Op het gebied van de moderne biotechnologie en fijnchemicaliën wordt de toepassing van enzymen steeds wijdverspreider. Van voedselverwerking tot farmaceutische productie, van milieubescherming tot landbouwvoer, enzymen spelen een grote rol vanwege hun hoge efficiëntie en milieubeschermende eigenschappen. Om de rol en het potentieel van enzymen diepgaand te begrijpen, moet je eerst de basisconcepten ervan beheersen. Dit artikel zal de basiskennis van enzymen systematisch sorteren op basis van de aspecten van de definitie, structuur, naamgevingsmethode, classificatie en rol van enzymen in reacties.
Enzymenzijn een klasse organische macromoleculen met biologische katalytische functies, gesynthetiseerd door levende cellen. De overgrote meerderheid van de enzymen zijn eiwitten, en een paar zijn RNA-moleculen (ribozymen genoemd). Enzymen kunnen de snelheid van chemische reacties aanzienlijk versnellen en worden tijdens het reactieproces niet verbruikt.
Met andere woorden, enzymen zijn als een ‘sleutel’ die een specifieke ‘reactiedeur’ kan openen en kan helpen substraten in producten om te zetten. Ze spelen een sleutelrol in de industrie, de geneeskunde en de natuur.
De basisstructuur van een enzym bestaat uit een of meer polypeptideketens die zijn samengesteld uit aminozuren, die een driedimensionale structuur vormen met katalytische activiteit door middel van complexe ruimtelijke vouwing. Het actieve gebied van een enzym wordt de "actieve plaats" genoemd, waar het substraat zich aan het enzym bindt om de reactie te voltooien.
Sommige enzymen hebben ook hulpmoleculen nodig om te kunnen werken, zoals:
Co-enzymen: zoals NAD⁺, FAD, enz., vaak betrokken bij elektronenoverdracht;
Cofactoren: zoals metaalionen zoals ijzer en zink, die de structuur van het enzym stabiliseren of deelnemen aan het katalytische proces;
Activatoren of remmers: kunnen de katalytische activiteit van het enzym versterken of remmen.
Voor wetenschappelijk management en communicatie,enzymenworden door de Internationale Commissie voor Enzymen onderverdeeld in zes categorieën, afhankelijk van het type reactie dat ze katalyseren:
1. Oxidoreductase: Neem deel aan de overdracht van elektronen of waterstofionen;
2. Transferase: breng een groep over van het ene molecuul naar het andere;
3. Hydrolase: ontleedt substraten via water, gebruikelijk in spijsverteringsenzymen;
4. Lyase: Verbreek koolstof-koolstof-, koolstof-stikstof- en andere bindingen, maar niet door water;
5. Isomerase: katalyseer de structurele herschikking van substraten;
6. Synthetase (ligase): Combineer twee moleculen om een nieuwe binding te vormen, terwijl ze energie verbruiken.
Enzymen worden meestal genoemd op basis van de substraten en reactietypen die ze katalyseren. Enzymen die de afbraak van zetmeel katalyseren worden bijvoorbeeld "amylasen" genoemd, en enzymen die de afbraak van vet katalyseren worden "lipasen" genoemd.
Enzymen versnellen de reactiesnelheden door de activeringsenergie van reacties te verminderen. Het proces kan grofweg in drie fasen worden verdeeld:
1. Het enzym bindt zich aan het substraat en vormt een enzym-substraatcomplex;
2. Onder invloed van het enzym wordt het substraat omgezet in een product;
3. Het product komt vrij uit het enzym en het enzym keert terug naar zijn oorspronkelijke staat, klaar om de volgende ronde te katalyseren.
Het is vermeldenswaard dat enzymen een extreem sterke specificiteit hebben, dat wil zeggen dat een enzym alleen inwerkt op een specifiek substraat of een specifiek type reactie, wat ook het voordeel is bij efficiënte reactiecontrole.
De activiteit van het enzym staat niet vast, maar wordt beïnvloed door vele factoren, zoals:
Temperatuur: De meeste enzymen zijn het meest actief bij een gemiddelde temperatuur (zoals 30–40 °C), en een te hoge temperatuur zal denaturatie veroorzaken;
pH-waarde: De optimale pH-waarde van het enzym varieert van type tot type en bij afwijking neemt de activiteit af;
Substraatconcentratie: Hoe hoger de substraatconcentratie binnen een bepaald bereik, hoe sneller de enzymreactie;
Remmer of activator: Externe chemicaliën kunnen de functie van het enzym versterken of remmen.
Het begrijpen van deze beïnvloedende factoren is van groot belang voor het verbeteren van de reactie-efficiëntie en het beheersen van procesparameters in het productieproces.
Vanwege de kenmerken van hoge efficiëntie, specificiteit en milieubescherming worden enzymen op grote schaal gebruikt in veel industrieën, zoals de voeding, de geneeskunde, de papierproductie, de textiel-, diervoeder- en milieubescherming. Bijvoorbeeld:
Pectinase en lactase worden in de voedingsindustrie gebruikt om de smaak en opname van voedingsstoffen te verbeteren;
Protease en lipase worden in de wasmiddelenindustrie gebruikt om vlekken af te breken;
Enzymen worden op farmaceutisch gebied gebruikt om deel te nemen aan de synthese van geneesmiddelen en biochemische diagnose;
Enzymen worden in de textiel- en papierindustrie gebruikt ter vervanging van bepaalde chemische behandelingen om de vervuiling te verminderen.
Hoewelenzymenzijn onzichtbaar voor het blote oog, ze spelen een beslissende rol in talloze sleutelreacties. Van fundamenteel onderzoek tot industriële toepassing: elk concept van enzymen houdt verband met de verreikende betekenis van efficiëntie en duurzame ontwikkeling. Het beheersen van de basisconcepten van enzymen is de eerste stap naar het begrijpen van hun toepassingswaarde.
Als u meer geïnteresseerd bent in de technische selectie, toepassingsoplossingen of gezamenlijke ontwikkeling van enzymproducten, neem dan contact met ons op en wij bieden u professionele ondersteuning en oplossingen op maat.
