وظائف الإنزيمات

يمكن العثور على الأنزيمات Enzymes في كل مكان حولنا فهي، توجد في جميع أشكال الحياة، بما في ذلك الإنسان والنباتات والبكتيريا و جميع الكائنات الحية الأخرى. حيث أن وظائف الإنزيمات الأساسية هي تسريع عملية وكفاءة مختلف التفاعلات الكيميائية الضرورية لسير مختلف وظائف الجسم. تابع معنا في موقع مفاهيم حتى الأخير لتتعرف على كل ما يتعلق بالأنزيمات.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• ما هي الإنزيمات؟
• تركيب الإنزيمات
• هل الإنزيمات مواد عضوية؟
• وظائف الإنزيمات في جسم الإنسان
  • 1. نقل الإشارة
  • 2. تحلل الجزيئات الكبيرة
  • 3. توليد الطاقة
  • 4. ضخ الأيونات
  • 5. الدفاع والتخليص
  • 6. تنظيم الخلايا
  • 7. وظائف أخرى للإنزيمات
• خصائص الإنزيمات
• آلية عمل الإنزيمات
• أين تصنع الإنزيمات؟
• ما هي شروط عمل الانزيمات؟
• تصنيف الإنزيمات بالأرقام
• أنواع الإنزيمات

ما هي الإنزيمات؟

• إن تعريف الأنزيمات Enzymes: هي المسؤولة عن التفاعلات الكيميائية داخل جسم الإنسان وهي عملية بيولوجية بروتينية جزئية معقدة. تُسمى الجزيئات التي تمارس الأنزيمات تأثيرها عليها بالركائز، حيث يحوّل الإنزيم الركيزة إلى جزيئات تُعرف باسم النواتج.تحتاج معظم عمليات الأيض إلى أنزيمات من أجل أن تحدث بسرعة كافية للحفاظ على الحياة.

تركيب الإنزيمات

• جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات، لكن كل البروتينات ليست إنزيمات، يمكن لمعظم البروتينات أن تقوم بمهمة الحافز القوي الذي يشبه الإنزيمات الكيميائية التي تساعد على حدوث التفاعلات في الكيمياء الحيوية، وبناء على ذلك تقوم الإنزيمات بدور التحفيز دون أن يغير في الوظائف الأساسية، وإنما هو عامل مساعد يساعد على كفاءة العملية التفاعلية.
• إن شكل الإنزيم وتركيب يختلف باختلاف الوظيفة الأساسية التي يقوم بها، وموقعه ناشطٌ.
• على سبيل المثال هناك نوع من أنواع الإنزيمات مختصة بالناقلات العصبية، والتي تساعد على التحكم في نقل النبضات العصبية إلى الدماغ، ومن ثم فإننا عندما نشعر الصداع وحصلنا على الأدوية المخصصة لهذه الحالة المرضية، فإن الناقلات العصبية تعطي إشارة للدماغ، بتسكين الألم.
• وبذلك يختلف تركيب وشكل الإنزيم وفقا للوظيفة المساعدة التي يقوم بها.

هل الإنزيمات مواد عضوية؟

• نعم يعتبر الإنزيمات هي محفزات عضوية للعمليات الكيميائية الحيوية للكائنات الحية، وهي المسؤولة عن تسريع التفاعلات الكيميائية وتقوم بدور المحفز، وبدون هذه الإنزيمات تصبح التفاعلات الكيميائية بطيئة للغاية.

وظائف الإنزيمات في جسم الإنسان

هناك العديد من الوظائف إلى يمكن للأنزيمات أن تقدمها للكائنات الحية، ومن أهم هذه الوظائف ما يلي:

1. نقل الإشارة

• إن الأنزيمات مختصة بالمشاركة في نقل الإشارة الكيميائية أو الفيزيائية، حيث تنتقل هذه الأخيرة عبر خلية كسلسلة من الأحداث الجزيئية، حتى تظهر الاستجابة الخلوية في النهاية. أكثر الأنزيمات شيوعًا في نقل الإشارة هي كينازات البروتين التي تحفز الفسفرة البروتينية.

2. تحلل الجزيئات الكبيرة

• يمكن تقسيم الجزيئات الكبيرة بواسطة الأنزيمات إلى أجزاء صغيرة يمكن بعدها امتصاصها بسهولة بواسطة جسم الإنسان. العديد من المكونات الغذائية في شكل جزيئات كبيرة مثل السكر والبروتينات والدهون، والتي لا يمكن امتصاصها بسهولة من قبل جسم الإنسان.
• وبالتالي، يتم تقسيم هذه المكونات عن طريق الأنزيمات إلى قطع أصغر قبل الامتصاص، وتسمى هذه العملية الهدم.بعد الامتصاص، سيتم استخدام الجزيئات الصغيرة كلبنات بناء لتحديث الجسم من خلال إصلاح الأنسجة وتجديدها ونموها، وتسمى هذه العملية الابتنائية. وكمثال على هذه الأنزيمات: الأميليز والبروتياز.

3. توليد الطاقة

• يمكن أن تولد الأنزيمات طاقة للكائنات الحية. أدينوسين ثلاثي الفوسفات، المعروف أيضًا باسم ATP، هو الشكل الرئيسي لتخزين الطاقة الكيميائية.
• ATP هي كبطارية مشحونة يمكنها إطلاق الطاقة التي تشغل الأنشطة البيولوجية. فالإنزيمات هي المحول لتحويل الطاقة إلى أشكال كيميائية مناسبة وتخزينها في جزيئات ATP. وتسمى معظم هذه الأنزيمات synthases ATP.

4. ضخ الأيونات

• تعمل بعض الأنزيمات الموجودة في غشاء الخلية كمضخات أيونية لتحريك الأيونات عبر غشاء بلازما.
• يمكن لهذه الناقلات الأيونية الأولية تحويل الطاقة من مصادر مختلفة بما في ذلك ATP، ضوء الشمس، وغيرها من تفاعلات الأكسدة والاختزال، إلى الطاقة المحتملة المخزنة في التدرج الكهروكيميائي.

5. الدفاع والتخليص

• في الكائنات الحية، هناك دائمًا بعض المواد غير الغذائية من البيئة الخارجية أو التي ينتجها الجسم نفسه، والتي لا يمكن تحويلها إلى مكونات خلوية أو استخدامها كمصدر للطاقة.
• هنا، يجب تحويلها إلى منتجات لاستبعادها أو استخدامها كمكونات فسيولوجية أو مرضية أو سامة.
• قد تكون الأنزيمات المشمولة في هذا الإجراء أنزيما واحدًا، مركبًا يشمل العديد من الأنزيمات أو نظام إنزيم، والذي يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية من خلال الأكسدة، والاختزال، والتحلل المائي، وما إلى ذلك.

6. تنظيم الخلايا

• تستطيع الأنزيمات نقل أجزاء من البنية الداخلية للخلية وإعادة تنظيمها لتنظيم أنشطة الخلية.إنها تقوم بالتوصيل من جزء إلى آخر داخل الخلايا، وتخلّص الكروموسومات عن بعضها عندما تخضع الخلايا للانقسام.
• وأيضًا تسحب الأهداب لتحريك حركة الخلية أو لمساعدة الخلايا على تحريك المخاط لأعلى مجرى الهواء كإجراء روتيني للحفاظ على مجرى الهواء نظيفًا. الأنزيمات الشائعة المشاركة في هذه الحركة المذكورة أعلاه هي الميوسين ATPase، كينيسين ATPase، ودينين ATPase.

7. وظائف أخرى للإنزيمات

• بالإضافة إلى ذلك، فإن الإنزيمات قادرة أيضًا على توليد الحركة مثلا:إنزيم الميوسين يساعد على التحلل المائي، إنزيمات ATP تقوم على توليد تقلص العضلات، ونقل المواد داخل الخلايا حول الخلية كجزء من الهيكل الخلوي.
• تعتبر الأنزيمات من العناصر المهمة في العديد من الوظائف الأخرى، بما في ذلك الاستجابات المناعية وعمليات الشيخوخة.
• Luciferase هو السبب الرئيسي لتوهج اليراعات، بالإضافة إلى ذلك تشارك الإنزيمات الموجودة في الفيروس في إصابة الخلايا أو إطلاق جزيئات الفيروس من الخلايا المضيفة.

خصائص الإنزيمات

هناك العديد من الخواص الفيزيائية والكيميائية والحيوية، التي تتميز بها الإنزيمات، ومن أهم هذه الخصائص ما يلي:

• دور تحفيزي عظيم في التفاعلات الكيميائية.
• تكسير الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر.
• معظم الإنزيمات لها رقم دوران مرتفع، وكلما زاد الرقم، كلما زادت كفاءة التفاعلات الكيميائية.
• تزداد سرعة الإنزيم مع زيادة تركيز نقطة الركيزة الكلية، إذا يكون الإنزيم في هذه الحالة متشبعا.
• كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما قل نشاط الإنزيم، كلما ساهم في ضعف التفاعل الكيميائي.
• يعتمد نشاط الإنزيمات على حموضة، وتعتبر درجة الحموضة المناسبة التي يكون الإنزيم أكثر كفاءة فيها هي 5 - 8.5 للتربسين.
• الإنزيمات محددة جدًا في عملها، فلكل إنزيم وظيفة محددة يقوم بها.

آلية عمل الإنزيمات

• تم اقتراح نموذج "القفل والمفتاح" لأول مرة في عام 1894. في هذا النموذج، يكون الموقع النشط للإنزيم شكلًا محددًا، وسوف تتناسب معه فقط الركيزة، مثل القفل والمفتاح.
• تم تحديث هذا النموذج الآن ويسمى النموذج المناسب. في هذا النموذج، يغير الموقع النشط شكله حيث يتفاعل مع الركيزة. بمجرد أن يتم قفل الركيزة بالكامل وفي الموضع الدقيق، يمكن أن يبدأ الحفز.

أين تصنع الإنزيمات؟

يمكن أن تعمل وظائف الإنزيمات في ظروف معينة فقط، وتتمثل فيما يلي:

• تعمل معظم الإنزيمات في جسم الإنسان بشكل أفضل عند درجة حرارة 37 درجة مئوية.
• في درجات الحرارة المنخفضة، سوف يستمرون في العمل ولكن ببطء أكبر.
• وبالمثل، يمكن أن تعمل الإنزيمات فقط في نطاق معين من الأس الهيدروجيني (الحمضي / القاعدي).
• تفضيلهم يعتمد على مكان وجودهم في الجسم. على سبيل المثال، تعمل الإنزيمات في الأمعاء بشكل أفضل عند 7.5 pH، في حين أن الإنزيمات في المعدة تعمل بشكل أفضل عند pH 2 لأن المعدة أكثر حمضية بكثير.
• إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية أو إذا كانت البيئة حمضية أو قاعدية للغاية، فإن الأنزيم يغير شكله؛ بحيث لا يمكن ربط ركائز له.

ما هي شروط عمل الانزيمات؟

• لا يمكن لبعض الأنزيمات أن تعمل ما لم يكن لديها جزيء معين مرتبط ببروتينات أخرى. وتسمى هذه، العوامل المساعدة.
• على سبيل المثال، لا يمكن أن يعمل أنهيدراز الكربونيك، وهو إنزيم يساعد في الحفاظ على درجة الحموضة في الجسم، إلا إذا كان مرتبطًا بأيون الزنك.

تصنيف الإنزيمات بالأرقام

يمكن تصنيف الإنزيمات إلى عدة تصنيفات رئيسية وفرعية، وتشمل الآتي:

التصنيف الأول: أوكسيدوروكتازات أو أنزيمات تحفيز الأكسدة

حيث يكون الركيزة المؤكسدة هي التي تنزع الهيدروجين من أوكسيدوروكتازات ليتحول بعد الاختزال إلى أوكسيديز.

على سبيل المثال: مجموعة ألدهيد- أو كيتو -CHOH- ، 2

سيتوكروم ، 3 أكسجين جزيئي ، 4 ثنائي كبريتيد ، 5 كينون NAD (P) ، 2

يشير رقم 2 هنا إلى مانح الهيدروجين

التصنيف الثاني: المحولات، وهي عبارة عن مجموعة من التحويلات إذا تقوم الإنزيمات بنقل مجموعة مركبات

• تقوم بتحويل المركبات مركب إلى مركب آخر

على سبيل المثال: R ¹ -CH (-NH ₂ ) -R ² + R ³ -CO-R ⁴ → R ¹ -CO-R ² + R ³ -CH (-NH ₂ ) -R ⁴ .

التصنيف الثالث: hydrolase تحفيز الانقسام المائي لثاني أكسيد الكربون، والنفثالينات

على سبيل المثال:

O-glycosidases (EC 3.2.1) ، N-glycosylases (EC 3.2.2)

يعتبر رقم ثلاثة هو رقم الآلية التحفيزية

التصنيف الرابع: Lyases الحلقات او الروابط المزدوجة

• يأتي دور الإنزيم في إضافة مجموعات إلى روابط مزدوجة.

على سبيل المثال:

EC 4.1 ،EC 4.2 في حالة إزالة ثاني أكسيد الكربون تكون النتيجة = (EC 4.1.1 ، H ₂ O في EC 4.2.1)

التصنيف الخامس: الايزوميراز تحفز هذه الإنزيمات التغييرات الهندسية أو الهيكلية

تسمى مؤكسدات الأكسدة، إذ تقوم بالتحويل البيني في الركيزة عن طريق الأكسدة داخل الجزيء.

أنواع الإنزيمات

هناك آلاف الأنزيمات في جسم الإنسان، فيما يلي بعض الأمثلة فقط:

• إنزيم ليباز Lipases: هي مجموعة من الأنزيمات التي تساعد على هضم الدهون في الأمعاء.
• إنزيم الأميليز Amylase: يساعد على تغيير النشويات إلى سكريات. يتم العثور على الأميليز في اللعاب.
• إنزيم المالتاز Maltase: يوجد أيضا في اللعاب. يقوم هذا الأنزيم بهدم السكر وتحويله إلى جلوكوز. يتم العثور على المالتوز في الأطعمة مثل البطاطا والمعكرونة.
• إنزيم التربسين Trypsin: وهو موجود في الأمعاء الدقيقة، يقوم هذا الأنزيم بتحويل البروتينات إلى أحماض أمينية.
• إنزيم اللاكتاز Lactase: يوجد أيضًا في الأمعاء الدقيقة، يكسر اللاكتوز والسكر ويقوم بتحويله إلى الجلوكوز والجالاكتوز.