Enzym

Z Multimediaexpo.cz

Nemáte oprávnění „upravit tuto stránku“. Důvod:

Můžete si prohlédnout a zkopírovat zdrojový kód této stránky:

[[Soubor:GLO1 Homo sapiens.gif|thumb|300px|right|Lidská [[glyoxyláza I]] je enzym ze skupiny [[lyáza|lyáz]]. V molekule enzymu převládají [[bílkovina|bílkovinné]] řetězce, ale navíc jsou jeho součástí dva ionty [[zinek|zinku]] (fialově) a [[inhibitor|inhibičně]] působící regulátor [[hexylglutathion|''S''-hexylglutathion]]]] '''Enzym''' je jednoduchá či složená [[bílkovina]]{{#tag:ref|Vzácněji mohou být enzymy nebílkovinné povahy, konkrétně tzv. [[ribozym]]y, jež jsou složené z [[RNA]]|group=pozn}} s [[katalyzátor|katalytickou]] aktivitou. Enzymy určují povahu i rychlost chemických reakcí a řídí většinu biochemických procesů v těle všech živých organismů včetně člověka. [[Věda]] o enzymech se jmenuje [[enzymologie]] a rozvíjí se zejména od 19. století, kdy si lidé začali všímat procesů, k nimž dochází např. při [[trávení]] potravy. Základní složkou enzymů jsou [[protein]]y, na něž se velmi často vážou další přídatné molekuly známé jako [[kofaktor]]y nebo [[prostetická skupina|prostetické skupiny]], které se podílí na katalýze. Samotná enzymatická reakce probíhá obvykle v tzv. [[aktivní místo|aktivním místě]] enzymu. Enzymů je obrovské množství a je možné je klasifikovat do šesti skupin: [[oxidoreduktáza|oxidoreduktázy]], [[Transferáza|transferázy]], [[Hydroláza|hydrolázy]], [[Lyáza|lyázy]], [[Izomeráza|izomerázy]] a [[Ligáza|ligázy]]. Všechny mají společnou katalytickou funkci; snižují [[Gibbsova energie|energetickou bariéru]] (ΔG) nutnou pro proběhnutí reakce. Enzymy obecně jsou výrazně specifické a obvykle přeměňují jeden nebo několik málo substrátů, a to jedním definovaným způsobem. Aktivita enzymů, spočívající v ovlivnění rychlosti chemických reakcí snižováním jejich aktivační energie, je závislá zejména na koncentraci substrátu, teplotě, [[kyselost|pH]] a přítomnosti [[aktivátor]]ů a [[inhibitor]]ů. Celá řada enzymů již našla praktické využití i v průmyslu a ve výzkumu. == Historie výzkumu == [[Soubor:Eduardbuchner.jpg|thumb|180px|[[Eduard Buchner]] si povšiml, že enzymatickou aktivitu má i pouhý výtažek z kvasinek]] [[Věda]] o enzymech se jmenuje [[enzymologie]]. Na přelomu 18. a 19. století již existovalo povědomí o procesech, jako je [[trávení]] masa [[žaludeční šťáva|žaludeční šťávou]]<ref name="Reaumur1752">{{Citace periodika| příjmení = de Réaumur| jméno = RAF| odkaz na autora = René Antoine Ferchault de Réaumur| rok = 1752| titul = Observations sur la digestion des oiseaux| periodikum = Histoire de l'academie royale des sciences| ročník = 1752| strany = 266, 461}}</ref> nebo rozklad [[škrob]]u na jednoduché cukry účinkem [[slina|slin]]. Skutečný průběh těchto jevů však byl zahalen tajemstvím a např. [[pepsin]] byl objeven až ve století devatenáctém.<ref>{{citace monografie| příjmení = Williams| jméno= H. S. |rok= 1904| url= http://etext.lib.virginia.edu/toc/modeng/public/Wil4Sci.html | titul = A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences|vydavatel= Harper and Brothers (New York) | datum přístupu = 4. dubna 2007}}</ref> Velký pokrok v tomto směru představují výzkumy slavného mikrobiologa [[Louis Pasteur|L. Pasteura]], který si povšiml, že pouze živé čerstvé [[kvasinky|kvasinkové]] buňky jsou schopné kvasit cukry na [[ethanol|alkohol]] a že tedy tato schopnost je zřejmě nějakým výlučným rysem živých organismů.<ref>{{Citace periodika | příjmení=Dubos | jméno=J.| rok=1951| titul=Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895) — chance and the prepared mind| periodikum=Trends Biotechnol| ročník=13| číslo=12| strany=511–5| pmid=8595136 | doi=10.1016/S0167-7799(00)89014-9}}</ref> V té době se však biokatalyzátorům neříkalo enzymy, nýbrž '''fermenty''', protože byly činěny zodpovědnými za rozkladné [[fermentace|fermentační]] procesy v přírodě.<ref name=enzymologie /> V roce [[1877]] německý fyziolog [[Wilhelm Kühne]] poprvé použil slovo „enzym“, které pochází z řeckého ''ενζυμον'', tedy „v [[kypřidlo|kypřidle]]“.{{#tag:ref|Poprvé zřejmě bylo slovo enzym použito na straně 190 v díle <ref>{{citace periodika| jméno=Wilhelm| příjmení = Kühne | rok= 1877| url = http://books.google.com/books?id=jzdMAAAAYAAJ&pg=PA190&ie=ISO-8859-1&output=html | titul = Über das Verhalten verschiedener organisirter und sog. ungeformter Fermente |periodikum= Verhandlungen des naturhistorisch-medicinischen Vereins zu Heidelberg | ročník = 1 | číslo = 3| strany= 190–193}}</ref> — citováno: „Abych předešel nedorozumění a složitým větným konstrukcím, navrhuji termín enzym…“|group=pozn}} Slovo však bylo v dnešním moderním smyslu používáno až později. O dvacet let později si [[Eduard Buchner]] povšiml, že pro kvašení cukru stačí jen kvasinkový extrakt, který zřejmě obsahuje enzym, jenž toto kvašení umožňuje (on tuto látku označoval jako „zymáza“). Za tyto výzkumy mu také bylo udělena [[Nobelova cena za chemii]].<ref>{{citace elektronické monografie| url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-bio.html | titul = Nobel Laureate Biography of Eduard Buchner | vydavatel = http://nobelprize.org}}</ref><ref>{{citace elektronické monografie| titul = | url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-lecture.pdf| jméno = Eduard| příjmení = Buchner| titul = Cell-free fermentation - Nobel Lecture| měsíc = prosinec| den=11 | rok=1907}}</ref> Stalo se zvykem, že jsou enzymy pojmenovávány podle toho, jakou reakci katalyzují, přidáním koncovky –áza (dříve –asa). Tento úzus zřejmě zavedl francouzský vědec [[Émile Duclaux]], který tak chtěl oslavit objevitele [[diastáza|diastázy]] – prvního izolovaného enzymu vůbec.<ref>{{citace monografie| jméno=Emile | příjmení = Duclaux| url = http://books.google.com/books?id=Kp9EAAAAQAAJ&printsec=frontcover&ie=ISO-8859-1&output=html | titul = Traité de Microbiologie |svazek=2| místo=Paris, Francie| vydavatel=Masson and Co.|rok= 1899| kapitola = 1| strany=9}}</ref> Dalším cílem výzkumníků bylo určit biochemickou povahu enzymů. Několik vědců sice poukazovalo na to, že enzymatická aktivita má něco společného s proteiny, ale například vlivný chemik [[Richard Willstätter]] tvrdil, že bílkoviny jsou pouhé přenašeče skutečných enzymů a nejsou samy o sobě schopné katalyzovat chemické reakce. [[James Batcheller Sumner]] v roce 1924 izoloval a [[krystalizace|krystalizoval]] enzym [[ureáza|ureázu]] a prokázal, že se jedná o čistý protein. Důkaz, že proteiny mohou samy o sobě plnit funkci enzymů, podali [[John Howard Northrop|Northrop]] a [[Wendell Meredith Stanley|Stanley]], kteří zkoumali [[trávicí enzym]]y [[pepsin]], [[trypsin]] a [[chymotrypsin]]. Spolu se Sumnerem jim byla v roce 1946 udělena Nobelova cena za chemii.<ref>{{citace elektronické monografie| url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1946/ | titul = 1946 Nobel prize for Chemistry laureates | vydavatel = http://nobelprize.org| datum přístupu = 12-12-2010}}</ref> Díky Sumnerovu objevu krystalizace proteinů se otevřel prostor pro důležitou metodu tzv. [[rentgenová krystalografie|rentgenové krystalografie]], jenž umožňuje určit prostorovou strukturu bílkovin. Poprvé s touto metodou uspěla skupina vedená [[David Chilton Phillips|D. C. Phillipsem]], která v roce 1965 zveřejnila prostorovou strukturu enzymu [[lysozym]]u.<ref>{{Citace periodika | autor=Blake CC, Koenig DF, Mair GA, North AC, Phillips DC, Sarma VR.| rok=1965| titul=Structure of hen egg-white lysozyme. A three-dimensional Fourier synthesis at 2 Angstrom resolution | periodikum=Nature | ročník=22| číslo=206| strany=757–61| pmid=5891407| doi=10.1038/206757a0}}</ref> == Stavba == [[Soubor:Carbonic anhydrase.png|thumb|upright=1.5|[[Karbonanhydráza]] včetně kofaktoru [[zinek|zinku]] (šedý atom uprostřed)]] Základem většiny enzymů je proteinová složka, tzn. dlouhé sekvence aminokyselin vytvářející prostorový útvar. Existuje nicméně i malý počet enzymů, které jsou místo bílkovin složené z [[RNA]] – těmto RNA enzymům se říká také [[ribozym]]y a patří k nim například [[rRNA]] v [[ribozom]]u. Menšinovou, ale o to významnější složkou enzymů jsou tzv. [[prostetická skupina|prostetické skupiny]], které se pevně váží na enzym a umožňují zpravidla jeho katalytickou funkci. Pouze bílkovinná složka enzymu se označuje '''apoenzym''', který spolu s prostetickou skupinou tvoří výsledný a aktivní '''holoenzym'''.<ref name=voet>{{citace monografie| příjmení = Voet | jméno=Donald |příjmení2= Voet |jméno2=Judith | titul = Biochemie | vydání = 1. | vydavatel=Victoria Publishing| místo=Praha| rok= 1995| isbn= 80-85605-44-9}}</ref> Mimo prostetické skupiny se enzymové katalýzy účastní i další, volněji navázané látky, označované obvykle jako [[koenzym]]y. Co se týče terminologie okolo kofaktorů, prostetických skupin a koenzymů, panuje značná nejednotnost. Voet & Voet rozlišují dva druhy kofaktorů, koenzymy a prostetické skupiny, z nichž první se vážou slabě a druhé kovalentně.<ref name=voet /> Stejné pojetí zastává například Vodrážkova Enzymologie<ref name=enzymologie>{{citace monografie| titul = Enzymologie| vydavatel=VŠCHT v Praze| jméno=Zdeněk|příjmení=Vodrážka| jméno2= Pavel| příjmení2=Rausch| jméno3= Jan| příjmení3=Káš| rok=1998}}</ref> nebo Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology.<ref>{{citace monografie| titul=Oxford dictionary of biochemistry and molecular biology; revised edition|vydavatel=Oxford university press| isbn=0-19-852917-1|rok=2006| místo=New York| editoři= R. Cammack et al}}</ref> Poněkud jiné definice používá např. Alberts<ref>{{citace monografie | příjmení = Alberts| jméno = Bruce , et al.| rok=2002|titul= The Molecular Biology of the Cell | edice=4th. ed|vydavatel = Garland Science | isbn=0-8153-3218-1 | url =}}</ref> nebo Harper.<ref name=harper>{{citace monografie| titul=Harper's Illustrated Biochemistry| příjmení=Murray| jméno=Robert K.| spoluautoři=Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell| vydavatel=Lange Medical Books/McGraw-Hill; Medical Publishing Division| rok=2003 | isbn=0-07-138901-6}}</ref> Mezi kofaktory se obvykle neřadí další nebílkovinné součási enzymů, jako například různé [[cukr|cukerné]] složky nebo ionty [[kov]]ů (protože mnohé enzymy jsou [[glykoprotein]]y nebo [[metaloprotein]]y). Ke známým metaloenzymům patří [[metaloproteáza|metaloproteázy]], [[alkoholdehydrogenáza]] či [[karbonáthydrolyáza]].<ref name=enzymologie /> === Bílkovinná složka === Hlavní složkou molekul holoenzymů jsou [[bílkoviny]] (lineární [[polypeptid]]y) složené z 20<ref group=pozn>Počet proteinogenních aminokyselin není vůbec ustálen, ačkoliv obvykle se uvádí 20 základních. Nicméně v určitých případech může být za proteinogenní považován i 21. [[selenocystein]], příp. 22. [[pyrrolysin]]. Naopak [[prolin]] je spíše [[iminokyselina]], a tak by správně mezi aminokyseliny vůbec neměl být počítán.</ref> základních [[proteinogenní aminokyselina|proteinogenních]] α-[[Chiralita|L]]-[[aminokyselina|aminokyselin]], z nichž každá je svými vlastnostmi odlišná od těch ostatních (ty však platí i pro ostatní proteiny, nejen pro enzymy). [[Fenylalanin]], [[tryptofan]] a nepolární alifatické aminokyseliny se například obvykle nachází uvnitř enzymů. [[Tyrosin]] nebo [[histidin]] bývají poměrně často přítomny v tzv. aktivním centru enzymů, první jmenovaný díky své schopnosti tvořit [[vodíková vazba|vodíkové můstky]], druhý kvůli schopnosti přijímat [[proton]]y a svým [[nukleofilie|nukleofilním]] vlastnostem.<ref name=enzymologie /> Délkou sahají od pouhých 62 aminokyselin v případě [[4-oxalokrotonáttautomeráza|4-oxalokrotonáttautomerázy]]<ref>{{Citace periodika | autor=Chen LH, Kenyon GL, Curtin F, Harayama S, Bembenek ME, Hajipour G, Whitman CP | titul=4-Oxalocrotonate tautomerase, an enzyme composed of 62 amino acid residues per monomer | periodikum=J. Biol. Chem. | ročník=267 | číslo=25 | strany=17716–21 | rok=1992 | pmid=1339435}}</ref> po 2500 aminokyselin dlouhý komplex [[syntáza mastných kyselin|syntázy mastných kyselin]].<ref>{{Citace periodika | autor=Smith S | titul=The animal fatty acid synthase: one gene, one polypeptide, seven enzymes | url=http://www.fasebj.org/cgi/reprint/8/15/1248 | periodikum=FASEB J. | ročník=8 | číslo=15 | strany=1248–59 | datum=1 December 1994 | pmid=8001737}}</ref> Mnohdy se na stavbě enzymu podílí několik samostatných bílkovin, které dohromady tvoří tzv. [[proteinový komplex]]. Pokud se vlivem určitých chemických látek rozruší prostorová struktura enzymů, dojde k tzv. denaturaci, kdy enzym vratně nebo nevratně přestane být funkční. Je tedy zřejmé, že prostorový tvar enzymů je zcela zásadní pro jejich funkčnost – bohužel však stále neumíme podle tvaru molekuly spolehlivě předpovědět druh enzymatické aktivity.<ref>{{Citace periodika | autor=Dunaway-Mariano D | titul=Enzyme function discovery | periodikum=Structure | ročník=16 | číslo=11 | strany=1599–600 | rok=2008| pmid=19000810 | doi=10.1016/j.str.2008.10.001}}</ref> Většina enzymů je mnohem větší než látky, jejichž přeměnu katalyzují a na vlastní enzymatické aktivitě se podílí jen např. 3–4 aminokyseliny. <ref>{{citace elektronické monografie| url = http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CSA/ | titul = The Catalytic Site Atlas at The European Bioinformatics Institute}}</ref> Tyto aminokyseliny společně vytváří tzv. [[aktivní místo]]. Dalšími důležitými oblastmi v enzymu jsou části, kde se vážou [[kofaktor]]y nebo jiné malé molekuly potřebné pro katalýzu. === Kofaktory === {{podrobně|Kofaktor (biochemie)}} Některé enzymy ke své funkci potřebují další, nebílkovinné molekuly, jimž se obvykle říká [[kofaktor]]y. Takových enzymů je dokonce většina, odhaduje se asi 60 %.<ref name=enzymologie /> Kofaktory obecně umožňují přenos jednotlivých atomů nebo elektronů v průběhu enzymatické činnosti.<ref name=enzymologie /> Vymezení a definice jednotlivých druhů kofaktorů se liší autor od autora, nicméně [[prostetická skupina]] je obvykle chápána jako pevně vázaná a stabilní součást molekul enzymů, zatímco [[koenzym]] se váže pouze slabě a snadno [[disociace|disociuje]]. Navíc obvykle platí, že koenzymy se obvykle po proběhnutí reakce „spotřebovávají“ a jsou v mnoha případech jiným enzymem opět regenerovány, aby mohly opět plnit svou funkci. V reálné biochemii však existuje plynulý přechod mezi koenzymy a prostetickými skupinami.<ref name=enzymologie /> Podle chemické struktury a funkce je možné všechny kofaktory praktičtěji rozdělit do několika skupin:<ref name=enzymologie /> * Kofaktory účastnící se oxidačních a redukčních pochodů (kofaktory [[oxidoreduktáza|oxidoreduktáz]]): patří k nim různé [[pyridin]]ové ([[nikotinamid]]ové) (di)[[nukleotid]]y ([[NAD+]] a [[NADP+]]), [[flavin]]ové „nukleotidy“ ([[flavinmononukleotid|FMN]] a [[flavinadenindinukleotid|FAD]]), [[biopterin]], [[lipoová kyselina]], [[benzochinon]]y ([[koenzym Q|CoQ]] a [[plastochinon]]), [[hem]], [[FeS klastr|FeS centra]] či [[glutathion]]. * Kofaktory umožňující přenos skupin (kofaktory [[transferáza|transferáz]]): patří k nim známý [[adenosintrifosfát|ATP]], [[aktivní sulfát]] (PAPS), [[adenosylmethionin]] a [[methylkobalamin]], [[tetrahydrofolát]], [[biotin]], [[thiamindifosfát]], [[koenzym A]], [[pyridoxalfosfát]], [[uridindifosfát|UDP]] a [[cytidindifosfát|CDP]] * Kofaktory [[lyáza|lyáz]]: patří mezi ně již zmíněné kofaktory, jako acetylkoenzym A, biotin, thiamindifosfát či pyridoxalfosfát * Kofaktory [[izomeráza|izomeráz]]: jsou spíše vzácné, protože izomerázy se bez nich obvykle obejdou; nicméně někdy se používá glutathion nebo různé deriváty kobalaminu === Důležité oblasti === Tvar enzymu může být různý, ale v každém případě by měl zahrnovat tzv. [[aktivní místo]], což je obvykle štěrbina nebo prohlubeň, kde je [[substrát]] dostatečně uchráněn před okolním vodným prostředím a může zde dojít ke katalýze. U [[multimer]]ických enzymů (tedy s více [[podjednotka]]mi) je aktivní místo mnohdy vytvořeno na pomezí mezi dvěma podjednotkami a na jeho vzniku se tedy podílí aminokyselinové zbytky z dvou či více různých proteinů. V aktivním místě se často nachází různé kofaktory a prostetické skupiny. Jiným důležitým místem je u mnohých (ale zdaleka ne u všech) enzymů tzv. [[alosterické místo]], které se uplatňuje zejména u kaskád několika enzymatických reakcí a je prostředkem tzv. alosterické regulace. Vážou se sem jisté molekuly, přičemž ale nedochází k enzymatické přeměně.<ref name=harper /> == Klasifikace == [[International Union of Biochemistry and Molecular Biology|Mezinárodní biochemická a molekulárně biologická unie]] (IUBMB) zavedla [[názvosloví|nomenklaturické]] rozdělení enzymů pomocí tzv. [[EC číslo|EC čísel]] do 6 hlavních kategorií, které se dále dělí na podkategorie. Často se tak můžeme vedle jména enzymu setkat ještě s jeho číselným označením ve stylu např. [[tripeptidaminopeptidáza|EC 3.4.11.4]]. Mezi šest hlavních kategorií enzymů patří:<ref name=enzymologie /> * EC 1 – [[Oxidoreduktáza|oxidoreduktázy]]: katalyzují oxidačně/redukční reakce * EC 2 – [[Transferáza|transferázy]]: přenášejí funkční skupiny (například methyl-, acetyl- nebo fosfátovou skupinu) * EC 3 – [[Hydroláza|hydrolázy]]: katalyzují hydrolýzu chemických vazeb * EC 4 – [[Lyáza|lyázy]]: štěpí chemické vazby jiným způsobem než hydrolýzou či redoxní reakcí * EC 5 – [[Izomeráza|izomerázy]]: katalyzují [[isomer]]izační reakce * EC 6 – [[Ligáza|ligázy]]: spojují dvě molekuly kovalentní vazbou Tzv. systémové názvy enzymů jsou pokusem o systematické pojmenování enzymů skutečným popisem reakcí, jež katalyzují. Příkladem je třeba [[laktátdehydrogenáza|(S)-laktát:NAD⁺-oxidoreduktáza]], která katalyzuje oxidoredukční reakci substrátu (S)-laktát se substrátem (resp. kofaktorem) NAD⁺. V EC systému by její číselný kód zněl EC 1.1.1.27, protože patří do skupiny oxidoreduktáz (1), účinkuje na CH-OH skupinu (1.1), jako akceptor vodíku protonů využívá NAD+ nebo NADP+ (1.1.1) a jedná se o laktátdehydrogenázu (1.1.1.27).<ref name=enzymologie /> == Vlastnosti == Téměř všechny biochemické reakce jsou řízené enzymaticky.<ref name=voet /> Enzymy jsou speciální skupina [[katalyzátor]]ů, které stojí na pomezí heterogenní a homogenní katalýzy, ale v mnohém připomínají spíše tu heterogenní, ač jsou obvykle rozpuštěné ve vodě. Jsou tak výkonné, že enzymaticky katalyzované reakce dosahují 10⁸–10¹⁴× vyšších rychlostí než reakce nekatalyzované.<ref name=enzymologie /> Extrémním příkladem je [[orotidin-5'-fosfátdekarboxyláza]] – díky ní reakce, která by trvala 78 milionů let, proběhne s poločasem 18 milisekund.<ref>{{Citace periodika | příjmení = Radzicka | jméno = A. | příjmení2 = Wolfenden | jméno2 = R. | titul = A proficient enzyme | periodikum = Science. | rok = 1995 | číslo = 5194 | ročník = 267 | strany = 90-3 | url = http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7809611 | issn = 0036-8075 }}</ref> Enzymy předčí svou rychlostí o několik řádů i běžné chemické katalyzátory. Enzymatická reakce má však i celou řadu dalších výhod. Takové reakce se dají obvykle uskutečnit za mnohem nižších teplot, při atmosférickém tlaku a při fyziologickém pH. Dále jsou enzymy velice specifické, mnohem více, než jakýkoliv chemický katalyzátor. Konečně je možné enzym snadno regulovat, například [[alosterická regulace|alostericky]] nebo třeba útlumem syntézy daného proteinu.<ref name=voet /> === Katalýza === Enzymy, podobně jako jiné [[katalyzátor]]y, snižují [[Gibbsova energie|volnou aktivační energii]] (Gibbsovu energii) – ΔG. Každé snížení této aktivační bariéry výrazně zvyšuje rychlost reakce (stačí poměrně malé snížení energie pro mnohonásobné zvýšení rychlosti).<ref name=voet /> Za vynikající katalytické schopnosti enzymů jsou zodpovědné především čtyři mechanismy. Jednou z možností je, že enzym vhodně přiblíží substráty a vhodně je prostorově orientuje. Vznikne tak vysoká lokální koncentrace substrátů a usnadní se reakce. Jindy se v aktivním místě enzymu vytváří pomocí zbytků vhodných aminokyselin silně [[kyselost|kyselé]] nebo [[zásaditost|zásadité]] prostředí podle toho, co je potřeba k proběhnutí reakce. V jiných případech dochází k navázání substrátu na enzym (např. na [[serin]], [[cystein]] či [[histidin]]<ref name=enzymologie />) a k natahování nebo rozrušování substrátu, což oslabuje např. cílovou vazbu a usnadňuje rozkladné reakce. Jindy dochází ke katalýze tak, že enzym volí jiný reakční mechanismus, který probíhá snadněji (s nižší [[aktivační energie|aktivační energií]]), a to obvykle tak, že substrát je dočasně kovalentně navázán samotným enzymem.<ref name=harper /> === Specifita === [[Soubor:Induced fit diagram.png|thumb|450px|[[Hypotéza indukovaného přizpůsobení]]: toto schéma ukazuje průběh enzymatické katalytické přeměny; enzym mění svůj tvar v reakci na navázání substrátu]] Enzymy jsou obvykle velmi specifické a obvykle katylyzují zcela konkrétní chemickou reakci, při níž dochází k přeměně substrátu na produkt. Existuje obvykle nejen účinková (reakční) specifita, tedy schopnost enzymu katalyzovat jeden konkrétní typ reakce, ale dále také do jisté míry i substrátová specifita, tedy katalytická aktivita na jeden substrát či na skupinu několika substrátů podobných.<ref name=enzymologie /> Za enzymatickou specifitu je zodpovědný především komplementární tvar substrátu a [[aktivní místo|aktivního místa]] enzymu, náboj a také [[hydrofilní]] a [[hydrofobní]] vlastnosti jednotlivých oblastí enzymu a substrátu. Enzymy jsou díky tomu silně geometricky specifické (rozeznávají konkrétní tvar substrátu, na který se vážou) a [[stereospecifita|stereospecifické]] (působí jen na jeden z [[enantiomer]]ů).<ref name=voet /> Některé enzymy účastnící se [[replikace DNA|replikace]] a [[genová exprese|exprimování]] [[DNA]] (např. 3' 5' [[exonukleáza|exonukleázy]]) nejen jsou velice přesné, ale ještě po sobě kontrolují vzácné chyby, a tak jsou ve výsledku tak specifické, že činí méně než 1 chybu na 100 milionů enzymatických reakcí.<ref>{{Citace periodika | autor=Shevelev IV, Hubscher U.| rok=2002| titul=The 3' 5' exonucleases| periodikum=Nat Rev Mol Cell Biol.| ročník=3| číslo=5| strany=364–76| pmid=11988770| doi=10.1038/nrm804}}</ref><ref>{{Citace monografie | autor=Tymoczko, John L.; Stryer Berg Tymoczko; Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark | titul=Biochemistry | vydavatel=W.H. Freeman | místo=San Francisco | rok=2002 | isbn=0-7167-4955-6}}</ref> Na druhou stranu existují i velmi nespecifické („promiskuitní“) enzymy, jež mohou katalyzovat celou řadu reakcí – příkladem je [[γ-humulensyntáza]] z [[jedle obrovská|jedle obrovské]] (''A. grandis''), která je za pomoci jednoho substrátu schopna vyrobit 52 různých [[seskviterpen]]ů.<ref>{{Citace periodika | příjmení = Yoshikuni | jméno = Y. | příjmení2 = Ferrin | jméno2 = T. E. | příjmení3 = Keasling | jméno3 = J. D. | titul = Designed divergent evolution of enzyme function | periodikum = Nature. | rok = 2006 | číslo = 7087 | ročník = 440 | strany = 1078-82 | issn = 1476-4687 }}</ref> Na konci 19. století biochemik navrhl [[Hermann Emil Fischer|Emil Fischer]], že substrát přesně zapadá do aktivního centra enzymu.<ref>{{Citace periodika | autor=Fischer E.| rok=1894| titul=Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme| periodikum=Ber. Dt. Chem. Ges.| ročník=27| strany=2985–93| url =http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k90736r/f364.chemindefer| doi=10.1002/cber.18940270364}}</ref> Tato teorie je známa jako [[hypotéza zámku a klíče]]. V roce 1958 [[Daniel E. Koshland, Jr.|Koshland]] vyjádřil přesvědčení,<ref>{{Citace periodika| doi=10.1073/pnas.44.2.98| autor=Koshland D. E.| rok=1958| titul=Application of a Theory of Enzyme Specificity to Protein Synthesis| periodikum=Proc. Natl. Acad. Sci.| ročník=44| číslo=2| strany=98–104| pmid=16590179|pmc=335371}}</ref> že enzymy se nechovají přesně jako zámek a klíč, ale spíše při vzájemném setkání enzym mění tvar a „zámek a klíč“ se vytvoří teprve v okamžiku, kdy se substrát naváže na enzym. Tato teorie je známa jako [[hypotéza indukovaného přizpůsobení]].<ref name=voet /> Někdy může přizpůsobovat svůj tvar i samotný substrát.<ref>{{Citace periodika| autor=Vasella A, Davies GJ, Bohm M.| rok=2002| titul=Glycosidase mechanisms| periodikum=Curr Opin Chem Biol.| ročník=6| číslo=5| strany=619–29| pmid=12413546| doi=10.1016/S1367-5931(02)00380-0}}</ref> Model indukovaného přizpůsobení je zřejmě blíže pravdě než model zámku a klíče, jak ukázala [[rentgenová difrakční analýza]].<ref name=voet /> === Regulovatelnost === [[Soubor:HIV protease with bound ritonavir.png|thumb|left|upright=1.5|[[HIV]] [[proteáza]] s navázaným inhibitorem, [[ritonavir]]em. Tato látka brání HIV proteáze v její funkci a proto se s úspěchem používá jako [[antivirotikum]]]] Enzym lze regulovat v zásadě dvěma způsoby, regulací jeho množství a regulací jeho aktivity. Celá řada enzymů není v buňce vůbec či téměř přítomna, dokud nejsou skutečně potřeba (typickým příkladem jsou enzymy v bakteriálním [[lac operon]]u). Jiné enzymy je zase možné přestat za jistých okolností vyrábět. V obou případech se jedná o regulaci pomocí navázání na různé [[regulace genové exprese|regulační sekvence]] umístěné před [[gen]]y. Poněkud rychlejší odpovědi buňka dosáhne, pokud zároveň [[proteolýza|rozloží]] enzymy již přítomné v buňce.<ref name=harper /> V případě velmi náhlé (a často dočasné) potřeby se obvykle postupuje cestou regulace aktivity enzymu. Ti znamená, že enzym je přítomen, ale je (de)aktivován navázáním jistého [[ligand (biochemie)|ligandu]] (tzv. [[alosterická regulace|alosterického regulátoru]]) či kovalentní modifikací enzymu. Alosterická regulace obvykle zahrnuje určitý druh [[zpětná vazba|zpětné vazby]]: produkt reakce se váže do alosterického místa enzymu a mění jeho aktivitu (inhibuje ho, nebo naopak stimuluje), a to díky změně Michaelisovy konstanty enzymu či limitní rychlosti reakce v_max. Alostericky působí například vazba různých [[hormon]]ů či [[druhý posel|druhých poslů]] na [[receptor]]. Z kovalentních modifikací je nejznámější zřejmě [[fosforylace]] a [[defosforylace]] enzymů (obvykle pomocí [[kináza|kináz]] a [[fosfatáza|fosfatáz]]), čímž dochází ke změně aktivity enzymu (buď k jeho spuštění nebo vypnutí).<ref name=harper /> Jiným způsobem aktivace je vyštěpení části proteinu pomocí proteázy, čímž se [[proenzym]] (zymogen) změní na aktivní enzym. ==== Inhibice ==== {{viz též|inhibice}} Z hlediska mechanismu působení inhibitoru se rozeznávají tři základní typy inhibice. První je tzv. [[kompetitivní inhibice|kompetitivní]] (soutěživá) inhibice, kdy inhibičně působící molekula soutěží se substrátem o vazebné místo na enzymu, ale sama se nedokáže přeměnit na produkt. Zvýšením koncentrace substrátu se dá tomuto typu inhibice do velké míry zabránit. Častější je druhý typ inhibice, tzv. inhibice [[nekompetitivní inhibice|nekompetitivní]], při níž dochází k vazbě inhibitoru na alosterické centrum (tedy nikoliv na aktivní místo) a ke snížení funkceschopnosti enzymu. Změna koncentrace substrátu s takovým typem inhibice nic neudělá. Konečně třetím typem je [[akompetitivní inhibice]], kdy dochází k vazbě inhibitoru na enzym až poté, co byl navázán substrát. To zabraňuje komplexu enzym-substrát, aby provedl enzymatickou reakci. Existuje i celá řada dalších způsobů regulace enzymové aktivity v závislosti na tom, jaké hledisko třídění je použito.<ref name=vodrazka>{{citace monografie| titul = Biochemie| příjmení=Vodrážka| jméno=Zdeněk| vydavatel=Academia| místo = Praha| rok=2007| isbn = 978-80-200-0600-4}}</ref> == Kinetika == [[Soubor:Michaelis-Menten saturation curve of an enzyme reaction.png|thumb|upright=1.5|Závislost reakční rychlosti na koncentraci substrátu má tvar [[hyperbola|hyperboly]], při postupném zvyšování koncentrace substrátu se po určité době téměř přestane zvyšovat reakční rychlost a limitně se blíží maximální rychlosti]] {{viz též|Chemická kinetika}} Kinetika zkoumá [[reakční rychlost|rychlost chemických reakcí]] a s ní související záležitosti. Pro enzymovou kinetiku platí obecné zákony [[chemická kinetika|chemické kinetiky]] a uplatňují se v ní běžně známé chemické veličiny, jako je [[reakční rychlost]] (v), [[rovnovážná konstanta]] (K) či třeba [[Gibbsova energie]] (G). Obvykle se vychází ze zjednodušující představy, že enzymem katalyzovaná reakce probíhá ve dvou krocích („E“ je enzym, „S“ je substrát, „P“ je produkt): : <big>\( E + S \overset{k_1}\underset{k_{-1}}{\begin{smallmatrix}\displaystyle\longrightarrow \\ \displaystyle\longleftarrow \end{smallmatrix}} ES \overset{k_2} {\longrightarrow} E + P \)</big> načež platí: :<big>\( \begin{align} v_0 &= \frac{ v_\max {[}S{]}}{K_M + {[}S{]}} \end{align} \)</big> Výše uvedená rovnice je tzv. [[rovnice Michaelise a Mentenové]], základní rovnice enzymové kinetiky vůbec. <big>\(v_0\)</big> je počáteční rychlost reakce, <big>\(v_\max\)</big> je mezní rychlost reakce (při nadbytku substrátu a 100% nasycení enzymů), <big>\(K_M\)</big> je [[Michaelisova konstanta]] a <big>\({[}S{]}\)</big> je [[rovnovážná koncentrace]] substrátu.<ref name=voet /> Podle uvedené rovnice má závislost reakční rychlosti na koncentraci substrátu má tvar [[hyperbola|hyperboly]]. Zajímavou veličinou je Michaelisova konstanta, pro níž platí K_M = (k_-1 + k₂) / k₁ a která udává koncentraci substrátu, při níž je reakční rychlost rovna polovině maximální rychlosti.<ref name=voet /> Rovnice Michaelise a Mentenové však je silně zjednodušujícím popisem reality a platila by jen pro počáteční stavy jednosubstrátových reakcí, přičemž by muselo docházet k přímému rozpadu komplexu enzym-substrát na enzym a produkt.<ref name=vodrazka /> Na rychlost enzymatické reakce (konkrétně na velikost Michaelisovy konstanty) má výrazný vliv řada fyzikálně-chemických vlastností prostředí. Obecně platí, že s vzrůstající teplotou roste rychlost enzymatické reakce až do doby, než se bílkovinná složka enzymu začne [[denaturace|denaturovat]]. Denaturační teplota obvykle u živočišných enzymů činí asi 50–60&nbsp;°C.{{#tag:ref|Nicméně se také uvádí, že teplotní optimum bílkovin je jen o málo vyšší, než [[tělesná teplota]].<ref name=harper />|group=pozn}} Na rychlost má dále výrazný vliv [[Kyselost|pH]] prostředí – většině enzymů vyhovuje nejlépe pH 5–7, nicméně [[pepsin]] má optimum při pH 1,5–2 a [[argináza]] při pH 9,5. Aktivitu enzymů dále někdy ovlivňuje [[redox potenciál]], [[iontová síla]] a [[relativní permitivita]].<ref name=enzymologie /> [[Enzym#Regulovatelnost|Samostatnou kapitolou]] je vliv inhibitorů a dalších efektorů na průběh enzymatické reakce. == Využití == Enzymy nalezly celou řadu funkcí i v celé řadě oborů lidské činnosti. Neoddiskutovatelný je jejich význam ve vědě a výzkumu – běžně se využívají různé [[polymeráza|polymerázy]], [[restrikční endonukleáza|restrikční endonukleázy]], [[proteáza|proteázy]] a podobně. Už několik desetiletí se přidávají enzymy také do pracích prášků, čímž se zvyšuje účinnost odstraňování skvrn i při nižších teplotách. Enzymy šetří energii i v potravinářském, textilním a papírenském průmyslu, v odpadovém hospodářství a podobně. Do budoucna se uvažuje o masivním nasazení enzymů pro výrobu ekologicky šetrných biopaliv.<ref>{{citace elektronické monografie| url = http://www.osel.cz/index.php?zprava=1843| titul = Enzymy proti klimatickým změnám| datum=8. 12. 2010| vydavatel=OSEL.cz| poznámka=zřejmě založeno na [http://www.biotrin.cz/czpages/bulletin/Internet_bulletin_201011.pdf]}}</ref> Těmto a dalším aplikacím by mělo usnadnit cestu tzv. [[enzymové inženýrství]]. <ref>{{citace elektronické monografie| titul=Chemists Create 'Designer Enzymes'| vydavatel=Medical News Today| rok=2008 | url = http://www.medicalnewstoday.com/articles/101236.php}}</ref> Proteolytické enzymy se používají například v mlékárenském průmyslu jako syřidla ([[chymosin]]) nebo k přípravě hypoalergeního mléka. Enzymy lze využít i ke změkčování masa ([[papain]]). Pomocí enzymatického štěpení trisacharidů v luštěninách lze připravit takové luštěniny, které nenadýmají. V [[analytická chemie|analytické chemii]] lze použít enzymů jako značek na specifickém indikátoru (např. [[ELISA]]). Pomocí redoxních enzymů lze poměrně snadno stanovit koncentraci specifického substrátu pro daný enzym. V lékařství lze podávat enzymy jako náhradu chybějících enzymů při poškození [[slinivka břišní|slinivky břišní]] či při léčbě některých onemocnění. [[Perorální]] podávání enzymů, které mají údajně usnadnit trávení či metabolismus, je však zřejmě nesmyslné, neboť jsou již v [[žaludek|žaludku]] denaturovány.<ref name=ross>{{citace monografie| titul = Food and Nutrition| isbn = 978-93-80179-13-1| příjmení= Ross | jméno= Don| vydavatel=Oxford Book Company| rok=2010| místo = Jaipur, Indie}}</ref> === Literatura === * VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. Praha : Academia, 2007. ISBN 978-80-200-0600-4. * VODRÁŽKA, Zdeněk; RAUSCH, Pavel; KÁŠ, Jan. Enzymologie. [s.l.] : VŠCHT v Praze, 1998. * VOET, Donald; VOET, Judith. Biochemie. 1.. vyd. Praha : Victoria Publishing, 1995. ISBN 80-85605-44-9. * MURRAY, Robert K., et al.. Harperova biochemie. Překlad Jiří Kraml et al.. 4. v ČR. vyd. Praha : H & H, 2002. 872 s s. ISBN 80-7319-013-3. === Poznámky === <references group=pozn/> === Reference === <references /> == Externí odkazy == * [http://www.brenda-enzymes.org BRENDA] — comprehensive compilation of information and literature references about all known enzymes * [http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ Podrobná klasifikace enzymů] {{Dobrý článek}} {{Commonscat|Enzymes}}{{Článek z Wikipedie}} [[Kategorie:Organické látky]] [[Kategorie:Enzymy| ]]

Návrat na stránku „Enzym“.