مفهوم الانزيم:
الإنزيمات هي جزيئات بيولوجية (بروتينات عادةً) تسرع بشكل كبير معدل جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا، والتي تحدث داخل الخلايا، إذ إنها حيوية للحياة وتخدم مجموعة واسعة من الوظائف المهمة في الجسم، مثل المساعدة في الهضم والتمثيل الغذائي، كما تساعد بعض الإنزيمات في تقسيم الجزيئات الكبيرة إلى أجزاء أصغر يسهل امتصاصها من قبل الجسم، وتساعد الإنزيمات الأخرى على ربط جزيئين معًا لإنتاج جزيء جديد، إن الإنزيمات عبارة عن محفزات انتقائية للغاية، مما يعني أن كل إنزيم يعمل فقط على تسريع تفاعل معين.
تسمى الجزيئات التي يعمل معها الإنزيم ركائز، حيث ترتبط الركائز بمنطقة على الإنزيم تسمى الموقع النشط، وهناك نوعان من النظريات تشرح تفاعل الركيزة الإنزيمية:
- نموذج القفل والمفتاح، إذ يتم تشكيل الموقع النشط للإنزيم بدقة لاحتواء ركائز معينة.
- نموذج الملائمة المستحثة، لا يتناسب الموقع النشط والركيزة معًا تمامًا وبدلاً من ذلك، كلاهما يغير شكلهما للتواصل.
مهما كانت الحالة فإن التفاعلات التي تحدث تتسارع بشكل كبير أكثر من مليون مرة، وبمجرد أن ترتبط الركائز بالموقع النشط للإنزيم، حيث ينتج عن التفاعلات الكيميائية منتج جديد أو جزيء ينفصل بعد ذلك عن الإنزيم، والذي يستمر في تحفيز التفاعلات الأخرى.
تطبيقات الإنزيمات:
الإنزيم هو مادة تعمل كمحفز في الكائنات الحية، حيث تنظم المعدل الذي تسير به التفاعلات الكيميائية دون أن تتغير في العملية، والعمليات البيولوجية التي تحدث داخل جميع الكائنات الحية هي تفاعلات كيميائية، ويتم تنظيم معظمها بواسطة الإنزيمات، إذ بدون الإنزيمات لن تحدث العديد من هذه التفاعلات بمعدل محسوس.
كما تحفز الإنزيمات جميع جوانب عملية التمثيل الغذائي للخلايا وهذا يشمل هضم الطعام، حيث يتم تقسيم جزيئات المغذيات الكبيرة (مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون) إلى جزيئات أصغر والحفاظ على الطاقة الكيميائية وتحويلها، وبناء الجزيئات الخلوية من سلائف أصغر، إذ تنجم العديد من الأمراض البشرية الموروثة مثل المهق وبيلة الفينيل كيتون عن نقص إنزيم معين.
للإنزيمات أيضًا تطبيقات صناعية وطبية قيمة، حيث تمت ممارسة تخمير النبيذ وخميرة الخبز وتخمير الجبن وتخمير الجعة منذ العصور القديمة، ولكن لم يتم فهم هذه التفاعلات حتى القرن التاسع عشر على أنها نتيجة للنشاط التحفيزي للإنزيمات، حيث اكتسبت هذه الإنزيمات أهمية متزايدة في العمليات الصناعية، والتي تنطوي على تفاعلات كيميائية عضوية، كما تشمل استخدامات الإنزيمات في الطب قتل الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض، وتعزيز التئام الجروح وتشخيص أمراض معينة.
الطبيعة الكيميائية للإنزيمات:
كان يُعتقد أن جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات، ولكن منذ ثمانينيات القرن الماضي تم إثبات القدرة التحفيزية لبعض الأحماض النووية، والتي تسمى الريبوزيمات (أو الحمض النووي الريبي التحفيزي)، مما يدحض هذه البديهية، ونظرًا لأنه لا يُعرف سوى القليل عن الوظيفة الأنزيمية للحمض النووي الريبي، يركز بشكل أساسي على إنزيمات البروتين.
يتكون جزيء إنزيم البروتين الكبير من واحد أو أكثر من سلاسل الأحماض الأمينية تسمى سلاسل البولي ببتيد، حيث يحدد تسلسل الأحماض الأمينية أنماط الطي المميزة لهيكل البروتين، وهو أمر ضروري لخصوصية الإنزيم، وإذا تعرض الإنزيم لتغيرات مثل التقلبات في درجة الحرارة أو درجة الحموضة، فقد تفقد بنية البروتين سلامتها (تفسد) وقدرتها الأنزيمية، كما يمكن عكس التشبع في بعض الأحيان ولكن ليس دائمًا.
يرتبط ببعض الإنزيمات مكون كيميائي إضافي يسمى العامل المساعد وهو مشارك مباشر في الحدث التحفيزي، وبالتالي فهو مطلوب للنشاط الإنزيمي، وقد يكون العامل المساعد إما أنزيم – جزيء عضوي مثل فيتامين – أو أيون فلز غير عضوي، وتطلب بعض الإنزيمات كليهما، كما قد يكون العامل المساعد إما مرتبطًا بإحكام أو غير محكم بالإنزيم، وإذا كان متصلاً بإحكام يشار إلى العامل المساعد على أنه مجموعة اصطناعية.
تسمية الإنزيم:
يتفاعل الإنزيم مع نوع واحد من المواد أو مجموعة المواد والتي تسمى الركيزة؛ وذلك بهدف تحفيز نوع معين من التفاعل، ونظراً لهذه الخصوصية غالبًا ما يتم تسمية الإنزيمات عن طريق إضافة اللاحقة “-ase” إلى اسم الركيزة (كما هو الحال في اليورياز، الذي يحفز تكسير اليوريا).
لم يتم تسمية جميع الإنزيمات بهذه الطريقة ومع ذلك، ولتخفيف الالتباس المحيط بتسمية الإنزيم تم تطوير نظام تصنيف بناءً على نوع التفاعل الذي يحفزه الإنزيم، وهناك ست فئات رئيسية وردود أفعالها:
- الأكسدة، التي تشارك في نقل الإلكترون.
- التحويلات، التي تنقل مجموعة كيميائية من مادة إلى أخرى.
- (hydrolases)، التي تشق الركيزة عن طريق امتصاص جزيء الماء (التحلل المائي).
- اللييز، التي تشكل روابط مزدوجة عن طريق إضافة أو إزالة مجموعة كيميائية.
- (isomerases)، التي تنقل مجموعة داخل جزيء لتشكيل أيزومر.
- (ligases أو synthetases)، التي تقترن تكوين روابط كيميائية مختلفة بانهيار رابطة بيروفوسفات في أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو نيوكليوتيد مماثل.
