Какво представляват ензимите и защо са толкова важни

Какво представляват ензимите?

Ензимите представляват белтъчни (протеинови) молекули, които притежават специфична биологична активност и ускоряват многократно протичането на различни реакции в човешкото тяло. Някои ензими са способни да ускорят милиони пъти даден процес и да го осъществят само за няколко милисекунди, нещо което без помощта на тези ензими би се случило за милиони години. Съществуват много разнообразни групи ензими, които имат точно определена роля за организма и се отличават от останалите именно по действието, което извършват. Всеки ензим има няколко активни места в молекулата си, чрез които изпълнява своето действие или върху него се упражнява някакъв контрол. Свързващият сайт на ензима е мястото, към което се свързва неговият субстрат (молекула, върху която ензимът действа). Много близо до свързващият сайт се намира и активният сайт - мястото, където се извършва самата реактиця върху субстрата. Активният и свързващият сайт образуват активния център на ензима, който е високо специфичен и свързва само определени молекули. Някои ензими имат място за свързване на кофактори (малки "помощни" молекули, необходими за осъществяване на специфичното действие на ензима). Обикновено като кофактори могат да се използват метални йони, витамини и др. Ензимите могат да съдържат и още един сайт, наречен алостеричен център. Това е място където се свързват малки молекули, които променят пространствената структура на ензима и съответно намаляват или увеличават неговата активност.

Как действат ензимите

Ензимното действие се извършва след свързването на субстрата с активния център. Самото свързване е много специфично и се дължи на пространственото сходство между молекулата субстрат и активния център. Субстратът се разполага по точно определен начин в активния център, където се осъществява ензимната реакция. При действието на даден ензим се извършва разкъсване на връзката между два атома в молекулата, при което могат да се получат разнообразни крайни продукти от ензимното действие (напр. 2 нови молекули, една молекула с различни функции, неактивна молекула и т.н.). Естествено действието на ензимите може да бъде и в обратна посока – т.е. да се създаде нова молекула или да се активира неактивна молекула и т.н.

Активността на ензимите в нашето тяло (и всички живи организми) се регулира чрез изпращането на химически сигнали към техният алостеричен ценър. Към него могат да се свържат молекули активатори, които да активират ензима или да усилят неговото действие, както и молекули, които потискат или напълно спират активността на даденият ензим. Други вещества, които могат да повлияят върху ензимната активност, са натрупващите се изходни вещества (продукти от действието на ензимите), които в повечето случаи, при достигане на определена концентрация, прекратяват действието на ензима.

Защо ензимите са толкова важни?

На практика за всички процеси, които протичат в човешкото тяло, са необходими ензими, които извършват самата реакция или участват в активирането и образуването на ключови вещества. Разнообразието от ензими е толкова голямо, че е трудно да се опишат всички видове накратко. За производството на дадена биологична молекула, например някоя аминокиселина, участие вземат един или повече ензими, които превръщат по-прости съставки в нов продукт с различни свойства.

Храната, която приемаме и която се състои основно от протеини, въглехидрати и мазнини, преминава през многократна ензимна преработка, за да може да се използва от организма за собствени цели (производство). Първо тя се подлага под действието на храносмилателни ензими –протеолитични, липолитични и карболитични. Всяка от тези три основни групи ензими има по много представители, които действат върху различни определени части на молекулата. Различните протеолитични ензими, например, разкъсват протеините на специфично място, точно между две определени аминокиселини, правейки ги по-лесни за усвояване в тялото. По същия начин действат и ензимите, разграждащи въглехидрати и мазнини.

Получените хранителни вещества от пъвроначалното разграждане на храната преминават чрез кръвта до черният дроб и се поемат от клетките, за да бъдат допълнително преработени и да се включат в производството на други съединения. Тези процеси отново са свързани с използването на голям брой ензими, които да преработят постъпилите вещества, да разградят някои от тях и да образуват нови. Само при разграждането на глюкоза за добиване на енергия се включват поне 10 ензима, които осъществяват 10 различни реакции. В обменните процеси на други вещества се включват дори повече ензими, което показва защо те са толкова важни за поддържането на жизнените процеси в организма.

Липса или недостиг на ензими

Ензимният дефицит може да се изрази в различна степен – от смутена активност до пълна липса на някой ензим. Това от своя страна пречи на нормалната работа на организма и води до различни нарушения. Степента на усложненията от ензимния дефицит зависи от това, кой ензим е с намалена активност или не се произвежда в тялото. Нарушенията в организма, причинени от липсата на някой ензим, са почти толкова разнообразни, колкото и различните видове ензими в човешкото тяло. Може да се наблюдават проблеми с кръвосъсирването, проблеми с храносмилането или невъзможност за усвояване на дадено вещество, което става токсично при натрупване в по-големи количества. Повечето случаи с пълна липса на даден ензим представляват вродени генетични дефекти, докато отслабването на активността на някои ензими се свързва с нездравословния начин на живот, влиянието на токсични вещества върху организма, както и с напредване на възрастта. За голям брой от заболяванията, свързани с ензимен дефицит, съществува заместваща терапия, при която се прилага липсващият ензим често под формата на хранителни добавки. В повечето случаи това се прилага при трудно храносмилане и усвояване на хранителните вещества.

Как се получават ензимите

В човешкото тяло (както и при всички живи организми) информацията за всички ензими се съдържа в ДНК. Всеки ензим има свой ген, който се съдържа в ДНК молекулите и при необходимост (нужда от енергия и т.н.) информацията от този ген се прехвърля върху РНК молекула. Тази РНК молекула се транспортира до рибозомите, които разчитат информацията от нея и произвеждат съответна протеинова молекула. За да се образува функционален ензим от тази протеинова молекула, последната претърпява и допълнителни модификации, нагъва се и образува пространствена структура, която вече има ензимни функции.

За производството на ензими, които се използват в хранителните добавки и други медикаменти, основната част се получават от живи микроорганизми (бактерии, плесени, дрожди) и в по-малка степен от растения. Подходящият вид бактерии например, се култивира в специални реактори, които им осигуряват подходящи хранителни източници. След като те натрупат достатъчно количество от ензима, следват различни етапи на изолиране и пречистване, тестване на активност, безопасност и т.н. След преминаване на всички етапи, пречистените ензими се влагат в различни продукти (хранителни добавки, лекарства и др.).