Enzymy jako biokatalizatory

Kataliza to zjawisko rozpowszechnione w przyrodzie, bez którego życie na ziemi nie byłoby możliwe. Inicjują je tzw. katalizatory. Biokatalizatorami, czyli katalizatorami regulującymi przebieg procesów chemicznych w żywych organizmach, są białka, a dokładniej rzecz biorąc, enzymy. Dzisiaj katalizatory wykorzystuje się nie tylko w technice, lecz także w chemii przemysłowej. Różnica pomiędzy katalizatorami a biokatalizatorami polega na tym, że pierwsze z nich katalizują reakcje chemiczne jako ciała stałe, podczas gdy enzymy działają w naturalnych warunkach w roztworze wodnym, i to znacznie skuteczniej i efektywniej. Prawdopodobnie pierwszym procesem katalitycznym, z którego człowiek poczynił użytek, była fermentacja alkoholowa. Już ponad 5000 lat temu starożytni Egipcjanie odkryli, że drożdże zamieniają cukier z soków owoców w alkohol.Enzymy działają zatem jako biokatalizatory. Można by je uznać za „łączników" każdego biochemicznego procesu. W większości procesów życiowych enzymy najpierw inicjują reakcje metaboliczne, przekształcając jedne substancje w inne, przy czym same się nie zużywają. To ma właśnie miejsce podczas przemiany materii: gdyby nie działalność enzymów wszelkie żyjące stworzenia dokonałyby żywota z głodu. Do zadań enzymów należy rozkładanie wszelkich pokarmów na poszczególne substancje odżywcze, by organizm w ogóle mógł je najpierw pobrać, potem przyswoić i strawić.

Enzymy - specjaliści od komórek

Czy wobec tego enzymy pod względem działania nie są podobne do hormonów? W pewnym sensie tak. Pamiętajmy jednak, że mamy do czynienia z dwoma zupełnie odmiennymi grupami substancji. Podczas gdy hormony krążą po całym organizmie niczym minikurierzy, przekazując komórkom określone sygnały i polecenia, enzymy „pracują" jak „brygadziści" w poszczególnych komórkach. Wykonują instrukcje, przekazywane przez hormony. Jednak ani hormony, ani enzymy nie funkcjonują w izolacji.Pracą hormonów sterują inne „nadrzędne" hormony, w pewnym sensie substancje te również zależą od aktywności enzymów. Enzymy z kolei są uzależnione od hormonów, jednocześnie podlegając nadzorowi innych enzymów. Enzymy są więc niezwykle ważne. Zakres ich działalności jest szeroki: np. uczestniczą w procesie krzepnięcia krwi czy też rozpuszczania się zakrzepów, trawieniu pokarmów, udostępniania energii w komórkach mięśniowych oraz nieocenioną wręcz pracę wykonują na rzecz ustrojowej obrony zwłaszcza w przebiegu ostrych i przewlekłych schorzeń. Aktywność enzymów w organizmie ludzkim słabnie wraz z wiekiem, a w sytuacji obciążenia organizmu, może wręcz zawieść na całej linii. Wówczas jedynym wyjściem z sytuacji jest uzupełnienie brakujących enzymów.

Enzymy - cząsteczkami białka

Enzymy są dużymi cząsteczkami białka, o właściwościach katalitycznych. Każda cząsteczka białkowa składa się z łańcucha 20 aminokwasów. Istnieją tysiące różnych enzymów. Posługując się uproszczeniem można stwierdzić, że różnią się od siebie liczbą oraz ułożeniem tych dwudziestu łańcuchów aminokwasów, które są raz dłuższe, raz krótsze, tzw. sekwencją aminokwasów.Aminokwasy są to związki organiczne zbudowane zawsze z dwóch części. Jedną z nich stanowi struktura podstawowa, taka sama dla wszystkich: zawiera w cząsteczce dwie grupy funkcyjne, przyjmijmy, że to prawe i lewe ramię. Pojedyncze cząsteczki aminokwasów tworzą łańcuchy. Druga część cząsteczki jest jednak wymienna. Zatem dwadzieścia grup aminokwasów może różnić się od siebie właśnie tą drugą częścią.Zasadniczo rozróżni a się dwie podstawowe grupy enzymów: enzymy, które rozkładają i rozszczepiają inne substancje (katabolizm) lub tworzą i syntetyzują nowe związki (anabolizm). Przy czym zdecydowana większość enzymów rozszczepia substraty, zaledwie 3 do 5% enzymów tworzy nowe substancje.Niektóre enzymy „zaliczają" 100 tysięcy cyklów pracy na minutę, inne z kolei pracują na znacznie wolniejszych obrotach. Jeszcze inna grupa enzymów natomiast zajmuje się przenoszeniem elektronów od dawcy do odbiorcy. Jest to proces niezwykle istotny między innymi w aspekcie oddychania komórkowego.Istnieją także grupy enzymów przenoszące całe grupy cząsteczek z dawcy do odbiorcy, umieszczając ich fragmenty w innych niż dotychczas miejscach w łańcuchu aminokwasów.Nasz organizm sam niestrudzenie produkuje ogromne ilości enzymów. Jest w tym jednak nieco ograniczony. Otóż w przypadku określonego typu enzymów organizmowi brakuje odrobiny precyzji i nie potrafi „skroić produktu na „miarę". Bez tego dodatku, czyli koenzymu, substrat nie może zostać rozszczepiony. Zadaniem człowieka jest dostarczenie brakującego elementu wraz z pożywieniem. Mimo że chodzi o śladowe ilości tego „materiału budowlanego", bez niego nie ruszy produkcja określonych enzymów.Często funkcję koenzymów spełniają witaminy, głównie BI, B2, B6 i B12, a także witamina C oraz inne mniej znane substancje. Ponadto zajmują się tym również pierwiastki śladowe czy minerały. Choroba zawsze pojawia się w następstwie zachwianej równowagi enzymów (określonych układów enzymatycznych), dlatego też gdy brakuje „materiału" do wytworzenia koenzymu, również pojawiają się problemy zdrowotne, np. w przypadku niedoboru witamin, magnezu, potasu czy cynku. Wiadomo jak na razie, że sam pierwiastek śladowy cynk w roli koenzymu jest niezbędny do produkcji 80 różnych enzymów.Może się zdarzyć, że enzym się pomyli i wpuści do swojego aktywnego centrum substancję do złudzenia przypominającą określony koenzym. Wówczas oczywiście enzym nie dość, że nie pracuje tak jak powinien, to może zadziałać odwrotnie. Odkąd nauka poznała to zjawisko, postanowiła je wykorzystać: może sterować enzymami i w razie potrzeby je zaaplikować. Jednak co się dzieje, gdy niezbędnych do życia enzymów brakuje w naszym organizmie, bądź występują w minimalnej ilości? Taka sytuacja również może mieć miejsce.