ΕΝΟΣΘΣΑ 3: ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΜΟΙ 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΣΑΒΟΛΙΜΟ

Transcript

1 1 ΕΝΟΣΘΣΑ 3: ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΜΟΙ 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΣΑΒΟΛΙΜΟ Όλοι οι ηωντανοί οργανιςμοί χρειάηονται ενζργεια για να εκτελζςουν τισ λειτουργίεσ τουσ. Η ενζργεια χρθςιμοποιείται από τα κφτταρα, τουσ ιςτοφσ και τα όργανα ςτον ανκρϊπινο οργανιςμό. H ενζργεια υπάρχει ςε πολλζσ μορφζσ όπωσ είναι θ θλεκτρικι, θ κινθτικι, θ δυναμικι κ.α. Η ενζργεια ζχει τθν ικανότθτα να μετατρζπετε από μια μορφι ςε άλλθ. Επίςθσ θ ενζργεια δεν καταςτρζφεται και οφτε δθμιουργείται από το μθδζν. Στθν βιολογία υπάρχουν πολλά είδθ ενζργειασ. Για παράδειγμα ο άνκρωποσ παίρνει χθμικι ενζργεια από τθν τροφι του και τθν μετατρζπει ςε άλλεσ μορφεσ όπωσ θ κινθτικι για να μπορεί να κινθκεί. Αλλό παράδειγμα είναι τα φυτά. Τα φυτά παίρνουν θλιακι ενζργεια από τον ιλιο και τθν μετατρζπουν ςε χθμικι κατα τθν διαδικαςία τθσ φωτοςφνκεςθσ. Είναι πολφ ςθμαντικό να κατανοιςετε ότι χωρίσ ενζργεια κανζνασ ηωντανόσ οργανιςμόσ δεν μπορεί να επιβιϊςει. Όλα γίνονται ςτο ςϊμα μασ με ςκοπό παραγωγισ ενζργειασ. Βιοχθμικζσ αντιδράςεισ Μεταβολιςμόσ Για να αποκτιςουν οι οργανιςμοί ενζργεια διαςποφν μεγάλα μόρια ςε μικρότερα. Στθ ςυνζχεια χρθςιμοποιοφν αυτα τα μικρά μόρια για να φτιάξουν κάτι μεγαλφτερο. Αυτεσ οι χιλιάδεσ χθμικζσ αλλάγζσ που γίνονται ονομάηονται βιοχθμικζσ αντιδράςεισ. Παραδείγματα τζτοιων αντιδράςεων είδαμε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο. Η ςυμπφκνωςθ και θ υδρόλυςθ είναι βιοχθμικζσ αντιδράςεισ. Πολλζσ φορζσ κάποιεσ βιοχθμικζσ αντιδράςεισ είναι αμφίδρομεσ. Δθλαδι μετά τθν ςυμπφκνωςθ δφο απλϊν μορίων μποροφμε να επιςτρζψουμε πίςω ςε αυτά τα μόρια. Πάρτε για παράδειγμα τθν μαλτόηθ. Εαν υδρολφςουμε τθν μαλτόηθ κα πάρουμε δυο γλυκόηεσ. Μποροφμε όμωσ να ξαναενϊςουμε τισ δφο γλυκόηεσ για να ξαναφτιάξουμε μαλτόηθ. Αυτο είναι αμφίδρομθ αντίδραςθ. Το ςφνολο των βιοχθμικϊν αντιδράςεων ςτο ςϊμα μασ ονομάηεται μεταβολιςμόσ. Ο μεταβολιςμόσ χωρίηεται ςε δυο ςκζλθ: το καταβολιςμό και τον αναβολιςμό. Στον καταβολιςμό γίνεται διάςπαςθ μορίων (υδρόλυςθ) ενϊ ςτον αναβολιςμό γίνεται ςφνκεςθ μορίων (ςυμπφκνωςθ). Φυςικά οι βιοχθμικζσ αντιδράςεισ και ο μεταβολιςμόσ δεν μποροφν να δουλζψουν εαν δεν υπάρχει ενζργεια. Για να ενεργοποιθκεί μια αντίδραςθ χρειάηεται ζνα ελάχιςτο ποςό ενζργειασ και αυτο ονομάηεται ενζργεια ενεργοποίθςθσ (ΕΕ). Αυτθ θ ΕΕ χρειάηεται ζτςι ϊςτε να ςπάςουν οι δεςμοί μεταξφ των μορίων και να δθμιουργθκοφν νζοι δεςμοί ταυτόχρονα. Άρα ΕΕ είναι θ ςυγκεκριμζνθ ποςότθτα ενζργειασ, που κακιςτά τα μόρια ικανά να αντιδροφν και να ςχθματίηουν ζνα ενδιάμεςο αςτακζσ ενεργοποιθμζνο ςφμπλοκο. Κάποιεσ βιοχθμικζσ αντιδράςεισ ελευκερϊνουν ενζργεια και κάποιεσ άλλεσ αποκθκεφουν ενζργεια. Αυτεσ που ελευκερϊνουν ονομάηονται εξώκερμεσ αντιδράςεισ και αυτεσ που αποκθκεφουν ονομάηονται ενδόκερμεσ αντιδράςεισ. Όταν τα αντιδρώντα ςώματα ζχουν περιςςότερθ ενζργεια από το προϊόν τότε ελευκερϊνεται ενζργεια προσ τα ζξω άρα ζχουμε εξϊκερμθ αντίδραςθ. Όταν τα αντιδρϊντα ςϊματα ζχουν λιγότερθ ζνζργεια από το προϊόν τότε αποκθκεφεται ενζργεια προσ το εςωτερικό του μορίου άρα ζχουμε ενδόκερμθ αντίδραςθ. Οι δφο γραφικζσ που ακολουκοφν είναι πολφ ςθμαντικζσ και πρζπει αν τισ γνωρίηετε.

2 2 Εξϊκερμθ αντίδραςθ Ενδόκερμθ αντίδραςθ Ενζργεια Στισ χθμικζσ αντιδράςεισ, που γίνονται ςε δοκιμαςτικοφσ ςωλινεσ μζςα ςτα χθμικά εργαςτιρια, θ ενζργεια ενεργοποίθςθσ, που απαιτείται από τα αντιδρϊντα ςϊματα, προςφζρεται υπό τθ μορφι τθσ κερμότθτασ. Αυτο όμωσ δεν μπορεί να γίνει με τουσ ηωντανοφσ οργανιςμοφσ. Η αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ για τθν επιτζλεςθ μιασ αντίδραςθσ κα ιταν καταςτροφικι. Όπωσ μάκαμε ςτο προθγοφμενο κεφάλαιο θ ψθλι κερμοκραςία προκαλεί μετουςίωςθ. Γιϋαυτο τον λόγο τα κφτταρα ζχουν λφςει αυτό το πρόβλθμα χρθςιμοποιϊντασ τα ζνηυμα.

3 3 ΕΝΟΣΘΣΑ 3: ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΜΟΙ 3.2 ΕΝΗΤΜΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ΚΑΣΑΛΤΣΕ) Ζνηυμα ι βιολογικοί καταλφτεσ είναι πολφ απλά πρωτεϊνικά μόρια (ςφαιρίνεσ) που επιταχφνουν (καταλφουν) το κακζνα μία ι περιςςότερεσ βιοχθμικζσ αντιδράςεισ χωρίσ να αλλάηουν τισ ςυνκικεσ ςτο εςωτερικό των κυττάρων. Είναι αυτα δθλαδι που είναι υπζυκυνα για να γίνονται οι απαραίτθτεσ βιοχθμικζσ αντιδράςεισ ςτον οργανιςμό μασ. Γιατί όμωσ χρειαηόμαςτε τα ζνηυμα; Ο λόγοσ είναι απλόσ. Οπωσ προαναφζραμε μια χθμικι αντίδραςθ χρειάηεται ζνα ποςό ενζργειασ για να γίνει. Αυτθ τθν ενζργεια τθν ονομάςαμε ενζργεια ενεργοποίθςθσ. Τα ζνηυμα μειώνουν τθν απαραίτθτθ ενζργεια ενεργοποίθςθσ ζτςι θ αντίδραςθ κα γίνει πιο γριγορα. Αυτοσ είναι και ο λόγοσ που τα ζνηυμα επιταχφνουν τισ βιοχθμικζσ αντιδράςεισ. Τα περιςςότερα ζνηυμα βρίςκονται ςτισ μεμβράνεσ του ενδοπλαςματικοφ δικτφου, των μιτοχονδρίων, των χλωροπλαςτϊν (φυτά) και τθσ ςυςκευισ Golgi. Δθλαδι τα περιςςότερα ζνηυμα βρίςκονται μζςα ςτα κφτταρα. Ζνασ μικρόσ αρικμόσ ενηφμων όμωσ δρα ςτο εξωτερικό περιβάλλον των κυττάρων. Τα περιςςότερα ζνηυμα είναι πρωτεϊνεσ αλλά κάποια αποτελοφνται από ριβοηονουκλεϊνικά οξζα (RNA) και ονομάηονται ριβοζνηυμα. Πιο πάνω θ γραφικι δείχνει δφο εξϊκερμεσ αντιδράςεισ. Και οι δφο αντιδράςεισ δίνουν το ίδιο αποτζλεςμα (προϊόν). Η μια όμωσ από αυτεσ γίνεται με τθν χριςθ ενηφμων ενϊ θ άλλθ όχι. Σο Α δζιχνει τθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ χωρίσ τθν παρουςία ενηφμων. Όπωσ προαναφζραμε χωρίσ τα ζνηυμα θ ενζργεια που απαιτιται είναι περιςςότερθ γι αυτο χρειάηεται και περιςςότερο χρόνο για να γίνει. Σο Β δζιχνει τθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ με τθν παρουςία ενηφμων. Η ενζργεια ενεργοποίθςθσ μειϊνετε και θ αντίδραςθ επιταχφνετε. Σο Γ δείχνει τθν ενζργεια που απευλευκερώνεται ςτο περιβάλλον. Αφου θ αντίδραςθ είναι εξϊκερμθ ςθμαίνει ότι τα αντιδρϊντα ςϊματα κα ζχουν περιςςότερθ ενζργεια από τα προϊόντα αφοφ θ ενζργεια ελευκερϊνετα προσ τα ζξω. Αυτθ θ γραφικι είναι πολφ ςθμαντικι και μπαίνει ςυχνά ςε εξετάςεισ και διαγωνίςματα.

4 4 Τα ζνηυμα παρουςιάηουν εξιδίκευςθ. Η εξιδίκευςθ μπορεί να είναι χαμθλι, μζτρια ι ψθλι. Χαμθλι εξιδίκευςθ ςθμαίνει οτι καταλφουν μεγάλο αρικμό αντιδράςεων, μζτρια εξιδίκευςθ οτι καταλφουν μικρό αρικμό αντιδράςεων και υψθλι οτι καταλφουν μόνο μια αντίδραςθ. Τα ζνηυμα επίςθσ ζχουν τθν ιδιότθτα τθσ αντιςτρεπτικότθτασ. Δθλαδι το ίδιο ζνηυμο καταλφει τθν αντίδραςθ και προσ τθσ δφο κατευκφνςθσ. Το αντιδρϊν ςϊμα που καταλφεται από ζνηυμο ονομάηεται υπόςτρωμα. Τα υποςτρϊματα για να υποςτοφν αλλαγι πρζπει να ενωκοφν με το ζνηυμο ςτθν κζςθ του ενεργοφ κζντρου. Το ενεργό κζντρο είναι το μζροσ του ενηφμου που είναι υπεφκυνο για τθ λειτουργία του. Είναι επίςθσ το μζροσ όπου προςδίδει ςτο ζνηυμο τθν εξιδίκευςθ του. Αφοφ το ζνηυμο είναι ςε τριςδιάςτατθ μορφι (τριτοταγισ δομι πρωτεϊνϊν), φανταςτείτε το ενεργό κζντρο ςαν μια κικθ. Σε εκείνθ τθν κικθ προςδζνεται το υπόςτρωμα για να γίνει θ χθμικι αντίδραςθ. Αν ςε αυτθ τθν κικθ μόνο ζνα υπόςτρωμα μπορεί να προςκολιςει τότε θ εξιδίκευςθ του ενηφμου είναι υψθλι. Το ενεργό κζντρο του ενηφμου και το υπόςτρωμα ζχουν ςχζςθ κλειδιοφ-κλειδαριάσ δθλαδι εφαρμόηουν τζλεια μεταξφ τουσ. Η πιο κάτω εικόνα δείχνει ζνα απλό παράδειγμα αντίδραςθσ. Όταν το υπόςτρωμα ενωκεί με το ενεργό κζντρο τότε γίνεται θ προςωρινι δθμιουργία ενόσ ςφμπλοκου ενηφμου-υποςτρώματοσ. Αυτο το ςφμπλοκο είναι πολφ ςθμαντικό αφου ςυμβάλει ςτθν μείωςθ τθσ ενζργειασ ενεργοποίθςθσ και τθσ επιτάχυνςθσ τθσ αντίδραςθσ. Πώσ όμωσ ακριβώσ τα ζνηυμα μειώνουν τθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ και επιταχφνουν τισ αντιδράςεισ; Η μείωςθ αυτι επιτυγχάνεται με τθ δθμιουργία ενόσ αςτακζσ ςυμπλόκου (ςφμπλοκο ενηφμουυποςτρϊματοσ) ανάμεςα ςτο ενεργό κζντρο του ενηφμου και ςτο υπόςτρωμα. Αποτζλεςμα τθσ δθμιουργίασ του ςυμπλόκου αυτοφ είναι θ χαλάρωςθ οριςμζνων χθμικϊν δεςμϊν του υποςτρϊματοσ (λόγω μθχανικϊν πιζςεων ι χθμικϊν αλλθλεπιδράςεων), ϊςτε τελικά να απαιτοφνται μικρότερα ποςά ενζργειασ για τθν τελικι διάςπαςθ των δεςμϊν αυτϊν.

5 5 Η δίπλα εικόνα δείχνει το ζνηυμο, το ενεργό κζντρο, το υπόςτρωμα, το ςφμπλοκο ενηφμου-υποςτρϊματοσ και τα προϊόντα. Ερϊτθςθ Γιατί ςτθν ςυγκεκριμζνθ διαδικαςία γίνεται πρόςκεςθ νεροφ; Απάντθςθ Όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα το ζνηυμο διαςπά το υπόςτρωμα ςε δφο νζα πιο μικρά προϊόντα. Η διάςπαςθ γίνεται μζςω τθσ διαδικαςίασ τθσ υδρόλυςθσ. Η υδρόλυςθ για να γίνει απαιτζι πρόςκεςθ νεροφ. Χαρακτθριςτικά των ενηφμων 1. Παρουςιάηουν εξιδίκευςθ 2. Ζχουν ενεργό κζντρο 3. Απαντϊνται εντόσ και εκτόσ των κυττάρων ςε μικρζσ ποςότθτεσ 4. Επιταχφνουν βιοχθμικζσ αντιδράςεισ μειϊνοντασ τθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ των υποςτρωμάτων 5. Δεν αλλοιϊνουν τα τελικά προϊόντα 6. Παραμζνουν αλϊβθτα μετά τισ χθμικζσ αντιδράςεισ 7. Δεν καταλφουν αντιδράςεισ, που, οφτωσ ι άλλωσ, είναι αδφνατο να πραγματοποιθκοφν. 8. Κάποια ζνηυμα παρουςιάηουν αντιςτρεπτικότθτα 9. Κάποια ζνηυμα είναι πρωτεΐνεσ ενϊ κάποια είναι νουκλεϊνικά οξζα (RNA) Οι ςυνκικεσ ςτον οργανιςμό μασ αλλάηουν ςυνεχϊσ. Φυςικά ο οργανιςμόσ μασ ζχει μθχανιςμοφσ για να τουσ κρατά ςτακεροφσ. Αυτοι οι μθχανιςμοί δεν λειτουργουν πάντα και επθρεάηονται από άλλουσ παράγοντεσ. Για παράδειγμα θ κερμοκραςία ςτο ςϊμα μασ είναι ςυνικωσ ςτακερι. Το καλοκαίρι όπου είναι πολφ ηζςτθ ο οργανιςμό μασ χρθςιμοποιεί τουσ μθχανιςμοφσ του για να μθν επθρεαςτεί από τθν εξωτερικι κερμοκραςία. Ζνα παράδειγμα μθχανιςμοφ που μασ κρατά ςτακερι τθν κερμοκραςία είναι ο ιδρϊτασ. Σε κάποιεσ περιπτϊςεισ όμωσ, όταν ζιμαςτε άρρωςτοι για παράδειγμα, οι μθχανιςμοί αυτοι αποτυχάνουν με παράδειγμα θ κερμοκραςία να ανεβαίνει και εμείσ να ζχουμε πυρετό. Αυτεσ οι ςυνκικεσ που αλλάηουν ςτον οργανιςμό μασ επθρεάηουν τθν δράςθ των ενηφμων. Πάμε εμεισ να δοφμε ποιοι είναι οι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν δράςθ των ενηφμων.

6 6 Παράγοντεσ που επθρεάηουν τθ δράςθ των ενηφμων 1. Θερμοκραςία Για κάκε ζνηυμο υπάρχει μια άριςτθ τιμι τθσ κερμοκραςίασ ςτθν οποία θ ταχφτθτα τθσ αντίδραςθσ που καταλφει είναι θ μζγιςτθ. Πάνω ι κάτω από τθν άριςτθ τιμι, θ δραςτθριότθτα και θ δράςθ του ενηφμου μειϊνονται. Όςο πιο μακρία βριςκόμαςτε από τθν άριςτθ τιμι τόςο πιο μεγάλθ είναι θ μείωςθ τθσ δραςτθριότθτασ μζχρι που να μθν υπάρχει κακόλου δραςτθριότθτα. Αυτο ςυμβαίνει γιατί οι δεςμοί υδρογόνου και οι υδρόφοβεσ αλλθλεπιδράςεισ, που διαμορφϊνουν τθ ςτερεοχθμικι δομι του ενηφμου, δεν επιτρζπουν ςτο ενεργό κζντρο να ςυνδεκεί με το υπόςτρωμα με τον καλφτερο δυνατό τρόπο. Οι δεςμοί υδρογόνου και οι υδρόφοβεσ αλλθλεπιδράςεισ χαλαρϊνουν, το ςχιμα του ενεργοφ κζντρου αλλάηει και το ζνηυμο κακίςταται μερικϊσ ι πλιρωσ ανενεργό. Υπζρμετρθ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ προκαλεί μετουςίωςθ των ενηφμων, δθλαδι καταςτροφι τθσ τριςδιάςτατθσ δομισ τουσ και απϊλειασ τθσ λειτουργικότθτάσ τουσ, επειδι ςπάηουν οι χθμικοί δεςμοί μεταξφ των πλευρικϊν ομάδων των αμινοξζων του ενηφμου. Τα περιςςότερα ζνηυμα του ανκρϊπου λειτουργοφν ςε κερμοκραςίεσ μεταξφ o C. Τα κερμόφιλα βακτιρια που ονομάηονται ζτςι διότι ηουν ςε κερμζσ πθγζσ ζχουν ζνηυμα των οποίων θ άριςτθ τιμι τθσ κερμοκραςίασ φκάνει τουσ 70 o C. 2. ph Το ίδιο ιςχφει όπωσ τθν κερμοκραςία και για το ph. Υπάρχει θ άριςτθ τιμι ph για κάκε ζηνυμο ςτο ςϊμα μασ. Πάνω ι κάτω από τθν άριςτθ τιμι θ δράςθ του ενηφμου μειϊνεται. Οι ιοντικοί δεςμοί μεταξφ των πλευρικϊν ομάδων των αμινοξζων είναι πολφ ευαίςκθτοι ςτισ ςυγκεντρϊςεισ ιόντων υδρογόνου (Η + ) και υδροξυλίου (ΟΗ - ) που κακορίηουν το ph. Τα ιόντα υδρογόνου (Η + ) και υδροξυλίου (ΟΗ - ) παρεμβαίνουν περικυκλϊνοντασ τισ αρνθτικά φορτιςμζνεσ και κετικά φορτιςμζνεσ πλευρικζσ ομάδεσ αμινοξζων αντίςτοιχα κι ζτςι ςπάνε τουσ ιοντικοφσ δεςμοφσ. Αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα να αλλάηει το ςχιμα του ενεργοφ κζντρου και το ζνηυμο να κακίςταται ανενεργό.

7 7 3. Η ςυγκζντρωςθ του ενηφμου Όπωσ προαναφζραμε τα ζνηυμα βρίςκονται ςε μικρζσ ποςότθτεσ εντόσ και εκτόσ των κυττάρων. Τα υποςτρϊματα τα οποία κα ενωκοφν με το ενεργό κζντρο για να υποςτοφν αλλαγι είναι ςυνικωσ πολφ περιςςότερα ςε αρικμό από τα ζνηυμα. Άρα είναι λογικό θ οποιαδιποτε αφξθςθ ςτον αρικμό των ενηφμων να προκαλεί αφξθςθ τθσ ενηυμικισ δράςθσ. 4. Η ςυγκζντρωςθ του υποςτρϊματοσ Σε πειράματα που ζγιναν παρατθρικθκε οτι όςο αυξάνεται θ ςυγκζντρωςθ του υποςτρϊματοσ τόςο αυξάνεται και θ ταχφτθτα με τθν οποία διεξάγεται θ αντίδραςθ μζχρι Σθμείο κορεςμοφ ενόσ ςθμείου (ςθμείο κορεςμοφ) ςτο οποίο θ ςυγκζντρωςθ του υποςτρϊματοσ είναι τόςο αυξθμζνθ που γεμίηουν όλα τα ενεργά κζντρα των διακζςιμων μορίων ενηφμου με υπόςτρωμα. Από αυτό το ςθμείο και μετά θ αφξθςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ υποςτρϊματοσ δεν προκαλεί αφξθςθ ςτθν ταχφτθτα τθσ αντίδραςθσ επειδι δεν υπάρχουν άλλα διακζςιμα ενεργά κζντρα. Μποροφμε να παρομοιάςουμε αυτι τθν κατάςταςθ με 100 μακθτζσ που περιμζνουν ςτθν ουρά ςτθν καντίνα. Τα ταμεία είναι μόνο 4 κι ζτςι θ ταχφτθτα εξυπθρζτθςθσ των μακθτϊν κα παραμζνει θ ίδια ακόμα κι αν παρουςιαςτοφν ακόμα 100 μακθτζσ ι 200. Στθν γραφικι παράςταςθ το Vmax (maximum velocity) αντιπροςωπεφει τθν μζγιςτθ ταχφτθτα τθσ αντίδραςθσ. Επίςθσ δείχνει το ςθμείο κορεςμοφ, δθλαδι το ςθμείο που όλα τα ενεργά κζντρα είναι γεμάτα.

8 8 Δομι ζνηφμων Τα περιςςότερα ζνηυμα είναι πρωτεϊνεσ. Κάποια από αυτα τα ζνηυμα όμωσ ενϊνονται με μθ πρωτεϊνικά μόρια. Όταν γίνεται αυτθ θ ζνωςθ ολόκλθρο το ζνηυμο ονομάηεται ολοζνηυμο, το πρωτεϊνικό τμιμα ονομάηεται αποζνηυμο και το μθ πρωτεϊνικό τμιμα ονομάηεται ςυμπαράγοντασ. Το αποζνηυμο από μόνο του δεν ζχει ενηυμικι δράςθ. Χρειάηεται και τον ςυμπαράγοντα. Ο ςυμπαράγοντασ χωρίηεται ςε δυο άλλεσ κατθγορίεσ: τθν προςκετικι ομάδα και το ςυνζνηυμο. Προςκετικι ομάδα είναι ο ςυμπαράγοντασ ενόσ ολοενηφμου που παραμζνει μόνιμα ςυνδεδεμζνοσ με το αποζνηυμο. Για παράδειγμα θ αίμθ, ζνα μθ πρωτεϊνικό μόριο, είναι θ προςκετικι ομάδα του ενηφμου καταλάςθ. Συνζνηυμο ονομάηεται ο ςυμπαράγοντασ ενόσ ολοενηφμου που μπορεί να αποχωριςτεί από το αποζνηυμο και να λάβει μζροσ ςε αντιδράςεισ, ςυνδεδεμζνοσ με δυο ι τρία άλλα αποζνηυμα. Γνωςτά ςυνζνηυμα είναι τα NAD+, NADP+ και το FAD (αυτα τα τρία κα τα μελετιςουμε ςε άλλα κεφάλαια). Συνζνηυμα είναι επίςθσ και κάποια μεταλλικά ιόντα (Zn ++ ) και οι βιταμίνεσ. Οι περιςςότερεσ βιταμίνεσ αποτελοφν τμιματα ςυνενηφμων. Τον τίτλο του ςυνενηφμου μποροφν να πάρουν και οριςμζνα μεταλλικά ιόντα, που ςυνενϊνονται με τα ενεργά κζντρα οριςμζνων αποενηφμων και χρθςιμεφουν για τθ δζςμευςθ θλεκτρονίων από τα υποςτρϊματα. Για παράδειγμα, τα ιόντα Zn ++ αποτελοφν ςυνζηυμο ςτο μόριο τθσ καρβοξυπεπτιδάςθσ, ενηφμου του πεπτικοφ ςυςτιματοσ, που υδρολφει τα πεπτίδια ςτο καρβοξυλικό τουσ άκρο. Ζλεγχοσ τθσ δράςθσ των ενηφμων Ο οργανιςμόσ μασ ζχει διάφορουσ ρυκμιςτικοφσ μθχανιςμοφσ για να μπορεί να ελζγχει και να ςυντονίηει τισ λειτουργίεσ που γίνονται κακθμερινά. Οι μθχανιςμοί αυτοι βαςίηονται ςε χθμικζσ αντιδράςεισ. Άρα ο οργανιςμόσ μασ πρζπει να είναι ικανόσ να ελζγξει τθν δράςθ των ενηφμων. Η παραγωγι διαφόρων χθμικϊν ουςιϊν μπορεί να ελζγξει τθν δράςθ τουσ. Ενεργοποιθτζσ είναι εκείνεσ οι χθμικζσ ουςίεσ που όταν ενωκοφν με τα ζνηυμα διαμορφϊνουν το ενεργό τουσ κζντρο ϊςτε να μπορεί να δεχτεί το υπόςτρωμα και να επιταχφνουν τθν αντίδραςθ. Αντίκετα, αναςτολείσ είναι εκείνεσ οι χθμικζσ ουςίεσ που όταν ενωκοφν με τα ζνηυμα προκαλοφν μορφολογικζσ αλλαγζσ ς αυτά και άρα αναςτολι ςτθ δράςθ τουσ. Με αυτο τον τρόπο ο οργανιςμόσ μασ μπορεί να ελζγχει ποια ζνηυμα είναι ενεργά και ποια όχι, ςε μια χρονικι ςτιγμι. Οι αναςτολείσ των ενηφμων είναι πιο περίπλοκοι και χωρίηονται ςε πιο μικρζσ κατθγορίεσ: 1. Μόνιμοι Αναςτολείσ ι δθλθτιρια είναι οι χθμικζσ ουςίεσ που όταν ενωκοφν με το ζνηυμο αναςτζλλουν μόνιμα τθ δράςθ του. Ακόμα κι αν αφαιρεκοφν το ζνηυμο δεν μπορεί να επανακτιςει τθν λειτουργικότθτα του. Ο λόγοσ είναι επειδι παραμζνουν μόνιμα προςκολλθμζνοι ςτο ενεργό κζντρο άρα το υπόςτρωμα δεν μπορεί να προςκολλιςει. Οι μόνιμοι αναςτολείσ δρουν ςε πολφ μικρζσ ποςότθτεσ. Οι ενϊςεισ κυανίου για παράδειγμα είναι δθλθτιρια γιατί τα ιόντα κυανίου (CN - ) είναι μόνιμοι αναςτολείσ τθσ κυτταροχρωματικισ

9 9 οξειδάςθσ ενόσ βαςικοφ ενηφμου τθσ κυτταρικισ αναπνοισ που παράγει ενζργεια (κεφάλαιο 8). Μόνιμοι αναςτολείσ κεωροφνται επίςθσ τα ιόντα των βαρζων μετάλλων, όπωσ του υδραργφρου και του μολφβδου, πολλά από τα αντιβιοτικά φάρμακα όπωσ θ πενικιλλίνθ και το μονοξείδιο του άνκρακα. 2. Αντιςτρεπτοί αναςτολείσ είναι οι χθμικζσ ουςίεσ που όταν ενωκοφν με το ζνηυμο αναςτζλλουν τθ δράςθ του για όςο καιρό παραμζνουν ενωμζνεσ ς αυτό. Σχθματίηουν αςκενείσ δεςμοφσ με το ζνηυμο και γι αυτό είναι αντιςτρεπτοί. Υπάρχουν δφο είδθ αντιςτρεπτϊν αναςτολζων: (α) ςυναγωνιςτικοί αντιςτρεπτοί αναςτολείσ: Συνδζονται ςτο ενεργό κζντρο του ενηφμου και δεν επιτρζπουν ςτο υπόςτρωμα να ενωκεί με το ενεργό κζντρο. Ζχουν παρόμοια ςτερεοχθμικι δομι με το υπόςτρωμα και το ςυναγωνίηονται για το ποιοσ κα προςκολλιςει ςτο ενεργό κζντρο. Με αυτο τον τρόπο ο αναςτολζασ εμποδίηει τθν δθμιουργία του ςυμπλόκου ενηφμου- υποςτρϊματοσ άρα μειϊνεται και θ ταχφτθτα τθσ αντίδραςθσ. Για παράδειγμα το οξυγόνο αναςτζλλει τθ δράςθ τθσ καρβοξυδιςμουτάςθσ με αποτζλεςμα να μθ γίνεται κατορκωτι θ δζςμευςθ του διοξειδίου του άνκρακα από τθ διφωςφορικι ριβουλόηθ κατά τθ ςκοτεινι φάςθ τθσ φωτοςφνκεςθσ (κεφάλαιο 6). Η ςυναγωνιςτικι αντιςτρεπτι αναςτολι εξαρτάται από τισ ςυγκεντρϊςεισ του υποςτρϊματοσ και του αναςτολζα αλλά και από τον βακμό ςυγγζνειασ των δφο ουςιϊν. (β) μθ ςυναγωνιςτικοί αντιςτρεπτοί αναςτολείσ: Αυτοι οι αναςτολείσ προςδζνονται ςε περιοχι διαφορετικι απο εκείνθ του ενεργοφ κζντρου. Αυτο ζχει ωσ αποτζλεςμα τθν αλλαγι και παραμόρφωςθ τθσ ςτερεοχθμικισ δομισ του ενεργοφ κζντρου. Ζτςι το υπόςτρωμα δεν μπορεί να προςκολλιςει ςτο ενεργό κζντρο και να γίνει θ αντίδραςθ. Όταν ο αναςτολζασ αποςυνδεκεί από το ζνηυμο τότε το ενεργό κζντρο επανακτά τθν δομι του. Αυτοφ του είδουσ αναςτολι εξαρτάται από τθν ςυγκζντρωςθ του αναςτολζα και τον βακμό ςυγγζνειασ του αναςτολζα με το ζνηυμο.

10 10 Χριςεισ των ενηφμων ςτθν κακθμερινότθτα μασ Ο πιο κάτω πίνακασ δείχνει διάφορεσ κακθμερινζσ δραςτθριότθτεσ ςτισ οποίεσ χρθςιμοποιοφμε ζνηυμα για το δικό μασ όφελοσ.