Enzym

Enzym (gr. enzymes - surdeig; in - i; zyme - gjennomsyre) - Protein som virker som biologisk katalysator. Enzymene øker hastigheten på kjemiske reaksjoner som skjer i levende celler ved å senke aktiveringsenergien. Enzymet forbrukes ikke i reaksjonen. Et substrat bindes til et aktivt sete på enzymet og danner et enzym-substrat kompleks. Stedet på enzymet hvor substratet bindes danner en hule eller lomme. Enzymer kan i større eller mindre grad skille mellom forskjellige substrater og er derfor mer eller mindre spesifikke for en reaksjon. Alle enzymer er proteiner, men alle proteiner er ikke enzymer. Flere enzymer har en komponent kalt kofaktor som ikke er et protein og som øker den katalyttiske aktiviteten. Enzymet uten kofaktor kalles da apoenzym og med kofaktor kalles det holoenzym. Kofaktoren kan være et organisk molekyl og kalles da koenzym. Flere vitaminer virker som koenzymer: FAD (flavin adenin dinukleotid), FMN (flavin mononukleotid), NAD(P) (nikotinadenin dinukleotid(fosfat)), PLP (pyridoksalfosfat), folinsyre, fyllokinon. Kofaktoren kan også være et metallion (Cu, Zn, Fe, Mn, Mo). Hvis kofaktoren er så sterkt bundet at den vanskelig kan fjernes fra enzymet kalles den en prostetisk gruppe (f.eks. hem, ioner). pH påvirker også enzymaktiviteten og pH-optimum er vanligvis i området fra pH 5-8. Enzymaktiviteten påvirkes av enzymkonsentrasjon og affiniteten mellom substrat og enzym. Et enzym kan ha flere forskjellige substrater og lage flere forskjellige produkter. Enzymene får navn som ender på -ase, unntatt noen proteolyttiske enzymer. The Enzyme Commission har laget et klassifikasjonssystem for enzymer og disse får et firesifret E.C.-nummer avhengig av hvilken klasse de tilfører. Enzymene deles etter dette systemet i seks hovedklasser:

1: Oksidoreduktaser (oksidasjons- reduksjonsreaksjoner);

2: Transferaser (overfører et atom eller gruppe av atomer mellom to molekyler);

3: Hydrolaser (Hydrolyttiske reaksjoner);

4: Lyaser (fjerner en gruppe fra substratet ikke-hydrolyttisk);

5: Isomeraser (isomeringsreaksjoner);

6: Ligaser (skjøting av to molekyler koblet med bryting av en pyrofosfatbinding i et nukleosidtrifosfat).

Dehydrogenaser er oksidoreduktaser som katalyserer oksidasjon av et substrat ved å fjerne hydrogen. Den pH som det ikke er noen netto ladning på proteinet kalles isoelektrisk punkt.

Metabolismen er helt avhengig av enzymer for å kunne fungere, og enzymene er mer eller mindre spesifikke med hensyn på hvilke substrater de kan omsette. Molekylvekten for enzymer varierer mye men er i størrelsesorden 10.000 - 600.000 dalton. Stoffer som hemmer aktiviteten til et enzym ved å binde seg til det aktive sete kalles en kompetitiv inhibitor (hemmer). En inhibitor som binder seg til et annet sted enn det aktive sete kalles en nonkompetetiv inhibitor. Enzymer kan denatureres av kulde, varme, høye saltkonsentrasjoner og organiske løsningsmidler. I flere tilfeller kan enzymaktiviteten gjenopprettes hvis det denaturerende agens fjernes. Flere enzymer kan samarbeide om katalysen i en biosyntesevei danne store multienzymkomplekser. Slike komplekser får redusert diffusjon av substratene fra enzym til enzym og gir større mulighet til regulering av hele biosynteseveien i ett trinn.

Klasse 1 Oksidoreduktaser

Enzymer som katalyserer oksidasjons-reduksjonsreaksjoner (redoks). For eksempel cytokrom oksidase i elektrontransportkjeden i mitokondriene; alkohol dehydrogenase i fermentering av sukker; homoserin dehydrogenase i syntesen av essensielle aminosyrer i aspartatfamilien;  nitrat reduktase i nitratassimilasjon;  glyceraldehyd-3-fosfat dehydrogase i glykolyse og Calvin-syklus.Substratet som blir oksidert virker som hydrogendonor, og donerer både et proton (H+)  og et elektron (e-).  Substratet som mottar hydrogen (H) virker som akseptor og blir redusert. Generelt enzymnavn er

 EC klasse:donor:akseptor oksidoreduktase.

Hvis nikotinamind dinukleotid (fosfat) (NAD(P)+ ) er H-akseptor i reaksjonen kalles de dehydrogenase, NAD(P)H er H-donor. Er oksygen (O2) H-akseptor kalles de oksidase, for øvrig er navnet reduktase.

Det andre sifferet i EC-nummeret angir hvilken gruppe som er hydrogendonor:

alkohol (-CHOH), aldehyd (-CHO), syre (CO-COOH) eller karbonmonoksid (CO).

Tredje siffer viser hvilken forbindelse som er tar imot hydrogen (H). For eksempel NAD(P)+, cytokromer, molekylært oksygen (O2), disulfid (-S2), kinon, nitrogen (-N), jern-svovelprotein eller flavin (flavin mononukleotid (FMN), flavinadenin dinukleotid (FAD)).

Ved overføring av ett elektron er transisjonsmetaller som jern (Fe2+/Fe3+), kobber (Cu+/Cu2+),  mangan (Mn) , molybden (Mo) involvert.

Klasse 2 Transferaser

Enzymer som overfører en kjemisk gruppe (metyl (-CH3), glykosyl (-glukose) fra en donor til en akseptor.

Generelt enzymnavn er

 EC klasse:donor:akseptor gruppe transerase.

hvor en gruppe Y blir overført fra stoffet X til stoffet Z etter et brudd i bindingen mellom XY, og det blir etablert en ny binding ZY

XY + Z ↔ X + ZY

Noen ganger blir gruppen byttet ut mot et hydrogen:

XY + ZH ↔ XH + ZY

Donor kan også være et koenzym (kofaktor) med gruppen som blir overført.

Det andre sifferet angir hvilket gruppe som blir overført: en-karbon (-C), aldehyd-(-CHO) eller keto (C=0), acyl (-CH3COOH).

Tredje siffer gir mer informasjon om hvilken gruppe som blir overført som metyltransferase (-CH3), hydroksyltransferase (-OH), hydroksymetyltransferase (OHCH3), glutathion transferase (tripeptidet glutathion),  eller formyltransferase (-CHO).

En spesiell gruppe transferaser er aminotransferaser som inngår i reaksjon mellom en aminosyre og ketosyre hvor en aminogruppe (-NH2) og hydrogen (-H) blir overført fra aminosyren til en karbonylgruppe (C=O) på ketosyren. Aminotransferaser kan også blir betraktet som oksidoreduktaser hvor det skjer en oksidativ deaminering av  donor aminosyren med en reduktiv aminering  av akseptor ketosyren (oksosyre). Aminotransferaser bruker pyridoksalfosfat (PLP) som kofaktor.

R1-CH(-NH2)-R2 + R3-CO-R4 ↔ R1-CO-R2 + R3-CH(-NH2)-R4

Eksempler er aspartat aminotransferase hvor aminogruppen fra asparaginsyre  blir overført til til ketosyren oksaloacetat, eller vice-versa,  for eksempel kobling mellom karbon-katabolismen i trikarboksylsyresyklus blir koblet til N-metabolismen. Vi bruker betegnelsen -syre når syregruppen er –COOH  og -at, når syregruppen er –COO-.  Tilsvarende for glutamat aminotransferase mellom aminosyren glutaminsyre  og ketosyren 2-oksoglutarat.

Klasse 3 Hydrolaser

Enzymer som via hydrolyse (tilføring av vann, H2O) bryter bindingen mellom C-O, C-N, C-C, eller fosforsyreanhydrid. Andre -bindinger som kan bli hydrolysert er ester- (esterase), peptid- (peptidase), amid- (amidase),  eller glykosyl- (glykosylase). Hydrolasene får således navn etter substratet som hydrolyseres etterfulgt av –ase.

Hydrolaser er egentlig en form for transferaser, men er en egen gruppe hvor vann er akseptor.

Det tredje sifferet i EC-nummeret gir mer informasjon om hvilket type binding som brytes, for eksempel glykosylaser  av typen O-glykosylase eller N-glykosylase.

Klasse 4 Lyaser

Enzymer som kløyver  bindinger av typen karbon-karbon lyase (C-C), karbon-oksygen lyase (C-O), karbon-nitrogen lyase (C-N), eller bryter bindinger som etterlater karbon-karbon dobbeltbindinger (C=C) eller ringer. Generelt enzymnavn er:

 EC klasse:substratgruppe-lyase.

Lyasene får navn etter hvilken gruppe de fjerner dekarboksylase (CO2), aldolase (-CHO, aldehyd), hydratase (H2O). Hvis den motsatte reaksjonen skjer kalles de syntase. Lyaser som bruker pyridoksalfosfat (PLP) som kofaktor kan gi \(\beta\)- eller \(\gamma \)-eliminasjon av aminosyrer og erstatning av substituenten med en annen forbindelse for eksempel cystathionin \(\gamma \)-syntase  som lager cystathionin i reaksjon mellom O-fosfohomoserin og cystein i aspartatfamilien av aminosyrer.

Klasse 5 Isomeraser

Enzymer som gir interne strukturelle eller geometriske endringer i et molekyl slik at det dannes isomerer. Det er forskjellige isomeraser avhengig av hviken type isomeri: isomeraser, mutaser, racemaser, epimeraser, cis-trans isomeraser, sykloisomeraser og tautomeraser. Noen av endringen av den kjemiske strukturen kan være en intern redoksreaksjon, men de blir allikevel ikke klassifisert som oksidoreduktaser.

Eksempler er triosefosfat isomerase som danner isomerene glyceraldehyd-3-fosfat og dihydroksyacetonfosfat i Calvin-Benson-syklus, samt ribulose-5-fosfat epimerase som katalyserer overgangen mellom xylulose-5-fosfat og ribulose-5-fosfat.

Klasse 6 Ligaser

Enzymer som kobler sammen to molekyler koblet til hydrolyse av en difosfatbinding i ATP eller GTP av typen X:Y ligase (ADP-dannende), og man benytter ikke lenger navnet syntetase.

Generelt gjelder at man utelater L- for aminosyrer og D- for sukker. Man bruker ikke lenger navnet ketosukker, men de kalles i stedet dehydrosukker. Det heter okso-syrer og ikke keto-syrer. Ofte erstattes \(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\)\(\delta\), \(\epsilon\)med 1, 2, 3, 4, 5..

men man kan bruke betegner som \(\beta \)-alanin, \(\beta\)-aspartyl, \(\gamma\)-glutamyl.

Promiskiøse enzymer er enzymer med bred spesifisitet som kan katalysere andre sidereaksjoner som ikke er hovedoppgaven, men som kan være viktige i evolusjonær sammenheng, bl.a. enzymer som inngår i sekundærmetabolismen hos planter.

Publisert 4. feb. 2011 10:17 - Sist endret 15. apr. 2015 09:19