Jaki jest związek między enzymami a substratami?
Enzymy i substraty są powiązane na dwa kluczowe sposoby, ponieważ często oddziałują ze sobą w wielu procesach biologicznych. Po pierwsze, enzymy i substraty są często specyficzne względem siebie, mają komplementarne kształty, które pozwalają im się wiązać. Po drugie, enzymy mogą zmieniać substraty poprzez katalizowanie reakcji chemicznych lub modyfikowanie struktur. Razem przechodzą transformacje, w tym kompleks substratu enzymu (ES), stany pośrednie i stany przejściowe.
Uważa się, że w organizmie człowieka znajduje się około 75 000 enzymów, z których wiele jest specyficznych dla niektórych substratów. Enzymy i substraty wiążą się ze sobą, łącząc się poprzez różne oddziaływania, w tym wiązania wodorowe, oddziaływania hydrofobowe i wiązania kowalencyjne. To początkowe wiązanie jest określane raczej jako model dopasowania indukowanego, a nie model zamka i klucza, ponieważ każda cząsteczka zmienia się w odpowiedzi na wiązanie z drugą cząsteczką, tworząc nowy trójwymiarowy kształt. Enzym i substrat razem tworzą kompleks ES, w którym mogą zachodzić reakcje chemiczne.
Podczas reakcji katalizowanej enzymy i substraty oddziałują ze sobą, tworząc nowe produkty. Podczas gdy enzym pozostaje niezmieniony po zakończeniu reakcji, substrat jest często modyfikowany, czasami zmieniając się całkowicie w nową cząsteczkę lub cząsteczki. Pomimo pozostania niezmienionym, enzym odgrywa główną rolę w zachodzących reakcjach chemicznych, ponieważ obniża energię aktywacji, aby mogła zajść reakcja. Oznacza to, że energia obecna w interakcjach chemicznych enzymu i substratu jest wystarczająca, aby pokonać przeszkodę energetyczną reakcji.
W trakcie reakcji enzymy i substraty przechodzą przez różne etapy. Niektóre z nich, znane jako etapy pośrednie lub chemiczne związki pośrednie, wymagają tworzenia nowych, przejściowych cząsteczek. Enzym jest w stanie je ustabilizować i katalizować dalsze reakcje, aby zmienić te cząsteczki w pożądane produkty.
Stany przejściowe to inne kompleksy utworzone między enzymami i substratami, które są niewiarygodnie krótkotrwałe i wysokoenergetyczne. Często występują w momencie zerwania wiązania, reformacji lub zmiany reakcji. Enzymy są często skonstruowane w taki sposób, aby zmniejszać energię stanów przejściowych poprzez stabilizowanie wiązań, a często to zmniejszenie energii obniża energię aktywacji reakcji.
Chociaż istnieje wiele par substratów enzymatycznych, wiele enzymów może odpowiadać wielu substratom. W rzeczywistości wiele enzymów jest potrzebnych do połączenia dwóch substratów w jedną cząsteczkę lub rozbicia pojedynczego substratu na dwie powstałe cząsteczki produktu. Istnieje również wiele enzymów, które są niespecyficzne, co oznacza, że mogą być ukierunkowane na więcej niż jeden substrat, w zależności od warunków w komórce.