úvod
Vlož si do úst kúsok chleba a dlho ho žuj. Po chvíli začne chutiť sladkasto. Sliny obsahujú enzým amylázu, ktorý štiepi škrob na sladký cukor. V pohári by sa škrob pri teplote tela štiepil roky, v ústach to trvá minúty. Enzýmy sú katalyzátory živých organizmov a bez nich by v tele neprebiehala takmer žiadna reakcia dosť rýchlo.
teória
Biokatalyzátory
Katalyzátor je látka, ktorá reakciu urýchli a sama sa pri nej nespotrebuje, ako ukazuje lekcia Katalyzátory a inhibítory. Enzýmy sú biokatalyzátory, väčšinou bielkoviny (lekcia Bielkoviny). Každý enzým urýchľuje len jednu reakciu alebo jednu skupinu podobných reakcií. Látka, ktorú enzým premieňa, sa volá substrát.
Enzýmy majú často názov s koncovkou -áza:
| enzým | kde pracuje | čo robí |
|---|---|---|
| amyláza | v slinách a v tenkom čreve | štiepi škrob na cukor maltózu |
| pepsín | v žalúdku | štiepi bielkoviny na kratšie reťazce |
| lipáza | v tenkom čreve | štiepi tuky na glycerol a mastné kyseliny |
| laktáza | v tenkom čreve | štiepi mliečny cukor laktózu |
| kataláza | takmer v každej bunke | rozkladá jedovatý peroxid vodíka na vodu a kyslík |
teória
Teplota a pH
Enzýmy ľudského tela pracujú najrýchlejšie pri teplote tela, okolo 37 °C. Pri nižšej teplote sú pomalé, ale nepoškodené. Preto jedlo v chladničke vydrží dlhšie: enzýmy baktérií aj samotnej potraviny pracujú pomaly. Pri vysokej teplote sa bielkovina enzýmu denaturuje a enzým prestane pracovať natrvalo. Preto varením a sterilizáciou jedlo vydrží.
Každý enzým má aj svoje optimálne pH. Pepsín pracuje v kyslom žalúdku pri pH okolo 2, slinná amyláza pri neutrálnom pH okolo 7. Keď sa sústo dostane do žalúdka, amyláza prestane pracovať. Prečo je v žalúdku kyslo, ukazuje lekcia Kyseliny.
vyskúšaj si
Enzým v akcii
Aktivita: 37 % najvyššej. Krivka platí pre enzýmy ľudského tela, napríklad pre slinnú amylázu.
Posúvaj teplotu a nájdi, pri akej teplote pracuje enzým ľudského tela najrýchlejšie. Akú teplotu odčítaš?
chémia v praxi
Enzýmy doma a v priemysle
- Pracie prášky obsahujú enzýmy, ktoré štiepia škvrny z bielkovín (krv, vajce), tukov a škrobu. Pracujú už pri 30 až 40 °C, a tak šetria energiu. Pri praní nad 60 °C by sa denaturovali.
- Syr vzniká vďaka enzýmu chymozínu, ktorý zrazí bielkovinu mlieka kazeín.
- Mlieko bez laktózy sa vyrába pridaním enzýmu laktázy, ktorý mliečny cukor rozštiepi vopred.
- Kvasinky pri kysnutí cesta a pri výrobe piva a vína premieňajú cukor svojimi enzýmami na oxid uhličitý a alkohol, ako ukazuje lekcia Alkoholy.
Ako katalyzátor urýchli rozklad peroxidu vodíka, ukazuje pokus Slonia zubná pasta. V pokuse to robí jodid draselný, v domácej verzii kvasnice s enzýmom katalázou.
Zapamätaj si tri veci: enzým je katalyzátor (urýchli reakciu a nespotrebuje sa), je to bielkovina (teplo ho zničí, chlad len spomalí) a je vyberavý (každý enzým premieňa len svoju látku). Amyláza štiepi škrob, ale bielkoviny ani tuky nie.
Aktívne miesto
Molekula enzýmu je oveľa väčšia ako substrát. Reakcia prebieha v malej časti enzýmu, v aktívnom mieste. Substrát sa v ňom naviaže a vznikne komplex enzým a substrát. V komplexe sa väzby v substráte napnú alebo zoslabia, reakcia prebehne a enzým uvoľní produkt:
E + S → ES → E + P
Podľa modelu zámku a kľúča (Emil Fischer, 1894) pasuje substrát do aktívneho miesta ako kľúč do zámku. Podľa novšieho modelu indukovaného prispôsobenia sa aktívne miesto pri naviazaní substrátu ešte trochu pretvaruje a obopne ho. Preto je enzým špecifický: premieňa len substrát, ktorý do aktívneho miesta pasuje.
Aktivačná energia
Enzým, ako každý katalyzátor, znižuje aktivačnú energiu reakcie. Viac molekúl má potom dosť energie, aby zreagovali, a reakcia beží rýchlejšie, často miliónkrát. Rovnováhu reakcie ani jej celkovú energiu enzým nemení. Ako aktivačná energia súvisí s rýchlosťou reakcie, ukazuje lekcia Rýchlosť chemických reakcií.
Teplota, pH a koncentrácia
So stúpajúcou teplotou sa enzymová reakcia najprv zrýchľuje ako každá reakcia. Nad optimálnou teplotou sa však bielkovina enzýmu začne denaturovať, aktívne miesto sa zdeformuje a aktivita prudko klesne. Pri enzýmoch človeka sa to deje zhruba nad 45 °C. Baktérie z horúcich prameňov majú enzýmy, ktoré vydržia aj 70 °C a viac.
Zmena pH mení náboje bočných reťazcov aminokyselín v aktívnom mieste, a tak každý enzým pracuje najlepšie pri svojom pH. Pri vyššej koncentrácii substrátu reakcia beží rýchlejšie, až kým nie sú obsadené všetky aktívne miesta. Potom už pridanie substrátu reakciu nezrýchli.
Inhibícia, kofaktory a koenzýmy
Inhibítory prácu enzýmu spomaľujú. Kompetitívny inhibítor sa podobá substrátu a obsadí aktívne miesto. Iné inhibítory sa naviažu inde a zmenia tvar enzýmu. Na inhibícii enzýmov stojí veľa liekov, napríklad aspirín, aj niektoré jedy.
Mnohé enzýmy potrebujú k práci pomocnú časť. Kofaktory sú ióny kovov, napríklad Zn²⁺, Mg²⁺ alebo Fe²⁺. Koenzýmy sú malé organické molekuly, často vznikajú z vitamínov skupiny B. Napríklad z niacínu (vitamín B₃) vzniká NAD⁺, ktorý prenáša elektróny pri dýchaní.
Triedy enzýmov
Enzýmy sa podľa reakcie delia do tried, napríklad oxidoreduktázy (redoxné reakcie, napríklad kataláza), transferázy (prenos skupín atómov), hydrolázy (štiepenie vodou, napríklad amyláza, pepsín, lipáza) či ligázy (spájanie molekúl s využitím energie z ATP).
rozšírenie Prečo z čerstvého ananásu nebude želé
Na obale želatíny býva upozornenie, že sa nesmie použiť s čerstvým ananásom, kiwi ani papájou. Tieto plody obsahujú enzýmy, ktoré štiepia bielkoviny. V ananáse je to bromelaín. Želatína je bielkovina z kolagénu a želé drží pokope sieť jej reťazcov. Bromelaín reťazce rozstrihá a želé nestuhne.
S ananásom z konzervy sa želé podarí. Pri výrobe konzervy sa ananás zahrieva a bromelaín sa denaturuje. Ten istý enzým je aj v niektorých prípravkoch na zmäkčenie mäsa a čerstvý ananás pre neho jemne štípe na jazyku: bromelaín začne štiepiť bielkoviny v ústach.
teória
Časté chyby
- „Enzým sa pri reakcii spotrebuje.“ Enzým je katalyzátor. Po reakcii zostane nezmenený a pracuje ďalej.
- „Čím teplejšie, tým enzým pracuje rýchlejšie.“ Len po optimálnu teplotu. Potom sa enzým denaturuje a jeho aktivita prudko klesne.
- „Enzýmy sú živé.“ Enzýmy sú molekuly, väčšinou bielkoviny. Pracujú aj mimo bunky, napríklad v pracom prášku.
- „Chlad enzýmy zničí.“ Chlad ich len spomalí. Natrvalo ich zničí vysoká teplota.
Mnohé enzýmy nepracujú bez vitamínov, ktorým sa venuje ďalšia lekcia Vitamíny.