Hvad er forbindelsen mellem enzymer og underlag?
Enzymer og substrater er beslægtet på to nøglemåder, fordi de ofte interagerer med hinanden i mange biologiske processer. For det første er enzymer og underlag ofte specifikke for hinanden og har komplette former, der giver dem mulighed for at binde. For det andet kan enzymer ændre substrater ved at katalysere kemiske reaktioner eller modificere strukturer. Sammen gennemgår de transformationer, herunder enzymsubstratkomplekset, mellemstater og overgangstilstande.
Der menes at være omkring 75.000 enzymer i den menneskelige krop, hvoraf mange er specifikke for visse underlag. Enzymer og substrater binder til hinanden ved hjælp af forskellige interaktioner, herunder hydrogenbindinger, hydrofobe interaktioner og kovalente bindinger. Denne indledende binding omtales som en induceret fit-model snarere end en lock-and-key-model, fordi hvert molekyle ændrer sig som respons på binding med det andet molekyle for at danne en ny tredimensionel form. Sammen omfatter enzymet og underlaget ES-komplekset, hvori kemiske reaktioner kan forekomme.
Under en katalyseret reaktion interagerer enzymer og substrater for at give nye produkter. Mens enzymet forbliver uændret, efter at reaktionen er afsluttet, ændres underlaget ofte, undertiden ændres det fuldstændigt til et nyt molekyle eller molekyler. På trods af at det er uændret, spiller enzymet en vigtig rolle i de kemiske reaktioner, der finder sted, fordi det sænker aktiveringsenergien for reaktionen at fortsætte. Dette betyder, at energien, der er til stede i enzymets og substratets kemiske interaktion, er nok til at overvinde reaktionens energihindring.
Under reaktionen passerer enzymer og substrater gennem forskellige stadier. Nogle af disse, kendt som mellemstadier eller kemiske mellemprodukter, involverer dannelse af nye, forbigående molekyler. Enzymet er i stand til at stabilisere disse og katalysere yderligere reaktioner for at ændre disse molekyler til de ønskede produkter.
Overgangstilstande er andre komplekser, der dannes mellem enzymer og underlag, der er utroligt kortvarig og højenergi. De forekommer ofte i øjeblikket af bindingsbrud, reformation eller omarrangement i reaktionen. Enzymerne er ofte struktureret til at reducere energien i overgangstilstandene gennem stabiliserende bindinger, og ofte er denne reduktion i energi det, der sænker reaktionens aktiveringsenergi.
Selvom der er mange enzymsubstratpar, kan mange enzymer svare til flere substrater. Faktisk er mange enzymer nødvendige for at forbinde to substrater sammen i et enkelt molekyle eller for at nedbryde et enkelt substrat i to resulterende produktmolekyler. Der er også mange enzymer, der er ikke-specifikke, hvilket betyder, at de kan målrette mod mere end et substrat, afhængigt af forholdene i cellen.