"Diagram rhuban" ar gyfer yr ensym trios-ffosffad isomeras (TIM).
Sylweddau sy'ncataleiddio (h. y.cyflymu)adweithiau cemegol mewnorganebau byw ywensymau. Yn yr adweithiau hyn, gelwir ymoleciwlau ar ddechrau yr adwaith ynswbstrad, a mae'r ensym yn eu trawsnewid yn foleciwlau gwahanol, sef y cynnyrch, heb newid y strwythur ei hun yn ystod y broses. Mae angen ensymau ar gyfer bron pob proses mewncell er mwyn iddynt weithio ar raddfa sylweddol. Gan fod ensymau'n hynod o ddetholiadol ac yn cyflymu ond ychydig o adweithiau ymysg nifer o bosibiliadau, mae'r set o ensymau mewn cell yn penderfynullwybr metabolaidd cynnwys y gell.
Yn ogystal â'u defnydd mewn systemaubiolegol, defnyddir rhai ensymau mewndiwydiant ameddygaeth. Cynhyrchir gwin, bara, caws a chwrw ers canrifoedd trwy ddefnyddioeplesiad naturiol, ond nid tan y 19g y deallwyd fod yr adweithiau hyn yn ganlyniad i actifedd catalytig ensymau. Ers hynny, mae ensymau wedi cymryd rôl bwysig mewn prosesau diwydiannol sy'n seiliedig ar adweithiau cemegol organig. Ym maes meddygaeth, defnyddir ensymau mewnsynthesisgwrthfiotigau,diagnosis o rhaiglefydau, ac er mwyn ceisio lladdmicro-organebau sy'n achosi clefydau.
Roedd treuliad cig gan secretiadau ystumog, a trosiad starts isiwgr gan echdynion planhigyn aphoer, yn hysbys i Fiolegwyr mor gynnar â'r18fed ganrif, ond nid oeddent wedi canfod y mecanwaith a oedd yn achosi'r adweithiau yma.
Yn y19eg ganrif, tra'n astudioeplesiad siwgr ialcohol ganfurum, daethLouis Pasteur i'r casgliad fod eplesiad yn cael ei gataleiddio gan rym bywiol o fewn y celloedd burum a elwir ynesplesiaid, ac yn wreiddiol credwyd fod yr rhain yn gweithio o fewn organebau byw yn unig. Ysgrifennodd Pasteur fod "eplesiad alcoholig yn weithred sy'n gydberthnasol â bywyd ac trefniant celloedd burum, nid marwolaeth neu pydredd y celloedd".
Yn1878, bathwyd y termensym gan y ffisiolegydd AlmaenigWilhelm Kühne i ddisgrifio'r broses yma o eplesu. Mae'r term yn dod o'rGroegενζυμον, sy'n golygu "mewn lefain". Byddai defnydd y gair yn newid gydag amser. Yn hwyrach, defnyddiwyd y gairensym i gyfeirio at sylweddau anfyw felpepsin, a'r gaireplesu i gyfeirio at yr actifedd cemegol a gaiff ei gynhyrchu gan organebau byw.
Yn1897, dechreuoddEduard Buchner astudio gallu echdynion o furum i eplesu siwgr er gwaethaf absenoldeb celloedd burum byw. O fewn cyfres o arbrofion ymMhrifysgol Berlin, arsylwodd fod y siwgr yn cael ei eplesu heb gelloedd burum yn y gymysgedd. Enwyd yr ensym a achosodd yr eplesiadswcros yma yn "symas". Yn 1907 derbyniodd Buchnerwobr Nobel yngNghemeg am yr ymchwiliad yma, ac ers hynny mae'r rhan fwyaf o ensymau, yn dilyn esiampl Buchner, wedi cael eu henwi yn ôl yr adwaith maent yn cynnal. Fel arfer, enwir ensymau drwy adio'r ôl-ddodiad-as i enw'r swbstrad (e.e.,lactas yw'r ensym sy'n hollti y siwgrlactos), ond yn aml enwir ensymau ar ôl y math o adwaith hefyd yn ôl systemrhifau EC.
James B. Sumner
Ar ôl dangos fod ensymau yn medru gweithredu tu allan i gell byw, y cam nesaf oedd i ddarganfod eu natur biocemegol. Nododd nifer o fiocemegwyr cynnar fod actifedd ensymig wedi ei gysylltu âproteinau, ond bu nifer o wyddonwyr (yn cynnwys llawryfol NobelRichard Willstätter) yn dadlau fod proteinau yn gludyddion gwir ensymau yn unig, a fod protein ynddo ei hun methu cataleiddio adwaith. Er hynny, yn 1926, dangosoddJames B. Sumner fod yr ensymwreas yn brotein pur a llwyddodd ei grisialu. Llwyddodd grisialu'r ensymcatalas yn hwyrach yn 1937. Profwyd fod proteinau yn medru bod yn ensymau yn derfynol ganJ. H. Northrop aW. M. Stanley wrth astudio'r ensymau treuliolpepsin,trypsin achymotrypsin. Derbyniodd Sumner, Northrop a Stanley y wobr Nobel ym maes Cemeg yn 1946 am eu gwaith ar ensymau.
David Chilton Phillips
Gan fod biolegwyr wedi darganfod fod modd crisialu ensymau, byddai felly modd darganfod eu strwythurau drwygrisialograffaeth pelydrau X. Cyflawnwyd hwn gyntaf ar gyferlysosym, ensym a ddarganfyddir mewn dagrau a poer sy'n treulio haen allanol rhai bacteria. Dehonglwyd y strwythur gan grŵp o fiolegwyr wedi eu harwain ganDavid Chilton Phillips, ac ar ôl cyhoeddiad eu gwaith yn 1965, dechreuwyd y maes newydd ofioleg strwythurol, a'r ymdrech i ddeall sut mae ensymau yn gweithio ar raddfa atomig manwl.
Diagram rhuban ocytocrôm P450 isosym 3A4, yn dangos cadwynau asid amino ynghŷd â grŵpHaem yng nghanol y moleciwl.
Am nifer o flynyddoedd, credwyd fod pob ensym yn fath obrotein, ond ers yr1980au, arddangoswyd priodweddau catalytigmoleciwlauasid riboniwcleig, megisribosymau. Er hynny, gan fod y rhan fwyaf o ensymau yn brotinau, a bod cymhlethdod mecanwaith ensymatig RNA gan mwyaf yn anhysbys, bydd yr erthygl yma'n canolbwyntio ar fecanwaith protinau ensymatig.
Penderfynir ar weithgareddau ac actifedd ensymau gan eu strwythur tri dimensiwn.
Mae moleciwlau ensymau protein mawr wedi eu gwneud allan o un neu fwy o gadwynau oasid amino a elwir yn gadwynau polypeptid. Mae'r dilyniant o wahanol asidau amino yn pennu patrymau plygiant nodweddiadol strwythur y protein, sy'n hanfodol ar gyfer penodolrywdd yr ensym. Yn ogystal i'r cadwynau polypeptid, gall ensym gael cydran cemegol ychwanegol a elwir yngydffactor, sydd ynghlwm wrth y cadwynau polypeptid. Mae cydffactorau yn cyfrannu'n uniongyrchol i'r digwyddiad catalytig ac felly'n angenrheidiol ar gyfer actifedd ensymatic. Gall cydffactorau fod yngydensym (moleciwl organig felfitamin) neu ynïonmetelanorganig – mae rhai ensymau angen y ddau.
Mae'r rhan fwyaf o ensymau yn llawer yn fwy mewn maint na'r swbstradau maent yn gweithredu arno, a dim ond cyfran bach iawn o'r ensym (tua 3-4asid amino) sydd yn uniongyrchol yn cymryd rhan mewncatalysis. Gelwir yr adran gatalytig yma sy'n clymu wrth y swbstrad ac yn cynnal yr adwaith ynsafle actif yr ensym. Mae gan rhai ensymau safleoedd penodol ar gyfer clymu eu cydffactorau, neu safleoedd clymu ar gyfer moleciwlau bach sydd yn uniongyrchol neu'n anuniongyrchol yn gynhyrchion o'r adwaith a gataleiddiwyd. Gall y clymu ymagynyddu neu leihau actifedd yr ensym, felly'n darparurheolaeth adborth.
Yn y rhan fwyaf o adweithiau cemegol, mae angen maint penodol o egni i ddechrau'r adwaith. Po fwyaf yw'regni actifadu hwn, y mwyaf sefydlog yw'r adweithyddion, ac felly y mwyaf araf yw'r adwaith rhyngddynt. Pan fod angen newidiadaumetabolig mewn cell, rhaid gorchfygu'r rhwystr egni yma. Gallwres ddarparu'r egni actifadu yma, ond byddai'r codiad mewn tymheredd yn lladd y gell. Fel pob catalydd, mae ensymau yn gweithio drwy leihau egni actifadu'r adwaith. Mae'r mwyafrif o adweithiau ensymig miliynau o weithiau'n gyflymach na'r adweithiau cywerth sydd heb eu cataleiddio. Hefyd, fel pob catalydd, nid yw ensymau'n newidecwilibriwm yr adwaith a nid ydynt yn cael eu treulio gan yr adwaith. Maent yn adweithio gyda'rswbstrad i ffurfio cymhlyg trosiannol, sydd angen llai o egni er mwyn i'r adwaith fynd ymlaen. Mae'r cymhlyg trosiannol yn gyflym yn torri i lawr i ffurfio'r cynhyrchion adwaith, ac mae'r ensym, sydd heb newid ei strwythur, yn rhydd i adweithio gyda moleciwlau swbstrad eraill.
Diagram o'r adwaith catalytig. Mae'r swbstrad fel arfer angen llawer o egni i gyrraedd y cyflwr trosiannol, sydd wedyn yn dadfeilio i'r cynnyrch terfynol. Mae'r ensym yn sefydlogi'r cyflwr trosiannol, felly'n lleihau'r egni sydd angen i ffurfio'r cyflwr hwn a'r egni sydd angen i ffurfio cynhyrchion.
Fel y crybwyllwyd uchod yn yr adran ar strwythur yr ensym, dim ond adran arbennig o'r ensym, a elwir ynsafle actif, sy'n clymu i'r swbstrad. Mae'r safle actif yn rhigol neu boced a ffurfir gan blygiadau yn strwythur yr ensym. Mae'r strwythur tri-dimensiwn yma, ynghyd â priodweddau cemegol yr asidau amino a cydffactorau o fewn y safle actif, yn caniatáu dim ond un swbstrad penodol yn unig i glymu i'r safle, felly'n pennu penodolrwydd yr ensym. Yn bennaf, mae'r penodolrwdd yma yn dod o'r modd mae siapau geometreg cyfatebol ensym a swbstrad yn galluogi iddynt ffitio i mewn i'w gilydd.
Dylanwadirsynthesis ac actifedd ensym hefyd gan ddosbarthiad a rheolaethgenetig mewncell. Ni chaiff rhai ensymau eu cynhyrchu gan rhai celloedd, a cynhyrchir eraill pan fod eu hangen yn unig. Nid yw ensymau bob amser yn cael eu darganfod yn unffurf o fewn cell; yn aml maent yn cael eu adrannu i mewn i'rniwclews,cellbilen neuorganynnau isgellog. Caiff gyfradd synthesis ac actifedd ensym eu dylanwadu ymhellach ganhormonau, secretiadau nerfol achemegion eraill sy'n effeithio amgylchedd mewnol cell.
Gall actifedd ensym gael ei effeithio gan nifer o foleciwlau eraill. Maeatalyddion yn foleciwlau sy'n lleihau actifedd ensym, a maeactifadyddion yn cynyddu actifedd ensymau. Caiff gyfradd adwaith ensymatig hefyd gael ei effeithio gandymheredd,pH acrynodiad y swbstrad neu ensym.
Proteinau yw ensymau sy'n cyflymu neu yn catalyddu cyfradd adwaith cemegol.[1]
Mae pob ensym yn gweithio yn benodol i un math o foleciwl yn unig, a caiff ei ddangos wrth ddefnyddio model allwedd a clo.[1]
Maent yn gweithio ar dymheredd penodol sef y tymheredd optimwm sy'n achosi i'r ensymau weithio'n gyflymach ac achosi mwy o wrthdrawiadau llwyddiannus, ond os yw'r tymheredd yn uwch na'r pH optimwm, bydd yr ensym yn dadnatureiddio, a ni fyddai'r un mor effeithiol.[1]
Os yw'r ensym yn gweithio ar y pH optimwm, bydd yn llawer mwy effeithlon, os bydd yn uwch neu is na'r pH optimwm, bydd hefyd yn dadnatureiddio.[1]
Gan nad yw ensymau yn cael eutreulio yn ystod yr adweithiau maent yncataleiddo a gellir eu defnyddio drosodd a throsodd, dim ond maint bach o ensym sydd angen i gataleiddio adwaith. Bydd ensym nodweddiadol yn medru trosi rhyw fil o foleciwlau swbstrad i mewn i gynnyrch pob eiliad. Mae cyfradd adwaith yn cynyddu gyda crynodiad y swbstrad, ac yn cyrraedd macsimwm pan fod holl safleoedd actif y moleciwlau ensym yn cael eu defnyddio. Ar y pwynt hwnnw, dywedir fod yr ensym yn ddirlawn, ac felly bydd y cyfradd adwaith yn cael ei benderfynu gan y cyflymder y mae'r safleoedd actif yn medru trosi swbstrad i gynnyrch.
Fel pob adwaith gemegol, mae tymheredd yn effeithio cyfradd yr adwaith. Yn ôltheori cinetig, bydd cyfradd adwaith ensymatig yn dyblu pob 10˚C; ond yn wahanol i gatalyddion anorganig, mae ensymau yn dadnatureiddio ar dymereddau uchel. Mae'r rhan fwyaf o ensymau â tymhereddoptimwm o 37-40˚C, ac wedi'r pwynt yma, bydd y cyfradd adwaith yn disgyn gan fod y gwres uchel yn newid strwythur rhai o'r moleciwlau ensym, gan atal eu actifedd. Dyma'r rheswm pan yr argymhellir i ddefnyddiopowdr golchi biolegol, sydd yn treuliostaeniau ar ddillad trwy ddefnyddio ensymau, ar dymheredd o 40˚C. Hwn yw'r tymheredd optimwm.
Ataliad cystadleuol: swbstrad (S) ac atalydd (I) yn cystadlu am y safle actif.
Gellir atal actifedd ensym yn defnyddio amrywiaeth o atalyddion. Digwyddirataliad cystadleuol pan fo atalyddion, sy'n debyg iawn mewn strwythur i wir foleciwlau swbstrad yr ensym, yn clymu i'r safle actif gan atal yr ensym rhag gysylltu â'i swbstrad. Mewnataliad anghystadleuol, mae'r atalyddion yn clymu i'r ensym mewn lleoliad ar wahân i'r safle actif i'w anactifadu. Mewn rhai enghreifftiau, mae'r atalydd yn clymu i'r ensym mewn modd sy'n ffisegol yn rhwystro ei safle actif, felly'n ei anactifadu. Mewn enghreifftiau eraill, mae rhwymiad yr atalydd yn newid siâp yr ensym ac yn anffurfio ei safle actif, felly'n rhwystro'r ensym rhag rhyngweithio â'i swbstrad.
Defnyddir atalyddion yn aml felcyffuriau, ond maent hefyd yn medru gweithio felgwenwynau. Er hynny, mae'r gwahaniaeth rhwng cyffur a gwenwyn fel arfer ddim ond yn fater o faint, gan fod y rhan fwyaf o gyffuriau'n wenwynig uwchben rhyw drothwy. Esiampl o hwn fyddaiaspirin, sy'n atal ensymau cynhyrchuprostaglandin (negesydd sy'n achosi llid) a felly'n llethu poen. Er hynny, mewn crynodiad digon uchel, mae aspirin yn wenwynig. Mae'r rhan fwyaf o atalyddion gwenwynig cryf fel arfer yn rhwystro gweithgaredd ensymatig drwyataliad anghildroadwy. Maent yn adweithio gyda'r ensym i ffurfio adwythiadcofalent gyda'rprotein, a mae'r anactifadiad yma'n anghildroadwy.
Gall asidedd yr amgylchedd effeithio actifedd ensym. Tra bod amgylcheddasidau neualcalïaidd iawn yndadnatureiddio nifer fawr o ensymau, mae angenpH arbennig ar rhai ensymau i'w actifadu. Er enghraifft, mae'r ensymau treuliolpepsin arennin yn cael eu actifadu gan asid hydroclorig mewn stumogau anifeiliaid. Felly, mae'r newid mewn pH yn effeithio gwahanol ensymau mewn gwahanol ffyrdd.
