تتمثل المهمة الأساسية للبروتينات في العمل كأنزيمات، (المحفزات) التي تزيد من معدل جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا داخل الخلايا، وعلى الرغم من أن RNAs قادرة على تحفيز بعض التفاعلات، يتم تحفيز معظم التفاعلات البيولوجية بواسطة البروتينات، وفي غياب التحفيز الإنزيمي، تكون معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية بطيئة جدًا لدرجة أنها لن تحدث في ظل ظروف درجة الحرارة والضغط المعتدلة المتوافقة مع الحياة.
ما هي الإنزيمات
المحفز هو أي مادة تزيد من معدل أو سرعة تفاعل كيميائي دون أن يتم تغييرها أو استهلاكها في التفاعل، وتكون الإنزيمات عبارة عن محفزات بيولوجية، وجميعها تقريبًا بروتينات، ومعدلات التفاعل التي حققتها الإنزيمات مذهلة، وفي وجودهم تحدث التفاعلات بمعدلات تصل إلى مليون، أو أسرع مما يمكن بلوغه في غيابهم، والإنزيمات تؤدي هذه الوظيفة في درجة حرارة الجسم (~ 37 درجة مئوية) ودرجة الحموضة الفسيولوجية (درجة الحموضة ~7).
بدلاً من الظروف التي تكون ضرورية عادةً لزيادة معدلات التفاعل (ارتفاع درجة الحرارة أو الضغط، الاستخدام من عوامل مؤكسدة أو مختزلة قوية أو أحماض أو قواعد قوية، أو مزيج من أي من هذه)، وبالإضافة إلى ذلك فإن الإنزيمات شديدة التحديد في عملها؛ أي أن كل إنزيم يحفز نوعًا واحدًا فقط من التفاعل في مركب واحد فقط أو مجموعة من المركبات ذات الصلة بنيوياً، ويُعرف المركب أو المركبات التي يعمل عليها الإنزيم بركائزه.
عمل الإنزيمات في التفاعلات
مثل جميع المحفزات الأخرى، تتميز الإنزيمات بخاصيتين أساسيتين، وأولاً تزيد من معدل التفاعلات الكيميائية دون أن يتم استهلاكها أو تغييرها بشكل دائم بواسطة التفاعل، وثانيًا تزيد معدلات التفاعل دون تغيير التوازن الكيميائي بين المواد المتفاعلة والمنتجات، حيث يتم تحويل الجزيء الذي يعمل على أساسه إنزيم، ويشار إليه باسم الركيزة.
ويعتبر انشقاق الرابطة، أو الانشطار، وهو انقسام الروابط الكيميائية، ويمكن الإشارة إلى هذا عمومًا باسم التفكك عندما ينقسم الجزيء إلى جزأين أو أكثر، وبشكل عام هناك تصنيفان لانقسام الرابطة:
متماثل ومتغير، اعتمادًا على طبيعة العملية، وفي الانقسام غير المتجانس أو التحلل غير المتجانس تنكسر الرابطة بطريقة تجعل زوج الإلكترونات المشترك أصلاً مع إحدى الشظايا، وهكذا يكتسب الجزء إلكترونًا به إلكترونان مترابطان، بينما يفقد الجزء الآخر إلكترونًا.
وتُعرف هذه العملية أيضًا بالانشطار الأيوني، وفي الانقسام المتماثل، أو الانحلال المتماثل، يتم تقسيم الإلكترونين في الرابطة التساهمية المشقوقة بالتساوي بين النواتج، وتُعرف هذه العملية أيضًا باسم الانشطار المتماثل أو الانشطار الجذري.
تستخدم العديد من الوظائف الأنزيمية التي يتم إجراؤها في الأنظمة الحية البروتينات كعامل مساعد، ومع ذلك يمكن التوسط في بعض التفاعلات الأنزيمية بواسطة جزيئات كبيرة أخرى مثل RNA يمكن للعديد من مجموعات الأحماض الأمينية R أن تكون بمثابة محبات نيوكليوفيل، وغالبًا ما توجد في الموقع النشط للإنزيمات، ووتشمل هذه: السيستين والسيرين والثريونين والتيروزين وحمض الجلوتاميك وحمض الأسبارتيك والليسين والأرجينين والهستيدين.
