الإنزيمات عبارة عن مواد بايولوجية محفزة (مساعدة) تقوم وبكميات قليلة بزيادة سرعة التفاعلات الكيميائية بتقليل طاقة التنشيط والتي تحدث داخل الخلية الحية سواء نباتية أم حيوانية) بدون أن تتغير خلال هذه التفاعلات إن معظم الإنزيمات في بروتينات تتألف من أحماض أمينية تتكون بوساطة الخلايا الحية الحيوانية أو النباتية أو الأحياء الدقيقة وتستطيع أن تعمل بصورة مستقلة خارج الخلايا الحية بعد توفر الظروف الملائمة لها، ويطلق على المادة المتفاعلة في التفاعلات الإنزيمية بالمادة الأساس المادة الخاضعة أو الركيزة(Substrate) المادة التي يعمل عليها الانزيم.
تسمية الإنزيمات
اكتشف لحد الآن تقريباً أكثر من 2000 إنزيم واستخدمت لذلك عدة طرائق لغرض تسمية تلك الانزيمات وهذه الطرائق تعتمد على طبيعة التفاعلات، طبيعة المركبات المتفاعلة بروتينات – سكريات … الخ) وطرائق أخرى. ونظراً للصعوبة التي تحصل نتيجة استعمال هذه الطرائق المختلفة فقد اقترح توحيدها وشكلت اللجان المختصة للقيام بذلك، وادخل اتحاد الكيمياء الحياتية نظاماً حديثاً لتقسيم الانزيمات تبعاً لتخصصها وفيه تقسم الإنزيمات إلى ستة أقسام رئيسية ولكل قسم رقم معين يدل عليه وكل قسم يشمل فروع أخرى Subgroups وهذه بدورها تقسم إلى أجزاء أخرى وكل منها يشمل مجموعة مختلفة من أفراد الانزيمات. فقد أوصت لجنة تسمية الانزيمات المنبعثة من الاتحاد العالمي للكيمياء الحياتية.
وظائف الانزيمات
- حفظ توازن الجسم عن طريق التحكم بالتفاعلات الكيميائية.
- تعمل الانزيمات على تقليل كمية الطاقة اللازمة لبدء تفاعل كيميائي وهذا يساعد في حمايتها من التعرض إلى الحرارة العالية التي تؤدي إلى مسح Denaturation وتفكيك بنية البروتين في الجسم.
الخواص العامة في الإنزيمات
- وظيفة الإنزيمات: تعمل الانزيمات بكفاءة تحت ظروف فسيولوجية مثلى من درجة حرارة وpH.
- تركيب الإنزيمات: جميع الانزيمات بروتينات، باستثناء بعض مجموعات RNA التي تمتلك فعالية إنزيمية.
- العوامل المساعدة: تحتاج العديد من الإنزيمات إلى مكونات غير بروتينية (عوامل مرافقة) لتظهر فعاليتها.
- يطلق على الجزء غير الفعال “apienzyme”.
- يعرف الإنزيم الفعال مع العامل المساعد بـ “Holoenzyme”.
- أنواع العوامل المساعدة: تشمل المعادن (مثل المغنيسيوم والحديد) وجزيئات عضوية (مثل NADH).
- تفاعلات إنزيمية: تتميز التفاعلات الإنزيمية بكفاءة وسرعة أعلى مقارنةً بالتفاعلات غير الإنزيمية، حيث تتحول معظم المواد الأساسية إلى نواتج.
- تخصص الإنزيمات: تعمل الانزيمات بشكل خاص على مادة أساس واحدة أو عدة مواد مشابهة.
- الأواصر الجزيئية: تثبت الأواصر مثل الأيونية والهيدروجينية والهيودروفوبية الإنزيم في أوضاعه.
- الموقع الفعال: يحتوي الانزيم على منطقة نشطة تشارك في التحفيز، حيث يتم تثبيت الجزيئات المتفاعلة.
- حجم الإنزيمات: تتراوح الأوزان الجزيئية للإنزيمات من 13000 دالتون إلى عدة ملايين.
- تواجد الإنزيمات: توجد إنزيمات معينة في كائنات حية دون أخرى، مثل إنزيم السليوليز في الأبقار ولكن ليس في الإنسان.
استخدامات الانزيمات:
تتخلص الانزيمات من الأنسجة الحيوانية أو النباتية أو البكتيريا، ثم يتم تنقيتها وتستخدم للأغراض الآتية:
- دراسة المسارات الأيضية وتنظيم التفاعلات الجارية في ذلك المسار.
- دراسة تركيب وآلية عمل الإنزيمات Mechanism of action استخدامها في الصناعة بوصفها عوامل مساعدة بايولوجية لتصنيع الهورمونات والعقاقير والصناعات الغذائية والصناعات الكيميائية.
- تعطى الإنزيمات مؤشرا لحدوث حالة مرضية معينة أو عدم حدوثها وذلك عند قياس فعاليتها في سوائل وأنسجة الجسم
- تعطي الإنزيمات مؤشراً لحدوث حالة مرضية معينة أو عدم حدوثها وذلك عند قياس فعاليتها في سوائل وأنسجة الجسم المختلفة.
- تستخدم بعض الانزيمات لأغراض علاجية أو مضادات أكسدة أو لقاحات ضد أنواع معينة من الطفيليات. وكمثال استخدامها لإذابة خثرة الدم في المصابين بالخثار Thrombosis أو استخدام بروتيز Protease في عقارات المقاومة الفيروس الأيدز النقص في عوز المناعة المكتسبة.
- تستخدم البعض منها بمثابة كواشف في بعض التحاليل المختبرية وكمثال تقدير الكلوكوز باستخدام الإنزيم كلوكوز أوكسديز Glucose oxidase أو تقدير اليوريا باستخدام إنزيم اليوريز Urease.
- – استخدام بعض الانزيمات لغرض تشخيص الأمراض الوراثية مثل إنزيم بوليمريز في تفاعل السلسلة Polymerase chain reaction (PCR).
تقسيم الإنزيمات
تم تقسيم الإنزيمات استنادا إلى عدد السلاسل الموجودة في تركيبها البناني الى:
- الانزيمات الأحادية السلسلة Monomeric وهي التي تتألف من سلسلة ببتيدية واحدة والتي تساعد في التحلل الماني مثل التريسين Trypsin وراييونيو Ribonucleuse.
- الانزيمات قليلة الوحدات Oligomerik، وهي التي تتألف من 102 سلسلة ببتيدية مثل إنزيم هيكو كاينيز Hexokinase المكون من أربع سلاسل ببتيدية .
- المجمع الإنزيمي المعقد Multienzyme complex : وهو عند أو مجموعة من الإنزيمات مرتبطة مع بعضها وتشترك جميعا في مسارها لتحول مادة أو مواد الأساس إلى ناتج مثل إنزيم بايروفيت ديهيدروجنيز Pyruvate dehydrogenase الذي يتكون من ثلاثة إنزيمات وخمس مرافقات إنزيمية لتحويل البايروفيت إلى أسيتايل مرافق الإنزيم .
العوامل المؤثرة على فعالية الإنزيم
إن العوامل التي تؤثر على فعالية الإنزيم تؤثر بالتالي على معدل سرعة التفاعل الذي يستخدم الإنزيم بوصفه عاملاً مساعداً (تحفيزياً). وهناك عدة عوامل تؤثر على فعالية الإنزيم أهمها:
- تركيز الإنزيم.
- تركيز المادة الأساس.
- درجة الحرارة.
- الأس الهيدروجيني. Activators أو المنشطات Inhibitors
