ENZIME
Enzimele sunt biocatalizatori, reprezentand o clasa speciala de molecule dotate cu activitate catalitica. Sintetizate de catre celula vie, enzimele catalizeaza ansamblul de reactii chimice termodinamic posibile, conditionand desfasurarea, coordonarea si autoreglarea acestor reactii specifice materiei vii. Ca orice catalizator, enzimele sunt substan&# 444d34e 355;e care modifica cinetica reactiilor pe care le catalizeaza, participa in cantitati extrem de mici la aceste reactii si nu se transforma in cursul desfasurarii acestora.
Enzimele catalizeaza miile de reactii biochimice de sinteza si degradare care constituie metabolismul.
Fiind catalizatori de natura proteica, structura lor chimica de ansamblu reprezinta un edificiu macromolecular complex determinat de nivelurile de organizare structurala a proteinelor. Totodata, enzimele poseda proprietatile generale fizice si chimice ale proteinelor. Enzimele sunt constituite dintr-o parte proteica, numita apoenzima, si una neproteica, numita coenzima sau grupare prostetica.
Fiind o clasa speciala de molecule proteice, se caracterizeaza-sub aspect structural-prin doua trasaturi generale distinctive:
existenta unor particularitati structurale specifice care le confera activitate catalitica; astfel enzimele poseda in structura lor anumite zone, numite, cu o secventa de aminoacizi si o conformatie caracteristice, zone care sunt esentiale pentru manifestarea activitatii catalitice(situs catalitic) sau pentru functia de reglare(situs allosteric)
existenta unei configuratii structurale spatiale a moleculei, configuratie care este responsabila sau contribuie la manifestarea activitatii enzimatice.
Una din cele mai remarcabile proprietati ale enzimelor este capacitatea lor de a actiona preferential numai asupra unor anumite substraturi, proprietate denumita specificitate enzimatica. Intre situsul catalitic al enzimei si substratul de reactie se produce o interactiune specifica ce sta la baza catalizei enzimatice.
Enzimele micsoreaza energia de activare a reactantilor si inlesnesc infaptuirea reactiilor la temperaturi mai joase.
Cinetica reactiilor enzimatice, respectiv viteza de reactie este dependenta de o serie de factori, si anume: concentratia enzimei, concentratia substratului, afinitatea enzimei pentru substrat, temperatura, pH-ul, efectorii enzimatici(activatori si inhibitori ai enzimelor).
Activitatea catalitica a enzimelor este mult mai puternica decat a catalizatorilor chimici obisnuiti. Astfel, o amilaza hidrolizeaza in cateva minute o solutie diluata de amidon, pe cand in prezenta de acid clorhidric, la temperatura obisnuita, aceasta hidroliza se realizeaza in cateva zile. De asemenea, catalaza, descompune apa oxigenata mult mai intens decat ionii de fier.
Influenta temperaturii asupra activitatii enzimelor se manifesta in felul urmator: la temperaturi relativ joase, o urcare a temperaturii produce o crestere a vitezei de reactie pana la o anumita temperatura optima, la care viteza este maxima. Peste aceasta temperatura optima, o urcare a temperaturii produce o scadere a vitezei de reactie, iar la temperaturi mai inalte (50-800C) se produce o denaturare a componentei proteice, care are ca urmare o completa inactivare ireversibila a enzimei.
Majoritatea enzimelor au o temperatura optima intre 20 - 400C. La temperaturi sub 00C, activitatea enzimelor scade foarte mult, fara sa fie distruse. Sub forma uscata, enzimele isi pastreaza activitatea si unele pot rezista scurt timp la o temperatura de 1000C.
Concentratia ionilor de hidrogen are o influenta fundamentala asupra activitatii enzimelor, fiecare enzima dizolvand o activitate maxima la un anumit pH, numit optim. Amiaza din malt are pH-ul optim la 4,8, iar amilaza pancreatica la 6,8.
Activitatea enzimatica poate fi inhibata datorita prezentei anumitor substante care poarta numele de inhibitori (efectori) si care pot bloca fie crapaturile active, fie cele activatoare ale enzimelor.
Astfel, catalaza are coenzima o porfirina de fier. Daca se trateaza un extract de catalaza cu hidrogen sulfurat sau acid cianhidric, catalaza isi pierde complet activitatea. Catalaza este o enzima din clasa oxidoreductazelor,raspindita in majoritatea microorganismelor aerobe,in celulele organismelor animale si vegetale.Este o cromoproteida heminica si contine 4 subunitati heminice per molecula.Hemul din catalaza contine Fe3+.Catalaza determina descompunerea apei oxigenate din celulele precipitarea unui donor de hidrogen sau a unui acceptor de oxigen asa dupa cum actioneaza peroxidaza.
Catalaza este una din cele mai active enzime.Un mol de catalaza transforma 5·106 moli de apa oxigenata la 00C timp de un minut.Domeniul de temperatura la care actioneaza optim este cuprins intre 00..100C.Preparatele de catalaza sunt folosite in industria alimentarea pentru distrugerea apei oxigenate utulizata la conservarea laptelui,in pasteurizarea la 'rece' a laptelui.
Prin ridicarea temperaturii pina la o anumita valoare(de exemplu 50-600C),viteza reactiilor catalizate enzimatic creste,la fel ca si in cazul unei reactii necatalizate enzimatic.Pentru fiecare enzima exista o temperatura caracteristica (optima) la care viteza de reactie atinge valoare maxima.Cresterea temperaturii peste temperatura optima determina micsorarea vitezei de reactie datorita inactivarii si denaturarii termice a enzimei.
Temperatura optima de reactie a enzimelor este influentata si conditionata de structura chimica a enzimei si a substratului,de concentratia lor in mediul de reactie,de pH-ul si timpul in care se urmareste reactia.In general activitatea enzimelor scade la temperaturi de peste 600C.Atit enzimele cit si proteinele,sunt denaturate structurale si functional prin incalzire la temperaturi de aproximativ 60-800C,iar frigul determina numai o micsorare a activitatii enzimelor,fara distrugerea lor.La zero grade sau sub zero activitatea enzimelor este mult mai redusa,uneori abia sesizabila,fapt pentru care alimentele pot fi conservate la rece. O data cu cresterea temperaturii,enzimele isi revin la activitatea initiala.
In functie de temperatura si de durata actiunii acesteia,denaturarea enzimelor poate fi reversibila sau ireversibila.In general pentru a fi inactivate,enzimele trebuie incalzite timp de citeva minute la 75-800C,iar in unele cazuri la 1000C.
Pentru a determina influenta temperaturii asupra vitezei reactiilor enzimatice trebuie sa se determine activitatea unei enzime la diferite temperaturi situate intre 0-1000C.Datele obtinute se exprima grafic,trecind pe axa absciselor valorile luate pentru temperatura (0-1000C),iar pe axa ordonatelor activitatea enzimei.
Viteza rectiilor enzimatice este influentata in mare masura si de pH-ul mediului in care actioneaza enzimele.Ca si proteinele,enzimele care sunt proteine sau proteide, pot sa sufere modificari de solubilitate,incarcare electrica, presiune osmotica, viscozitate la diferite valori de pH.Modificarile in activitatea enzimelor,sub influenta pH-ului mediului se datoresc in principal modificarii stabilitatii si gradului de ionizare,fie a enzimelor,a substraturilor corespunzatoare sau a complexelor enzima-substrat.Sensibilitatea fata de pH a enzimelor nu se manifesta numai in legatura cu viteza de producere a reactiei pe care o catalizeaza.S-a dovedit ca insasi stabilitatea enzimelor este afectata de aciditatea sau alcalinitatea mediului.O enzima oarecare este stabila si prezinta activitate numai in anumite limite de pH,in cadrul carora se poate stabili un pH optim de activitate.Pentru a stabili influenta pH-ului asupra activitatii unei enzime se masoara viteza reactiei enzimatice utilizinu-se solutii tampon cu valori cunoscute.Activitatea enzimei obtinuta la diferite valori ale pH-ului pe axa absciselor.Se obtine astfel curba caracteristica ce exprima dependenta vitezei reactiei enzimatice de pH-ul mediului.
|
