En el campo de la biotecnología moderna y la química fina, la aplicación de enzimas está cada vez más extendida. Desde el procesamiento de alimentos hasta la producción farmacéutica, desde la protección ambiental hasta los piensos agrícolas, las enzimas desempeñan un papel muy importante con sus características de alta eficiencia y protección ambiental. Para comprender profundamente el papel y el potencial de las enzimas, primero es necesario dominar sus conceptos básicos. Este artículo clasificará sistemáticamente el conocimiento básico de las enzimas desde los aspectos de la definición, estructura, método de denominación, clasificación y papel de las enzimas en las reacciones.
enzimasson una clase de macromoléculas orgánicas con funciones catalíticas biológicas sintetizadas por células vivas. La gran mayoría de las enzimas son proteínas y algunas son moléculas de ARN (llamadas ribozimas). Las enzimas pueden acelerar significativamente la velocidad de las reacciones químicas y no se consumen durante el proceso de reacción.
En otras palabras, las enzimas son como una "llave" que puede abrir una "puerta de reacción" específica y ayudar a convertir los sustratos en productos. Desempeñan un papel catalizador clave en la industria, la medicina y la naturaleza.
La estructura básica de una enzima es una o más cadenas polipeptídicas compuestas de aminoácidos, que forman una estructura tridimensional con actividad catalítica a través de un plegamiento espacial complejo. El área activa de una enzima se llama "sitio activo", donde el sustrato se une a la enzima para completar la reacción.
Algunas enzimas también requieren de moléculas auxiliares para funcionar, que pueden ser:
Coenzimas: como NAD⁺, FAD, etc., a menudo implicadas en la transferencia de electrones;
Cofactores: como iones metálicos como hierro y zinc, que estabilizan la estructura de la enzima o participan en el proceso catalítico;
Activadores o Inhibidores: pueden potenciar o inhibir la actividad catalítica de la enzima.
Para la gestión y comunicación científica,enzimasLa Comisión Internacional de Enzimas los divide en seis categorías según el tipo de reacción que catalizan:
1. Oxidorreductasa: Participa en la transferencia de electrones o iones de hidrógeno;
2. Transferasa: Transfiere un grupo de una molécula a otra;
3. Hidrolasa: Descompone los sustratos a través del agua, común en las enzimas digestivas;
4. Liasa: Rompe enlaces carbono-carbono, carbono-nitrógeno y otros, pero no a través del agua;
5. Isomerasa: Cataliza la reordenación estructural de sustratos;
6. Sintetasa (ligasa): Combina dos moléculas para formar un nuevo enlace, mientras consume energía.
Las enzimas suelen recibir nombres según los sustratos y los tipos de reacciones que catalizan. Por ejemplo, las enzimas que catalizan la descomposición del almidón se denominan "amilasas" y las enzimas que catalizan la descomposición de las grasas se denominan "lipasas".
Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones al reducir la energía de activación de las reacciones. El proceso se puede dividir a grandes rasgos en tres etapas:
1. La enzima se une al sustrato para formar un complejo enzima-sustrato;
2. Bajo la acción de la enzima, el sustrato se convierte en un producto;
3. El producto se libera de la enzima y la enzima vuelve a su estado original, lista para catalizar la siguiente ronda.
Vale la pena señalar que las enzimas tienen una especificidad extremadamente fuerte, es decir, una enzima solo actúa sobre un sustrato específico o un tipo específico de reacción, lo que también constituye su ventaja en el control eficiente de la reacción.
La actividad de la enzima no está fijada, se verá afectada por muchos factores, tales como:
Temperatura: la mayoría de las enzimas son más activas a temperatura media (como 30 a 40 °C) y demasiado alta provocará desnaturalización;
Valor de pH: el valor de pH óptimo de la enzima varía de un tipo a otro y la actividad disminuye cuando se desvía;
Concentración de sustrato: cuanto mayor sea la concentración de sustrato dentro de un cierto rango, más rápida será la reacción enzimática;
Inhibidor o activador: Los químicos externos pueden mejorar o inhibir la función de la enzima.
Comprender estos factores que influyen es muy importante para mejorar la eficiencia de la reacción y controlar los parámetros del proceso en el proceso de producción.
Debido a las características de alta eficiencia, especificidad y protección ambiental, las enzimas se han utilizado ampliamente en muchas industrias como la alimentaria, la medicina, la fabricación de papel, los textiles, los piensos y la protección del medio ambiente. Por ejemplo:
La pectinasa y la lactasa se utilizan en la industria alimentaria para mejorar el sabor y la absorción de nutrientes;
La proteasa y la lipasa se utilizan en la industria de los detergentes para descomponer las manchas;
Las enzimas se utilizan en el campo farmacéutico para participar en la síntesis de fármacos y en el diagnóstico bioquímico;
Las enzimas se utilizan en los campos textil y de fabricación de papel para reemplazar algunos tratamientos químicos para reducir la contaminación.
A pesar deenzimasSon invisibles a simple vista, pero desempeñan un papel decisivo en innumerables reacciones clave. Desde la investigación básica hasta la aplicación industrial, cada concepto de enzimas está relacionado con la importancia de gran alcance de la eficiencia y el desarrollo sostenible. Dominar los conceptos básicos de las enzimas es el primer paso para comprender su valor de aplicación.
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