ما هي الإنزيمات
الإنزيمات هي بروتينات تعمل كمحفزات داخل الخلايا الحية، حيث تزيد هذه المحفزات من سرعة حدوث التفاعلات الكيميائية بدون استهلاكها أو تغييرها بشكل دائم، ويعرف التفاعل الكيميائي بأنه عملية تقوم بتحويل واحد أو أكثر من المواد المعروفة بالكواشف أو المواد المتفاعلة أو الركائز، إلى نوع آخر من المادة المنتجة، ويمكن للإنزيم أن يسهل نفس التفاعل الكيميائي مرارا وتكرارا .
تركيب ووظيفة الإنزيم
تتألف الإنزيمات، مثل جميع البروتينات، من سلاسل طويلة واحدة أو أكثر من الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها البعض. يحتوي كل إنزيم على تسلسل فريد من الأحماض الأمينية التي تؤدي إلى تشكيله في شكل مميز. يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للإنزيم من خلال جين معين في نواة الخلية، وهذا يضمن أن كل نسخة من الإنزيم هي نفسها مثل النسخ الأخرى. يحتوي كل إنزيم على موقع نشط على سطحه يسمى الموقع النشط، وهو المكان الذي يمكن للكواشف التفاعل فيه. يمكن تفعيل نوع واحد فقط من التفاعل الكيميائي بواسطة إنزيم معين، حيث يمكن للموقع النشط للإنزيم استيعاب بعض الكواشف فقط، مثل القفل والمفتاح .
على سبيل المثال، خلال عملية تصنيع الهيموغلوبين (الصباغ الحامل للأكسجين في خلايا الدم الحمراء)، يتطلب إدخال ذرة حديد واحدة فقط في مركز الجزيء لجعل الصبغ فعالا. حيث يقوم الإنزيم الذي يدعى ferrochelatase بجمع الحديد والجزيء الفارغ (الكواشف) معا، وتحفيز اتحادهما، وإطلاق جزيء يحتوي على الحديد، وهذا هو الرد الوحيد المحفز من قبل ferrochelatase. يجب مراعاة أنه يمكن للإنزيمات أن تجمع بين الكواشف (كما في تخليق الهيموغلوبين)، حيث يمكنها تقسيم كاشف واحد إلى منتجات متعددة، أو ببساطة تحويل كاشف واحد إلى منتج واحد يبدو مختلفا عن الكاشف الأصلي .
إنزيم الموقع النشط
عندما تدخل الكاشفات إلى موقع نشط في الإنزيم، يتغير شكل الإنزيم مؤقتًا لتحفيز التفاعل بين الكاشفات. وعند الانتهاء من التفاعل الكيميائي، يتم إطلاق منتج محدد من الموقع النشط، ثم يستعيد الإنزيم شكله الأصلي ويمكن أن يبدأ التفاعل من جديد باستخدام كاشفات جديدة .
تتم دمج العديد من الإنزيمات في المسارات الأيضية، والمسار الأيضي يتكون من سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحول واحد أو أكثر من الكواشف إلى المنتج النهائي الذي تحتاجه الخلية. في مسار التمثيل الغذائي، تنقل الإنزيمات المادة “الكاشفة” حتى يتم إنتاج المنتج النهائي. يمكن أن يكون المسار الاستقلابي قصيرا جدا أو يحتوي على العديد من الخطوات والإنزيمات المتعددة. مثالا على ذلك هو المسار الاستقلابي الذي يحول التريبتوفان (حمض أميني موجود في البروتينات الغذائية) إلى السيروتونين (مادة كيميائية ضرورية لوظيفة الدماغ الطبيعية)، ويتكون من خطوتين فقط .
العوامل المساعدة للإنزيمات
ولكي تعمل، تحتاج العديد من الإنزيمات إلى مساعدة من العوامل المساعدة أو الإنزيمات المساعدة، والعوامل المساعدة غالبا ما تكون أيونات معدنية مثل الزنك أو النحاس أو الحديد أو المغنيسيوم، حيث ينشط المغنيسيوم، ويعتبر واحدا من العوامل المساعدة الأكثر شيوعا، المسؤول عن تنشيط مئات الإنزيمات، بما في ذلك تلك التي تصنع الـ DNA، وكذلك العديد منها يساعد على استقلاب الكربوهيدرات .
تنتج العديد من الإنزيمات من الفيتامينات، وهو السبب الرئيسي للحاجة إلى الفيتامينات في نظامك الغذائي، وذلك لتوفير المواد الخام اللازمة للإنزيمات المساعدة الأساسية، على سبيل المثال، يحتاج الإنزيم الذي ينتج الكولاجين ويبني الجلد الصحي إلى فيتامين (ج)، وهو إنزيم يتم اشتقاقه من فيتامين ب 12 الضروري لتوليف العزل حول الخلايا العصبية، كما أن الإنزيمات المساعدة الأساسية لإنتاج السيروتونين تعتمد على فيتامين ب 6 .
ترتبط الإنزيمات والعوامل المساعدة بمواقعها النشطة، وتشارك في التحفيز، ولكنها ليست بشكل عام مواد تفاعلية، ولا تصبح جزءا من المنتجات المتفاعلة. في العديد من الحالات، تعمل العوامل المساعدة كحاملات وسيطة للإلكترونات أو الذرات المحددة، أو المجموعات الوظيفية التي يتم نقلها أثناء التفاعل الكيميائي .
لماذا نحتاج الإنزيمات
إحدى القوانين الثابتة في الطبيعة هي أن الطاقة ضرورية لبدء تفاعل كيميائي. فإذا كنت ترغب في تغيير شيء ما، يجب أن تبذل بعض الجهود في ذلك. لكل تفاعل كيميائي، يجب توفير طاقة التنشيط – وهي كمية معينة من الطاقة – للمواد الاختبارية قبل بدء التفاعل. وتشبه طاقة التنشيط الحاجز الذي يجب تخطيه المواد الاختبارية لمواصلة التفاعل .