Wat is het verband tussen enzymen en substraten?

Enzymen en substraten zijn op twee belangrijke manieren aan elkaar gerelateerd, omdat ze in veel biologische processen vaak met elkaar omgaan. Ten eerste zijn enzymen en substraten vaak specifiek voor elkaar, met complementaire vormen waarmee ze kunnen binden. Ten tweede kunnen enzymen substraten veranderen door chemische reacties te katalyseren of structuren te modificeren. Samen ondergaan ze transformaties, waaronder het enzymsubstraat (ES) -complex, tussenliggende toestanden en overgangstoestanden.

Er wordt gedacht dat er ongeveer 75.000 enzymen in het menselijk lichaam zijn, waarvan vele specifiek zijn voor bepaalde substraten. Enzymen en substraten binden aan elkaar en associëren via verschillende interacties, waaronder waterstofbindingen, hydrofobe interacties en covalente bindingen. Deze initiële binding wordt een geïnduceerd fit-model genoemd in plaats van een lock-and-key-model, omdat elk molecuul verandert in reactie op binding met het andere molecuul om een ​​nieuwe driedimensionale vorm te vormen. Samen vormen het enzym en het substraat het ES-complex, waarin chemische reacties kunnen optreden.

Tijdens een gekatalyseerde reactie werken enzymen en substraten samen om nieuwe producten op te leveren. Terwijl het enzym onveranderd blijft nadat de reactie is voltooid, wordt het substraat vaak gemodificeerd, soms verandert het volledig in een nieuwe molecule of moleculen. Ondanks dat het onveranderd blijft, speelt het enzym een ​​belangrijke rol in de chemische reacties die plaatsvinden omdat het de activeringsenergie verlaagt om de reactie te laten verlopen. Dit betekent dat de energie die aanwezig is in de chemische interacties van het enzym en het substraat voldoende is om de energiehindernis van de reactie te overwinnen.

Tijdens de reactie doorlopen enzymen en substraten verschillende stadia. Sommige hiervan, bekend als tussenstadia of chemische tussenproducten, omvatten de vorming van nieuwe, tijdelijke moleculen. Het enzym is in staat deze te stabiliseren en verdere reacties te katalyseren om deze moleculen in de gewenste producten te veranderen.

Overgangstoestanden zijn andere complexen gevormd tussen enzymen en substraten die ongelooflijk van korte duur zijn en veel energie bevatten. Ze komen vaak voor op het moment van obligatiebreuk, reformatie of herschikking in de reactie. De enzymen zijn vaak gestructureerd om de energie van de overgangstoestanden te verminderen door stabiliserende bindingen, en vaak is deze vermindering van energie wat de activeringsenergie van de reactie verlaagt.

Hoewel er veel enzymsubstraatparen zijn, kunnen veel enzymen overeenkomen met meerdere substraten. In feite zijn veel enzymen nodig om twee substraten samen te voegen tot een enkel molecuul of om een ​​enkel substraat in twee resulterende productmoleculen te breken. Er zijn ook veel enzymen die niet-specifiek zijn, wat betekent dat ze zich op meer dan één substraat kunnen richten, afhankelijk van de omstandigheden in de cel.