Enzyme
Les enzymes sont les protéines que le catalysent les réactions chimiques de ( c. accélèrent ) dans des réactions enzymatiques, les molécules de que au début du processus s'appellent les substrats , et l'enzyme les convertit en différentes molécules, les produits. Presque tous les processus dans une cellule biologique ont besoin d'enzymes afin de se produire aux taux significatifs. Puisque les enzymes sont extrêmement sélectives pour leurs substrats et accélèrent seulement quelques réactions de parmi beaucoup de possibilités, l'ensemble d'enzymes faites dans une cellule détermine quelles voies métaboliques se produire en cette cellule.
Comme tous les catalyseurs, les enzymes fonctionnent à côté d'abaisser l'énergie d'activation ( E a ou ‡ de de G de Δ) pour une réaction, de ce fait nettement accélérant le taux de la réaction. La plupart des taux de réaction enzymique sont des millions de périodes plus rapidement que ceux des réactions uncatalyzed comparables. Comme avec tous les catalyseurs, des enzymes ne sont pas consommées par les réactions qu'elles catalysent, ni elles changent l'équilibre de ces réactions. Cependant, les enzymes diffèrent de la plupart des autres catalyseurs en étant beaucoup plus spécifiques. Des enzymes sont connues pour catalyser environ 4.000 réactions biochimiques. Bien que presque toutes les enzymes soient des protéines, non tous les catalyseurs biochimiques sont des enzymes, puisque quelques molécules de l'ARN appelées le Ribozymes catalysent également des réactions. Les molécules synthétiques ont appelé le les enzymes artificielles que montrent également enzyme-comme la catalyse. L'activité enzymatique peut être affectée par d'autres molécules. Les inhibiteurs sont des molécules qui diminuent l'activité enzymatique ; les activateurs sont des molécules qui augmentent l'activité. Beaucoup de drogues et poisons sont des inhibiteurs d'enzyme. L'activité est également affectée par la température , l'environnement chimique (par exemple pH ), et la concentration en du substrat. Quelques enzymes sont employées commercialement, par exemple, dans la synthèse des antibiotiques en outre, quelques enzymes d'utilisation de produits de ménage pour accélérer des réactions biochimiques (le par exemple , enzymes dans les poudres à laver biologiques décomposent de grosses taches de protéine ou de sur des vêtements ; les enzymes dans des attendrisseurs de viande de décomposent des protéines, facilitant la viande pour mâcher). Au 19ème siècle, en étudiant la fermentation du sucre à l'alcool par la levure , le Louis Pasteur est arrivé à la conclusion que cette fermentation a été catalysée par une force essentielle contenue dans les cellules de levure appelées le " ; le fermente le " de ; , qui ont été pensés pour fonctionner seulement dans la matière organique. Il a écrit ce " ; la fermentation alcoolique est un acte corrélé avec la vie et l'organisation des cellules de levure, pas avec la mort ou la putréfaction du cells." ; Dans le allemand Wilhelm Kühne (1837-1900) du physiologiste 1878 a employé la première fois l'enzyme de de limite, qui vient du " grec du ενζυμον de du ; dans le leaven" ; , pour décrire ce processus. L'enzyme mot a été employée plus tard pour se rapporter aux substances nonliving telles que la pepsine , et au ferment mot employé pour se rapporter à l'activité chimique produite par les organizations vivantes. En le 1897 Eduard Buchner a commencé à étudier la capacité des extraits de levure qui ont manqué de toutes les cellules de levure vivantes pour fermenter le sucre. Dans une série d'expériences à l'université de de Berlin , il a constaté que le sucre a été fermenté même lorsqu'il n'y avait aucune cellule de levure vivante dans le mélange. Il a appelé l'enzyme qui a provoqué la fermentation du " de sucrose ; " de la zymase ;. En 1907 il a reçu le prix Nobel de dans le " de la chimie ; pour sa recherche biochimique et sa découverte de fermentation" sans cellule ;. L'exemple de Buchner suivant ; des enzymes sont habituellement appelées selon la réaction qu'elles effectuent. Typiquement le de suffixe - l'ase est ajouté au nom du substrat ( par exemple de , la lactase est l'enzyme qui fend le lactose ) ou du type de réaction (le par exemple , l'ADN polymérase De forme des polymères d'ADN). Après avoir prouvé que les enzymes pourraient fonctionner en dehors d'une cellule vivante, la prochaine étape était de déterminer leur nature biochimique. Beaucoup de premiers ouvriers ont noté que l'activité enzymatique a été associée aux protéines, mais plusieurs scientifiques (tels que Richard Willstätter de Prix Nobel) ont argué du fait que les protéines étaient simplement des porteurs pour les enzymes vraies et que le intrinsèquement de protéines étaient incapable de la catalyse. Cependant, en 1926, le James B. Sumner a prouvé que l'urease d'enzymes était une protéine pure et cristallisé lui ; Sumner a fait de même pour la catalase d'enzymes en 1937. La conclusion que les protéines pures peuvent être des enzymes a été définitivement prouvée par le Northrop et le Stanley , qui ont travaillées à la pepsine d'enzymes digestives (1930), à la trypsine et à la chymotrypsine. Ces trois scientifiques ont été attribués le prix 1946 Nobel en chimie. Cette découverte que des enzymes pourraient être cristallisées par la suite a permis à leurs structures d'être résolues par la cristallographie de rayon X de . C'était premier fait pour le lysozyme , une enzyme trouvée en larmes, la salive et les blancs d'oeuf qui digère l'enduit de quelques bactéries ; la structure a été résolue par un groupe mené par le David Chilton Phillips et édité en 1965. Cette structure à haute résolution de lysozyme a marqué le commencement du champ de la biologie structurale et de l'effort de comprendre comment les enzymes fonctionnent à un niveau de détail atomique. Les enzymes sont généralement les protéines globulaires et s'étendent de juste 62 résidus d'acide aminé dans la taille, pour le monomère du tautomerase d'oxalocrotonate du 4, jusqu'plus de 2.500 résidus dans le synthase animal d'acide gras de . Un nombre restreint de catalyseurs biologiques ARN-basés existent, avec être le plus commun le ribosome , ceux-ci ou désigné sous le nom des ARN-enzymes de , ou le Ribozymes les activités des enzymes sont déterminés par leur structure tridimensionnelle . La plupart des enzymes sont beaucoup plus grandes que les substrats qu'elles agissent dessus, et seulement une petite partie de l'enzyme (environ 3-4 acides aminés est directement impliqués dans la catalyse. La région qui contient ces résidus catalytiques, lie le substrat, et puis effectue la réaction est connue comme emplacement actif . Les enzymes peuvent également contenir les emplacements qui lient les cofacteurs , qui sont nécessaires pour la catalyse. Quelques enzymes ont également les accepteurs pour les petites molécules, qui sont souvent les produits directs ou du ou les substrats indirects de la réaction catalysée. Cette attache peut servir à augmenter ou diminuer l'activité enzymatique, prévoir des moyens le règlement de la rétroaction . Comme toutes les protéines, des enzymes sont faites en tant que longtemps, les chaînes linéaires des acides aminés qui le pli pour fabriquer un produit tridimensionnel . Chaque ordre d'acide aminé unique produit une structure spécifique, qui a les propriétés uniques. Les différentes chaînes de protéine peuvent parfois grouper ensemble pour former une protéine complexe de . La plupart des enzymes peuvent être dénaturés par - c., dévoilé et inactiver-par le chauffage, qui détruit la structure tridimensionnelle de la protéine. Selon l'enzyme, la dénaturation peut être réversible ou irréversible. Certaines des enzymes montrant la spécificité et l'exactitude les plus élevées sont impliquées dans la copie et l'expression du génome . Ces enzymes ont le " ; preuve-reading" ; mécanismes. Ici, une enzyme telle que l'ADN polymérase De catalyse une réaction dans une première étape et puis des contrôles que le produit est correct dans une deuxième étape. Ce résultats de processus en deux étapes dans des taux d'erreur moyenne de plus moins de 1 erreur dans 100 millions de réactions en polymérases mammifères du de haute fidélité . Des mécanismes de correction sur épreuves semblables sont également trouvés dans l'ARN polymérase , les synthétases ref> de tRNA d'Aminoacyl de et des ribosomes Quelques enzymes qui produisent les métabolites secondaires sont décrites comme promiscueuses, car elles peuvent agir sur une gamme relativement large de différents substrats. On lui a suggéré que cette large spécificité de substrat soit importante pour l'évolution de nouvelles voies biosynthétiques. Intéressant, cet effet entropique implique la déstabilisation de l'état fondamental, et sa contribution à la catalyse est relativement petite. Il devrait clarifier, cependant, que les processus dépendant du temps dynamiques ne sont pas susceptibles d'aider à accélérer des réactions enzymatiques, puisque de tels mouvements randomisent et la constante de taux est déterminée par la probabilité (p) d'atteindre l'état de transition, (P = exp {‡ voient également : Cofacteur de (biochimie) , du coenzyme Un exemple d'une enzyme qui contient un cofacteur est l'anhydrase carbonique , et est montré dans le diagramme de ruban ci-dessus avec du cofacteur de zinc lié en tant qu'élément de son emplacement actif. Ces serré-bondir les molécules sont habituellement trouvés dans l'emplacement actif et sont impliqués dans la catalyse. Par exemple, le flavin et les cofacteurs de heme sont souvent impliqués dans des réactions redox du . Les enzymes qui exigent un cofacteur mais n'ont pas une limite s'appellent les apoenzymes de . Un apoenzyme ainsi que ses cofacteurs s'appelle un holoenzyme de (c'est la forme active). La plupart des cofacteurs ne sont pas en covalence attachés à une enzyme, mais sont très étroitement liés. Cependant, des groupes prosthétiques organiques peuvent être en covalence liés ( par exemple , pyrophosphate de thiamine de dans la déshydrogénase de pyruvate de d'enzymes). Puisque des coenzymes sont chimiquement changés par suite de l'action enzymatique, il est utile de considérer comme étant des coenzymes une classe spéciale des substrats, ou des deuxièmes substrats, qui sont communs à beaucoup de différentes enzymes. Par exemple, environ 700 enzymes sont connues pour employer le coenzyme nadh. Des coenzymes sont habituellement régénérés et leurs concentrations sont maintenues à un niveau régulier à l'intérieur de la cellule : par exemple, NADPH est régénéré par la voie de phosphate de pentose de et le S - adenosylmethionine par adenosyltransferase de méthionine. En tant que tous les catalyseurs, les enzymes ne changent pas la position de l'équilibre chimique de la réaction. Habituellement, en présence d'une enzyme, la réaction fonctionne dans la même direction qu'elle sans enzyme, juste plus rapidement. Cependant, en l'absence de l'enzyme, autre uncatalyzed possible, " ; spontaneous" ; les réactions pourraient mener à différents produits, parce qu'en ces conditions ce produit différent est formé plus rapidement. En outre, les enzymes peuvent coupler deux réactions ou plus, de sorte qu'une réaction thermodynamiquement favorable puisse être employée au " ; drive" ; thermodynamiquement défavorable. Par exemple, l'hydrolyse du triphosphate d'adénosine est employée souvent pour conduire d'autres réactions chimiques. Les enzymes catalysent les réactions vers l'avant et en arrière également. Elles ne changent pas l'équilibre lui-même, mais seulement la vitesse à laquelle il est atteint. Par exemple, l'anhydrase carbonique catalyse sa réaction dans l'une ou l'autre direction selon la concentration de ses réactifs. (dans tissus ; (dans de la basse CO2 concentration en poumons ) Néanmoins, si l'équilibre est considérablement déplacé dans une direction, c., dans très une réaction Exergonic du , la réaction est le effectivement irréversible. Dans ces conditions l'enzyme, en fait, seulement catalyser la réaction dans la direction thermodynamiquement permise. voient également : la cinétique d'enzymes de La cinétique d'enzymes est la recherche sur la façon dont les enzymes lient des substrats et les transforment en produits. Les données de taux utilisées dans des analyses cinétiques sont obtenues à partir des titrages de l'enzyme En le 1902 Victor Henri a proposé une théorie quantitative de cinétique d'enzymes, mais ses données expérimentales n'étaient pas utiles parce que la signification de la concentration d'ions d'hydrogène n'a pas été encore appréciée. Après que le Peter Lauritz Sørensen ait défini le logarithmique pH-mesurer et présenter le concept de protéger dans 1909 le allemand Leonor Michaelis de chimiste et son canadien Maud Leonora Menten de postdoc a répété les expériences de Henri et a confirmé son équation qui désigné sous le nom de la cinétique (parfois aussi cinétique de Henri-Michaelis-Menten de de Michaelis-Menten de ). Leur travail a été encore développé par le G. Haldane , qui ont dérivé les équations cinétiques qui sont encore employées couramment aujourd'hui. La contribution principale de Henri était de penser aux réactions enzymiques dans deux étapes. Dans le premier, le substrat lie réversiblement à l'enzyme, formant le complexe d'enzyme/substrate. Ceci s'appelle parfois le complexe de Michaelis. L'enzyme alors catalyse l'étape chimique dans la réaction et libère le produit. Les enzymes peuvent catalyser jusqu'à plusieurs million de réactions par seconde. Par exemple, la réaction catalysée par le Orotidine 5 ' - le décarboxylase de phosphate consommera la moitié de son substrat en 78 millions d'ans si aucune enzyme n'est présente. Cependant, quand le décarboxylase est ajouté, le même processus prend juste 25 millisecondes. Les taux d'enzymes dépendent des états de solution et de la concentration en substrat. Les conditions qui dénaturent la protéine suppriment l'activité enzymatique, telle que des températures, des extrémités du pH ou des concentrations élevées en sel, tout en élevant la concentration en substrat tend à augmenter l'activité. Pour trouver la vitesse maximum d'une réaction enzymatique, la concentration en substrat est augmentée jusqu'à ce qu'un taux constant de formation de produit soit vu. Ceci est montré dans la courbe de saturation du côté droit. La saturation se produit parce que, à mesure que la concentration en substrat augmente, de plus en plus de l'enzyme libre est converti en substrat-bondissent la forme d'es. À la vitesse maximum ( V max) de l'enzyme, tous les emplacements à enzymes actives sont liés au substrat, et la quantité de complexe d'es est identique que le montant total de l'enzyme. Cependant, le V max est seulement une constante cinétique des enzymes. La quantité de substrat a dû réaliser un taux indiqué de réaction est également importante. Ceci est donné par le Michaelis-Menten constant ( K m), qui est la concentration en substrat exigée pour qu'une enzyme atteigne un demi- de sa vitesse maximum. Chaque enzyme a un caractéristique K m pour un substrat donné, et ceci peut montrer comment fortement l'attache du substrat est à l'enzyme. Une autre constante utile est le k cat, qui est le nombre de molécules de substrat manipulées par un emplacement actif par seconde. L'efficacité d'une enzyme peut être exprimée en termes de K m du k cat/. Ceci également s'appelle la spécificité constante et incorpore les constantes de taux de pour toutes les étapes dans la réaction. Puisque la constante de spécificité reflète l'affinité et la capacité catalytique, il est utile pour comparer différentes enzymes les uns contre les autres, ou la même enzyme à différents substrats. Le maximum théorique pour la constante de spécificité s'appelle la limite de diffusion et est au sujet de 108 à 109 (M-1 s-1). En ce moment chaque collision de l'enzyme avec son substrat aura comme conséquence la catalyse, et le taux de formation de produit n'est pas limité par le taux de réaction mais par le taux de diffusion. Des enzymes avec cette propriété s'appellent le catalytiquement parfait de ou le cinétiquement parfait. L'exemple de telles enzymes sont l'isomérase de triose-phosphate de , l'anhydrase carbonique , le Acetylcholinesterase , la catalase , la fumarase, le β-lactamase, et la dismutase de superoxyde de . La cinétique de Michaelis-Menten se fonde sur la loi de de l'action de masse , qui est dérivée des acceptations de la diffusion libre et de la collision aléatoire thermo-dynamique-conduite. Cependant, beaucoup de processus biochimiques ou cellulaires dévient de manière significative de ces conditions, en raison des concentrations très élevées, de la phase-séparation de l'enzyme/du substrat/du produit, ou d'un ou bidimensionnel mouvement moléculaire. Dans ces situations, une cinétique de Michaelis-Menten de de la fractale peut être appliquée. Quelques enzymes fonctionnent avec la cinétique qui est plus rapide que les taux de diffusion, qui sembleraient être impossibles. Plusieurs mécanismes ont été appelés pour expliquer ce phénomène. Quelques protéines sont censées pour accélérer la catalyse en dessinant leur substrat dedans et pré-en les orientant en employant les champs électriques dipolaires. D'autres modèles appellent un quantum-mécanique perçant un tunnel l'explication de , par lequel un proton ou un électron puisse percer un tunnel par des barrières d'activation, bien que pour le proton le perçage d'un tunnel de ce modèle reste quelque peu controversé. On a observé Quantum perçant un tunnel pour des protons en tryptamine . Ceci suggère que la catalyse d'enzymes puisse plus exactement être caractérisée comme " ; par le barrier" ; plutôt que le modèle traditionnel, qui exige des substrats d'aller " ; over" ; une barrière d'énergie abaissée. voient également : l'inhibiteur d'enzyme Des taux de réaction enzymique peuvent être diminués par de divers types d'inhibiteurs d'enzyme Dans l'inhibition concurrentielle, l'inhibiteur et le substrat concurrencent pour l'enzyme (c., ils ne peuvent pas lier en même temps). Les inhibiteurs souvent concurrentiels ressemblent fortement au vrai substrat de l'enzyme. Par exemple, le Methotrexate est un inhibiteur concurrentiel de la réductase de Dihydrofolate de d'enzymes, qui catalyse la réduction du dihydrofolate au tetrahydrofolate . La similitude entre les structures de l'acide folique et cette drogue sont montrées dans la figure au fond de la droite de . Noter que lier du pas du besoin d'inhibiteur soit à l'accepteur de substrat (comme fréquemment indiqué), si lier de l'inhibiteur change la conformation de l'enzyme pour empêcher l'attache et le vice versa de substrat. Dans l'inhibition concurrentielle la vitesse maximale de la réaction n'est pas changée, mais des concentrations plus élevées en substrat sont exigées pour atteindre une vitesse donnée, augmentant le Km apparent. ; Inhibition non compétitive Dans l'inhibition non compétitive l'inhibiteur ne peut pas lier à l'enzyme libre, mais seulement au l'Es-complexe. L'EIS-complexe formé ainsi est enzymatiquement inactif. Ce type d'inhibition est rare, mais peut se produire en enzymes multimeric. Les inhibiteurs non-compétitifs peuvent ne jamais lier à l'enzyme en même temps que le substrat, c. ils grippage du à l'emplacement actif. Les complexes d'E-I et d'EIS sont enzymatiquement inactifs. Puisque l'inhibiteur ne peut pas être conduit par l'enzyme par une concentration plus élevée en substrat (contrairement à l'inhibition concurrentielle), le Vmax apparent change. Mais parce que le substrat peut encore lier à l'enzyme, le Km reste la même chose. Ce type d'inhibition ressemble au non-compétitif, sauf que l'EIS-complexe a l'activité enzymatique résiduelle. Dans beaucoup d'organizations les inhibiteurs peuvent agir en tant qu'élément d'un mécanisme de la rétroaction . Si une enzyme produit trop d'une substance dans l'organization, cette substance peut agir en tant qu'inhibiteur pour l'enzyme au début de la voie qui le produit, faisant ralentir ou arrêter la production de la substance quand il y a quantité suffisante. C'est une forme de la rétroaction négative . Les enzymes qui sont sujettes à cette forme de règlement sont souvent multimeric et ont les accepteurs allostériques pour les substances de normalisation. Leur le substrat/parcelles de terrain de vitesse ne sont pas hyperbolar, mais sigmoïdaux (en forme de s). Les inhibiteurs irréversibles réagissent avec de l'enzyme et forment un additif covalent du avec la protéine. L'inactivation est irréversible. Ces composés incluent le Eflornithine une drogue employée pour traiter la maladie de sommeil parasite de de la maladie . La pénicilline et le Aspirin agissent également de cette manière. Avec ces drogues, le composé est lié dans l'emplacement actif et l'enzyme puis convertit l'inhibiteur en forme activée qui réagit irréversiblement avec un ou plusieurs résidus d'acide aminé. Un exemple d'un inactivator étant employé car une drogue est un Aspirin , qui empêche les enzymes du COX-1 et du COX-2 qui produisent la prostaglandine de messager de l'inflammation , de ce fait supprimant la douleur et l'inflammation. Le cyanure de poison est un inactivator irréversible d'enzymes que les cartels avec le cuivre et le fer dans l'emplacement actif de l'oxydase du cytochrome c de d'enzymes et bloque la respiration cellulaire . Une fonction importante des enzymes est dans les systèmes digestifs des animaux. Les enzymes telles que les amylases et les protéases décomposent de grandes molécules (amidon ou protéines respectivement) en le plus petit, ainsi elles peuvent être absorbées par les intestins. Des molécules d'amidon, par exemple, sont trop grandes pour être absorbées de l'intestin, mais les enzymes hydrolysent les chaînes d'amidon en plus petites molécules telles que le maltose et par la suite le glucose , qui peuvent alors être absorbés. Les différentes enzymes digèrent différentes substances de nourriture. Chez les ruminants qui ont un herbivore suit un régime, des micro-organismes dans le produit d'intestin une autre enzyme, la cellulase pour décomposer les murs du cellule de cellulose de la fibre d'usine. Plusieurs enzymes peuvent fonctionner ensemble dans un ordre spécifique, créant les voies métaboliques dans une voie métabolique, une enzyme prend le produit d'une autre enzyme comme substrat. Après la réaction catalytique, le produit est alors passé dessus à une autre enzyme. Parfois plus d'une enzyme peut catalyser la même réaction en parallèle, ceci peut permettre un règlement plus complexe : par exemple la basse activité constante étant fourni par une enzyme mais un de forte activité induisible d'une deuxième enzyme. Les enzymes déterminent quelles étapes se produisent dans ces voies. Sans enzymes, le métabolisme ni ne progresserait par les mêmes étapes, ni être assez rapidement de servir les besoins de la cellule. En effet, une voie métabolique telle que la glycolyse n'a pas pu exister indépendamment des enzymes. Le glucose, par exemple, peut réagir directement avec le triphosphate d'adénosine pour devenir le phosphorylé à un ou plusieurs de ses carbones. En l'absence des enzymes, ceci se produit tellement lentement quant à soit insignifiant. Cependant, si le Hexokinase est ajouté, ces réactions lentes continuent à avoir lieu sauf que la phosphorylation au carbone 6 se produit tellement rapidement que si le mélange est examiné une brève durée plus tard, le Glucose-6-phosphate s'avère le seul produit significatif. En conséquence, le réseau des voies métaboliques dans chaque cellule dépend de l'ensemble d'enzymes fonctionnelles qui sont présentes. (transcription et traduction des gènes d'enzymes) peut être augmentée ou diminuée par une cellule en réponse aux changements de l'environnement des cellules. Cette forme du règlement de gène de s'appelle l'induction enzymatique de et l'inhibition . Par exemple, les bactéries peuvent devenir résistant aux antibiotiques tel que la pénicilline parce qu'on induit des enzymes appelées le Bêta-lactamases qui hydrolysent l'anneau crucial de bêta-lactame de dans la molécule de pénicilline. Un autre exemple sont des enzymes dans le foie appelé les oxydases du cytochrome P450 de qui sont importantes dans le métabolisme de drogue de . L'induction ou l'inhibition de ces enzymes peut causer le Un exemple est le type le plus commun de phénylcétonurie . Une mutation d'un acide aminé simple dans l'hydroxylase de phénylalanine de d'enzymes, qui catalyse la première étape dans la dégradation de la phénylalanine , a comme conséquence l'habillage de la phénylalanine et des produits connexes. Ceci peut mener au retardement mental si la maladie est non traitée. Un autre exemple est quand les mutations de Germline de dans les gènes codant pour des enzymes de la réparation d'ADN de causent des syndromes héréditaires de cancer tels que le pigmentosum de Xeroderma de . Les défauts en ces enzymes causent le cancer puisque le corps peut moins réparer des mutations dans le génome. Ceci cause une accumulation lente des mutations et des résultats dans le développement de beaucoup de types de cancer dans la victime. L'union internationale de de la biochimie et la biologie moléculaire ont développé une nomenclature pour des enzymes, le de des nombres de l'EC de de ; chaque enzyme est décrite par un ordre de quatre nombres précédés par le " ; EC" ;. Le premier nombre classifie largement l'enzyme basée sur son mécanisme : La classification supérieure est .
Étymologie et histoire
< ! -- Note : Des titres et les titres d'article ne sont pas profités de Wikipedia --> Dès les 1700s en retard et les 1800s tôt, la digestion de la viande par des sécrétions d'estomac et la conversion de l'amidon en sucres par les extraits et la salive d'usine de ont été connues. Cependant, le mécanisme par lequel ceci s'est produit n'avait pas été identifié. Structures et mécanismes
Catalyse d'enzymes Spécificité
Les enzymes sont habituellement très spécifiques quant à quelles réactions elles catalysent et les substrats qui sont impliqués dans ces réactions. La forme, la charge et le complémentaires hydrophile/caractéristiques hydrophobes du des enzymes et des substrats sont responsables de cette spécificité. Les enzymes peuvent également montrer les niveaux impressionnants du Stereospecificity , du Regioselectivity et du Chemoselectivity . " ; Serrure et key" ; modèle
Les enzymes sont très spécifiques, et il a été suggéré par le Emil Fischer en 1894 que c'ait été parce que l'enzyme et le substrat possèdent les formes géométriques complémentaires spécifiques qui s'insèrent exactement dans une une autre. Ceci désigné souvent sous le nom du " ; la serrure et le key" ; modèle. Cependant, alors que ce modèle explique la spécificité d'enzymes, il n'explique pas la stabilisation du déclarer de transition que les enzymes réalisent. Le " ; serrure et key" ; le modèle a prouvé qu'imprécis et le modèle convenable induit est le chiffre le plus actuellement admis d'enzyme-substrat-coenzyme. Modèle convenable induit
En le 1958 Daniel Koshland a suggéré une modification au modèle de serrure et principal : puisque les enzymes sont les structures plutôt flexibles, l'emplacement actif est continuellement remodelé par des interactions avec le substrat pendant que le substrat agit l'un sur l'autre avec de l'enzyme. En conséquence, le substrat ne lie pas simplement à un emplacement actif rigide, les chaînes latérales d'acide aminé qui composent l'emplacement actif sont moulées dans les positions précises qui permettent à l'enzyme de remplir sa fonction catalytique. Dans certains cas, comme des glycosidases, la molécule de substrat se déforme également légèrement pendant qu'elle entre dans l'emplacement actif. L'emplacement actif continue à changer jusqu'à ce que le substrat soit complètement lié, lequel au point la forme et la charge finales est déterminée. Mécanismes
Les enzymes peuvent agir de plusieurs manières, qui abaissent le ‡ de ΔG :
L'abaissement de l'énergie d'activation en créant un environnement dans lequel l'état de transition est stabilisé (par exemple tendant la forme d'un substrat - en liant la conformation de transition-état des molécules de substrat/produit, l'enzyme tord les substrats attachés dans leur forme d'état de transition, réduisant de ce fait la quantité d'énergie exigée pour accomplir la transition).
Abaissant l'énergie de l'état de transition, mais sans tordre le substrat, en créant un environnement avec la distribution de charge opposée à celle de l'état de transition.
Fourniture d'une voie alternative. Par exemple, temporairement réagissant avec le substrat pour former un complexe intermédiaire d'es, qui serait impossible en l'absence de l'enzyme.
En réduisant l'entropie de réaction changer en réunissant des substrats dans l'orientation correcte pour réagir. Considérer le ‡ de ΔH seul donne sur cet effet. Stabilisation d'état de transition
L'arrangement d'origine de la réduction du ‡ de ΔG exige d'on de découvrir comment les enzymes peuvent stabiliser son état de transition davantage que l'état de transition de la réaction uncatalyzed. Apparemment, la plupart de façon efficace pour atteindre la grande stabilisation est l'utilisation des effets électrostatiques, en particulier, en ayant un environnement polaire relativement fixe qui est orienté vers la distribution de charge de l'état de transition. Un tel environnement n'existe pas dans la réaction uncatalyzed dans l'eau. Dynamique et fonction
Les investigations récentes ont fourni de nouvelles perspicacités dans le raccordement entre la dynamique interne des enzymes et leur mécanisme de catalyse. La dynamique interne des enzymes est décrite comme mouvement des parties internes (acides aminés de par exemple , un groupe d'acides aminés, une région de boucle, une alpha spirale, bêta-feuilles voisines ou même domaine entier) de ces biomolécules, qui peuvent se produire à de divers calendriers s'étendant des femtosecondes aux secondes. Les réseaux des résidus de protéine dans toute la structure des enzymes peuvent contribuer à la catalyse par des mouvements dynamiques. Les mouvements de protéine sont essentiels à beaucoup d'enzymes, mais si les petites et rapides vibrations ou les plus grands et plus lents mouvements conformationnels sont plus importants dépendent du type de réaction impliqué. Ces nouvelles perspicacités ont également des implications en effets allostériques d'arrangement et nouvelles drogues se développantes. Modulation allostérique
Les enzymes allostériques du changent leur structure en réponse à l'attache des effecteur . La modulation peut être directe, où l'effecteur lie directement aux accepteurs dans l'enzyme, ou indirecte, où l'effecteur lie à d'autres protéines ou sous-unités de protéine de qu'interactif avec de l'enzyme allostérique et influencer ainsi l'activité catalytique. Cofacteurs et coenzymes
Cofacteurs
Quelques enzymes n'ont besoin d'aucun composant additionnel pour montrer la pleine activité. Cependant, d'autres exigent des molécules sans protéines appelées les cofacteurs d'être liées pour l'activité. Les cofacteurs peuvent être l'un ou l'autre inorganique ( par exemple , ions en métal et faisceaux de Fer-soufre de ou composés organiques , (par exemple, Flavin et Heme ). Les cofacteurs organiques peuvent être l'un ou l'autre groupes prosthétiques , qui sont étroitement liés à une enzyme, ou coenzymes qui sont libérés de l'emplacement actif des enzymes pendant la réaction. Les coenzymes incluent le nadh , le NADPH et le triphosphate d'adénosine . Ces molécules agissent de transférer les groupes chimiques entre les enzymes. Coenzymes
Les coenzymes sont de petites molécules organiques qui transportent les groupes chimiques d'une enzyme à l'autre. Certains de ces produits chimiques tels que la riboflavine , la thiamine et l'acide folique sont les vitamines , c'est quand ces composés ne peuvent pas être faits dans le corps et doivent être acquis du régime. Les groupes chimiques portés incluent l'ion de l'hydrure (H-) porté par NAD ou NADP+ , le groupe d'acétyle porté par le coenzyme A , formyle, methenyl ou groupes méthyliques portés par l'acide folique et le groupe méthylique porté par le S-adenosylmethionine . Thermodynamique
Cinétique
Inhibition
Utilisations des inactivators
Les inhibiteurs sont employés souvent comme drogues, mais ils peuvent également agir en tant que poisons. Cependant, la différence entre une drogue et un poison est habituellement seulement une question de quantité, puisque la plupart des drogues sont toxiques à un certain niveau, comme le Paracelsus a écrit, " ; Le dans toutes les choses il y a un poison, et il n'y a rien sans poison. " de ; Également, les antibiotiques et d'autres drogues anti-infectantes sont juste des poisons spécifiques qui tuent un microbe pathogène mais non son centre serveur . Fonction biologique
Les enzymes servent une large variété des fonctions à l'intérieur de la matière organique. Elles sont indispensables pour la transduction de signal de et règlement de cellules, souvent par l'intermédiaire des kinases et des phosphatases elles produisent également du mouvement, avec de la myosine hydrolysant le triphosphate d'adénosine pour produire de la contraction de muscle de et déplaçant également la cargaison autour de la cellule en tant qu'élément du cytosquelette . D'autres atpases dans la membrane de cellules sont les pompes d'ion impliquées dans le transport actif . Des enzymes sont également impliquées dans des fonctions plus exotiques, telles que le Luciferase produisant de la lumière dans les lucioles . Les virus peuvent également contenir des enzymes pour infecter des cellules, telles que l'integrase d'HIV de et le transcriptase renversé , ou pour le dégagement viral des cellules, comme la neuraminidase de virus de la grippe . Commande d'activité
Il y a cinq manières principales que l'activité enzymatique est commandée dans la cellule. la production d'enzymes de de Participation dans la maladie
Puisque la commande serrée de l'activité enzymatique est essentielle pour l'homéostasie , n'importe quel défaut de fonctionnement (mutation, surproduction, underproduction ou suppression) d'une enzyme critique simple peut mener à une maladie génétique . L'importance des enzymes est montrée par le fait qu'une maladie mortelle peut être provoquée par le défaut de fonctionnement de juste un type d'enzyme hors des milliers de types actuels dans nos corps. Conventions de nomination
Le nom des enzymes est souvent dérivé de son substrat ou de la réaction chimique qu'il catalyse, à la fin de mot dans le - l'ase . Les exemples sont la lactase , la déshydrogénase d'alcool de et l'ADN polymérase De . Ceci peut avoir comme conséquence différentes enzymes, appelées les isoenzymes, avec la même fonction ayant le même nom de base. Les isoenzymes ont un ordre d'acide aminé différent et pourraient être distinguées par leur optimal pH , propriétés cinétiques ou immunologiquement. En outre, la réaction physiologique normale qu'une enzyme catalyse peut ne pas être identique que dans des conditions artificielles. Ceci peut avoir comme conséquence la même enzyme étant identifiée avec deux noms différents. L'isomérase de glucose de du par exemple , employée industriellement pour convertir le glucose en fructose d'édulcorant, est un in vivo d'isomérase de xylose.
Oxydoréductases de l'EC 1 ': catalyser les réactions de l'oxydation /reduction de
Transférases de l'EC 2 ': transférer un groupe fonctionnel (le de de par exemple par groupe de méthyle ou de phosphate)
Hydrolases de l'EC 3 ': catalyser l'hydrolyse de divers liens
Lyases de l'EC 4 ': fendre les divers liens par des moyens autres que l'hydrolyse et l'oxydation
Isomérases de l'EC 5 ': catalyser les changements de l'isomérisation dans une molécule simple
Ligases de l'EC 6 ': joindre deux molécules avec les liaisons covalentes Applications industrielles
Des enzymes sont employées dans l'industrie chimique et d'autres applications industrielles quand des catalyseurs extrêmement spécifiques sont exigés. Cependant, des enzymes en général sont limitées dans le nombre de réactions qu'elles ont évolué pour catalyser et également par leur manque de stabilité dans les dissolvants organiques et à températures élevées. En conséquence, la technologie de protéine de est un domaine de recherche actif et implique des tentatives de créer de nouvelles enzymes avec les propriétés originales, l'une ou l'autre par la conception raisonnable ou évolution in vitro du . Voir également
Liste de des enzymes
Titrage de l'enzyme
Catalyse d'enzymes de
ARN Biocatalysis
Enzymes de SUMO de
Base de données du Ki
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