آنزيم (Enzyme ):

*آنزيم به عنوان "يك پروتيين با خواص كاتاليزوري ناشي از قدرت فعاليت ويژه آن" تعريف مي گردد.
*آنزيمها به عنوان كاتاليست واقعي، در انتهاي واكنش بدون تغيير باقي ميمانند. و اين بدان معني نيست كه آنزيمها خنثي و بي اثرند و در طي واكنش تغيير نميكنند. بلكه به معني اين است كه هر گونه تغيير حالت فيزيكي يا شيميايي در آنزيم، برگشت پذير ميباشد. در واقع اغلب واكنش هاي آنزيمي" كمپلكس هاي حد واسط برگشت پذير" را در بر ميگيرد. بنا بر اين يك آنزيم در طي واكنش مصرف نميشود بلكه بارها و بارها ميتواند مورد استفاده قرار گيرد.
*قابل توجه است كه تمام اكرومولكولهاي بيولويكي كه قادر به انجام واكنش هاي كاتاليتيكي باشند الزاماً پروتيين نيستند.
*آنزیم مانند یک کاتالیزگر غیر آلی میزان واکنش را با پایین آوردن انرژی فعال سازی واکنش لازم برای انجام واکنش تسریع می‌کند و برخلاف آن انرژی فعال سازی را با جایرگزین کردن یک سد انرژی فعال سازی بزرگ با یک سد انرژی سازی کوچک پایین می‌آورد.
کاتالیزورها در واکنشها بدون تغییر می‌مانند، ولی آنزیمها مانند سایر پروتیین ها تحت شرایط مختلف پایدار نمی‌مانند. این مواد در اثر حرارت بالا و اسیدها و قلیاها تغییر می‌کنند. کاتالیزورها تاثیری در تعادل واکنش برگشت پذیر ندارند، بلکه فقط سرعت واکنش را زدیاد می‌کنند تا به تعادل برسند. آنزیم‌ها با کاهش انرژی فعال سازی (activation) سرعت واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهند.
آنزیمها مولکولهای پروتئینی هستند که دارای یک یا چند محل نفوذ سطحی (جایگاههای فعال) هستند که سوبسترا یعنی ماده‌ای که آنزیم بر آن اثر می‌کند، به این نواحی متصل می‌شود. تحت تاثیر آنزیمها ، سوبسترا تغییر می‌کند و به یک یا تعدادی محصول تبدیل می‌شود.

ساختار آنزیمها :
آنزیمها ماهیتی پروتئینی داشته و ساختار بعضی از آنها ساده یعنی از یک زنجیره پلی پپتیدی ساخته شده و بعضی ديگر الیگومر هستند. ساختار برخي از آنزیمها منحصرا از واحدهای اسید آمینه تشکیل یافته است. اما برخی دیگر برای فعالیت خود نیاز به ترکیبات غیر پروتئینی دارند که به نام گروه پروستتیک معروف است و این گروه می‌تواند یک فلز یا یک کوآنزیم باشد و با آنزیم اتصال محکمی را برقرار می‌کنند. بخش پروتئینی آنزیم (بدون گروه پروستتیک) آپوآنزیم نام دارد و مجموع آنزیم فعال از نظر کاتالیزوری و کوفاکتور مربوطه هولوآنزیم نام دارد.

طرز کار آنزیمها :
از ویژگیهای مهم آنزیمها این است که پس از انجام هر واکنش و در پایان آن سالم و دست نخورده باقی می‌مانند و می‌توانند واکنش بعدی را کاتالیز کنند. در یک واکنش ساده ابتدا آنزیم (E) با ماده اولیه یا سوبسترا (S) ترکیب می‌شود و کمپلکس آنزیم– سوبسترا را می‌دهد در مرحله بعدی با انجام واکنش، فراورده یا محصول (P) ایجاد می‌شود و آنزیم رها می‌گردد.

P+E←→ES←→S+E

هر آنزیم بر سوبسترای ویژه خود اثر کرده و فرآورده ویژه‌ای را تولید می‌کند. به این منظور هر آنزیم ساختار سه بعدی ویژه خود را دارا است که آن را برای انجام فعالیت کاتالیزی مناسب می‌سازد و بخشی از آنزیم که با سوبسترا بند و بست می‌یابد، جایگاه فعال نام دارد و در مورد اتصال آنزیم به سوبسترا الگوهایی ارائه شده‌اند که مدل کوشلند که الگوی القایی نام دارد و حالت دست در دستکش را دارد، نشان می‌دهد. بطوری که محل اتصال حالت انعطاف پذیری دارد.

عمل متقابل آنزیم و سوبسترا: هر چند می‌توان آنزیم و سوبسترا را همانند قفل و کلید تصور کرد، اما این بدان معنی نیست که جایگاه فعال آنزیم ساختمانی سفت و غیر قابل انعطاف است. در بعضی از آنزیمها ، جایگاه فعال فقط بعد از اینکه ماده زمینه به آن متصل شد، دقیقا مکمل سوبسترا می‌شود. این پدیده تناسب القایی نام دارد.

عمل اختصاصی آنزیمها: برخلاف کاتالیزورهای غیر آلی، فعالیت آنزیم اختصاصی است، یعنی هر آنزیم می‌تواند بر سوبسترای مشخصي اثر کند. در عین حال در اختصاصي عمل كردن، درجات مختلفی وجود دارد. علت اختصاصی بودن آنزیمها را باید در ساختار فضایی آنها جستجو کرد. بعضی از آنزیمها نه تنها توانايي آن را دارنده كه بر روی یک سوبسترای معین اثر کنند، بلکه قادرند بر روی تمام موادی که دارای یک عامل شیمیایی مشخصي هستند، نيز موثر باشند. در این صورت کلیدی را که قبلاً مثال زدیم می‌توان به شاه کلیدی تشبیه کرد که قادر است تمام قفل درهای یک راهرو را باز کند.

پروآنزیم یا زیموژن : برخی از آنزیمها ، ابتدا به صورت پروآنزیم یا زیموژن یا آنزیم غیر فعال در سلول ساخته می‌شوند و برای شرکت در واکنش و پدیدار شدن خاصیت کاتالیزوری آنها، باید بوسیله ماده دیگر به صورت فعال درآیند.

عوامل بازدارنده : بعضی از ترکیبات قادرند با آنزیم– سوبسترا ترکیب شده و فعالیت سوبسترا را در ایجاد فرآورده اختصاصی تحت تاثیر قرار دهند و در صورتیکه این ترکیبات موجب تشکیل نشدن فراورده شوند، به نام بازدارنده‌های آنزیمی نامیده می‌شوند. اين بازدارنده ها سه نوع ميباشند كه عبارتند از :
1-بازدارنده‌های رقابتی.
2-بازدارنده‌های نارقابتی.
3-بازدارنده‌های بی‌رقابتی.

آنزیمهای آلوستریک و ایزوزیمها : آنزیمهای آلوستریک آنزیمهایی هستند که علاوه بر جایگاه ویژه اتصال سوبسترا ، جایگاهی برای اتصال مولکولهایی دارند که میزان واکنش آنزیم ها را افزایش یا کاهش می‌دهند. بازدارندگی آلوستریکی نوعی بازدارندگی غیر رقابتی است. برخی از آنزیمها می‌توانند به چند شکل وجود داشته باشند که عمل آنها در یک موجود ، بر حسب مراحل مختلف زندگی و در بافتهای مختلف متفاوت است.
مثلا آنزیم لاکتات دهیدروژناز یا LDH در دو نوع فعال زیستی مختلف وجود دارد که به بافت قلب اختصاص دارد و با H نمایش داده می‌شود و نوع دیگر مختص بافت ماهیچه‌ای است و با M نشان داده می‌شود. این نوع آنزیمها را ایزوزیم می‌نامند که در دو شکل ساختاری وجود دارند.

عدد تبديل آنزيم (Turnover Number ):
عدد تبديل آنزيم، تعداد سوبسترايي را كه در حضور آنزيم كاملاً اشباع در واحد زمان به فراورده تبديل ميشود را گويند.
اين عدد ميتواند فوق العاده بالا باشد و در مورد اغلب آنزيمها در حدود 10000 در ثانيه است. به عنوان مثال براي كربنيك انيدراز (Carbonic Anhydrase)، اين عدد تبديل حدود 60000S-1 است. يعني با حضور مقدار كمي از آنزيم، تبديل بيولوژيكي مقادير زيادي از سوبسترا را ميتوان كاتاليز نمود. بنابر اين با توجه به گران بودن قيمت آنزيم، هرچه عدد تبديل آنزيم بالا باشد به صرفه و اقتصادي ميشود. زيرا مقدار مصرف كمتر ميشود.

طبقه بندی آنزیمها(Enzymes Classification ):
آنزیمها را از نظر فعالیت کاتالیزی به شش گروه اصلی ميتوان تقسیم بندي كرد كه عبارتند از:

1-اکسید و ردوکتازها: كه واکنشهای اکسید و احیا (اکسایش – کاهش) را کاتالیز می‌کند. (از مهمترين آنها ميتوان دهیدروژناز را نام برد).

-OOC-CH2-COO- -----> -OOC-CHCH-COO- + 2H+

در این واکنش ، ترکیب -OOC-CH2-COO- سوکسینات می‌باشد و ترکیب -OOC-CHCH-COO- فومارات است.

2-ترانسفرازها : كه انتقال عوامل ویژه‌ای مانند آمین ، فسفات و غیره را از مولکولی به مولکول دیگر به عهده دارند و مانند آمینو ترانسفرازها که در انتقال گروه آمین فعال هستند.3-هیدرولازها : كه واکنشهای آبکافتی را کاتالیز می‌کنند. مانند پپتیدازها که موجب شکسته شدن پیوند پپتیدی می‌شوند.

R-CO-NH-R +H2O -----> R-COO- + NH3 + -R

4-لیازها : اين دسته موجب برداشت گروه ویژه‌ای از مولکول می‌شوند. مانند دکربوکسیلازها که برداشت دی اکسید کربن را برعهده دارند.

5-ایزومرازها: كه واکنشهای تشکیل ایزومری را کاتالیز می‌کنند. مانند راسرماز که از L-آلانین ترکیب ایزومریD- آلانین را می‌سازد.

L-ALa -----> D-ALa

6-لیگازها : آنزیمهایی هستند که باعث اتصال دو مولکول به یکدیگر و ایجاد پیوند کووالانسی بین آنها می‌شوند. مانند استیل کوآنزیم A سنتتاز که موجب سنتز استیل کوآنزیم A می‌گردد.

Acetate + CoA-SH+ATP <------> Acetyle -SCoA+AMP + PPi

بنا بر اين با توجه به مطالب فوق الذكر، آنزيمها را ميتوان بر حسب نوع واكنشي كه عموماً آنها را كاتاليز ميكنند طبقه بندي نمود. در جدول زير كه در سال 1979 بوسيله ديكسون و وب ارائه شده است آمده است:

*آنزيمهايي كه در صنايع غذايي اهميت دارند در چندين دسته از اين طبقه بندي يافت ميشوند. ولي هيدرولازها بيشترين آنزيمهاي مربوط به غذا را تشكيل ميدهند.

نامگذاري آنزيمها (Enzymes Nomenclature ):
*سه نوع نامگذاري وجود دارد:
الف-قديمي:
ب-سيستماتيك:
ج-نامگذاري بين المللي با عدد كميسيون آنزيم ( Enzyme Commission Number( EC:

تعريف:
الف-نامگذاري قديمي: اغلب منشاء تاريخي داشته كه ميتواند بيانگر نقش آنزيمها باشد و يا نباشد. مانند پاپايين بيانگر منشاء اين آنزيم است كه گياه پاپايا است.
ب-نامگذاري سيستماتيك: كه قداري طولاني و سنگين است. مانند: پلي گالاكتورونيد گلايكانوهيدرولاز به جاي پلي گالاكتوروناز يا EC 3.2.1.15
ج-نامگذاري بين المللي با عدد كميسيون آنزيم ( Enzyme Commission Number ( EC:
اين سيستم نامگذاري در سال 1971 بصورت بين المللي توافق شد و توسط اتحاديه بين المللي بيوشيمي در سال 1978 ارائه گرديد. كه طي آن براي هر آنزيم شخص، يك شماره كميسيون (EC ) تعيين ميشود كه از چهار رقم تشكيل شده است. به عنوان مثال براي آنزيم گالاكتوروناز شمارهEC 3.2.1.15 اختصاص داده ميشود و براي آلفا آميلاز شمارهEC 3.2.1.1 اختصاص داده ميشود.
درتقسیم بندی جدید آنزیمها را بر حسب واکنشهای شیمیایی که رهبری می‌کنند، به 6 گروه تقسم بندی می‌کنند: اکسیدو ردوکتازها - ترانسفرازها - هیدرولازها - لیازها - ایزومرآزها و لیگازها.(مطابق جدول فوق الذكر).
رقم اول، نشان دهنده اين است كه آنزيم به كدام يك از شش گروه در جدول فوق الذكر تعلق دارد. در مثال فوق (گالاكتوروناز) ، آنزيم از نوع هيدرولاز ميباشد.
رقم دوم، زير گروه را نشان ميدهد. به عنوان مثال، براي اكسيدوردوكتازها، اين عدد نوع گروه دهنده اي را كه متحمل اكسيداسيون ميشود و براي ترانسفرازها ماهيت گروه انتقال يافته و براي هيدرولازها ، نوع پيوند هيدروليز شده را نشان ميدهد. در مورد مثال فوق (براي گالاكتوروناز)، نوع پيوند هيدروليز شده را نشان ميدهد كه در اينجا آنزيم بر روي تركيب گليكوزيل عمل ميكند.
رقم سوم، زير گروه بعدي آنزيم را نشان ميدهد. به عنوان مثال، براي اكسيدوردوكتازها نوع دريافت كننده و براي هيدرولازها، نوع پيوند هيدروليز شده را با دقت بيشتري تعيين ميكند.
براي پلي گالاكتوروناز در مثال فوق:
-عدد 1 نشان ميدهد كه پيوندي كه مورد حمله آنزيم قرار ميگيرد از نوع O–گليكوزيل است.
-عدد 2 نشان ميدهد كه پيوندي كه مورد حمله آنزيم قرار ميگيرد از نوع N–گليكوزيل است.
-عدد 3 نشان ميدهد كه پيوندي كه مورد حمله آنزيم قرار ميگيرد از نوع S–گليكوزيل است.

رقم چهارم، شماره سريال آنزيم را در زير رده اي كه در آن جا گرفته است نشان ميدهد.

نكته: رسوب الكلي عصاره مالت حاوي يك ماده ناپايدار در برابر حرارت است كه ميتواند نشاسته را به قند تبديل كند. اين عامل در سال 1833 بوسيلهPuyen & Persy ، دياستاز ناميده شد كه امروزه به عنوان آلفا آميلاز مالت شناخته ميشود و داراي عدد كميسيون آنزيم EC 3.2.1.1 ميباشد.