نبذة عن دور الإنزيمات في العمليات الحيوية المختلفة - ساينسوفيليا
نبذة عن دور الإنزيمات في العمليات الحيوية المختلفة
إعداد: أحمد ماهر زهران
مراجعة: آية محمد شكري
يحدث في جسم الإنسان مئات العمليات الحيوية، الأمر الذي يتطلب وجود ظروف معينة لإتمام هذه العمليات، ولعل من أهم هذه الظروف هو وجود عوامل حفازة تعرف بالإنزيمات.
الإنزيمات
الإنزيمات هي عوامل حفازة بيولوجية تقوم بتسريع التفاعلات، أو بطريقة أخرى فهي العوامل التي تحفز التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية، وتسرعها دون أن تتغير هي نفسها. حيث أن العمليات الحيوية عبارة عن تفاعلات كيميائية تقوم الإنزيمات بتنظيمها، وهضم الطعام أحد العمليات الحيوية التي تنظمها الإنزيمات.
خصوصية الإنزيمات
الإنزيمات مواد متخصصة، فكل إنزيم متخصص بمادة متفاعلة معينة، ويمكن تشبيه العلاقة بين الإنزيم والمادة المتفاعلة بالعلاقة بين القفل والمفتاح، حيث يسمح الإنزيم بالمادة المتفاعلة المختص بها أن ترتبط به في موقع معين في الإنزيم يسمى الموقع النشط (active side)، وبالتالي فعادة يحفز الإنزيم نوع واحد من التفاعلات، لكن بعض الإنزيمات تحفز أكثر من نوع من التفاعلات دون أن تستهلك.
تركيب الإنزيمات
إن الإنزيمات عبارة عن بروتينات والشائع بين الناس أنها بروتينات فقط، لكن يمكن أن يكون الإنزيم عبارة عن حمض نووي ريبوزي (RNA)، مثل الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) الذي له دور في عملية تخليق البروتينات، عن طريق ربط الأحماض الأمينية وتكوين سلاسل من عديد الببتيد.
يعتبر تسلسل الأحماض الأمينية هام لتحديد خصوصية الإنزيمات البروتينية، حيث إن تسلسل الأحماض الأمينية يعطي البروتين هَيْكَلاً مُمَيَّزًا، وبالتالي فهذا التسلسل يحدد شكل الموقع النشط الذي ترتبط به المادة المتفاعلة، لكن الحرارة المرتفعة ودرجة الحموضة (PH) الغير مناسبة قد تُفسد ذلك الموقع وتجعل الإنزيم غير قادر على ربط المادة المتفاعلة معه.
العامل المرافق cofactor
بعض الإنزيمات ترتبط بمكون كيميائي إضافي يسمى العامل المرافق (cofactor)، وتكون وظيفته هي تحفيز أو تنشيط الإنزيم، وقد يكون إنزيم مرافق (جزيء عضوي مثل الفيتامين) أو أيون فلزي غير عضوي، وبعض الإنزيمات تحتاج النوعين، وقد يكون ارتباط العامل المرافق بالإنزيم ارتباطا شَدِيدًا أو ضَعِيفًا.
أنواع الإنزيمات
يتم تصنيف الإنزيمات بِنَاء على نوع التفاعل الذي يحفزه الإنزيم في ست فئات رئيسية وهي:
*إنزيمات Oxidoreductase: تشارك في نقل الإلكترون (تفاعلات الأكسدة والاختزال).
*إنزيمات Transferases: تنقل مجموعة وظيفية من مادة إلى أخرى مثل الميثيل.
*إنزيمات Hydrolyses: في تفاعلات التحلل المائي (تحطيم روابط بإضافة الماء).
*إنزيمات Lyases: تحفز تكسير الروابط الكيميائية بطرق مختلفة.
*إنزيمات Isomerases: تساهم في تكوين أيزومر.
*إنزيمات Ligases: تكون روابط كيميائية متنوعة لتفكك رابطة البيروفوسفات ⁴(P2O7) في ال ATP أو نيوكليوتيدات مماثلة.
تنقسم الفئات الست إلى فئات فرعية تَبَعًا لطبيعة التفاعل المُحفز، وتنقسم الفئات الفرعية أَيْضًا إلى فئات أخرى.
آلية عمل الإنزيمات
تحتاج التفاعلات الكيميائية إلى طاقة تسمى طاقة التنشيط، وتقف الطاقة حَاجِزًا أمام حدوث التفاعلات داخل الجسم، يمكن للحرارة توفير الطاقة المطلوبة (طاقة التنشيط) لكن الحرارة المرتفعة ستقتل الخلية، فالحل لذلك هو تقليل طاقة التنشيط باستخدام محفز، وهذا هو الدور الذي تلعبه الإنزيمات.
يرتبط الإنزيم بالمادة المتفاعلة لتكوين مركب وسيط (enzyme substrate complex) ، حيث تنجذب المادة المتفاعلة المختص بها الإنزيم إلى الموقع النشط في هذا الإنزيم بواسطة قوى كهروستاتيكية وكارهة للماء تسمى روابط غير تساهمية -لأنها عوامل جذب مادية وليست روابط كيميائية- فيتطلب التفاعل طاقة تنشيط أقل لإتمامه، ثم يتكون مركب وسيط آخر وبين الإنزيم ونواتج التفاعل (enzyme product complex) وبعدها يتفكك هذا المركب الوسيط غير المستقر بسرعة لتكوين نواتج التفاعل، ويخرج الإنزيم دون تغيير ليكون قَادِرًا على الارتباط بجزيئات أخرى من المادة المتفاعلة.
تتناسب سرعة التفاعل عَكْسِيًّا مع طاقة التنشيط، وبما أن طاقة التنشيط قلت بدرجة كبيرة فستزداد سرعة التفاعل الكيميائي وهذا هو الهدف الرئيسي من الإنزيمات.
الإنزيمات الهاضمة
لكي نتمكن من امتصاص العناصر الغذائية الموجودة بالطعام يجب تكسير الطعام أَوَّلاً، وهذا ما تقوم به الإنزيمات الهاضمة.
يُكوِّن الفم والمعدة والأمعاء الدقيقة بعض الإنزيمات الهاضمة، ومع ذلك معظم هذه الإنزيمات تأتي من البنكرياس، فعند وصول الطعام للأمعاء الدقيقة يتم غمرها بالإنزيمات بواسطة البنكرياس.
ومن أمثلة تلك الإنزيمات:
*الليبيز: الذي يكسر الدهون .
*الأميليز: الذي يكسر الكربوهيدرات.
*البروتييز والببتيديز: تكسر البروتينات.
وبعد تقسيم العناصر الغذائية إلى جزيئات صغيرة بما فيه الكفاية، يتم امتصاصها من خلال جدار الأمعاء الدقيقة في الدم ثم يتم تسليمها في جميع أنحاء الجسم.
المصادر:
- https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/z88hcj6/revision/1
- https://www.britannica.com/science/enzyme
- https://www.health.harvard.edu/staying-healthy/gut-reaction-a-limited-role-for-digestive-enzyme-supplements
- https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2470377/
- https://www.britannica.com/science/protein/The-mechanism-of-enzymatic-action
التعليقات على الموضوع