تركيب الإنزيمات ووظائفها .. وأنواعها وخصائصها

ما هي الانزيمات

تعد الإنزيمات بوليمرات بيولوجية تحفّز التفاعلات الكيميائية الحيوية.

تتألف غالبية الإنزيمات من بروتينات ذات قدرات تحفيزية حاسمة لأداء العمليات المختلفة في الخلية، بما في ذلك عمليات التمثيل الغذائي والتفاعلات الكيميائية الأخرى، وهي ضرورية للاستمرار في الحياة

تعتمد المرحلة الأولية من عملية الهضم على الإنزيمات التي تتفاعل مع الجزيء وتسمى الركيزة، حيث تقوم الإنزيمات بتحويل الركائز إلى جزيئات مميزة أخرى وتسمى المنتجات.

كانت تنظيمات الإنزيمات أساسية في التشخيص السريري بسبب دورها في الحفاظ على العمليات الحيوية، وتتألف المكونات الجزيئية لجميع الإنزيمات من البروتين، باستثناء مجموعة محفزات الحمض النووي الريبي المعروفة باسم الريبوزيمات. يشير مصطلح الريبوزيم إلى الإنزيم الحمض النووي الريبي، ويتكون العديد من الريبوزيمات من جزيئات من الحمض النووي الريبي، والتي تحفز التفاعلات في روابطها الخاصة أو بين روابط أخرى

الإنزيمات موجودة في جميع أنسجة وسوائل الجسم، وتقوم بتحفيز جميع التفاعلات التي تحدث في مسارات التمثيل الغذائي داخل الخلايا. كما تتحكم الإنزيمات الموجودة في غشاء البلازما في تنشيط الخلايا استجابة للإشارات الخلوية، وتلعب الإنزيمات في الدورة الدموية دورا في تنظيم تخثر الدم. وتتم إنشاء معظم عمليات الحياة الحرجة عبر وظائف الإنزيمات

تركيب الإنزيمات

الإنزيمات هي محفزات بيولوجية، حيث تعمل على تسريع عملية معينة، ولكن في الواقع توفر مسارًا بديلاً للعملية. ومع ذلك، فإن هيكل أو تركيب الإنزيمات يظل دون تغيير في هذه العملية.

وتتكون الإنزيمات بالفعل من آلاف الأحماض الأمينية المرتبطة بطريقة معينة لتشكيل إنزيمات مختلفة يتم طي سلاسل الإنزيم لتشكيل أشكال فريدة وهذه الأشكال هي التي تزود الإنزيم بخصائصه الكيميائية المحتملة ، وتحتوي معظم الإنزيمات أيضًا على مكون غير بروتيني يُعرف باسم الواقع المشترك r. 

وظائف الانزيمات

تؤدي الإنزيمات عددًا من الوظائف في الجسم وتشمل هذه:

• تساعد الإنزيمات في نقل الإشارات، ويشتمل الإنزيم الأكثر شيوعًا المستخدم في هذه العملية على بروتين كيناز الذي يحفز فسفرة البروتينات.
• يتم تفتيت الجزيئات الكبيرة إلى مواد أصغرى يمكن للجسم امتصاصها بسهولة.
• تشارك إنزيمات سينثيز ATP في توليد الطاقة داخل الجسم.
• الإنزيمات هي المسؤولة عن حركة الأيونات عبر غشاء البلازما.
• تقوم الإنزيمات بعدد من التفاعلات الكيميائية الحيوية، بما في ذلك الأكسدة والاختزال والتحلل المائي وغيرها، للتخلص من المواد غير الغذائية في الجسم.
• تعمل على إعادة تنظيم الهيكل الداخلي للخلية لتنظيم الأنشطة الخلوية.

أنواع الإنزيمات

تتألف التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الجسم عادةً من ستة أنواع رئيسية، وتتم تسمية الإنزيمات المسببة لهذه التفاعلات وفقًا لذلك

• إنزيم أكسدة-اختزال

تعتبر هذه الإنزيمات مسؤولة عن عملية الأكسدة وتقليل التفاعلات الكيميائية، وبالتالي تسمى إنزيمات الأكسدة-اختزال. في هذه العمليات، يتم نقل الإلكترونات على شكل أيونات الهيدريد أو ذرات الهيدروجين. عندما يتم أكسدة المركب الأساسي، تعمل هذه الإنزيمات كمانحة للهيدروجين، وتسمى بديهيدروجينازات أو إنزيمات الاختزال. أما عندما يكون الأكسجين هو المستقبل، فإن هذه الإنزيمات تسمى أوكسيدا.

• الترانسالات

هذه الإنزيمات مسؤولة عن نقل المجموعات الوظيفية من جزيء إلى آخر. على سبيل المثال، يقوم alanine aminotransferase بنقل مجموعة الألفا-أمينو بين الألانين والأسبارتات وغيرها، وبعض الترانسفيرازات تقوم أيضا بنقل مجموعات الفوسفات بين ATP ومركبات أخرى، وبقايا السكر لتكوين سكاريدات مثل hexokinase في تفاعل تحلل السكر

• الهيدرولازات

تحفز هذه الإنزيمات التفاعلات التي تنطوي على عملية التحلل المائي، حيث تكسر الروابط المفردة عن طريق إضافة الماء. تعمل بعض الهيدرولازات كإنزيمات هضمية حيث تقوم بتكسير روابط الببتيد في البروتينات. ويمكن أن تكون الهيدرولازات أيضا نوعا من الانتقالات لأنها تنقل جزيء الماء من مركب إلى آخر، على سبيل المثال، إنزيم الجلوكوز-6-فوسفاتاز الذي يزيل مجموعة الفوسفات من الجلوكوز-6-فوسفات مما يترك الجلوكوز و H 3 PO 4

• اللييز

تحفز هذه الإنزيمات التفاعلات التي تؤدي إما إلى إضافة مجموعات وظيفية لكسر الروابط المزدوجة في الجزيئات، أو إلى تشكيل الروابط المزدوجة عن طريق إزالة المجموعات الوظيفية، مثل إزالة مجموعة CO2 من البيروفات لتشكيل الكربوكسيل. وتشمل الأمثلة الأخرى إزالة المجموعات الأمينية وتحرير جزيئات الماء.

• Isomerases

 تحفز هذه الإنزيمات التفاعلات عند نقل مجموعة وظيفية إلى موضع آخر داخل نفس الجزيء، مما ينتج عنه جزيء أيزومير للجزيء السابق. ومن الأمثلة على ذلك، إيزوميراز ثلاثي الفوسفات وأيزوميراز فسفوغلوكوز التي تحول الجلوكوز 6 فوسفات إلى فركتوز 6 فوسفات.

• Ligases

تقوم الليجازات بوظيفة معاكسة لوظيفة الهيدرولاز، فبينما تنقسم الهيدرولازات لفك الروابط بإضافة الماء، تقوم الليجازات بتشكيل الروابط بإزالة جزء الماء. وتتضمن فئات فرعية مختلفة من الليجازات تخليق ATP.

الخصائص العامة للإنزيمات

• تبدأ الإنزيمات وتزيد سرعة التفاعلات الكيميائية الحيوية.
• يعتمد نشاط الإنزيمات على درجة الحموضة الخاصة بالوسط، حيث يكون كل محفز أكثر نشاطًا عند درجة حموضة معينة، على سبيل المثال، يعمل البيبسين بشكل أفضل عند الرقم الهيدروجيني 2، ويعمل التربسين بشكل أفضل عند درجة حموضة 8.5، وتعمل معظم الإنزيمات داخل الخلايا عند درجة حموضة محايدة تقريبًا.
• تساعد الإنزيمات في تسريع التفاعل في أي اتجاه.
• تحتوي جميع الإنزيمات على مواقع نشطة تشارك في التفاعلات الكيميائية الحيوية.
• الإنزيمات هي مركبات غير مستقرة للغاية، قابلة للذوبان في الماء بشكل أساسي، وتخفيفها يتم بواسطة الجلسرين وكلوريد الصوديوم والكحول المخفف.
• تعمل الإنزيمات بشكل فعال في درجة حرارة مثالية.
• تتكون جميع الإنزيمات من البروتينات في الطبيعة، ولكن قد لا تكون جميع البروتينات إنزيمات.
• تؤدي الإنزيمات إلى خفض طاقة تفعيل الجزيء الكيميائي بحيث يمكن حدوث التفاعل الحيوي في درجة حرارة الجسم الطبيعية التي تبلغ 37 درجة مئوية.
• الإنزيمات لديها قدرة تحفيزية استثنائية، فهي نشطة في كميات صغيرة جدا. كمية صغيرة من الإنزيم يكفي لتحويل كمية كبيرة من المركب الأساسي. تبقى الإنزيمات دون تغيير بعد التفاعل. تتراوح سرعة الإنزيمات بين 0.5 و 600000 دورة، وعامل التحويل يشير إلى عدد جزيئات المركب الأساسي المحولة بواسطة جزيء واحد من الإنزيمات في الثانية عندما يكون موقعه النشط مشبعا بالمركب الأساسي

العوامل التي تؤثر على نشاط الانزيم في الخلية

• تركيز الإنزيمات والركائز

يزداد معدل التفاعل مع زيادة تركيز الركيزة حتى نقطة معينة، وبعد ذلك لا يحدث أي تغيير كبير في معدل التفاعل مع زيادة تركيز الركيزة، ويحدث ذلك لأنه بعد تركيز معين من الركيزة، تمتلئ جميع المواقع النشطة على الإنزيم ولا يمكن حدوث أي تفاعل آخر.

• درجة الحرارة

مع زيادة درجة الحرارة يزداد نشاط الإنزيم بسبب زيادة الطاقة الحركية للجزيئات ، هناك مستوى أمثل عندما تعمل الإنزيمات على أفضل وجه ، غالبًا ما تكون درجة الحرارة هذه هي درجة حرارة الجسم الطبيعية ، عندما تزيد درجة الحرارة عن حد معين تبدأ الإنزيمات التي تتكون بالفعل من البروتينات ، في التفكك ويبطئ معدل التفاعل.

• الأس الهيدروجيني

الإنزيمات حساسة جدًا للتغيرات في درجة الحموضة، وتعمل في نطاق ضيق جدًا من مستويات الأس الهيدروجيني المسموح بها. وعندما يكون مستوى الأس الهيدروجيني أعلى أو أقل من المستوى الأمثل، يزداد خطر تفكك الإنزيمات وتباطؤ التفاعل.

• المثبطات

قد يؤدي وجود بعض المواد التي تثبط عمل إنزيم معين إلى إبطاء العملية بسبب استمرار الارتباط بين المادة المثبطة وموقع الإنزيم النشط وعدم ارتباطه بالركيزة اللازمة.