Inom biologin är en av de faktorer som definierar en levande varelse från ett livlöst föremål organismens förmåga att utföra kemiska reaktioner som är avgörande för dess överlevnad. Även encelliga organismer är kapabla till hundratals kemiska reaktioner inom sina cellväggar. Föreställ dig den oändliga mängden reaktioner som en stor organism som en människa utför. Ingen av dessa reaktioner är möjliga utan enzymer.
Enzymer är biologiska katalysatorer eller assistenter. Enzymer består av olika typer av proteiner som arbetar för att driva den kemiska reaktion som krävs för en specifik verkan eller näringsämne. Enzymer kan antingen starta en reaktion eller påskynda den. De kemikalier som omvandlas med hjälp av enzymer kallas substrat. I frånvaro av enzymer kallas dessa kemikalier reaktanter.
För att illustrera enzymernas hastighet och effektivitet kan substrat omvandlas till användbara produkter med en hastighet av tio gånger per sekund. Med tanke på att det finns uppskattningsvis 75,000 XNUMX olika enzymer i människokroppen, utförs dessa kemiska reaktioner i en otrolig hastighet. Å andra sidan, i frånvaro av enzymer, kan reaktanter ta hundratals år att omvandla till en användbar produkt, om de överhuvudtaget kan göra det. Det är därför enzymer är avgörande för livets uppehälle på jorden.
Generellt fungerar enzymer på substrat på ett av tre sätt: substratorientering, fysisk stress och förändringar i substratreaktivitet. Substratorientering uppstår när ett enzym får substratmolekyler att anpassa sig till varandra och bilda en bindning. När ett enzym använder fysisk stress på ett substrat, griper det i själva verket substratet och tvingar molekylen att bryta isär. Ett enzym som orsakar förändringar i substratets reaktivitet ändrar placeringen av molekylens elektroner, vilket påverkar molekylens förmåga att binda till andra molekyler.
Enzymer har aktiva ställen där de kommer i kontakt med särskilda substrat. De katalytiska egenskaperna hos enzymer är en cyklisk process. När ett substrat väl har kommit i kontakt med det aktiva stället för ett enzym, modifieras det av enzymet för att bilda slutprodukten. När processen är klar släpper enzymet produkten och är redo att påbörja processen med nya substrat. Enzymer går aldrig till spillo och återvinns alltid.
Frånvaron av enzymer är ansvarig för många sjukdomar. Hos människor är en tragisk sjukdom som kallas fenylketonuri (PKU), som orsakar allvarlig mental retardation och till och med död hos spädbarn, resultatet av frånvaron av en typ av enzym. Tay-Sachs sjukdom är ett liknande tragiskt resultat av en enzymbrist. Det orsakar retardation, förlamning och ofta död i tidig barndom när den lämnas obehandlad.
Vår förmåga att förändra enzymer genom att hämma deras funktionsförmåga har resulterat i hundratals livräddande läkemedel. Ett exempel är penicillin, ett välkänt antibiotikum som kan bota syfilis, lunginflammation och andra sjukdomar. Penicillin verkar genom att binda till de aktiva platserna för de sjukdomsframkallande bakteriernas enzymer, vilket i slutändan förstör bakteriernas förmåga att överleva och föröka sig.