Čo sú enzýmy?
Enzýmy sú proteíny, ktoré pôsobia ako katalyzátory v živých bunkách. Katalyzátory zvyšujú rýchlosť, s akou dochádza k chemickým reakciám bez toho, aby sa spotrebovali alebo trvalo menili. Chemická reakcia je proces, ktorý premieňa jednu alebo viac látok (známych ako reagencie, reaktanty alebo substráty) na iný typ látky (výrobok). Ako katalyzátor môže enzým uľahčovať rovnakú chemickú reakciu znova a znova.
Štruktúra a funkcia
Rovnako ako všetky proteíny, enzýmy sú zložené z jedného alebo viacerých dlhých reťazcov navzájom prepojených aminokyselín. Každý enzým má jedinečnú sekvenciu aminokyselín, ktorá spôsobí, že sa preloží do charakteristického tvaru. Aminokyselinová sekvencia enzýmu je určená špecifickým génom v bunkovom jadre. To zaručuje, že každá kópia enzýmu je rovnaká ako všetky ostatné.
Na povrchu každého enzýmu je špeciálna štrbina nazývaná aktívnym miestom, ktorá poskytuje miesto, kde reagencie môžu „spĺňať“ a interagovať. Podobne ako zámok a jeho kľúč, aktívnym miestom enzýmu sa budú dať iba určité reagencie a iba jeden typ chemickej reakcie môže byť katalyzovaný daným enzýmom.
Napríklad počas výroby hemoglobínu (pigment nesúci kyslík v červených krvinkách) musí byť do stredu molekuly vložený jeden atóm železa, aby bol funkčný. Enzým nazývaný ferrochelatáza prináša reagenty (železo a prázdna molekula), katalyzuje ich spojenie a uvoľňuje molekulu obsahujúcu železo. Toto je jediná reakcia katalyzovaná ferrochelatázou. Majte na pamäti, že enzýmy môžu kombinovať činidlá (ako pri syntéze hemoglobínu), môžu rozdeliť jedno činidlo na viacero produktov alebo jednoducho môžu transformovať jediné činidlo na jediný výrobok, ktorý vyzerá inak ako pôvodné činidlo.
Keď reagencie vstupujú do aktívneho miesta enzýmu, enzým prechádza dočasnou zmenou tvaru, ktorá podporuje interakciu medzi činidlami. Po dokončení chemickej reakcie sa z aktívneho miesta uvoľní špecifický produkt, enzým sa obnoví jeho pôvodná konformácia a reakcia sa môže znova začať novými činidlami.
Mnoho enzýmov je začlenených do metabolických dráh. Metabolická dráha je séria chemických reakcií, ktoré transformujú jednu alebo viac činidiel do konečného produktu, ktorý je potrebný bunkou. Enzýmy v metabolickej dráhe – podobne ako ľudia, ktorí vedú vedro vedľa pozdĺž vedľajšej brigády – presúvajú činidlo pozdĺž, kým sa nevyrába koncový produkt. Metabolická dráha môže byť dosť krátka, alebo môže mať mnoho krokov a niekoľko enzýmov. Metabolická dráha, ktorá premieňa tryptofán (aminokyselina nachádzajúca sa v dietetickom proteíne) na serotonín (chemická látka, ktorá je potrebná pre normálnu funkciu mozgu) je len dva kroky dlhá.
Aby fungovali, mnohé enzýmy vyžadujú pomoc kofaktorov alebo koenzýmov. Kofaktory sú často kovové ióny, ako je zinok, meď, železo alebo horčík. Horčík, jeden z najbežnejších kofaktorov, aktivuje stovky enzýmov vrátane tých, ktoré vyrábajú DNA a mnohé z nich pomáhajú metabolizovať sacharidy.
Mnohé koenzýmy sú odvodené z vitamínov. V skutočnosti je jedným z hlavných dôvodov, prečo potrebujete vitamíny vo vašej strave, dodať surovinu pre nevyhnutné koenzýmy. Napríklad vitamín C je potrebný enzýmom, ktorý produkuje kolagén a vytvára zdravú pokožku, koenzým odvodený od vitamínu B12 je potrebný na syntézu izolácie okolo vašich nervových buniek a koenzým na báze vitamínu B6 je životne dôležitý pri výrobe serotonínu.
Koenzýmy a kofaktory sa viažu na aktívne miesta enzýmov a podieľajú sa na katalýze, ale nie sú všeobecne považované za činidlá, ani sa nestávajú súčasťou produktu (produktov) reakcie. V mnohých prípadoch fungujú kofaktory a koenzýmy ako medziprodukty nosičov elektrónov, špecifických atómov alebo funkčných skupín, ktoré sa prenášajú počas celej reakcie.
Prečo potrebujeme enzýmy?
Jedným z nemenných zákonov prírody je, že na vyvolanie chemickej reakcie je potrebná energia. Koniec koncov, ak chcete niečo zmeniť, musíte doň vložiť nejakú prácu. Pri každej chemickej reakcii musí byť energia aktivácie – špecifické množstvo energie – aplikovaná na reakčné činidlá predtým, než reakcia prebehne. Energia aktivácie je ako kopec medzi činidlami a produktom a reagencie musia byť presunuté cez tento kopci skôr, ako reakcia môže pokračovať.
To je miesto, kde sa dostávajú enzýmy: znižujú energiu „kopec“, takže chemické reakcie sa môžu začať ľahšie a pokračovať v podmienkach, ktoré sú „láskavé k bunkám“. Enzýmy pozdĺž metabolickej dráhy môžu rozdeliť jednu vysokoenergetickú chemickú reakciu na niekoľko krokov, z ktorých každý vyžaduje len zlomok energie potrebnej pre celý proces. Napokon, enzýmy môžu urýchliť rýchlosť reakcie miliónykrát, čo je rozhodujúce pre bunky, ktoré často potrebujú veľké množstvá konkrétneho produktu v priebehu niekoľkých sekúnd.
Každý enzým má špecifickú funkciu a žiadne vedľajšie účinky.
Enzýmy majú iba jednu funkciu a fungujú ako kľúč, ktorý zapadá do zámku. Až keď správny enzým nájde správny materiál, na ktorom môže pracovať, dôjde k biochemickej reakcii.
Táto presná korelácia znamená, že sa nikdy nemusíte obávať vedľajších účinkov, keď sa do priemyselného procesu pridávajú enzýmy. Napríklad, keď enzýmy transformujú škrob na cukor, môžete si byť istí, že to všetko sa stane. Žiadny iný materiál alebo proces nebude zmenený alebo ovplyvnený.
Enzýmy sú stabilné, biologicky odbúrateľné a šetrné k životnému prostrediu
Enzýmy pracujú pri nízkych teplotách a miernych hodnotách pH a sú oveľa stabilnejšími katalyzátormi ako iné chemické látky alebo biologické molekuly, čo z nich robí najprijateľnejšie riešenie pre priemyselnú výrobu. Enzýmy sú biologicky odbúrateľné a pokračujú v práci až do ich rozpustenia, zvyčajne inými enzýmami.
Enzýmy sa nestávajú súčasťou konečného produktu biochemickej reakcie, ktorú katalyzujú. Po ukončení biochemickej reakcie je enzým pripravený opakovane a znova vykonať rovnakú reakciu na inú molekulu. Vzhľadom na správne podmienky môže enzým pokračovať tak dlho, ako to bude potrebné. V niektorých výrobných procesoch to znižuje náklady.
Keď priemyselné enzýmy opúšťajú výrobnú prevádzku s odpadovou vodou, použité enzýmy nevytvárajú nebezpečný odpad. Netrvajú dlho v okolitom prostredí, pretože sú rozdelené na mikroorganizmy nachádzajúce sa v prírode.
Všetky enzýmy sú proteíny, ale nie všetky proteíny sú enzýmy.
Bielkoviny sú stavebnými kameňmi všetkých živých organizmov. Ľudia, zvieratá, rastliny a mikroorganizmy sú všetky vyrobené z bielkovín. Každá časť ľudského tela je postavená z bielkovín. Proteíny tvoria asi 80% suchej hmotnosti svalu, 70% sušiny kože a 90% sušiny krvi.
Proteíny je možné rozdeliť na dve skupiny: štrukturálne proteíny a biologicky aktívne proteíny. Štruktúrne proteíny sú hlavnými zložkami našich orgánov, napr. Kolagén, ktorý sa nachádza v kostiach, šľachách a väzoch a keratín, proteín nechtov, vlasov a peria. Biologicky aktívne proteíny katalyzujú biochemické reakcie v bunkách.
Čo je vo vnútri enzýmov?
Rovnako ako všetky ostatné proteíny, enzýmy sú vyrobené z aminokyselín. Každý enzým sa skladá zo sto až miliónov aminokyselín umiestnených ako perly na reťazci. Každá aminokyselina je viazaná s ďalšími chemickými väzbami. Každý enzým má svoju jedinečnú sekvenciu aminokyselín, ktorá je určená génmi v bunkách. Drvivá väčšina enzýmov je vyrobená z 20 rôznych druhov aminokyselín. Štruktúra a funkcia enzýmu sa určuje poradím aminokyselín.
Vo väčšine enzýmov je reťazec aminokyselín navinutých a zložených tisíckrát, aby vytvorili veľmi zložitú trojrozmernú štruktúru, ktorá je jedinečná pre každý enzým. Jedná sa o chemické interakcie medzi aminokyselinami, ktoré nútia enzýmy do svojej trojrozmernej štruktúry, ktorá je spojená mnohými rôznymi väzbami medzi rôznymi aminokyselinami.
Jedinečná trojrozmerná štruktúra každého enzýmu určuje funkciu enzýmu. Dokonca aj malé zmeny v sekvencii aminokyselín na reťazci majú obrovský vplyv na štruktúru a funkciu proteínu. Len s jednou alebo niekoľkými aminokyselinami nahradenými alebo prepínanými, môže enzým nielen vyzerať odlišne, ale tiež pôsobiť inak a konvertovať na prácu na iných biologických molekulách alebo ich liečiť inak.
Hoci sú enzýmy veľké molekuly so stovkami aminokyselín, iba malá časť enzýmu sa podieľa na katalýze biochemických reakcií. Toto sa nazýva aktívne miesto. Trojrozmerná štruktúra enzýmu určuje vzhľad aktívneho miesta. Aktívne miesto presne prispôsobí tvar biologického substrátu (materiál, na ktorom pôsobí). Enzým a substrát zapadajú spolu ako kľúč do zámku a iba substráty s správnym tvarom sa transformujú enzýmom. To je to, čo robí enzýmy špecifické vo svojej činnosti.
Enzýmové produkty
Vaše telo robí a používa tisícky enzýmov každý deň – takže sa môže zdať divné, že mnohé enzýmy sa predávajú ako výživové doplnky. „Enzýmy“ môžu znieť ako niečo čarovné a v istom zmysle sú. Bunky sú základnou chemickou jednotkou života a robia to, čo robia len preto, že im to umožňujú enzýmy. Enzýmy regulujú prakticky každú chemickú reakciu v našom tele a vo všetkých živých bunkách všade.
Enzýmy sú bielkoviny a robia veci tak, aby sa stali. Keď sa vylučujú do tráviaceho traktu, pomáhajú rozložiť sacharidy, tuky a diétne proteíny a detoxikujú alkohol. Každý enzým je navrhnutý tak, aby robil konkrétnu úlohu – enzýmy nie sú všeobecní pracovníci. „Proteolytické“ enzýmy, ako napríklad pepsín a trypsín, pracujú na proteínoch, amyláza na uhľohydrátoch, lipáza na tukoch. Keď nepomáhajú rozkladať zlúčeniny, pomáhajú ich syntetizovať. Niektoré enzýmy, ako napríklad superoxiddismutáza (SOD), sú antioxidanty.
Potrebujete užívať enzýmy na boj proti tráviacim problémom, ako je plynnatý žalúdok? Ak chcete posilniť imunitu a bojovať proti zápalu? Ak chcete pomôcť vášmu telu vytvoriť nedostatok enzýmov, ktoré sa podľa reklám vyskytujú počas starnutia? Zmierniť artritídu alebo vyliečiť rakovinu? Skóre internetových stránok vás vyzýva k nákupu enzýmov z takýchto dôvodov. „Zlepšenie všeobecného wellness“ je ďalším tvrdením pre enzýmové doplnky. Výrobcovia vás ubezpečia, že moderný svet ničí vaše prírodné enzýmy – že toxíny sú všade a že len tým, že vezmete niečo proti nim, môžete zostať zdravý alebo obnoviť svoje zdravie. Enzýmové produkty môžu pochádzať z orgánov zvierat alebo z rastlín, ako je papaya.
Tieto prostriedky nie sú lacné. Jeden populárny doplnok s názvom Vitalzym, kombinácia enzýmov, stojí asi 40$ mesačne.
Iné enzýmové problémy
V skutočnosti málo poznáme enzýmových doplnkov. Jedným z problémov pri prehĺtaní enzýmov je to, že sú jednoducho proteíny a väčšina bude rozložená a strávená v žalúdku alebo črevách, ako sú ostatné proteíny. Je možné navrhnúť enzýmy, ktoré nebudú zničené žalúdočnými kyselinami; Niektoré, sú z tohto dôvodu entericky potiahnuté. Napriek tvrdeniam výrobcov však neexistuje žiadny dôkaz o tom, že enzýmy, ktoré prehĺtajú, prežijú dostatočne dlho, aby sa dostali do krvného obehu a cestovali do buniek, ktoré by ich mohli potrebovať.
Nedostatočné enzýmové choroby, často genetické, existujú a enzýmová terapia môže byť užitočná. Napríklad lekári môžu predpisovať tráviace enzýmy na ochorenie pankreasu, chronické zápalové ochorenie čriev alebo cystickú fibrózu.
Okrem toho existujú dva lacné, účinné doplnky bez enzýmu, ktoré nepodliehajú predpisu, ktoré fungujú v tráviacom trakte. Jedným z nich je laktáza (značka Lactaid, ale existuje veľa generík). Ak máte neznášanlivosť na laktózu, to znamená, že vaše telo nevytvára dostatok laktázy, enzým, ktorý strávi laktózu (mliečny cukor) – tabliet laktázy užívaný pred pitím mlieka alebo konzumáciou iných mliečnych výrobkov môže zabrániť tráviacemu traktu. Môžete tiež pridať laktázové kvapky do jedla alebo kúpiť mlieko, ktoré už bolo ošetrené laktázou.
A potom sú generiká, ktoré môžu pomôcť znížiť črevný plyn a nadúvanie spôsobené fazuľami a kapustovou zeleninou. Obsahujú enzým nazývaný alfa-galaktozidáza, ktorý rozkladá niektoré z komplexných cukrov (oligosacharidov) v potravinách. Nemáme žiadne intestinálne enzýmy na trávenie týchto oligosacharidov, takže môžu kvasiť v hrubom čreve a spôsobiť plyn. Musíte prehltnúť enzým spolu s fazuľami.
Slová pre múdrych
Žiadny enzýmový doplnok nemôže zvýšiť imunitu, bojovať proti zápalu, potlačiť artritídu alebo zlepšiť celkové zdravie, ako tvrdia niektorí obchodníci. Americká rakovinová spoločnosť tvrdí, že enzýmové doplnky nie sú známe v liečbe alebo prevencii rakoviny. Ak máte ochorenie s nedostatkom enzýmov (iné ako neznášanlivosť na laktóze), mali by ste byť v zdravotnej starostlivosti.
