Jaké je spojení mezi enzymy a substráty?

Enzymy a substráty jsou spřízněny dvěma klíčovými způsoby, protože spolu často reagují v mnoha biologických procesech. Za prvé, enzymy a substráty jsou často navzájem specifické a mají doplňkové tvary, které jim umožňují vázat se. Za druhé, enzymy mohou měnit substráty katalyzováním chemických reakcí nebo úpravou struktur. Společně procházejí transformacemi, včetně komplexu enzymového substrátu (ES), přechodných stavů a ​​přechodných stavů.

Předpokládá se, že v lidském těle je asi 75 000 enzymů, z nichž mnohé jsou specifické pro určité substráty. Enzymy a substráty se vzájemně vážou a sdružují se prostřednictvím různých interakcí, včetně vodíkových vazeb, hydrofobních interakcí a kovalentních vazeb. Tato počáteční vazba je označována spíše jako indukovaný fit model, spíše než model zámku a klíče, protože každá molekula se mění v reakci na vazbu s druhou molekulou za vzniku nového trojrozměrného tvaru. Enzym a substrát společně tvoří komplex ES, ve kterém mohou nastat chemické reakce.

Během katalyzované reakce interagují enzymy a substráty za vzniku nových produktů. Zatímco enzym zůstává po dokončení reakce nezměněn, substrát je často modifikován, někdy se mění úplně na novou molekulu nebo molekuly. Přestože enzym zůstává nezměněn, hraje hlavní roli v probíhajících chemických reakcích, protože snižuje aktivační energii pro pokračování reakce. To znamená, že energie přítomná v chemických interakcích enzymu a substrátu je dostatečná k překonání energetické překážky reakce.

V průběhu reakce enzymy a substráty procházejí různými fázemi. Některé z nich, známé jako mezistupně nebo chemické meziprodukty, zahrnují tvorbu nových přechodných molekul. Enzym je je schopen stabilizovat a katalyzovat další reakce, aby tyto molekuly změnil na požadované produkty.

Přechodové stavy jsou další komplexy tvořené mezi enzymy a substráty, které jsou neuvěřitelně krátké a vysoké energie. Často se vyskytují v okamžiku přerušení vazby, reformace nebo přesmyku v reakci. Enzymy jsou často strukturovány tak, aby snižovaly energii přechodných stavů prostřednictvím stabilizačních vazeb, a toto snížení energie je často to, co snižuje aktivační energii reakce.

I když existuje mnoho párů enzymových substrátů, mnoho enzymů může odpovídat více substrátům. Ve skutečnosti je potřeba mnoho enzymů, aby se spojily dva substráty dohromady do jediné molekuly nebo aby se rozdělil jediný substrát na dvě výsledné molekuly produktu. Existuje také mnoho enzymů, které jsou nespecifické, což znamená, že mohou cílit na více než jeden substrát, v závislosti na podmínkách v buňce.