آنزیم ها به افزایش سرعت واکنش های شیمیایی در بدن انسان کمک می کنند. آنریمها به مولکول ها متصل شده و به شیوه های خاصی آن ها را تغییر می دهند. آنها برای تنفس، هضم غذا و عملکرد عضلات و عصب کاربرد دارند. ضمن این که هزاران نقش ضروری دیگر را نیز در بدن انجام می دهند.
در این مقاله مجله پیام سلامت، ما کارکرد آنزیم ها را در بدن توضیح خواهیم داد و برخی از آنزیم های معمول و متداولی که در بدن انسان وجود دارند را تشریح می کنیم.
آنزیم ها
آنزیم ها کاتالیزورهای بسیار کارآمدی برای واکنش های بیوشیمیایی در بدن هستند. آنها واکنش را با ارائه یک مسیر واکنشی جایگزین که نیاز به انرژی فعال پایین تری دارد، سرعت می دهند.
مثل همه کاتالیزورها، آنزیم ها در واکنش شرکت می کنند. این بدین معنی است که آنها یک مسیر واکنشی جایگزین را ارائه می دهند. اما تغییرات دائمی را تحمل نمی کنند و در پایان واکنش باقی می مانند. آنها فقط می توانند میزان واکنش را تغییر دهند، نه موقعیت تعادل را.
بیشتر کاتالیزورهای شیمیایی طیف وسیعی از واکنش ها را کاتالیز می کنند. آنها معمولا انتخابی نیستند. در مقابل، آنزیم ها معمولا بسیار انتخابی هستند و فقط واکنش های خاصی را انجام می دهند. این خاصیت به علت شکل مولکول های آنزیم است.
بسیاری از آنزیم ها شامل پروتئینی و غیر پروتئینی دارند. پروتئین ها در آنزیم ها معمولا کروی هستند. پیوندهای داخلی و بین مولکولی که پروتئین ها را در ساختارهای دوم و سوم نگه می دارند، با تغییرات دما و pH دچار اختلال می شوند. این تغییر بر روی شکل ها تاثیر می گذارد. بنابراین فعالیت کاتالیزوری آنزیم حساس به pH و دما است.
کوفاکتورها ممکن عبارتند از:
- گروه های آلی که به طور دائم به آنزیم متصل هستند (گروه های پروتز)
- کاتیون ها یون های فلزی با بار مثبت (فعال کننده ها) هستند که به طور موقت به محل فعال آنزیم متصل می شوند و شارژ مثبتی به پروتئین آنزیم می دهند.
- مولکول های آلی، معمولا ویتامینی یا ساخته شده از ویتامین ها (Coenzymes) هستند، که به طور دائم به مولکول آنزیم متصل نیستند، اما به طور موقت با آنزیم و بستر ترکیب می شوند.
نکات مهم در مورد آنزیم ها
آنزیم ها از پروتئین ها به شکل پیچیده ساخته شده اند. آنها در سراسر بدن حضور دارند. واکنش های شیمیایی که ما را زنده نگه می دارند مانند متابولیسم به کارهایی که آنزیم ها در بدن انجام می دهند تکیه دارند.
آنزیم ها سرعت واکنش های شیمیایی در بدن را افزایش می دهند. در برخی موارد، این مواد می توانند یک واکنش شیمیایی را میلیون ها بار سریع تر از زمانی که بدون وجود آنزیم انجام می شود، انجام دهند.
بستر آنزیم به محل فعال آن متصل شده و به محصول دیگری تبدیل می شود. هنگامی که این بستر محل فعال را ترک می کنند، آنزیم آماده است تا به یک بستر جدید متصل شود و این روند را تکرار کند.
آنزیم ها چه کاری در بدن انجام می دهند؟
- آنزیم های گوارشی. این آنزیم ها به بدن کمک می کنند مولکول های پیچیده تر را به مولکول های کوچکتر مانند گلوکز تجزیه کند تا بدن بتواند آن ها را به عنوان سوخت استفاده کند.
- تکثیر DNA. هر سلول در بدن شما شامل DNA است. هر بار که یک سلول تقسیم می شود، باید DNA آن کپی شود. آنزیم ها در این فرایند با خنثی کردن کویل های DNA و کپی کردن اطلاعات دخیل هستند.
- آنزیم های کبدی. کبد سموم در بدن را تجزیه می کند. برای انجام این کار از طیف وسیعی از آنزیم ها استفاده می شود.
آنزیم ها چگونه کار می کنند؟
مدل “قفل و کلید” ابتدا در سال ۱۸۹۴ پیشنهاد شد. در این مدل یک سایت فعال آنزیمی یک شکل خاص دارد و تنها به بستر خودش مانند قفل و کلید وصل می شود. این مدل در حال حاضر به روز شده است و به نام مدل القا شناخته می شود.
در این مدل، سایت فعال با تعامل با بستر خود تغییر شکل می دهد. هنگامی که بستر به طور کامل در موقعیت دقیق قفل می شود، کاتالیز می تواند شروع شود.
شرایط مناسب
آنزیم ها فقط می توانند در شرایط خاصی در بدن عمل کنند. اکثر آنزیم های بدن انسان در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد کار می کنند. البته این مواد در دماهای پایین تر نیز کار خواهند کرد. ولی خیلی کندتر می شوند.
به طور مشابه، آنزیم ها فقط می توانند در محدوده pH خاص (خاصیت اسیدی و قلیایی) عمل کنند. اولویت آن ها در این حالت بستگی به جایی دارد که در بدن یافت می شود. به عنوان مثال، آنزیم های روده ای در pH هفت و نیم (۷٫۵) بیشتر کار می کنند. در حالی که آنزیم های معده در pH دو (۲) بهتر عملکرد را دارند. زیرا معده بسیار اسیدی است.
اگر دمای بدن بیش از حد بالا باشد یا اگر محیطی بیش از حد اسیدی یا قلیایی باشد، آنزیم تغییر شکل می دهد؛ این تغییر باعث تغییر شکل سایت فعال آن نیز می شود، به طوری که بخش زیرین آن ها نمی توانند به محل مناسب متصل شوند.
کوفاکتورها
برخی از آنزیم ها نمی توانند کار کنند، مگر این که یک مولکول غیر پروتئینی خاص به آنها متصل شود. این مولکول های غیر پروتئینی کوفاکتورها نامیده می شوند. به عنوان مثال، کربنیک انهیدراز، آنزیمی که به حفظ pH در بدن کمک می کند. این آنزیم نمی تواند کار کند، مگر این که به یون روی متصل شود.
مهار
برای اطمینان از اینکه سیستم های بدن به درستی کار کنند، گاهی اوقات آنزیم ها باید کاهش یابند. به عنوان مثال، اگر یک آنزیم بیش از حد محصول تولید کند، باید راهی برای کاهش یا توقف تولید آن وجود داشته باشد.
فعالیت آنزیم ها می توانند به چندین روش مهار شود:
- مهار کننده های رقابتی: در این روش یک مولکول سایت فعال را بلوک کرده به طوری که بستر باید با مهار کننده برای اتصال به آنزیم رقابت کند.
- مهار کننده های غیر رقابتی: در این روش یک مولکول به یک آنزیم در جایی غیر از محل فعال متصل شده و باعث کاهش کارایی آن می شود.
- مهار کننده های ضد رقابتی: در این روش مهار کننده پس از این که آنزیم و بستر به یکدیگر متصل شدند، به آنزیم می چسبد. سپس محصولات را به راحتی از سایت فعال خارج کرده و واکنش آهسته می شود.
- مهار کننده های غیرقابل برگشت: در این روش مهار کننده برگشت ناپذیر به آنزیم متصل می شود و آن را به طور دائمی غیرفعال می کند.
نمونه هایی از آنزیم های خاص در بدن
هزاران آنزیم در بدن انسان وجود دارد. در اینجا فقط چند نمونه از آن ها را برای شما تشریح می کنیم:
- لیپاز: گروهی از آنزیم هایی هستند که به تجزیه چربی ها در روده کمک می کنند.
- آمیلاز: این آنزیم کمک می کند تا نشاسته به قند تغییر شکل دهد. آمیلاز در بزاق یافت می شود.
- مالتوز: این آنزیم نیز مانند آمیلاز در بزاق یافت می شود؛ مالتوز شکر را به گلوکز تجزیه می کند. مالتوز در مواد غذایی مانند سیب زمینی، ماکارونی و آبجو یافت می شود.
- تریپسین: این آنزیم در روده کوچک یافت می شود و پروتئین ها را به اسیدهای آمینه تجزیه می کند.
- لاکتاز: لاکتاز نیز در روده کوچک یافت می شود. این آنزیم لاکتوز که نوعی قند در شیر است را به گلوکز و گالاکتوز تجزیه می کند.
- استیل کولین استراز: این آنزیم نیز استیل کولین را به انتقال دهنده عصبی در اعصاب و عضلات تجزیه می کند.
- هلیکاز: DNA را باز می کند.
- DNA پلیمراز – DNA را از دئوکسی ریبونوکلئوتید سنتز می کند.
آنزیم های ایمونوئید شده
آنزیم ها به طور گسترده ای به صورت تجاری نیز مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال در مواد شوینده، مواد غذایی و صنایع آب شیرین از این مواد استفاده می شود. آنزیم های پروتئاز در پودرهای لباسشویی برای سرعت بخشیدن به از بین رفتن پروتئین های موجود در لکه های ناشی از خون و تخم مرغ استفاده می شود. پکتیناز برای تولید و شفاف کردن آب میوه استفاده می شود. مشکلات استفاده از آنزیم ها به صورت تجاری عبارتند از:
- آنها محلول در آب هستند و همین ویژگی باعث می شود بازیافت آن ها سخت باشد
- برخی از محصولات می توانند فعالیت آنزیم را مهار کنند (مهار بازخورد)
آنزیم ها را می توان به یک سطح جامد تبدیل کرد. این ویژگی دارای چندین مزیت تجاری به شرح زیر است:
- آنزیم به راحتی حذف می شود
- می توان آن ها را بسته بندی و مجددا استفاده کرد
- جداسازی سریع محصولات باعث کاهش مهار بازخورد می شود
- ثبات حرارتی را افزایش داده و اجازه می دهد در دماهای بالاتر از آن استفاده شود
- دمای عملیاتی بالاتر باعث افزایش سرعت واکنش می شود
به طور خلاصه
آنزیم ها بخش مهمی از بدن انسان هستند و در فعالیت های روزانه بسیاری نقش بازی می کنند. این مواد با اتصال به ترکیبات و ایجاد تغییرات در آنها، برای عملکرد مناسب سیستم گوارش، سیستم عصبی، عضلات و خیلی از سیستم های دیگر، بسیار مهم هستند.