Een enzym wordt gedefinieerd als een macromolecuul dat een biochemische reactie katalyseert. Bij dit type chemische reactie, de startende moleculen worden substraten genoemd. Het enzym interageert met een substraat en zet het om in een nieuw product. De meeste enzymen worden genoemd door de naam van het substraat te combineren met het achtervoegsel -ase (bijv. Protease, urease). Bijna alle metabole reacties in het lichaam zijn afhankelijk van enzymen om de reacties snel genoeg te laten verlopen om nuttig te zijn.
Chemische stoffen belden activatoren kan de enzymactiviteit verbeteren, terwijl remmers enzymactiviteit verminderen. De studie van enzymen wordt genoemd enzymologie.
Er zijn zes brede categorieën die worden gebruikt om enzymen te classificeren:
- Oxidoreductases - betrokken bij elektronenoverdracht
- Hydrolasen - splijten het substraat door hydrolyse (opname van een watermolecuul)
- Isomerasen - breng een groep in een molecuul over om een isomeer te vormen
- Ligases (of synthetases) - koppel de afbraak van een pyrofosfaatbinding in een nucleotide aan de vorming van nieuwe chemische bindingen
- Oxidoreductases - werken bij elektronenoverdracht
- Transferases - breng een chemische groep over van het ene molecuul naar het andere
Hoe enzymen werken
Enzymen werken door het verlagen van de activeringsenergie nodig om te maken een chemische reactie optreden. Net als andere katalysatorenenzymen veranderen het evenwicht van een reactie, maar worden niet verbruikt tijdens het proces. Hoewel de meeste katalysatoren kunnen reageren op een aantal verschillende soorten reacties, is een belangrijk kenmerk van een enzym dat het specifiek is. Met andere woorden, een enzym dat één reactie katalyseert, heeft geen effect op een andere reactie.
De meeste enzymen zijn bolvormige eiwitten die veel groter zijn dan het substraat waarmee ze interageren. Ze variëren in grootte van 62 aminozuren tot meer dan 2500 aminozuurresiduen, maar slechts een deel van hun structuur is betrokken bij katalyse. Het enzym heeft een zogenaamde actieve site, die een of meer bindingsplaatsen bevat die het substraat in de juiste configuratie richten, en ook een katalytische site, dat is het deel van het molecuul dat de activeringsenergie verlaagt. De rest van de structuur van een enzym werkt voornamelijk om de actieve site aan de substraat op de beste manier. Er kan ook zijn allosterische site, waar een activator of remmer kan binden om een conformatie-verandering te veroorzaken die de enzymactiviteit beïnvloedt.
Sommige enzymen hebben een extra chemische stof nodig, genaamd a cofactor, om katalyse te laten plaatsvinden. De cofactor kan een metaalion zijn of een organisch molecuul, zoals een vitamine. Cofactoren kunnen los of strak aan enzymen binden. Strak gebonden cofactoren worden genoemd prothetische groepen.
Twee verklaringen voor de interactie van enzymen met substraten zijn de "slot en sleutel" model, voorgesteld door Emil Fischer in 1894, en de geïnduceerd fit model, wat een wijziging is van het slot- en sleutelmodel dat Daniel Koshland in 1958 voorstelde. In het slot- en sleutelmodel hebben het enzym en het substraat driedimensionale vormen die bij elkaar passen. Het induced fit model stelt dat enzymmoleculen hun vorm kunnen veranderen, afhankelijk van de interactie met het substraat. In dit model veranderen het enzym en soms het substraat van vorm terwijl ze interageren totdat de actieve site volledig is gebonden.
Voorbeelden van enzymen
Het is bekend dat meer dan 5.000 biochemische reacties worden gekatalyseerd door enzymen. De moleculen worden ook gebruikt in industrie en huishoudelijke producten. Enzymen worden gebruikt om bier te brouwen en om wijn en kaas van te maken. Enzymdeficiënties worden geassocieerd met sommige ziekten, zoals fenylketonurie en albinisme. Hier zijn een paar voorbeelden van veel voorkomende enzymen:
- Amylase in speeksel katalyseert de eerste vertering van koolhydraten in voedsel.
- Papaïne is een veel voorkomend enzym dat wordt aangetroffen in vleesvermalser, waar het de banden verbreekt die eiwitmoleculen bij elkaar houden.
- Enzymen worden aangetroffen in wasmiddelen en vlekverwijderaars om eiwitvlekken te verwijderen en oliën op stoffen op te lossen.
- DNA-polymerase katalyseert een reactie wanneer DNA wordt gekopieerd en controleert vervolgens of de juiste basen worden gebruikt.
Zijn alle enzymen eiwitten?
Bijna alle bekende enzymen zijn eiwitten. Eens werd aangenomen dat alle enzymen eiwitten waren, maar bepaalde nucleïnezuren, katalytische RNA's of ribozymen genoemd, hebben katalytische eigenschappen ontdekt. Meestal bestuderen studenten enzymen, ze bestuderen echt enzymen op basis van eiwitten, omdat er heel weinig bekend is over hoe RNA als katalysator kan werken.