Ensüüm

Allikas: Vikipeedia
Arvuti modelleeritud puriin-nukleosiidfosforülaasi (PNP) struktuur

Ensüümid on organismides eriliste omadustega, väga erineva struktuuriga, kõrgmolekulaarsed orgaanilised ja sünteetiliselt valmistatud katalüütilised globulaarsed valgud, mis koosnevad, valdavas enamikus, temperatuuritundlikest aminohappejääkidest.[1][2][3] Ensüümid jagatakse lihtensüümideks ja liitensüümideks.

Ensüümid on ka biokatalüsaatorid, kelle toimel muundatakse substraadi molekuli selliselt, et reaktsioonide toimumine kas kiireneb või inhibeeritakse, jäädes ise samal ajal muutumatuks. Ensüümide süntees on allutatud geneetilisele kontrollile.

Ensüümide omadusi[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ensüümidele on omane suur efektiivsus ja kõrge substraadispetsiifilisus.[4][5] Valdav enamik taimede, loomaliikide, bakterite, viiruste ja protistide füsioloogilistest nähtustest on allutatud ensümaatilisele kontrollile.[6] Klassifitseeritud on üle 2500 valgulise ensüümi.[5]Ensüümid on ka biopolümeerid, katalüsaatorid, inhibiitorid jne. Ka mõnedel RNA-molekulidel(väga harva) on katalüütiline aktiivsus, kuid tavaliselt ei nimetata neid ensüümideks, vaid katalüütilisteks RNA-deks ehk ribosüümideks.[5]Veres on tõenäoliselt kõiki organismi ensüüme ja need vabanevad hävivatest rakkudest verre kudede pideva uuenemise tõttu.[7]

Mõiste kujunemine[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • 18. sajandi lõpus uurisid teadlased suhkrute kääritamist pärmirakkude poolt, püüdes leida lahendust küsimusele, kas orgaanilisi ühendeid suudavad toota vaid elavad rakud.
  • 19. sajandil tegi Eduard Büchner pärmirakkudega järgmise katse: ta purustas rakkude seinad (liivaga hõõrumisega) ja lisas suhkrut. Kuna käärimine toimus edasi, pidi kääritamist katalüüsima rakuvaba ekstrakt.Teadlaste Justus Van Liebigi, Louis Pasteuri jpt jaoks tähendasid fermendid ühendeid "pärmis" ning tuletati biokeemiliste katsete alusel, mille tulemusi tõlgendades arvati, et ensüümid asuvad rakkude sees.[8] Jöns Jacob Berzelius ja Theodor Schwann ning paljud teised teadlased kasutasid 19. sajandil terminit “fermendid”. Kuid fermentide mõistet kasutati sel ajal ka nende mikroorganismide kohta, kes fermentatsiooni põhjustavad. Vältimaks segadust pakkus saksa bioloog William Kuhne 1876. aastal välja termini "ensüümid" (ingl k enzymes), mida tema tundis selliste toitaineid lõhustavate ensüümidena nagu pepsiin, trüpsiin, ptüaliin, steapsiin. 19. sajandil arvati, et keemiateadus ei suuda ensüüme komplekteerida ega sünteesida, kuna neid leiduvat üksnes organismide protoplasmas, kust neid uurimise tarbeks eraldatakse. Termin ensüümid muutus rakkudes ning kudedes asetleidvaid muutusi põhjustavate ainete, mida eelnevalt tunti nimetuse kaudu "organiseerimata fermendid" (inglise keeles unorganized ferments), koondnimetuseks.[9]

Sõna "ensüüm" (varasemas eesti keeles ka ferment) tuleneb kreekakeelsest sõnast (eesliide "en-" tähendab ἐν, en, (ingl k in sees ja ζύμη, zýmē, (ingl k sourdough) juuretis).[10][11]

Tänaseks päevaks tegeletakse ensüümidega nii eraldi teadusharu ensümoloogia kaudu kui ka integreeritult botaanika, biokeemia, meditsiini, farmaatsia, põllumajanduse, geeneetika, toiduainetetööstuse ja paljude muude teadusharude kaudu.

Tööpõhimõte[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ensüümid alandavad reaktsiooni aktivatsioonienergiat. Kuigi ensüüm võib reaktsiooni käigus muunduda, taastub ta reaktsiooni lõpuks endisele kujule ja võib katalüüsida järgmist reaktsiooni. Ensüümid (kui globulaarsed valgud) on multidomeensed ehk et ühes domeenis võib neid asuda ensüümi aktiivtsenter, teises domeenis aga regulatoorne tsenter. Reaktsiooni lähtemolekulid (ensüümi substraadid) seonduvad ensüümi aktiivtsentrisse ja reaktsiooni lõpus dissotsieeruvad sealt produktid. Ensüümid on kõrge substraadispetsiifilisusega – nad võivad läbi viia vaid ühte või mõnda reaktsiooni. Nii saab erinevaid reaktsioone kontrollida vastava ensüümi hulga reguleerimise teel. Iga rakk sünteesib eluks vajalikke ensüüme (ühes rakus kuni 10 000 ensüümi) iseseisvalt ja iga üksik ensüüm võib juhtida erinevat reaktsiooni.[12] Ensüümid on tundlikud paljude sise- ja väliskeskkonna faktorite suhtes, näiteks temperatuur, pH jms.

Ensüümide jaotus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ensüümid jagatakse lihtsustatult kaheks:[13]

Süstemaatika[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Ensüümiklasside nomenklatuur

Ensüümide klassifitseerimisel kasutatakse Ensüümikomisjoni poolt koostatud ensüümide nomenklatuuri.

Kliiniline biokeemia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Ensüümdiagnostika

Ensüümikomisjoni nomenklatuuri rakendatakse ka inimkehas toimuvate ensüümreaktsioonide ja neis osalevate ensüümide klassifitseerimisel ning ensüümdiagnostikas.[5]

Markerensüümid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Markerensüümid

Markerensüümid on olulised haiguste kindlaks tegemisel. Kui markerensüüm ilmub verre, on tegu vastava koe kahjustusega, kust ensüüm pärit on.[14]

Toitaineid lõhustavad ensüümid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tähtsamad toitaineid lõhustavad ensüümid on: amülaas, pepsiin, trüpsiin, maltaas, laktaas, sahharaas, lipaas jpt.[15] Kõhunäärme ehk pankrease nõre on normaalse füsioloogiaga loomorganismis toitaineid lõhustavate ensüümide poolest rikkalik. [15]

Ensüümiaktiivsuse määramine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Ensüümiaktiivsus

Ensüümide hulka biomaterjalides määratakse ensüümiaktiivsust (e ensüümi hulka) kaudselt, kineetika reeglitega vastavuses, kas:[5][16]

  • ajaühikus toimuva substraadi hulga vähenemise
  • ajaühikus toimuva produkti hulga suurenemise kaudu.

Ensüümiaktiivsuse määramise meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ensüümide hulga määramiseks kasutatakse näiteks järgmisi laboratoorse diagnostika meetodeid:[16]

  • kolorimeetrilised meetodid,
  • spektrofotomeetrilised meetodid (ultraviolett-spektroskoop, infrapuna-spektroskoop),
  • fluoromeetrilised meetodid,
  • radiomeetrilised meetodid jpm.

Ensüümaktiivsuse väljendamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ensüümaktiivsust väljendatakse rahvusvahelisi mõõtühikute süsteeme kasutades.[5] Biokeemia ja kliinilise meditsiini teadusharud kasutavad enim:

Ensümoloogias kasutatakse ka teisi mõõtühikuid, näiteks:[5][16]

  • Molekulaaraktiivsus (ingl k turnover number) on k cat (väljendatakse sekundites) on substraadi molekulide arv, mida üks ensüümimolekul muundab (ingl k metabolized) ajaühikus S-di küllastatud kontsentratsiooni juures. Mõõtühikuks s−1 või min −1. Ensümaatilised reaktsioonid võivad olla 103 kuni 1017 korda kiiremad kui vastavad katalüüsimata reaktsioonid.

Ensüümide ajaloolised nimetused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Erialakirjanduses aga ka populaarteaduslikes väljaannetes kasutatakse töönimetustena ka ajaloolisi nimetusi:[15]

  • Amülaas – polüsahhariide lõhustav ensüüm, tärklise seedimisega seonduvad protsessid. Hüdrolüüsib tärklisest suhkruid. Seda kasutatakse siirupite, puuviljamahlade, šokolaadi ja muude toiduainete valmistamisel;
  • Bromelaas – ensüümi leidub ananassitaime kõikides osades;
  • Diaporaas – parandab hemoglobiini, vähendades Fe3+ Fe2+ ks
  • Diastaas – tärklise seedimisega seonduvad protsessid;
  • Erepsiin – seedeensüümide ja pankrease nõre koostises, sööb peptoone aminohapeteks;
  • Fosfataas – fosforrühma molekulidega seonduv, näit fosfo-türosiine, fosfo-histidiin;
  • Katalaas – eluneb kõikides elusorganismides, kes puutuvad kokku hapnikuga, hüdrolüüsib vesinikülihapendi veeks ja hapnikuks;
  • Katepsiin – on kõikides elusorganismides elunev proteaas, kes lõhustab proteiine;
  • Ksülanaas – taimede, seente ensüümide rühm, lagundab taimsed polüsahhariidid ksüloosiks, arvatavasti tuleviku biokütuse tootmisel kasutatav ensüüm, kes muudab puidu, millele kasutust ei leita biokütuseks;
  • Laktaas,piimasuhkrut hüdrolüüsiv, pastöriseerimata piima seedimisega seonduvad protsessid;
  • Lipaas,rasvade seedimisega seonduvad protsessid;
  • Maltaas – ensüüm maltaas hüdrolüüsib maltoosi;
  • Oksüdaas – ensüüm, osaleb hapniku hüdrolüüsil, hapnik redutseeritakse veeks või vesinikülihapendiks;
  • Oksüdoreduktaas – oksüdatsiooni-reduktsiooni reaktsioone katalüüsiv ensüüm;
  • Oksügenaas – oksüdeerib erinevaid ühendeid. liites neile hapniku;
  • Papain – papaia viljadest saadav ensüüm;
  • Pektaas
  • Pepsiin – retseptorid maos, hüdrolüüsib toiduvalgud peptiidideks;
  • Peroksidaas – oksüdeerib ühendeid, kasutades vesinikperoksiidi
  • Proteaas – proteiini seedimisega seonduvad protsessid, nii näiteks sünteesivad ja eritavad erinevaid proteaase bakterid aga ka viirused: gripiviirus ,HIV-1 viirus jpt.[17]

Hüdrolüüsib valke. Tööstuslikult kasutatakse liha pehmendamiseks, kala nülgimiseks, loomanahalt karvade eemaldamiseks ja pesupulbrite koostisosana;

  • Reduktaas – oksüdeerimis-taandamisensüüm
  • Sukraas – ensüümide rühm, katalüüsivad hüdrolüüsil suhkru fruktoosiks ja glükoosiks;
  • Transferaas – kandev ensüüm, kannab mingit rühma ühest molekulist teise molekuli
  • Trüpsiin – seedekulglas toimiv ensüüm, hüdrolüüsib proteiine, kõhnääre toodab mitteaktiivset proensüümi trüpsinogeen;
  • Tsellulaas, taimedes sisalduva tselluloosi seedimisega seonduvad protsessid;
  • Ureaas – katalüsaator, uurea hüdrolüüsil süsinikdioksiidiks ja ammooniaks.

Ensüümid keskkonnas[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ensüümid on tähtsal kohal biotehnoloogia arengus. Umbes 150 ensüümi kasutatakse tööstuses[viide?], näiteks:

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Brockhaus, lk 222, 1957
  2. Hiromi Shinya. The Enzyme Factor, Council Oak Books, 2005, ISBN 9781571782090, lk 2.
  3. [1]
  4. Tõlkija Katrin Rehemaa, toimetajad Sirje Ootsing, Laine Trapido. Kirjastus Medicina, 2004
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 Inimorganismi biomolekulid ja nende meditsiiniliselt olulisemad ülesanded Inimorganismi metabolism, selle häired ja haigused.M. Zilmer, E. Karelson, T. Vihalemm, A.Rehema, K. Zilmer, peatükk 10,lk 117–137, Biokeemia Instituut, Tartu Ülikool 2010, ISBN 978-9985-2-1540-1
  6. Kulkarni et al 2008
  7. Inimese füsioloogia ja anatoomia, 6.peatükk VERI, Kirjastus Medicina, 2011, ISBN 9985-829-36-0
  8. Shanmugam et al 2009
  9. Otto Cohnheim, "Enzymes", 1st ed 1912
  10. Valpy 1860
  11. Shanmugam et al 2009
  12. Kulkarni et al 2008
  13. Kulkarni et al 2008
  14. Meditsiinisõnastik 2004
  15. 15,0 15,1 15,2 Enzyme Nutrition: The Food Enzyme Concept, peatükk Life Ends When Enzymes Get Tired, Avery PUB., 1985, ASIN: B001MZ32UC
  16. 16,0 16,1 16,2 Enzyme Assays., 2012, Veebiversioon (vaadatud 30.04.2013)
  17. Brik, A.

Kasutatud kirjandus[muuda | redigeeri lähteteksti]