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Enzima

Enzimas sea biomoléculas eso catalice (es decir. aumente las tarifas de) reacciones químicas.^[1][2] Casi todas las enzimas son proteínas. En las reacciones enzimáticas, moléculas al principio del proceso se llaman substratos, y la enzima los convierte en diversas moléculas, los productos. Casi todos los procesos en a célula biológica enzimas de la necesidad para ocurrir en las tarifas significativas. Puesto que las enzimas son extremadamente selectivas para sus substratos y aceleran solamente algunas reacciones entre de muchas posibilidades, el sistema de enzimas hechas en una célula se determina cuál caminos metabólicos ocurra en esa célula.

Como todos los catalizadores, las enzimas trabajan bajando energía de activación (E_a o ΔG^‡) para una reacción, así dramáticamente aumentando el índice de la reacción. La mayoría de las tarifas de la reacción enzimática son millones de épocas más rápidamente que las de comparable uncatalyzed reacciones. Como con todos los catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que catalizan, ni alteran equilibrio de estas reacciones. Sin embargo, las enzimas diferencian de la mayoría de los otros catalizadores siendo mucho más específicas. Las enzimas se saben para catalizar cerca de 4.000 reacciones bioquímicas.^[3] Algunos RNA moléculas llamadas ribozymes catalice las reacciones, con un ejemplo importante siendo algunas partes de ribosome.^[4][5] Moléculas sintéticas llamadas enzimas artificiales también exhibición enzima-como catálisis.^[6]

La actividad enzimática se puede afectar por otras moléculas. Inhibidores son las moléculas que disminuyen actividad enzimática; activadores son las moléculas que aumentan actividad. Muchos drogas y venenos son los inhibidores enzimáticos. La actividad también se afecta cerca temperatura, ambiente químico (e.g. pH), y concentración del substrato. Algunas enzimas se utilizan comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibióticos. Además, algunas enzimas del uso de productos de la casa para acelerar reacciones bioquímicas (e.g., enzimas en biológico polvos de lavado analice la proteína o gordo manchas en las ropas; enzimas adentro ablandadores de la carne analice las proteínas, haciendo la carne más fácil masticar).

Contenido 1 Etymology e historia 2 Estructuras y mecanismos 2.1 Especificidad 2.1.1 Modelo de la “cerradura y de la llave” 2.1.2 Modelo apto inducido 2.2 Mecanismos 2.2.1 Estabilización del estado de la transición 2.2.2 Dinámica y función 2.3 Modulación de Allosteric 3 Cofactores y coenzimas 3.1 Cofactores 3.2 Coenzimas 4 Termodinámica 5 Cinética 6 Inhibición 6.1 Aplicaciones de inactivators 7 Función biológica 8 Control de la actividad 9 Implicación en enfermedad 10 Nombramiento de convenciones 11 Usos industriales 12 Vea también 13 Referencias 14 Lectura adicional 15 Acoplamientos externos

Etymology e historia

Desde el último 1700s y el 1800s temprano, la digestión de carne por secreciones del estómago^[7] y la conversión de almidón a azúcares por los extractos de la planta y saliva eran sabidos. Sin embargo, el mecanismo al lado de el cual éste ocurrió no había sido identificado.^[8]

En el diecinueveavo siglo, al estudiar fermentación del azúcar a alcohol por levadura, Louis Pasteur vino a la conclusión que esta fermentación fue catalizada por una fuerza vital contenida dentro de las células de la levadura llamadas “fermentos“, que fueron pensadas para funcionar solamente dentro de organismos vivos. Él escribió que la “fermentación alcohólica es un acto correlacionado con la vida y la organización de las células de la levadura, no con la muerte o la putrefacción de las células.”^[9]

En fisiólogo de 1878 alemanes Wilhelm Kühne (1837-1900) primero utilizó el término enzima, de que viene Griego ενζυμον “en levadura”, describir este proceso. La palabra enzima fue utilizado más adelante referir a sustancias nonliving por ejemplo pepsina, y la palabra fermento referían a la actividad química producida por los organismos que vivían.

En 1897 Eduard Buchner comenzó a estudiar la capacidad de los extractos de levadura que carecieron cualquier célula viva de la levadura para fermentar el azúcar. En una serie de experimentos en Universidad de Berlín, él encontró que el azúcar fue fermentada aun cuando allí no era ninguna célula viva de la levadura en la mezcla.^[10] Él nombró la enzima que causó la fermentación de la sucrosa “zimasa".^[11] En 1907 él recibió Premio Nobel en química “para su investigación bioquímica y su descubrimiento de la fermentación sin células”. Ejemplo de Buchner de siguiente; las enzimas se nombran generalmente según la reacción que realizan. Típicamente el sufijo - ase se agrega al nombre del substrato (e.g., lactasa es la enzima que hiende lactosa) o el tipo de reacción (e.g., Polimerasa de la DNA polímeros de la DNA de las formas).

Demostrando que las enzimas podrían funcionar exterior una célula viva, el paso siguiente era determinar su naturaleza bioquímica. Muchos trabajadores tempranos observaron que la actividad enzimática fue asociada a las proteínas, solamente varios científicos (tales como laureado Nobel Richard Willstätter) discutido que las proteínas fueran simplemente portadores para las enzimas verdaderas y que las proteínas por sí mismo eran incapaz de catálisis. Sin embargo, en 1926, James B. Sumner demostrado eso la enzima urease era una proteína pura y cristalizado le; Sumner hizo además para la enzima catalase en 1937. La conclusión que las proteínas puras pueden ser enzimas fue probada definitivo cerca Northrop y Stanley, que trabajó en la pepsina digestiva de las enzimas (1930), el trypsin y el chymotrypsin. Concedieron estos tres científicos el premio 1946 Nobel en química.^[12]

Este descubrimiento que las enzimas podrían ser cristalizadas eventual permitió que sus estructuras fueran solucionadas cerca cristalografía de la radiografía. Éste era primer hecho para lysozyme, una enzima encontró en los rasgones, saliva y blancos del huevo ese digiere la capa de algunas bacterias; la estructura fue solucionada por un grupo conducido cerca David Chilton Phillips y publicado en 1965.^[13] Esta estructura de alta resolución del lysozyme marcó el principio del campo de biología estructural y el esfuerzo de entender cómo las enzimas trabajan en un nivel atómico del detalle.

Estructuras y mecanismos

Vea también: Catálisis de la enzima

Las enzimas son generalmente proteínas globulares y se extienden de apenas 62 residuos del aminoácido de tamaño, para monomer de tautomerase de 4 oxalocrotonate,^[14] sobre a 2.500 residuos en el animal synthase del ácido graso.^[15] Una pequeña cantidad de catalizadores biológicos RNA-basados existen, con ser más común ribosome, éstos son cualquiera referido como RNA-enzimas, o ribozymes. Las actividades de enzimas son determinadas por su estructura tridimensional.^[16] La mayoría de las enzimas son mucho más grandes que los substratos que actúan encendido, y solamente una porción pequeña de la enzima (alrededor 3-4 aminoácidos) está implicado directamente en catálisis.^[17] La región que contiene estos residuos catalíticos, ata el substrato, y después realiza la reacción se conoce como sitio activo. Las enzimas pueden también contener los sitios que atan cofactores, que son necesarios para la catálisis. Algunas enzimas también tienen sitios obligatorios para las moléculas pequeñas, que son a menudo directas o indirecto productos o substratos de la reacción catalizada. Este atascamiento puede servir para aumentar o para disminuir la actividad enzimática, el prever los medios regeneración regulación.

Como todas las proteínas, las enzimas se hacen como de largo, las cadenas lineares de aminoácidos eso doblez al producto a producto tridimensional. Cada secuencia única del aminoácido produce una estructura específica, que tiene características únicas. Las cadenas individuales de la proteína pueden agrupar a veces juntas a la forma a complejo de la proteína. La mayoría de las enzimas pueden ser desnaturalizadoque es, revelado y hacer inactivo-por los desnaturalizantes de la calefacción o del producto químico, que interrumpen estructura tridimensional de la proteína. Dependiendo de la enzima, la desnaturalización puede ser reversible o irreversible.

Especificidad

Las enzimas son generalmente muy específicas en cuanto a qué reacciones catalizan y substratos eso está implicada en estas reacciones. Forma complementaria, carga y hidrofílico/hidrofóbico las características de enzimas y de substratos son responsables de esta especificidad. Las enzimas pueden también demostrar niveles impresionantes de stereospecificity, regioselectivity y chemoselectivity.^[18]

Algunas de las enzimas que demuestran la especificidad y la exactitud más altas están implicadas en el copiado y la expresión del genoma. Estas enzimas tienen mecanismos de la “corrección de pruebas”. Aquí, una enzima por ejemplo Polimerasa de la DNA cataliza una reacción en un primer paso y entonces cheques que el producto está correcto en un segundo paso.^[19] Este resultados de proceso de dos etapas en los índices de error medios de menos de 1 error en 100 millones de reacciones en de alta fidelidad mamífero polimerasas.^[20] Los mecanismos que corrigen similares también se encuentran adentro Polimerasa del RNA,^[21] synthetases del tRNA del aminoacyl^[22] y ribosomes.^[23]

Algunas enzimas que producen metabolites secundarios se describen como promiscuo, como pueden actuar en una gama relativamente amplia de diversos substratos. Se ha sugerido que esta amplia especificidad del substrato es importante para la evolución de nuevos caminos biosintéticos.^[24]

Modelo de la “cerradura y de la llave”

Las enzimas son muy específicas, y fue sugerido cerca Emil Fischer en 1894 que era esto porque la enzima y el substrato poseen las formas geométricas complementarias específicas que caben exactamente en una otra.^[25] Esto se refiere a menudo como “el modelo de la cerradura y de la llave”. Sin embargo, mientras que este modelo explica especificidad de la enzima, no puede explicar la estabilización del estado de la transición que las enzimas alcanzan. El modelo de la “cerradura y de la llave” ha probado que inexacta y el modelo apto inducido es la figura lo más actualmente posible aceptada de la enzima-substrato-coenzima.

Modelo apto inducido

En 1958 Daniel Koshland sugirió una modificación a la cerradura y al modelo dominante: puesto que las enzimas son estructuras algo flexibles, el sitio activo es formado de nuevo continuamente por interacciones con el substrato mientras que el substrato obra recíprocamente con la enzima.^[26] Consecuentemente, el substrato no ata simplemente a un sitio activo rígido, el aminoácido cadenas laterales cuáles componen el sitio activo se moldean en las posiciones exactas que permiten a la enzima realizar su función catalítica. En algunos casos, por ejemplo glycosidases, la molécula del substrato también se desforma levemente mientras que entra en el sitio activo.^[27] El sitio activo continúa cambiando hasta que el substrato está limitado totalmente, en que punto se determina la forma y la carga finales.^[28]

Mecanismos

Las enzimas pueden actuar de varias maneras, que bajan ΔG^‡:^[29]

• El bajar energía de activación creando un ambiente en el cual se estabiliza el estado de la transición (e.g. filtrando la forma de un substrato - atando la conformación del transición-estado de las moléculas del substrato/del producto, la enzima tuerce los substratos encuadernados en su forma del estado de la transición, de tal modo reduciendo la cantidad de energía requerida para terminar la transición).
• Bajando la energía del estado de la transición, pero sin torcer el substrato, creando un ambiente con la distribución opuesta de la carga a la del estado de la transición.
• Abastecimiento de un camino alternativo. Por ejemplo, temporalmente reaccionando con el substrato para formar un complejo intermedio del ES, que sería imposible en ausencia de la enzima.
• Reduciendo la entropía de la reacción cambie trayendo los substratos juntos en la orientación correcta para reaccionar. Consideración de ΔH^‡ solamente pasa por alto este efecto.

Interesante, este efecto entropic implica la desestabilización del estado de tierra,^[30] y su contribución a la catálisis es relativamente pequeña.^[31]

Estabilización del estado de la transición

La comprensión del origen de la reducción de ΔG^‡ requiere uno descubrir cómo las enzimas pueden estabilizar su estado de la transición más que el estado de la transición del uncatalyzed la reacción. Al parecer, la manera más eficaz para alcanzar la estabilización grande es el uso de efectos electrostáticos, particularmente, teniendo un ambiente polar relativamente fijo que se oriente hacia la distribución de la carga del estado de la transición.^[32] Tal ambiente no existe en uncatalyzed la reacción en agua.

Dinámica y función

Las investigaciones recientes han proporcionado nuevas penetraciones en la conexión entre las dinámicas internas de enzimas y su mecanismo de la catálisis.^[33][34][35] Las dinámicas internas de una enzima son el movimiento de sus piezas internas (e.g. aminoácidos, un grupo de aminoácidos, una región del lazo, una hélice de la alfa, beta-hojas vecinas o aún un dominio entero) de estas proteínas. Estos movimientos ocurren en los varios calendarios que se extienden de femtoseconds a los segundos. Las redes de los residuos de la proteína a través de la estructura de una enzima pueden contribuir a la catálisis con movimientos dinámicos.^{[36][37][38][39]} Los movimientos de la proteína son vitales a muchas enzimas, pero si las vibraciones pequeñas y rápidas, o movimientos más grandes y más lentos del conformational son más importantes dependen del tipo de reacción implicado. Sin embargo, aunque estos movimientos son importantes en atar y lanzar los substratos y los productos, no está claro si los movimientos de la proteína ayudan aceleran los pasos químicos en reacciones enzimáticas.^[40] Estas nuevas penetraciones también tienen implicaciones en entender efectos allosteric y desarrollar las drogas nuevas.

Modulación de Allosteric

Allosteric las enzimas cambian su estructura en respuesta al atascamiento de effectors. La modulación puede ser directa, a donde los lazos effector directamente sitios obligatorios en la enzima, o indirecto, donde los lazos effector a otras proteínas o subunidades de la proteína ese interactivo con la enzima allosteric e influencia así actividad catalítica.

Cofactores y coenzimas

Artículos principales: Cofactor (bioquímica) y Coenzima

Cofactores

Algunas enzimas no necesitan ninguna componentes adicional demostrar actividad completa. Sin embargo, otros requieren las moléculas sin proteínas llamadas los cofactores estar limitados para la actividad.^[41] Los cofactores pueden ser cualquiera inorgánico (e.g., iones del metal y racimos del hierro-sulfuro) o compuestos orgánicos, (e.g., flavin y heme). Los cofactores orgánicos pueden ser cualquiera grupos prostéticos, que están limitadas firmemente a una enzima, o coenzimas, que se lanzan del sitio activo de la enzima durante la reacción. Las coenzimas incluyen NADH, NADPH y trifosfato de adenosina. Estas moléculas actúan para transferir a grupos químicos entre las enzimas.^[42]

Un ejemplo de una enzima que contenga un cofactor es anhidrasa carbónica, y se demuestra en el diagrama de la cinta arriba con un cofactor del cinc limitado como parte de su sitio activo.^[43] Este apretado-limite las moléculas se encuentran en el sitio activo y están implicados generalmente en catálisis. Por ejemplo, el flavin y los cofactores del heme están implicados a menudo adentro redox reacciones.

Se llaman las enzimas que requieren un cofactor pero no tienen un límite apoenzymes o apoproteins. Un apoenzyme junto con sus cofactores se llama a holoenzyme (ésta es la forma activa). La mayoría de los cofactores covalente no se unen a una enzima, sino están limitados muy firmemente. Sin embargo, los grupos prostéticos orgánicos pueden covalente estar limitados (e.g., pirofosfato de la tiamina en la enzima dehydrogenase del pyruvate).

Coenzimas

Las coenzimas son las moléculas orgánicas pequeñas que transportan a grupos químicos a partir de una enzima a otra.^[44] Algunos de estos productos químicos por ejemplo riboflavina, tiamina y ácido folic sea vitaminas, éste es cuando estos compuestos no se pueden hacer en el cuerpo y se deben adquirir de la dieta. Los grupos químicos llevados incluyen hidruro ion (H^-) llevado cerca NAD o NADP⁺, el grupo del acetilo llevado cerca coenzima A, el formyl, el methenyl o los grupos metílicos llevaron cerca ácido folic y el grupo metílico llevó cerca S-adenosylmethionine.

Puesto que las coenzimas químicamente se cambian como consecuencia de la acción enzimática, es útil considerar las coenzimas para ser una clase especial de substratos, o los segundos substratos, que son comunes a muchas diversas enzimas. Por ejemplo, cerca de 700 enzimas se saben para utilizar la coenzima NADH.^[45]

Las coenzimas se regeneran y sus concentraciones se mantienen generalmente en un nivel constante dentro de la célula: por ejemplo, NADPH se regenera con camino del fosfato del pentose y S- adenosylmethionine por adenosyltransferase del methionine.

Termodinámica

Artículos principales: Energía de activación, Equilibrio termodinámico, y Equilibrio químico

Como todos los catalizadores, las enzimas no alteran la posición del equilibrio químico de la reacción. Generalmente, en presencia de una enzima, la reacción funciona en la misma dirección que sin la enzima, apenas más rápidamente. Sin embargo, en ausencia de la enzima, el otro posible uncatalyzed, las reacciones “espontáneas” pudo conducir a diversos productos, porque en esas condiciones este diverso producto se forma más rápidamente.

Además, las enzimas pueden juntar dos o más reacciones, para poder utilizar una reacción termodinámico favorable “para conducir” termodinámico desfavorable. Por ejemplo, la hidrólisis de ATP es de uso frecuente conducir otras reacciones químicas.

Las enzimas catalizan las reacciones delanteras y posteriores igualmente. No alteran el equilibrio sí mismo, sino solamente la velocidad a la cual se alcanza. Por ejemplo, anhidrasa carbónica cataliza su reacción en cualquier dirección dependiendo de la concentración de sus reactivo.

(en tejidos finos; CO alto₂ concentración)

(en pulmones; CO bajo₂ concentración)

Sin embargo, si el equilibrio se desplaza grandemente en una dirección, es decir, en muy exergonic la reacción, la reacción es con eficacia irreversible. Bajo estas condiciones la enzima, de hecho, sólo catalice la reacción en la dirección termodinámico permitida.

Cinética

Artículo principal: Cinética de la enzima

La cinética de la enzima es la investigación de cómo las enzimas atan los substratos y les dan vuelta en productos. Los datos de la tarifa usados en análisis cinéticos se obtienen de análisis de enzima.

En 1902 Vencedor Henri^[46] propuso una teoría cuantitativa de la cinética de la enzima, pero sus datos experimentales no eran útiles porque la significación de la concentración del ion de hidrógeno todavía no fue apreciada. Después de Peter Lauritz Sørensen había definido el logarítmico pH-escala e introdujo el concepto de proteger en 1909^[47] el químico alemán Leonor Michaelis y su postdoc canadiense Maud Leonora Menten experimentos de Henri repetido y confirmado su ecuación se refiere que como Cinética de Henri-Michaelis-Menten (a veces también Cinética de Michaelis-Menten).^[48] Su trabajo fue desarrollado más a fondo cerca G. E. Briggs y J. B. S. Haldane, que derivó las ecuaciones cinéticas que siguen siendo ampliamente utilizadas hoy.^[49]

La contribución principal de Henri era pensar en las reacciones enzimáticas en dos etapas. En el primer, el substrato ata reversible a la enzima, formando el complejo del enzyme-substrate. Esto a veces se llama el complejo de Michaelis. La enzima después cataliza el paso químico en la reacción y lanza el producto.

Las enzimas pueden catalizar hasta vario millón de reacciones por segundo. Por ejemplo, la reacción catalizada cerca decarboxylase del fosfato del orotidine 5 ' - consumirá mitad de su substrato en 78 millones de años si no hay enzima presente. Sin embargo, cuando se agrega el decarboxylase, el mismo proceso toma apenas 25 milisegundos.^[50] Las tarifas de la enzima dependen de condiciones de la solución y de la concentración del substrato. Las condiciones que desnaturalizan la proteína suprimen actividad enzimática, tal como temperaturas altas, extremos del pH o altas concentraciones de la sal, mientras que levantan la concentración del substrato tienden para aumentar actividad. Para encontrar la velocidad máxima de una reacción enzimática, la concentración del substrato se aumenta hasta que un índice constante de la formación del producto se considera. Esto se demuestra en la curva de la saturación a la derecha. La saturación sucede porque, mientras que la concentración del substrato aumenta, de la enzima libre se convierte cada vez más en substrato-limitan la forma del ES. En la velocidad máxima (V_máximo) de la enzima, todos los sitios de enzimas activas están limitados al substrato, y la cantidad de complejo del ES es igual que la cantidad total de enzima. Sin embargo, V_máximo es solamente una constante cinética de enzimas. La cantidad de substrato necesitó alcanzar un índice dado de la reacción es también importante. Esto es dada por Constante de Michaelis-Menten (K_m), que es la concentración del substrato requirió para una enzima para alcanzar una mitad de su velocidad máxima. Cada enzima tiene una característica K_m para un substrato dado, y éste puede demostrar cómo el atascamiento del substrato está firmemente a la enzima. Otra constante útil es k_gato, que es el número de las moléculas del substrato dirigió por un sitio activo por segundo.

La eficacia de una enzima se puede expresar en términos de k_gato/K_m. Esto también se llama la especificidad constante e incorpora constantes de la tarifa para todos los pasos en la reacción. Porque la constante de la especificidad refleja afinidad y capacidad catalítica, es útil para comparar diversas enzimas cara a cara, o la misma enzima con diversos substratos. El máximo teórico para la constante de la especificidad se llama el límite de la difusión y es cerca de 10⁸ a 10⁹ (M^-1 s^-1). A este punto cada colisión de la enzima con su substrato dará lugar a catálisis, y el índice de la formación del producto no es limitado por la tarifa de la reacción sino por la tarifa de la difusión. Las enzimas con esta característica se llaman catalítico perfecto o cinético perfecto. El ejemplo de tales enzimas es isomerase del triose-fosfato, anhidrasa carbónica, acetylcholinesterase, catalase, fumarase, β-lactamase, y dismutase del superoxide.

La cinética de Michaelis-Menten confía en ley de la acción total, que se deriva de las asunciones de libre difusión y colisión al azar termodinámico-conducida. Sin embargo, muchos procesos bioquímicos o celulares se desvían perceptiblemente de estas condiciones, debido a concentraciones muy altas, la fase-separación de la enzima/del substrato/del producto, o un o de dos dimensiones movimiento molecular.^[51] En estas situaciones, a fractal Cinética de Michaelis-Menten puede ser aplicado.^{[52][53][54][55]}

Algunas enzimas funcionan con la cinética que son más rápida que las tarifas de la difusión, que se parecerían ser imposibles. Varios mecanismos se han invocado para explicar este fenómeno. Se creen algunas proteínas aceleran catálisis dibujando su substrato adentro y pre-orientándolos usando campos eléctricos dipolares. Otros modelos invocan un quántum-mecánico el hacer un túnel explicación, por el que un protón o un electrón pueda hacer un túnel a través de barreras de la activación, aunque para el protón hacer un túnel este modelo sigue siendo algo polémico.^[56][57] Quantum que hacía un túnel para los protones se ha observado adentro tryptamine.^[58] Esto sugiere que la catálisis de la enzima se pueda caracterizar más exactamente como “a través de la barrera” más bien que del modelo tradicional, que requiere los substratos pasar “” una barrera bajada de la energía.

Inhibición

Artículo principal: Inhibidor enzimático

Las tarifas de la reacción enzimática se pueden disminuir por los varios tipos de inhibidores enzimáticos.

Inhibición competitiva

En la inhibición competitiva, el inhibidor y el substrato compiten para la enzima (es decir, no pueden atar al mismo tiempo). Los inhibidores a menudo competitivos se asemejan fuertemente al substrato verdadero de la enzima. Por ejemplo, methotrexate es un inhibidor competitivo de la enzima reductase del dihydrofolate, de que cataliza la reducción dihydrofolate a tetrahydrofolate. La semejanza entre las estructuras del ácido folic y esta droga se demuestra en la figura a la derecha fondo. Observe que el atar de la necesidad del inhibidor no esté al sitio obligatorio del substrato (según lo indicado con frecuencia), si ata de los cambios del inhibidor la conformación de la enzima para prevenir el atascamiento del substrato y viceversa. En la inhibición competitiva la velocidad máxima de la reacción no se cambia, pero concentraciones más altas del substrato se requieren para alcanzar una velocidad dada, aumentando la K evidente_m.

Inhibición de Uncompetitive

En la inhibición uncompetitive el inhibidor no puede atar a la enzima libre, sino solamente al ES-complejo. El EIS-complejo formado así es enzimático inactivo. Este tipo de inhibición es raro, pero puede ocurrir en enzimas multimeric.

Inhibición no competitiva

Los inhibidores no competitivos pueden atar a la enzima al mismo tiempo que el substrato, es decir. ellos nunca lazo al sitio activo. Los complejos del E-I y de EIS son enzimático inactivos. Porque el inhibidor no se puede conducir de la enzima por una concentración más alta del substrato (en contraste con la inhibición competitiva), el V evidente_máximo cambios. Pero porque el substrato puede todavía atar a la enzima, la K_m permanece igual.

Inhibición mezclada

Este tipo de inhibición se asemeja a no competitivo, salvo que el EIS-complejo tiene actividad enzimática residual.

En muchos organismos los inhibidores pueden actuar como parte de a regeneración mecanismo. Si una enzima produce demasiado de una sustancia en el organismo, esa sustancia puede actuar como inhibidor para la enzima al principio del camino que lo produce, haciendo la producción de la sustancia retrasar o parar cuando hay suficiente cantidad. Ésta es una forma de regeneración negativa. Las enzimas que están conforme a esta forma de regulación son a menudo multimeric y tienen sitios obligatorios allosteric para las sustancias reguladoras. Su el substrato/diagramas de la velocidad es no hyperbolar, sino sigmoideos (S-shaped).

Inhibidores irreversibles reaccione con la enzima y forme a covalente aducción con la proteína. La inactivación es irreversible. Estos compuestos incluyen eflornithine una droga trataba la enfermedad parásita enfermedad el dormir.^[60] Penicilina y Aspirina también acto de este modo. Con estas drogas, el compuesto está limitado en el sitio activo y la enzima después convierte el inhibidor en una forma activada que reaccione irreversible con unos o más residuos del aminoácido.

Aplicaciones de inactivators

Los inhibidores son de uso frecuente como drogas, pero pueden también actuar como venenos. Sin embargo, la diferencia entre una droga y un veneno es generalmente solamente una cuestión de cantidad, puesto que la mayoría de las drogas son tóxicas en un cierto nivel, como Paracelsus escribió, “En todas las cosas hay un veneno, y no hay nada sin un veneno."^[61] Igualmente, antibióticos y otras drogas antiinfectantes son apenas los venenos específicos que matan a un patógeno pero no su anfitrión.

Un ejemplo de un inactivator que es utilizado como droga es aspirina, que inhibe COX-1 y COX-2 enzimas que producen inflamación mensajero prostaglandina, así suprimiendo dolor y la inflamación. El veneno cianuro es un inactivator irreversible de la enzima que combina con el cobre y el hierro en el sitio activo de la enzima oxidase del cytochrome c y bloques respiración celular.^[62]

Función biológica

Las enzimas sirven una variedad amplia de funciones organismos vivos interiores. Son imprescindibles para transduction de la señal y regulación de la célula, a menudo vía kinases y phosphatases.^[63] También generan el movimiento, con myosin ATP de hidrolización a generar contracción del músculo y cargo también de mudanza alrededor de la célula como parte del citoesqueleto.^[64] Otros ATPases en la membrana de la célula son bombas del ion implicado adentro transporte activo. Las enzimas también están implicadas en funciones más exóticas, por ejemplo luciferase generando la luz adentro luciérnagas.^[65] Virus la poder también contiene las enzimas para infectar las células, tales como Integrase del VIH y transcriptase reverso, o para el lanzamiento viral de las células, como gripe virus neuraminidase.

Una función importante de enzimas está en sistemas digestivos de animales. Enzimas por ejemplo amilasas y proteases analice las moléculas grandes (almidón o proteínas, respectivamente) en los más pequeños, así que ellos puede ser absorbido por los intestinos. Las moléculas del almidón, por ejemplo, son demasiado grandes ser absorbidas del intestino, pero las enzimas hydrolyse las cadenas del almidón en moléculas más pequeñas por ejemplo maltosa y eventual glucosa, que puede entonces ser absorbida. Diversas enzimas digieren diversas sustancias del alimento. En rumiantes cuáles tienen a herbívoro las dietas, microorganismos en la tripa producen otra enzima, cellulase analice las membranas celulares de la celulosa de la fibra de la planta.^[66]

Varias enzimas pueden trabajar juntas en una orden específica, creando caminos metabólicos. En un camino metabólico, una enzima toma el producto de otra enzima como substrato. Después de la reacción catalítica, el producto entonces se pasa encendido a otra enzima. A veces más de una enzima puede catalizar la misma reacción en el paralelo, éste puede permitir una regulación más compleja: con por ejemplo una actividad constante baja que es proporcionada por una enzima pero una alta actividad inducible de una segunda enzima.

Las enzimas se determinan qué pasos ocurren en estos caminos. Sin las enzimas, el metabolismo ni progresaría en los mismos pasos, ni sea rápidamente bastante responder a las necesidades de la célula. De hecho, un camino metabólico por ejemplo glicolisis no podía existir independientemente de enzimas. La glucosa, por ejemplo, puede reaccionar directamente con el ATP para convertirse phosphorylated en uno o más de sus carbones. En ausencia de enzimas, esto ocurre en cuanto a sea tan lentamente insignificante. Sin embargo, si hexokinase se agrega, estas reacciones lentas continúa ocurriendo salvo que el phosphorylation en el carbón 6 ocurre tan rápidamente que si la mezcla se prueba un más adelante a corto plazo, glucose-6-phosphate se encuentra para ser el único producto significativo. Por lo tanto, la red de caminos metabólicos dentro de cada célula depende del sistema de las enzimas funcionales que están presentes.

Control de la actividad

Hay cinco maneras principales que la actividad enzimática está controlada en la célula.

1. Producción enzimática (transcripción y traducción de genes de la enzima) puede ser realzado o ser disminuido por una célula en respuesta a cambios en el ambiente de la célula. Esta forma de regulación del gene se llama inducción enzimática e inhibición. Por ejemplo, las bacterias pueden convertirse resistente a los antibióticos por ejemplo penicilina porque las enzimas llamaron beta-lactamases se inducen que hydrolyse el crucial anillo del beta-lactam dentro de la molécula de la penicilina. Otro ejemplo es enzimas en hígado llamado oxidases del cytochrome P450, que son importantes adentro metabolismo de la droga. La inducción o la inhibición de estas enzimas puede causar interacciones de la droga.
2. Las enzimas pueden ser dividido en compartimientos, con diversos caminos metabólicos ocurriendo en diferente compartimientos celulares. Por ejemplo, ácidos grasos son sintetizados por un sistema de enzimas en cytosol, retículo endoplasmic y Aparato de Golgi y utilizado por un diverso sistema de enzimas como fuente de la energía en mitochondrion, a través β-oxidación.^[67]
3. Las enzimas se pueden regular cerca inhibidores y activadores. Por ejemplo, los productos finales de un camino metabólico son a menudo inhibidores para una de las primeras enzimas del camino (generalmente el primer paso irreversible, llamado paso confiado), así regulando la cantidad de producto final hecha por los caminos. Un mecanismo tan regulador se llama a mecanismo negativo de la regeneración, porque la cantidad del producto final producido es regulada por su propia concentración. El mecanismo negativo de la regeneración puede ajustar con eficacia el índice de la síntesis de metabolites intermedios según las demandas de las células. Esto ayuda a asignar los materiales y energía económicamente, y previene la fabricación de exceso de productos finales. Como otro dispositivos homeostatic, el control de la acción enzimática ayuda a mantener un ambiente interno estable en organismos vivos.
4. Las enzimas se pueden regular a través modificación poste-de translación. Esto puede incluir phosphorylation, myristoylation y glycosylation. Por ejemplo, en la respuesta a insulina, phosphorylation de enzimas múltiples, incluyendo synthase del glicógeno, las ayudas controlan la síntesis o la degradación de glicógeno y permite que la célula responda a los cambios adentro azúcar de sangre.^[68] Otro ejemplo de la modificación poste-de translación es la hendidura de la cadena del polipéptido. Chymotrypsin, un digestivo protease, se produce en forma inactiva como chymotrypsinogen en páncreas y transportado en esta forma a estómago donde se activa. Esto para la enzima de digerir el páncreas u otros tejidos finos antes de que entre en la tripa. Este tipo de precursor inactivo a una enzima se conoce como a cimógeno.
5. Algunas enzimas pueden convertirse activado cuando está localizado a un diverso ambiente (eg. de una reducción (citoplasma) a oxidar (periplasm) ambiente, alto pH a pH bajo etc). Por ejemplo, hemagglutinin en gripe el virus es activado por un cambio del conformational causado por las condiciones ácidas, éstos ocurren cuando se toma dentro de su célula huesped y entra en lysosome.^[69]

Implicación en enfermedad

Puesto que el control apretado de la actividad enzimática es esencial para homeostasis, cualquier malfuncionamiento (mutación, superproducción, underproduction o canceladura) de una sola enzima crítica puede conducir a a enfermedad genética. La importancia de enzimas es demostrada por el hecho de que una enfermedad mortal se puede causar por el malfuncionamiento de apenas un tipo de enzima fuera de los millares de tipos presentes en nuestros cuerpos.

Un ejemplo es el tipo más común de phenylketonuria. Una mutación de un solo aminoácido en la enzima hydroxylase del phenylalanine, de que cataliza el primer paso en la degradación phenylalanine, da lugar a la acumulación del phenylalanine y de los productos relacionados. Esto puede conducir a retraso mental si la enfermedad es untreated.^[70]

Otro ejemplo es cuándo mutaciones del germline en los genes que cifran para Reparación de la DNA las enzimas causan síndromes hereditarios del cáncer por ejemplo pigmentosum del xeroderma. Los defectos en estas enzimas causan el cáncer puesto que el cuerpo puede menos reparar mutaciones en el genoma. Esto causa una acumulación lenta de mutaciones y de resultados en el desarrollo de muchos tipos de cáncer en la víctima.

Nombramiento de convenciones

El nombre de una enzima se deriva a menudo de su substrato o de la reacción química que cataliza, con el conclusión de la palabra adentro - ase. Los ejemplos son lactasa, dehydrogenase del alcohol y Polimerasa de la DNA. Esto puede dar lugar a diversas enzimas, llamadas los isoenzimas, con la misma función teniendo el mismo nombre básico. Los isoenzimas tienen una diversa secuencia del aminoácido y se pudieron distinguir por su óptimo pH, características cinéticas o inmunológico. Además, la reacción fisiológica normal que una enzima cataliza puede no ser igual que bajo condiciones artificiales. Esto puede dar lugar a la misma enzima que es identificada con dos diversos nombres. E.g. Isomerase de la glucosa, utilizado industrial convertir glucosa en el dulcificante fructosa, es un isomerase del xylose in vivo.

Unión internacional de la bioquímica y de la biología molecular han desarrollado a nomenclatura para las enzimas, Números de la EC; cada enzima es descrita por una secuencia de cuatro números precedidos por la “EC”. El primer número clasifica ampliamente la enzima basada en su mecanismo:

La clasificación a nivel superior es

• EC 1 Oxidoreductases: catalice oxidaciónreacciones de /reduction
• EC 2 Transferases: transfiera a grupo funcional (e.g. un grupo de metilo o del fosfato)
• EC 3 Hydrolases: catalice hidrólisis de varios enlaces
• EC 4 Lyases: hienda los varios enlaces por medios con excepción de la hidrólisis y de la oxidación
• EC 5 Isomerases: catalice isomerización cambios dentro de una sola molécula
• EC 6 Ligases: ensamble dos moléculas con enlaces covalentes

La nomenclatura completa se puede hojear en http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/.

Usos industriales

Las enzimas se utilizan en industria química y otros usos industriales cuando se requieren los catalizadores extremadamente específicos. Sin embargo, las enzimas en general se limitan en el número de reacciones que se han desarrollado para catalizar y también por su carencia de la estabilidad adentro solventes orgánicos y en las temperaturas altas. Por lo tanto, ingeniería de la proteína es un campo de investigación activo e implica tentativas de crear las enzimas nuevas con las características de la novela, cualquiera con diseño racional o in vitro evolución.^[71][72]

Uso	Enzimas usadas	Aplicaciones
Industria panadera la amilasa alfa cataliza el lanzamiento de los monomers del azúcar del almidón	Fungicida las enzimas de la amilasa alfa se hacen inactivo normalmente aproximadamente 50 grados de centígrado, pero se destruyen durante el proceso de panadería.	Catalice la interrupción de almidón en harina al azúcar. La acción de la levadura en el azúcar produce el bióxido de carbono. Utilizado en la producción del pan, de los bollos, y de los rodillos blancos.
	Proteases	Los fabricantes de la galleta los utilizan para bajar el nivel de la proteína de la harina.
Alimentos para nin#os	Trypsin	A los alimentos para nin#os más predigest.
Sector cervecero Germinación cebada utilizado para el altímetro.	Las enzimas de la cebada se lanzan durante la etapa de trituración de la producción de la cerveza.	Degradan el almidón y las proteínas para producir el azúcar, los aminoácidos y los peptides simples que son utilizadas por la levadura para la fermentación.
	Enzimas producidas industrialmente de la cebada	Ampliamente utilizado en el proceso de la elaboración de la cerveza a substituir para las enzimas naturales encontró en cebada.
	Amilasa, glucanases, proteases	Polisacáridos y proteínas partidos en malta.
	Betaglucanases y arabinoxylanases	Mejore las características de filtrado del mosto y de la cerveza.
	Amyloglucosidase y pullulanases	Con pocas calorías cerveza y ajuste de la fermentescibilidad.
	Proteases	Quite la nubosidad producida durante el almacenaje de cervezas.
	Acetolactatedecarboxylase (ALDC)	Evite la formación del diacetyl
Zumos de fruta	Cellulases, pectinases	Clarifique los zumos de fruta
Sector lechero Queso del Roquefort	Rennin, derivado de los estómagos de jóvenes animales de rumiante (como pare y pare).	Fabricación del queso, usada a hidrolice proteína.
	Enzima microbiano producida	Ahora encontrar uso de aumento en el sector lechero.
	Lipasas	Se pone en ejecución durante la producción de Queso del Roquefort para realzar la maduración de azul-moldee el queso.
	Lactases	Analice lactosa a glucosa y galactosa.
Ablandadores de la carne	Papaína	Para ablandar la carne para cocinar.
Industria del almidón Glucosa Fructosa	Amilasas, amyloglucosideases y glucoamylases	Convertidos almidón en glucosa y vario jarabes.
	Isomerase de la glucosa	Convertidos glucosa en fructosa en la producción de jarabes de la fructosa alta de los materiales almidonados. Estos jarabes han realzado la dulcificación de características y bajan valores que la sucrosa para el mismo nivel del dulzor.
Industria de papel Un molino de papel adentro Carolina del Sur.	Amilasas, Xylanases, Cellulases y ligninases	Degrade el almidón para bajar viscosidad, ayudando apresto y papel de capa. Xylanases reduce el blanqueo requerido para decolorar; los cellulases alisan fibras, realzan drenaje del agua, y promueven retiro de la tinta; las lipasas reducen la echada y las enzimas lignina-que degradan quitan lignina para ablandar el papel.
Biofuel industria Celulosa en 3D	Cellulases	Utilizado analice la celulosa en las azúcares que pueden ser fermentadas (véase etanol celulósico).
	Ligninases	Uso de lignina basura
Detergente biológico Jabón del lavadero	Sobre todo proteases, producido en extracelular forme de bacterias	Utilizado para las condiciones del presoak y los usos líquidos directos que ayudan con el retiro de las manchas de la proteína de las ropas.
	Amilasas	Los detergentes para la máquina sirven lavarse para quitar residuos resistentes del almidón.
	Lipasas	Asistían al retiro de manchas grasas y aceitosas.
	Cellulases	Utilizado en biológico acondicionadores de la tela.
Limpiadores de la lente de contacto	Proteases	Para quitar proteínas en lente de contacto para prevenir infecciones.
Industria de goma	Catalase	Para generar oxígeno de peróxido para convertir látex en el caucho de la espuma.
Industria fotográfica	Protease (ficin)	Disuelva gelatina del desecho película, permitiendo la recuperación de su plata contenido.
Biología molecular Parte de la DNA hélice doble.	Enzimas de la restricción, Ligase de la DNA y polimerasas	Manipulaban la DNA adentro ingeniería genética, importante adentro farmacología, agricultura y medicina. Esencial para digestión de la restricción y reacción en cadena de la polimerasa. La biología molecular es también importante adentro ciencia forense.

Vea también

• Lista de enzimas
• Análisis de enzima
• Catálisis de la enzima
• RNA Biocatalysis
• Enzimas del SUMO
• K_i Base de datos
• Proteonomics y ingeniería de la proteína
• Enzima inmovilizada

Referencias

Lectura adicional

Etymology e historia Cerveza nueva en una vieja botella: Eduard Buchner y el crecimiento de conocimiento bioquímico, corregido por Athel De Cornualles-Bowden y publicado por Universitat de València (1997): ISBN 84-370-3328-4, Historia de A de la enzimología temprana. Williams, Henrio Smith, 1863-1943. Una historia de la ciencia: en cinco volúmenes. Volumen IV: Desarrollo moderno del producto químico y de las ciencias biológicas, Libro de textos de A a partir del diecinueveavo siglo. Kleyn, J. y Hough J. La microbiología de la elaboración de la cerveza. Revisión anual de la microbiología (1971) Vol. 25: 583–608 Estructura y mecanismo de la enzima Fersht, A. Estructura y mecanismo en ciencia de la proteína: Una guía a la catálisis de la enzima y al plegamiento de la proteína. W. H. Freeman, 1998 ISBN 0-7167-3268-8 Walsh, C., mecanismos enzimáticos de la reacción. W. H. Freeman y Company. 1979. ISBN 0-7167-0070-0 Página, M. I., y Williams, A. (Eds.), 1987. Mecanismos de la enzima. Sociedad real de la química. ISBN 0-85186-947-5 Bugg, T. Introducción a la química de la enzima y de la coenzima, 2004, el publicar de Blackwell limitado; 2da edición. ISBN 1-40511-452-5 Warshel, A., el modelar de la computadora de reacciones químicas en enzimas y soluciones Juan Wiley y Sons Inc. 1991. ISBN 0-471-18440-3 Termodinámica Reacciones y enzimas Capítulo 10 del libro en línea de la biología en la universidad de comunidad de la montaña de Estrella.

Cinética e inhibición Athel De Cornualles-Bowden, Fundamentales de la cinética de la enzima. (3ro edición), prensa de Portland (2004), ISBN 1-85578-158-1. Irwin H. Segel, Cinética de la enzima: Comportamiento y análisis del equilibrio rápido y de los sistemas de estado estacionario de la enzima. Wiley-Interscience; Nueva edición del Ed (1993), ISBN 0-471-30309-7. Juan W. Baynes, Bioquímica médica, Elsevier-Mosby; 2o Edición (2005), ISBN 0-7234-3341-0, P. 57. Función y control de enzimas en la célula Precio, N. y Stevens, L., fundamentales de la enzimología: Célula y biología molecular de la prensa catalítica de la universidad de Oxford de las proteínas, (1999), ISBN 0-19-850229-X Enfermedades alimenticias y metabólicas Capítulo del libro de textos en línea “introducción a los genes y a la enfermedad” del NCBI. Enzima-nombramiento de convenciones Nomenclatura de la enzima, Recomendaciones para los nombres de la enzima del comité de la nomenclatura de la unión internacional de la bioquímica y biología molecular. Koshland D. Las enzimas, V. I, ch. 7, Acad. Prensa, Nueva York, (1959) Usos industriales Historia de enzimas industriales, Artículo acerca de la historia de enzimas industriales, a partir de los últimos 1900s a los actuales tiempos.

Acoplamientos externos

• Estructura/función de enzimas, Clase particular del Web en la estructura de la enzima y función.
• Enzimas en diagnosis, Papel de enzimas en la diagnosis de enfermedades.
• Proyector de la enzima Característica mensual en el instituto europeo de Bioinformatics en una enzima seleccionada.
• AMFEP, Asociación de fabricantes y Formulators de los productos de la enzima
• BRENDA base de datos, una compilación comprensiva de la información y referencias de la literatura sobre todas las enzimas sabidas; requiere el pago de los usuarios comerciales.
• La enzima estructura la base de datos acoplamientos a los datos tridimensionales sabidos de la estructura de enzimas en Banco de datos de la proteína.
• Enzima de ExPASy base de datos, acoplamientos a Suizo-Prot ordene los datos, entradas en otras bases de datos y a las investigaciones literarias relacionadas.
• KEGG: Enciclopedia de Kyoto de genes y de genomas Información gráfica y hypertext-basada sobre caminos bioquímicos y enzimas.
• MACiE base de datos de los mecanismos de la reacción enzimática.
• MetaCyc base de datos de enzimas y de caminos metabólicos
• 'Entrevista cara a cara con sir Juan Cornforth que fue concedido un premio Nobel para el trabajo sobre el stereochemistry de reacciones enzima-catalizadas Vídeo de Freeview por la confianza de la ciencia de Vega
• Análisis de enzima de Aldrich de la sigma de Enzyme Name - 100 de análisis clasificados por nombre de la enzima.

v • d • e Química alimenticia Añadidos · Carbohidratos · Colorante · Enzimas · Ácidos grasos esenciales · Sabores · Lípidos · Minerales · Proteínas · Vitaminas · Agua

v • d • e Proteínas: enzimas Asuntos Sitio activo - Regulación de Allosteric - Sitio obligatorio - Enzima catalítico perfecta - Coenzima - Cofactor - Cooperativity - Número de la EC Catálisis de la enzima - Inhibidor enzimático - Cinética de la enzima - Diagrama de Lineweaver-Burk - Cinética de Michaelis-Menten - Lista de enzimas Tipos EC1 Oxidoreductases/lista - EC2 Transferases/lista - EC3 Hydrolases/lista - EC4 Lyases/lista - EC5 Isomerases/lista - EC6 Ligases/lista