Enzymy - katalizatory życia. Felieton prof. Ryszarda Tadeusiewicza
W zeszłym tygodniu próbowałem wyjaśnić, czym są katalizatory. Mam nadzieję, że metafora z zatłoczonym rondem trafiła do Państwa wyobraźni. Dzisiaj opowiem o enzymach, które są katalizatorami działającymi w organizmie każdego z nas.
Enzymy są niezwykłymi katalizatorami. Dzięki swojej dość skomplikowanej i wyrafinowanej budowie potrafią działać tylko w określonym miejscu naszego organizmu i w określonych warunkach temperatury i pH. Są w stanie rozpoznawać cząsteczki chemiczne i spośród wielu obecnych w naszych komórkach wybierać tylko te, do których modyfikacji zostały przeznaczone. Zjawisko to może powodować, że enzymy wybierają wyłącznie jeden rodzaj cząsteczki (np. absolutna specyficzność enzymu laktazy, który katalizuje rozkład wyłącznie laktozy) bądź też jakąś ich grupę (specyficzność grupowa - np. enzym trawienny trypsyna przecinający łańcuch peptydowy w pobliżu zasadowych aminokwasów), lub ograniczać się wyłącznie do rozpoznawania typu wiązania chemicznego (np. dehydrogenazy alkoholowe utleniają specyficznie alkohole do aldehydów). Dlatego miewamy kaca...
Enzymy potrafią rozpoznawać przestrzenną strukturę cząsteczek chemicznych, dzięki czemu potrafią być specyficzne względem tak zwanych izomerów optycznych - czyli cząsteczek niemal identycznych, różniących się tylko przestrzenną organizacją podstawników wokół chiralnych atomów węgla. Dzięki temu enzymy są niezwykle przydatne szczególnie w przemyśle farmaceutycznym, gdzie zdolność do produkcji chiralnych czystych leków może decydować o tym, czy produkt będzie miał zbawienne działanie lecznicze, czy też stanie się zagrażającą życiu trucizną.
Co więcej, enzymy potrafią ze sobą współdziałać i wzajemnie wpływać na swoją aktywność - są niczym skomplikowany, samonakręcający się mechanizm zegarowy. Dobrym przykładem takiego zachowania są enzymy trawienne, katalizujące rozkład białek. Enzymy te wytwarzane są m.in. w gruczołach ściany żołądka. Gruczoły te w dużej mierze zbudowane są z białek, więc enzymy trawienne muszą być początkowo nieaktywne (wydzielane w formie tzw. proenzymu - w żołądku to głównie pepsynogen), żeby nie trawiły własnego macierzystego gruczołu. I dopiero wtedy, gdy już wydzielą się do żołądka, gdzie panuje niskie pH (obecny jest tam kwas żołądkowy), ulegają samoaktywacji (autokatalitycznie same odcinają swój niewielki fragment) i stają się bardzo aktywnymi katalizatorami ułatwiającymi trawienie białek (pepsyna). Dodatkowo nasz żołądek musi być wyścielony specjalnymi komórkami odpornymi na ich działanie - inaczej sami moglibyśmy siebie strawić po jakimś dobrym obiedzie!
Co ciekawe, inne enzymy trawienne, wytwarzane w trzustce (np. chymotrypsyna), a działające w dwunastnicy (gdzie panuje pH zasadowe) trawią białka tylko i wyłącznie w warunkach wysokiego pH - dzięki czemu również nasza trzustka nie ulega przypadkowemu strawieniu, gdy je wytwarza.
Otaczający nas świat zmienia się czasem niepostrzeżenie. Jeszcze 20-30 lat temu enzymy wykorzystywali tylko specjaliści w laboratoriach czy fabrykach farmaceutycznych. Dziś, czasem nieświadomie, wykorzystują je gospodynie domowe, dolewając żelu do prania z formułą enzymatyczną usuwającą plamy z białek, tłuszczu i cukrów. Korzystają z nich piekarze, dodający enzymatycznych polepszaczy, które sprawiają, że chleb jest bardziej sprężysty i aromatyczny, czy kucharze, wykorzystujący enzymatyczne marynaty, by mięso nabrało odpowiedniej miękkości i delikatności. Stosuje się enzymatyczne preparaty proteolityczne, by sklarować piwo produkowane w lokalnym mikrobrowarze. No i oczywiście każdy z nas, w każdej sekundzie naszego istnienia, wykorzystuje dziesiątki tysięcy enzymów. Po to, by po prostu żyć!