -ot. Így a NAD + elektronokat visz át az első hordozóról (amely oxidálódik) a másodikra ​​(amely redukálódik).

2.27

A NAD + szerepe az oxidáció-redukciós reakciókban. (A) A nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD + ) elektronok hordozójaként működik az oxidációs-redukciós reakciókban azáltal, hogy elektronokat fogad el (e - ) és NADH-t képez. (B) Például a NAD + képes elektronokat fogadni egy hordozóról (több. )

Számos más koenzim is elektronhordozóként működik, és még sokan részt vesznek számos további kémiai csoport átvitelében (pl. Karboxilcsoportok és acilcsoportok 2.1. Táblázat). Ugyanazok a koenzimek sokféle enzimmel együtt működve katalizálják a specifikus kémiai csoportok átvitelét a szubsztrátok széles skálája között. Sok koenzim szorosan kapcsolódik a vitaminokhoz, amelyek részben vagy egészben hozzájárulnak a koenzim szerkezetéhez. A baktériumoknak nincs szükségük vitaminokra, mint pl E. coli de szükséges összetevői az emberek és más magasabb rendű állatok étrendjének, amelyek elvesztették képességüket e vegyületek szintézisére.

2.1. Táblázat

Példák koenzimekre és vitaminokra.


6.5 Enzimek

A kémiai reakciót elősegítő anyag katalizátor, a biokémiai reakciókat katalizáló speciális molekulákat pedig enzimeknek nevezzük. Szinte minden enzim fehérje, aminosav -láncokból áll, és elengedhetetlen feladata, hogy csökkentse a sejten belüli kémiai reakciók aktivációs energiáját. Az enzimek ezt úgy teszik, hogy kötődnek a reaktáns molekulákhoz, és úgy tartják őket, hogy a kémiai kötésbontó és kötésképző folyamatok könnyebben lezajlanak. Fontos megjegyezni, hogy az enzimek nem változtatják meg a reakció ∆G-jét. Más szóval, nem változtatják meg, hogy a reakció exergonikus (spontán) vagy endergonikus. Ez azért van, mert nem változtatják meg a reagensek vagy termékek szabad energiáját. Csak az átmeneti állapot eléréséhez szükséges aktiválási energiát csökkentik (6.15. Ábra).

Az enzim aktív helyének és szubsztrátumának specifitása

A kémiai reagensek, amelyekhez egy enzim kötődik, az enzim szubsztrátjai. Egy vagy több szubsztrátum lehet, az adott kémiai reakciótól függően. Egyes reakciókban az egy reagensből álló szubsztrát több termékre bomlik le. Más esetekben két szubsztrát összeállhat, hogy egy nagyobb molekulát hozzon létre. Két reagens is beléphet a reakcióba, mindkettő módosul, és két termékként hagyja el a reakciót. Az enzimen belül azt a helyet, ahol a szubsztrát kötődik, az enzim aktív helyének nevezzük. Az aktív hely az, ahol az „akció” úgyszólván történik. Mivel az enzimek fehérjék, az aminosav-maradékok (más néven oldalláncok vagy R-csoportok) egyedülálló kombinációja található az aktív helyen. Minden maradékot különböző tulajdonságok jellemeznek. A maradékok lehetnek nagyok vagy kicsik, gyengén savasak vagy bázikusak, hidrofil vagy hidrofóbak, pozitív vagy negatív töltésűek vagy semlegesek. Az aminosavmaradékok, pozícióik, szekvenciáik, szerkezeteik és tulajdonságaik egyedülálló kombinációja nagyon specifikus kémiai környezetet teremt az aktív helyen. Ez a speciális környezet alkalmas arra, hogy bár rövid ideig, de kötődjön egy meghatározott kémiai hordozóhoz (vagy szubsztrátumokhoz). Az enzim és szubsztrátjai közötti kirakós játéknak köszönhetően (amely alkalmazkodik ahhoz, hogy megtalálja a legjobb illeszkedést az átmeneti állapot és az aktív hely között), az enzimek specifikusak. A „legjobb illeszkedés” az alaknak és az aminosav funkciós csoportnak a szubsztrátumhoz való vonzódásának eredménye. Minden szubsztrátumhoz van egy speciálisan illeszkedő enzim, és így minden kémiai reakcióhoz rugalmasság is van.

Az a tény, hogy az aktív területek tökéletesen alkalmasak bizonyos környezeti feltételek biztosítására, azt is jelenti, hogy ki vannak téve a helyi környezet hatásának. Igaz, hogy a környezeti hőmérséklet növelése általában növeli a reakciósebességet, enzimkatalizátorral vagy más módon. Azonban a hőmérséklet növelése vagy csökkentése az optimális tartományon kívül befolyásolhatja az aktív helyen belüli kémiai kötéseket oly módon, hogy kevésbé alkalmasak a szubsztrátok megkötésére. A magas hőmérséklet végül az enzimeket - más biológiai molekulákhoz hasonlóan - denaturálja, ami megváltoztatja az anyag természetes tulajdonságait. Hasonlóképpen, a helyi környezet pH -ja is befolyásolhatja az enzimek működését. Az aktív hely aminosav -maradékai saját savas vagy bázikus tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek optimálisak a katalízishez. Ezek a maradékok érzékenyek a pH -változásokra, amelyek ronthatják a szubsztrátmolekulák kötődését. Az enzimek alkalmasak arra, hogy egy bizonyos pH -tartományon belül működjenek a legjobban, és a hőmérséklethez hasonlóan a környezet szélsőséges (savas vagy lúgos) pH -értékei enzimek denaturálódását okozhatják.

Indukált illeszkedés és enzim funkció

A tudósok hosszú évekig úgy gondolták, hogy az enzim-szubsztrát kötődés egyszerű „zár-és-kulcs” módon történik. Ez a modell azt állította, hogy az enzim és a szubsztrát tökéletesen illeszkednek egy pillanat alatt. A jelenlegi kutatások azonban alátámasztják az indukált illeszkedésnek nevezett kifinomultabb nézetet (6.16. ábra). Az indukált illeszkedés modellje kiterjeszti a zár és kulcs modellt az enzim és a szubsztrát közötti dinamikusabb kölcsönhatás leírásával. Amint az enzim és a szubsztrát összeér, kölcsönhatásuk enyhe eltolódást okoz az enzim szerkezetében, ami megerősíti az ideális kötési elrendezést az enzim és a szubsztrát átmeneti állapota között. Ez az ideális kötődés maximalizálja az enzim azon képességét, hogy katalizálja reakcióját.

Link a tanuláshoz

Tekintse meg az indukált illeszkedés animációját ezen a webhelyen.

Amikor egy enzim megköti a szubsztrátját, enzim-szubsztrát komplex képződik. Ez a komplex csökkenti a reakció aktivációs energiáját és elősegíti annak gyors előrehaladását a sokféle módon. Alapvetően az enzimek elősegítik az egynél több szubsztrátot érintő kémiai reakciókat azáltal, hogy a szubsztrátokat optimális orientációba hozzák össze. Az egyik molekula megfelelő régiója (atomok és kötések) a másik molekula megfelelő régiójához kerül, amellyel reagálnia kell. Egy másik módja annak, hogy az enzimek elősegítsék szubsztrátjaik reakcióját, hogy optimális környezetet teremtenek az aktív helyen a reakció lezajlásához. Bizonyos kémiai reakciók a legjobban enyhén savas vagy nem poláris környezetben játszódhatnak le. Azok a kémiai tulajdonságok, amelyek az aminosavmaradékok egy aktív helyen belüli elrendezéséből fakadnak, tökéletes környezetet teremtenek az enzim specifikus szubsztrátjainak reakciójához.

Megtanulta, hogy a sok reakcióhoz szükséges aktiválási energia magában foglalja a kémiai kötések manipulálásához vagy enyhe eltorzításához szükséges energiát is, hogy azok könnyen megszakadjanak, és lehetővé tegyék másoknak a megújulást. Az enzimatikus cselekvés segítheti ezt a folyamatot. Az enzim-szubsztrát komplex csökkentheti az aktivációs energiát azáltal, hogy a szubsztrát molekulákat olyan módon torzítja, hogy elősegítse a kötés felszakadását, elősegítve az átmeneti állapot elérését. Végül az enzimek az aktivációs energiákat is csökkenthetik azáltal, hogy részt vesznek a kémiai reakcióban. Az aminosavmaradékok bizonyos ionokat vagy kémiai csoportokat biztosíthatnak, amelyek a reakciófolyamat szükséges lépéseként kovalens kötést képeznek a szubsztrát molekulákkal. Ezekben az esetekben fontos megjegyezni, hogy az enzim a reakció befejeződésekor mindig visszaáll eredeti állapotába. Az enzimek egyik jellemző tulajdonsága, hogy végső soron változatlanok maradnak a katalizált reakciók hatására. Miután egy enzim katalizálja a reakciót, felszabadítja a termék (eke) t.

Az anyagcsere szabályozása enzimszabályozáson keresztül

Ideálisnak tűnik egy olyan forgatókönyv, amelyben a szervezet genomjában kódolt összes enzim bőséges mennyiségben létezett, és optimálisan működött minden sejtfeltételben, minden sejtben, minden időben. A valóságban ez messze nem így van. Különféle mechanizmusok biztosítják, hogy ez ne forduljon elő. A sejtek igényei és körülményei sejtenként változnak, és idővel változnak az egyes sejteken belül. A gyomorsejtek szükséges enzimjei és energetikai igényei eltérnek a zsírtároló sejtek, bőrsejtek, vérsejtek és idegsejtekétől. Ezenkívül az emésztősejtek sokkal nehezebben dolgoznak a tápanyagok feldolgozásában és lebontásában az étkezést közvetlenül követő időszakban, mint az étkezés utáni órákban. Mivel ezek a sejtek igényei és körülményei eltérőek, a különböző enzimek mennyisége és működése is változik.

Mivel a biokémiai reakciók sebességét az aktiválási energia szabályozza, és az enzimek csökkentik és meghatározzák a kémiai reakciók aktiválási energiáit, a sejteken belüli különféle enzimek relatív mennyisége és működése végső soron meghatározza, hogy mely reakciók mennek végbe és milyen sebességgel. Ezt a meghatározást szigorúan ellenőrzik. Bizonyos sejtes környezetekben az enzimaktivitást részben olyan környezeti tényezők szabályozzák, mint a pH és a hőmérséklet. Vannak más mechanizmusok is, amelyek révén a sejtek szabályozzák az enzimek aktivitását, és meghatározzák a különböző biokémiai reakciók bekövetkezési sebességét.

Az enzimek molekulák általi szabályozása

Az enzimek olyan módon szabályozhatók, amely elősegíti vagy csökkenti aktivitásukat. Számos különböző típusú molekula létezik, amelyek gátolják vagy elősegítik az enzimműködést, és különféle mechanizmusok léteznek erre. Az enzimgátlás bizonyos esetekben, például egy inhibitor molekula eléggé hasonlít egy szubsztráthoz, hogy képes kötődni az aktív helyhez, és egyszerűen blokkolja a szubsztrát kötődését. Amikor ez megtörténik, az enzimet kompetitív gátlás útján gátolja, mivel egy inhibitor molekula verseng a szubsztráttal az aktív helyhez való kötődésért (6.17. ábra). Másrészt, nem versenyképes gátlás esetén az inhibitor molekula az alloszterikus helytől eltérő helyen kötődik az enzimhez, és továbbra is képes blokkolni a szubsztrát kötődését az aktív helyhez.

Néhány inhibitor molekula olyan helyen kötődik az enzimekhez, ahol kötődésük konformációs változást indukál, ami csökkenti az enzim affinitását a szubsztrátja iránt. Az ilyen típusú gátlást allosztérikus gátlásnak nevezzük (6.18. ábra). A legtöbb alloszterikusan szabályozott enzim egynél több polipeptidből áll, ami azt jelenti, hogy egynél több fehérje alegységük van. Amikor egy alloszterikus inhibitor kötődik egy enzimhez, a fehérje alegységek összes aktív helye kissé megváltozik, így kevésbé hatékonyan kötődnek szubsztrátjaikhoz. Vannak alloszterikus aktivátorok és inhibitorok is. Az alloszterikus aktivátorok az enzim aktív helyétől távolabbi helyeihez kötődnek, olyan konformációs változást indukálva, amely megnöveli az enzim aktív helyének/helyeinek affinitását a szubsztrát(ok)hoz.

Mindennapi kapcsolat

Gyógyszerfelfedezés kulcsenzimek gátlóinak keresésével meghatározott útvonalakon

Az enzimek az anyagcsere útvonalak kulcsfontosságú összetevői. Az enzimek működésének és szabályozásának megértése a ma piacon lévő számos gyógyszerkészítmény (6.19. ábra) kifejlesztésének kulcsfontosságú alapelve. Az ezen a területen dolgozó biológusok együttműködnek más tudósokkal, általában vegyészekkel a gyógyszerek tervezésében.

Vegyük például a sztatinokat - ez a neve annak a gyógyszercsoportnak, amely csökkenti a koleszterinszintet. Ezek a vegyületek lényegében a HMG-CoA reduktáz enzim gátlói. A HMG-CoA reduktáz az az enzim, amely szintetizálja a koleszterint a szervezet lipidjeiből. Ennek az enzimnek a gátlásával csökkenthető a szervezetben szintetizált koleszterinszint. Hasonlóképpen, az acetaminofen, amelyet népszerűen Tylenol márkanéven forgalmaznak, a ciklooxigenáz enzim inhibitora. Bár hatékonyan enyhíti a lázat és a gyulladást (fájdalmat), hatásmechanizmusa még mindig nem teljesen ismert.

Hogyan fejlesztik a gyógyszereket? A gyógyszerfejlesztés egyik első kihívása annak a specifikus molekulának az azonosítása, amelyet a gyógyszer célozni kíván. A sztatinok esetében a HMG-CoA reduktáz a célpont. A kábítószer célpontjait a laboratóriumban végzett alapos kutatások határozzák meg. A célpont azonosítása önmagában nem elegendő, a tudósoknak azt is tudniuk kell, hogy a célpont hogyan működik a sejten belül, és mely reakciók mennek félre betegség esetén. A cél és az útvonal azonosítása után megkezdődik a gyógyszertervezés tényleges folyamata. Ebben a szakaszban a vegyészek és a biológusok együtt dolgoznak olyan molekulák tervezésén és szintetizálásán, amelyek képesek blokkolni vagy aktiválni egy adott reakciót. Ez azonban csak a kezdet: ha és amikor egy gyógyszer prototípus sikeresen látja el funkcióját, akkor számos vizsgálaton kell átesnie az in vitro kísérletektől a klinikai vizsgálatokig, mielőtt megkaphatja az FDA jóváhagyását a forgalomba hozatalhoz.

Sok enzim nem működik optimálisan, vagy egyáltalán nem, hacsak nem kötődik más specifikus, nem fehérje segítő molekulákhoz, akár ideiglenesen ionos vagy hidrogénkötéseken keresztül, vagy tartósan erősebb kovalens kötéseken keresztül. A helper molekulák két típusa a kofaktorok és a koenzimek. Ezekhez a molekulákhoz való kötődés elősegíti a megfelelő enzimek optimális konformációját és működését. A kofaktorok szervetlen ionok, például vas (Fe ++) és magnézium (Mg ++). Az egyik példa arra az enzimre, amely kofaktorként fémiont igényel, a DNS -molekulákat felépítő enzim, a DNS -polimeráz, amelynek működéséhez megkötött cink -ion (Zn ++) szükséges. A koenzimek szerves segítőmolekulák, alapvető atomszerkezetük szénből és hidrogénből áll, amelyek szükségesek az enzimek működéséhez. A koenzimek leggyakoribb forrásai az étrendi vitaminok (6.20. Ábra). Egyes vitaminok a koenzimek prekurzorai, mások pedig közvetlenül koenzimekként működnek. A C-vitamin számos olyan enzim koenzimje, amelyek részt vesznek a kötőszövet fontos komponensének, a kollagénnek a felépítésében. A glükóz energiatermelés céljából történő lebontásának fontos lépése a piruvát-dehidrogenáz nevű, több enzimből álló komplex általi katalízis. A piruvát -dehidrogenáz több enzimből álló komplex, amelyhez egy kofaktorra (magnéziumionra) és öt különböző szerves koenzimre van szükség a specifikus kémiai reakció katalizálásához. Ezért az enzimfunkciót részben a különböző kofaktorok és koenzimek bősége szabályozza, amelyeket elsősorban a legtöbb szervezet tápláléka biztosít.

Enzim felosztása

Az eukarióta sejtekben a molekulák, például az enzimek általában különböző organellákba vannak osztva. Ez lehetővé teszi az enzimaktivitás egy újabb szintű szabályozását. A csak bizonyos sejtfolyamatokhoz szükséges enzimek a szubsztrátumaikkal együtt külön is elhelyezhetők, így hatékonyabb kémiai reakciók lezajlanak. Az ilyen típusú enzimszabályozásra példa a hely és a közelség alapján: a sejtek légzésének utolsó szakaszaiban részt vevő enzimek, amelyek kizárólag a mitokondriumokban játszódnak le, valamint a lizoszómákban elhelyezkedő sejtmaradványok és idegen anyagok emésztésében részt vevő enzimek.

Visszacsatolás gátlása a metabolikus utakon

A molekulák sokféleképpen szabályozhatják az enzimek működését. A fő kérdés azonban továbbra is fennáll: melyek ezek a molekulák és honnan származnak? Egyesek kofaktorok és koenzimek, ionok és szerves molekulák, amint azt már megtanulta. Milyen más molekulák biztosítanak a sejtben enzimatikus szabályozást, például alloszterikus modulációt, kompetitív és nem kompetitív gátlást? A válasz az, hogy sokféle molekula képes ellátni ezeket a szerepeket. Néhány ilyen molekula gyógyszerészeti és nem gyógyszerészeti gyógyszereket, toxinokat és a környezetből származó mérgeket tartalmaz. Az enzimszabályozó molekulák talán legfontosabb forrásai a sejtek anyagcseréjét tekintve maguk a sejtmetabolikus reakciók termékei. A leghatékonyabb és legelegánsabb módon a sejtek úgy fejlődtek, hogy saját reakcióik termékeit használják az enzimaktivitás visszacsatolásának gátlására. A visszacsatolás gátlása magában foglalja a reakciótermék használatát saját további termelésének szabályozására (6.21. Ábra). A sejt úgy reagál a sok termékre, hogy lelassítja a termelést anabolikus vagy katabolikus reakciók során. Az ilyen reakciótermékek gátolhatják azokat az enzimeket, amelyek a fent leírt mechanizmusok révén katalizálták a termelődést.

Mind az aminosavak, mind a nukleotidok termelését a visszacsatolás gátlása szabályozza. Ezenkívül az ATP allosztérikus szabályozója néhány olyan enzimnek, amelyek részt vesznek a cukor katabolikus lebontásában, az ATP -termelési folyamatban. Ily módon, ha az ATP bőséges, a sejt meg tudja akadályozni további termelődését. Ne feledje, hogy az ATP egy instabil molekula, amely spontán disszociálhat ADP-vé. Ha túl sok ATP lenne jelen egy sejtben, annak nagy része kárba menne. Másrészt az ADP pozitív alloszterikus szabályozóként (alloszterikus aktivátorként) szolgál ugyanazon enzimek egy részéhez, amelyeket az ATP gátol. Így, ha az ADP relatív szintje magas az ATP-hez képest, a sejt a cukor lebontása révén több ATP-t termel.


Enzim: Tulajdonságok, osztályozás és funkciók

Az enzim olyan anyag, amely biológiai szerves katalizátorként működik a kémiai reakciók fokozására. Az enzimeket a sejtek termelik, de a sejtek jelenléte nem nélkülözhetetlen a tevékenységükhöz. Minden enzim fehérje természetű. Sok enzim egyszerű fehérje, és nem igényel semmilyen további tényezőt a tevékenységükhöz. Egyes enzimeket inaktív formában, zimogéneknek vagy proenzimeknek, például tripszinogénnek, kimotripszinogénnek és pepszinogénnek neveznek.

Egyes enzimek a fehérjemolekulán kívül további tényezőket igényelnek aktivitásukhoz. Az általános kofaktort az ilyen szerekre használják. Három csoportra vannak osztva, mint például:

A protéziscsoport az enzimmolekula nem fehérje része, amely szorosan kötődik az enzimfehérjéhez. A koenzim egy enzim hőstabil, nem fehérje része, amely könnyen elválasztható az enzimfehérjétől. A koenzim eltávolítása az enzim katalitikus erejének elvesztéséhez vezet. Az ilyen enzim fehérje részét apoenzimnek, az apoenzimet a koenzimével együtt holoenzimnek nevezik.

A nikotinamid-adenin-dinukleotidot (NAD) niacin-vitaminból és tiamin-pirofoszfátból (TPF, B-vitaminból szintetizálják) szintetizálják1) az ilyen koenzimek példája. Fémion-aktivátor-számos enzim aktiválásához fémes mono- vagy kétértékű kationokra van szükség, például K+, Mn ++, Mg ++, Ca ++ és Zn ++.

Az enzimekről ismert, hogy többféle módon befolyásolják a biokémiai reakciók sebességét. Számos esetben a koenzim először reagál a szubsztráttal, és új vegyületet képez. A következő lépésben az így képződött köztitermék egy második változáson megy keresztül, amelyben az enzim eredeti formájában szabadul fel, a szubsztrát pedig módosított formában, amelyet terméknek neveznek.


Az anyagcsere szabályozása enzimszabályozáson keresztül

Ideálisnak tűnik egy olyan forgatókönyv, amelyben a szervezet genomjában kódolt összes enzim bőséges mennyiségben létezett, és optimálisan működött minden sejtfeltételben, minden sejtben, minden időben. A valóságban ez messze nem így van. Különféle mechanizmusok biztosítják, hogy ez ne forduljon elő. A sejtek igényei és körülményei sejtenként változnak, és idővel változnak az egyes sejteken belül. A gyomorsejtek szükséges enzimjei és energetikai igényei eltérnek a zsírtároló sejtek, bőrsejtek, vérsejtek és idegsejtekétől. Ezenkívül az emésztősejtek sokkal nehezebben dolgoznak a tápanyagok feldolgozásában és lebontásában az étkezést közvetlenül követő időszakban, mint az étkezés utáni órákban. Mivel ezek a sejtek igényei és körülményei eltérőek, a különböző enzimek mennyisége és működése is változik.

Mivel a biokémiai reakciók sebességét az aktiválási energia szabályozza, és az enzimek csökkentik és meghatározzák a kémiai reakciók aktiválási energiáit, a sejten belüli különféle enzimek relatív mennyisége és működése határozza meg végső soron, hogy mely reakciók és milyen sebességgel mennek végbe. Ezt a meghatározást szigorúan ellenőrzik. Bizonyos sejtkörnyezetekben az enzimaktivitást részben környezeti tényezők, például a pH és a hőmérséklet szabályozzák. Vannak más mechanizmusok is, amelyek révén a sejtek szabályozzák az enzimek aktivitását, és meghatározzák a különböző biokémiai reakciók bekövetkezési sebességét.


Mezőgazdasági és kapcsolódó biotechnológiák

Paul A. Spagnuolo,. Matthew Tcheng, az Átfogó biotechnológia (harmadik kiadás), 2019

4.44.7 Koenzim Q10

A Q10 koenzim (CoQ10) vagy ubikinon endogén, mitokondriális vegyület, amely kinongyűrűből és 10 izoprén egységből álló oldalláncból áll. A CoQ10 számos biológiai folyamatban vesz részt, beleértve a redox homeosztázist és az anyagcserét. 42 Az exogén CoQ10 kiegészítése széles körben elérhető, ahol forgalomba hozták, hogy támogassa a szív- és érrendszeri és izom -egészséget. 43 A CoQ10 (oxidált formában) meghatározását általában laboratóriumok közötti AOAC validált módszerrel végzik. Ez a módszer RP-HPLC-t használ, 275 nm-es UV-érzékeléssel párosítva, hogy kimutassa a CoQ10-et a nyersanyagokban és a kész étrend-kiegészítőkben. 44 Az anyagok extrakcióját acetonitril-tetrahidrofurán-víz keverékkel érhetjük el, majd vas-kloriddal kezelve biztosítjuk a CoQ10 teljes oxidációját. 44,45 Bár az AOAC által validált módszer C18 oszlopot és UV -detektort használ a teljesen oxidált CoQ10 elválasztására és azonosítására, egy alternatív vizsgálat sikeres volt a C8 oszlop és a DAD észlelés során. 45 Azonban a CoQ10 nagy hidrofób jellege miatt a C18 oszlopok alkalmasabbak. A HPLC-UV alternatíváját javasolták Fourier-transzformációval infravörös spektrometria (FT-NIR) alkalmazásával. Ez a módszer nem igényel minta-előkezelést, és úgy találták, hogy a részleges legkisebb négyzetek regressziós modelljével kombinálva számos étrend-kiegészítőben pontosan számszerűsíti a CoQ10 szintjét. 46


Nézd meg a videót: Az Enzimek működése és jelentősége (Január 2023).