الإنزيمات الجلسة الأولى

الأنزيمات عبارة عن proteins كبيرة ومعقدة تتكون من سلاسل طويلة من amino acids. إنها proteins كروية. كما نعلم أن proteins تتكون من سلاسل طويلة من amino acids. يحدد التسلسل المحدد لهذه amino acids بنية ووظيفة الإنزيمات. تقوم الإنزيمات بإجراء تفاعلات كيميائية في أجسامنا. تساعد على زيادة سرعة حدوث التفاعلات الكيميائية. تعتبر الأنزيمات حساسة للغاية للتغيرات في درجات الحرارة. تعمل إنزيمات جسمنا عند درجة حرارة تبلغ حوالي سبعة وثلاثين درجة مئوية. أي تغيير صغير أو كبير في درجة الحرارة يؤثر على عمل الإنزيمات.

تتكون الإنزيمات من مكونات بروتينية وغير بروتينية، بما في ذلك العوامل المساعدة والإنزيمات المساعدة. المكون البروتيني للإنزيمات يسمى Apoenzyme. العوامل المساعدة هي جزيئات أو أيونات غير بروتينية مطلوبة للعمل السليم لإنزيمات معينة. الإنزيمات المساعدة هي جزيئات صغيرة غير بروتينية ترتبط بشكل فضفاض بالإنزيم. وهي حاملات للمجموعات الكيميائية أو الإلكترونات أثناء التفاعلات الأنزيمية. يُطلق على الإنزيم الوظيفي الكامل اسم الهولوإنزيم.

هناك منطقة خاصة داخل الإنزيم حيث يحدث فيها التفاعل الكيميائي المحفز بواسطة الإنزيم. تُسمى هذه المنطقة بالموقع النشط. الموقع النشط هو منطقة داخل البنية ثلاثية الأبعاد للإنزيم والتي ترتبط بشكل خاص بالركيزة. الركيزة هي جزيء أو مركب يؤثر عليه إنزيم ويحوله إلى منتج. الموقع النشط متخصص للغاية ومصمم بدقة لاستيعاب جزيئات الركيزة المحددة.

الإنزيمات داخل الخلايا هي proteins موجودة داخل الخلايا. تؤدي هذه proteins مهام أساسية داخل الخلايا. إنها مثل الآلات الجزيئية الصغيرة التي تساعد في مختلف العمليات المهمة داخل الخلية. تتضمن هذه العمليات تفكيك الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر لإنتاج الطاقة وبناء جزيئات جديدة للنمو والإصلاح. يتم إنتاج هذه الإنزيمات بواسطة الخلية نفسها بناءً على احتياجاتها.

فكر في الإنزيمات داخل الخلايا باعتبارها عمالًا يعملون داخل الخلية. تتواجد الإنزيمات داخل الخلايا في حجرات محددة داخل الخلية، حيث يمكنها أداء مهامها المحددة بشكل فعال. وهي مسؤولة عن القيام بمهام محددة، مثل تسريع التفاعلات الكيميائية أو تحويل one إلى آخر. تشمل أمثلة الإنزيمات داخل الخلايا بوليميراز الحمض النووي، وأنزيمات ATP سينثاز، والكاتالاز.

الإنزيمات خارج الخلية هي الإنزيمات التي تنتجها الخلايا وتطلقها في البيئة المحيطة. تبقى الإنزيمات داخل الخلايا داخل الخلية وتحفز التفاعلات داخل السيتوبلازم أو العضيات. تعمل الإنزيمات خارج الخلية. إنها تشارك في تحليل الجزيئات الكبيرة المعقدة، مثل proteins، carbohydrates، lipids، إلى مكونات أبسط. يمكن للجسم امتصاص هذه المكونات البسيطة والاستفادة منها بسهولة.

يسمح إفراز الإنزيمات خارج الخلية للكائنات الحية بالوصول إلى العناصر الغذائية ومصادر الطاقة التي قد لا تتمكن من الوصول إليها بخلاف ذلك. على سبيل المثال، تنتج العديد من البكتيريا إنزيمات خارج الخلية تعمل على تفتيت polysaccharides المعقدة الموجودة في جدران الخلايا النباتية. وهذا يمكّن البكتيريا من استخدام هذه carbohydrates كمصدر غذائي. وعلى نحو مماثل، تطلق الفطريات إنزيمات خارج الخلية لتحلل المواد العضوية الموجودة في البيئة. يساعد هذا في إعادة تدوير العناصر الغذائية.

كما نعلم، الإنزيمات هي جزيئات بروتينية تعمل كمحفزات لتسريع التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. تتضمن آلية عمل الإنزيم عدة خطوات. أولاً، يرتبط جزيء الركيزة بالموقع النشط للإنزيم. يتمتع الموقع النشط بشكل فريد يسمح له بالتعرف على الركيزة المحددة والارتباط بها. عندما يرتبط الركيزة بالموقع النشط، يتم تشكيل معقد ركيزة الإنزيم.

يتم تثبيت معقد ركيزة الإنزيم عن طريق التفاعلات الضعيفة المؤقتة، مثل الروابط الهيدروجينية وقوى فان دير فالس. عندما يجتمع الإنزيم والركيزة معًا، يتغير شكل الإنزيم قليلًا. يسمح هذا التغيير لأجزاء محددة من الإنزيم، تسمى بقايا الأحماض الأمينية، بالاقتراب من الركيزة. يساعد هذا القرب على حدوث رد الفعل بشكل أسهل.

داخل الموقع النشط للإنزيم، يتم تقليل طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل. طاقة التنشيط هي كمية الطاقة التي يجب توفيرها للتفاعل الكيميائي حتى يستمر. يقوم الإنزيم بذلك عن طريق خلق الظروف المثالية لحدوث التفاعل. ونتيجة لذلك يحدث التفاعل بشكل أسرع وأكثر كفاءة.

يؤدي التفاعل إلى تحويل الركيزة إلى منتج one أو أكثر. إنها تمتلك خصائص كيميائية مختلفة عن الركيزة. يتم إصدار هذه المنتجات من الموقع النشط. بمجرد إطلاق المنتجات، يعود الإنزيم إلى شكله الأصلي. وهو الآن جاهز للارتباط بجزيئات الركيزة الجديدة. لا يتم استهلاك الإنزيمات أو تغييرها بشكل دائم أثناء التفاعل. وهذا يسمح باستخدامها مرارا وتكرارا.

هل تساءلت يومًا كيف تستطيع الإنزيمات القيام بمهامها بدقة؟. ويرجع ذلك إلى خصوصية الإنزيمات. تشير خصوصية الإنزيم إلى قدرة الإنزيمات على التعرف بشكل انتقائي على جزيئات محددة والارتباط بها. تم تصميم الموقع النشط للأنزيمات بطريقة تتناسب تمامًا مع الركيزة المحددة وترتبط بها. يحتوي الموقع النشط على مجموعات كيميائية خاصة يمكنها تكوين روابط هيدروجينية وتفاعل كهروستاتيكي مع الركيزة. تساعد هذه التفاعلات الإنزيم على التعرف على هدفه وإنشاء رابطة قوية.

فرضية القفل والمفتاح هي مفهوم يساعدنا على فهم كيفية تفاعل الإنزيمات مع ركائزها المحددة. يقال أن الموقع النشط للإنزيم يشبه القفل، والركيزة تشبه المفتاح الذي يناسب هذا القفل تمامًا. وفقًا لهذه الفرضية، فإن الموقع النشط للإنزيم يتمتع بشكل وخصائص كيميائية محددة تتناسب تمامًا مع شكل وخصائص ركيزته. وهذا يسمح للإنزيم بالارتباط والتفاعل بشكل انتقائي مع ركيزته المحددة فقط. إنه يشبه القفل الذي لا يمكن فتحه إلا بالمفتاح الصحيح.

عندما تتناسب الركيزة مع الموقع النشط، فإنها تشكل رابطة مؤقتة مع الإنزيم. وهذا يسمح للإنزيم بالقيام بوظيفته وإجراء التفاعلات الكيميائية على الركيزة. إنه مثل القفل والمفتاح يجتمعان لفتح شيء ما. تساعدنا هذه الفرضية على فهم سبب قدرة الإنزيمات على أداء وظيفتها بشكل جيد. يمكنهم اختيار الجزيئات الصحيحة للعمل عليها لأن مواقعهم النشطة مصممة خصيصًا لتلك الجزيئات.

على عكس فرضية القفل والمفتاح، توفر فرضية الملاءمة المستحثة تفسيرًا أفضل لربط الركيزة بالموقع النشط. وفقا لفرضية الملاءمة المستحثة، فإن الموقع النشط للإنزيم ليس بنية صلبة. إنها منطقة مرنة إلى حد ما حيث يمكنها تغيير شكلها عند ربط الركيزة. في البداية، قد لا يتناسب الموقع النشط مع الركيزة بشكل مثالي. ولكن عندما تدخل الركيزة إلى الموقع النشط، فإن الموقع النشط يغير شكله ليناسب الركيزة بشكل مثالي. هل يمكنك أن تقول أي فرضية تصف بشكل أفضل كيفية عمل الإنزيمات؟.