Ensüüm

Arvuti modelleeritud puriin-nukleosiidfosforülaasi (PNP) struktuur

Ensüümid (varasemas eesti keeles ka fermendid) on bioloogilised katalüsaatorid, millele on omane suur efektiivsus ja kõrge substraadispetsiifilisus. Ensümaatilised reaktsioonid on 10³ kuni 10¹⁷ korda kiiremad kui vastavad katalüüsimata reaktsioonid. Peaaegu kõik avastatud ensüümid on valgud või valgud koos kofaktoritega. Ka mõnedel RNA-molekulidel on katalüütiline aktiivsus, kuid tavaliselt ei nimetata neid ensüümideks, vaid ribosüümideks.

Avastamine

Sõna "ensüüm" tuleneb kreekakeelsest sõnast, mis tähendab "pärmis" ning viitab sellele, et ensüümid asuvad rakkude sees. 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 (hõõrumisega) ning lisas suhkrut. Kuna käärimine toimus edasi, pidi kääritamist katalüüsima rakuvaba ekstrakt. Sellele avastusele järgnes peagi ka erinevate ensüümide kindlakstegemine.

Ensüümi nimetuse võttis aastal 1878 kasutusele saksa bioloog Wilhelm Kühne.

Tööpõhimõte

Ensüümid alandavad reaktsiooni aktivatsioonienergiat. Kuigi ensüüm võib reaktsiooni käigus muunduda, taastub ta reaktsiooni lõpuks endisele kujule ja võib katalüüsida järgmist reaktsiooni. Reaktsiooni lähtemolekulid (ensüümi substraadid) seonduvad ensüümi aktiivtsentrisse ning 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. Ensüümid on tundlikud temperatuuri ja pH suhtes.

Ensüümide klassid

• 1. Oksüreduktaasid – katalüüsivad oksüdeerimis- ja redutseerimisreaktsioone
• 2. Transferaasid – katalüüsivad reaktsioone, mille käigus toimub asendusrühma ülekanne ühelt keemiliselt ühendilt teisele
• 3. Hüdrolaasid – katalüüsivad hüdrolüüsi
• 4. Lüaasid – katalüüsivad substraadi mittehüdrolüütilist lagundamist
• 5. Isomeraasid – katalüüsivad struktuurseid muutusi ühe molekuli sees
• 6. Ligaasid – katalüüsivad kahe substraadi ühendamisreaktsiooni

Kasutusalad

Avastatud on 4000 kuni 10 000 ensüümi. tuntumad neist:

• Amülaas, tärklise seedimisega seonduvad protsessid. Hüdrolüüsib tärklisest suhkruid. Seda kasutatakse siirupite, puuviljamahlade, šokolaadi ja muude toiduainete valmistamisel;
• Bromelain- ensüümi leidub ananassitaime kõikides osades;
• Diaporaas- parandab hemoglobiini, vähendades Fe3+ Fe2+ ks
• Diastaas- tärklise seedimisega seonduvad protsessid;
• Erepsiin- seedeensüümide ja pankrease nõre koostises, sööb peptones 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;
• Papain- papaia viljadest saadav ensüüm;
• Pektaas-
• Pepsiin- retseptorid maos, hüdrolüüsib toiduvalgud peptiidideks;
• Peroksidaas-
• Proteaas,proteiini seedimisega seonduvad protsessid. Hüdrolüüsib valke. Tööstuslikult kasutatakse liha pehmendamiseks, kala nülgimiseks, loomanahalt karvade eemaldamiseks ning pesupulbrite koostisosana;
• Reduktaas-
• Sukraas- ensüümide rühm, katalüseerivad hüdrolüüsil suhkru fruktoosiks ja glükoosiks;
• Transferaas-
• Trüpsiin- seedekulglas toimiv ensüüm, kes hüdrolüüsib proteiine, pankreas toodab mitteaktiivset proensüümi trypsinogen;
• Tsellulaas, taimedes sisalduv tselluloosi seedimisega seonduvad protsessid;
• Ureaas-katalüsaator, urea hüdrolüüsil süsinikdioksiidiks ja ammoniaks.

Ensüümid keskkonnas

Ensüümid on tähtsal kohal biotehnoloogia arengus. Umbes 150 ensüümi kasutatakse tööstuses, näiteks:

bioabsorbeerimine- plastiku, puidu, metallide jne ensümaatiline lagundamine;

bioakumulatsioon- toksiliste ainete/ühendite liigkiire kuhjumine organismi suurema tempoga kui organism neid lagundada jõuab;

biolagundus- toksiliste materjalide ensümaatiline lagundamine taaskasututavateks materjalideks;

biolahjendus-

biomuundus-

biopleegitus-

biovõimendus-

Markerensüümid

Markerensüümid on olulised haiguste kindlakstegemisel. Kui markerensüüm ilmub verre, on tegu vastava koe kahjustusega, kust ensüüm pärit on.

Tähtsamad markerensüümid on: kreatiini kinaas (CK), laktaadi dehüdrogenaas (LDH), aspartaadi aminotransferaas (AST), alaniini aminotransferaas (ALT), aluseline fosfataas (ALP), happeline fosfataas (ACP), plasma koliini esteraas (PChE).