Enzymy – co to jest? Budowa, rodzaje, zastosowanie

Enzymy to związki chemiczne obecne we wszystkich przestrzeniach żywego organizmu, które odpowiadają za reakcje chemiczne konieczne do jego prawidłowego funkcjonowania. W większości przypadków jeden enzym odpowiedzialny jest za jedną reakcję chemiczną, jak więc można się domyślić, w każdej komórce naszego ciała skrywa się bardzo wiele enzymów.  Jak są zbudowane enzymy i jakie inne zadania pełnią? Odpowiedź znajdziesz w tym artykule.

Enzymy – co to jest?

Co to są enzymy? To cząsteczki białkowe, produkowane w komórkach, a konkretnie –  w rybosomach, na podstawie znajdującego się w jądrze DNA. Są one niezbędne do tego, aby organizm mógł funkcjonować prawidłowo. Umożliwiają w nim zachodzenie różnych reakcji oraz je przyspieszają (dlatego określa się je mianem „katalizatorów” lub „biokatalizatorów”).

Enzymy obecne są we wszystkich przestrzeniach organizmu. W zależności od tego, jaki typ enzymu produkuje dana tkanka, takie są jego właściwości. W większości przypadków jeden enzym odpowiedzialny jest za jedną reakcję chemiczną. Działanie enzymów uzależnione jest od wielu czynników, takich jak np. pH czy temperatura. Mogą one mieć także różną tolerancję na zróżnicowane warunki otoczenia.

Budowa enzymów

Enzymy to głównie białka, które mogą się składać zarówno z kilkudziesięciu, jak i kilku tysięcy aminokwasów.

Ponadto enzymy mogą być zbudowane:

• jedynie z aminokwasów – wówczas określane są mianem „białek prostych”,
• z części białkowej (apoenzymu) i niebiałkowej (kofaktora), w której znajdują się witaminy oraz atomy miedzi, żelaza i cynku – wówczas określane są one mianem „białek złożonych”.

Można wyróżnić dwa główne rodzaje kofaktorów:

• koenzymy – małe cząsteczki organiczne, które przenoszą grupy chemiczne między substratami, wiążą się z enzymem jedynie na czas trwania określonej reakcji, należą do nich witaminy (kwas foliowy, tiamina, ryboflawina) oraz dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NADH),
• grupy prostetyczne – łączą się z apoenzymem przy pomocy wiązań kowalencyjnych bądź koordynacyjnych, do grup tych mogą należeć cząsteczki nieorganiczne i jony metali (np. miedzi, żelaza, cynku) oraz małe cząsteczki organiczne (np. hem w cytochromach).

Enzymami są również rybozymy, które nie są białkami. Zbudowane są one z deoksyrybozymy, czyli fragmentu kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), oraz kwasu rybonukleinowego (RNA).

W komórce można znaleźć enzymy pojedyncze bądź też ich całe układy, składające się z wielu enzymów. W każdej tkance pojawia się nieco inny ich zestaw.

Rodzaje enzymów

Jakie rodzaje enzymów można wyróżnić? Poniżej opisujemy jedynie te najpopularniejsze.

• Enzymy trawienne – tworzone są przez tkanki układu trawiennego, do najpopularniejszych z nich należą: trypsyna, amylaza, lipaza. Enzymy te rozkładają żywność na proste związki, które następnie wchłaniane są do krwi. Zaliczane są one do enzymów pozakomórkowych, ponieważ swoje zadania wykonują poza obrębem komórek, w których są wytwarzane. Niektóre z nich powstają w formie nieaktywnej, jako zymogeny lub proenzymy i aktywują się ono dopiero w układzie pokarmowym. Co produkuje enzymy trawienne? Jak się okazuje: gruczoły trawienne.
• Enzymy trzustkowe – do nich głównie należy lipaza i amylaza, ale także elastaza. Produkowane są przez zewnątrzwydzielniczą część trzustki. Jeżeli ich poziom jest zbyt wysoki lub zbyt niski, oznacza to nieprawidłowe funkcjonowanie trzustki.
• Enzymy restrykcyjne – przecinają nici DNA, a ich nazwa związana jest z mikroorganizmem, od którego je wyizolowano.
• Enzymy wątrobowe – to głównie aminotransferaza alaninowa (ALAT, ALT) i aminotransferaza asparaginowa (AspAT, AST), im większe uszkodzenie wątroby, tym większa ich aktywność w próbce krwi. Aminotransferazy występują głównie we wnętrzu komórek, a zwiększenie ich aktywności we krwi oznacza, że te komórki są uszkodzone.

Zastosowanie enzymów

Enzymy wykorzystywane są m.in. w kosmetyce. W tym przypadku stosuje się enzymy proteolityczne, co oznacza, że rozkładają one białka. Dzięki temu, że substancje rozpuszczają białka, które tworzą wiązania między komórkami warstwy rogowej naskórka, ich złuszczanie jest znacznie łatwiejsze. To z kolei sprawia, że skóra jest bardziej świeża oraz promienna. Producenci kosmetyków wykorzystują te właściwości w peelingach, które złuszczają naskórek, a jednocześnie nie naruszają pH skóry.

Katalityczne właściwości enzymów stosowane są w produkcji wina, piwa, pieczywa, mydeł oraz detergentów. W niewielkich ilościach wykorzystuje się je w farmacji i medycynie – głównie w celach diagnostycznych, a także do tego, aby przyspieszyć gojenie się ran. Sprawdzają się one również jako środki wspomagające trawienie, które uzupełniają działanie lipazy, amylazy i proteazy.

Jak zbadać enzymy trawienne?

Enzymy trawienne najczęściej bada się w ramach profilu trzustkowego lub rozszerzonego pakietu trawiennego, który oferowany jest w niektórych laboratoriach.

Jaki enzym rozkłada cukry?

Za rozkład cukrów odpowiedzialne są wspomniane już enzymy trawienne, a konkretnie – glikozydazy, czyli enzymy amylolityczne. Rozkładają one wiązania glikozydowe, tworzące węglowodany złożone, a więc dwucukry i wielocukry. W ten sposób powstają cukry proste: fruktoza, galaktoza oraz glukoza.

Można wyróżnić następując enzymy amylolityczne:

• amylazy: ślinową (znajdującą się w ślinie i produkowaną przez ślinianki) i trzustkową (odpowiedzialną za rozkład pokarmów w dwunastnicy, produkowaną przez trzustkę),
• disacharydazy – produkują je gruczoły, które można znaleźć w nabłonku jelita cienkiego, czyli maltaza, sacharaza oraz laktaza.

Amylazy odpowiadają za rozkład wielocukrów, a disacharydazy – za rozkład dwucukrów.

Gdzie zachodzi trawienie cukrów? Cały proces rozpoczyna się w jamie ustnej, później kontynuowany jest w dwunastnicy. Do ostatecznego ich rozkładu dochodzi w jelicie cienkim.

Źródła:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9921/
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21166/
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK554481/
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4576142/
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4692135/