Hvað er ensím?

Ensím eru hvatar, upprunnir úr lifandi frumum, sem hvetja efnahvörf í frumunum. Það er kallað efnahvörf þegar frumefni eða efnasambönd breytast í önnur, til dæmis: A -> B, það er að segja að efnin A breytast í efnin B.

 

Orðið hvati (e. catalyst) er almennt heiti yfir efni sem auka hraða efnahvarfa án þess að eyðast í hvörfunum þegar upp er staðið. Einfalt dæmi um hvata er platínuduft sem notað er í efnaiðnaði til að auðvelda efnahvörf, til dæmis við framleiðslu brennisteinssýru. Hvatar breyta ekki eðli efnahvarfanna, svo sem orkuinnihaldi hvarfefnis eða myndefnis, og breyta því ekki heldur jafnvægisfasta þeirra.

Einföld samlíking er að hvörfin séu eins og maður ætli að færa sig yfir fjall úr einum dal í annan. Ef jarðgöng eru boruð gegnum fjallið er auðveldara fyrir manninn að komast um göngin milli dalanna, hann notar til þess minni orku og er fljótari að því, en stöðuorka hans fyrir og eftir flutning breytist ekki. Hvatinn er þá í hlutverki gangagerðarmanna, flýtir fyrir hvörfunum en breytir ekki orkugildi A eða B, eða með öðrum orðum orkunni í upphafs- og lokaástandi.

Ensím eru sérhæfðir hvatar sem finnast í lifandi frumum. Nær öll ensím eru prótein en örfá dæmi eru þekkt um kjarnsýrur með hvatahlutverk. Aðstæður í lifandi frumu, meðal annars lágt hitastig og þrýstingur og hlutlaust sýrustig, eru þannig að efnahvörf mundu sjaldan eiga sér stað nema til kæmu hvatar. Ensím eru auk þess mjög sérhæfðir hvatar og áhrifamiklir því að hraði efnahvarfa getur margfaldast með allt frá 103 upp í 1017 af völdum þeirra.

Oft er hvötunarhæfni ensíma tjáð með svokallaðri veltitölu, sem segir til um hve mörgum hvarfefnissameindum ein ensímsameind getur umbreytt á sekúndu. Þessi tala getur verið mjög mismunandi; oft er hún í stærðarþrepinu 103 en getur orðið miklu hærri. Til dæmis hefur ensímið kolsýruanhýdrasi, sem bindur koltvíoxíð við vatn í blóði manna, veltitöluna 106, það er að segja að hver ensímsameind "afgreiðir" eina milljón hvarfefnissameinda á sekúndu.

Saga ensíma er nátengd sögu gerjunar til vín- og bjórgerðar, enda merkir orðið ensím eitthvað sem er í geri (en-zyme) . Segja má að vitneskja um tilvist ensíma hafi fyrst komið fram þegar sýnt var fram á það árið 1833 að útdráttarlausn úr spíruðu byggi innihélt efni sem gat brotið sterkju (mjölva) niður í sykur. Efnið var kallað diastase en er nú nefnt amýlasi. Þetta leiddi til hugmynda Svíans Berzeliusar um hvötun. Um svipað leyti var sýnt fram á að útdráttarlausn úr magaslímhúð gat "melt" fæðu í tilraunaglasi. Þetta efni er kallað pepsín.

Þrátt fyrir þetta taldi Frakkinn Pasteur (um 1860) að ensím væru óaðgreinanlega tengd heilum frumum þó að gerjun væri þeirra verk; engin gerjun án lífs. En árið 1897 sýndi Þjóðverjinn Büchner fram á að gerjun gat átt sér stað fyrir tilstilli frumulausrar útdráttarlausnar úr geri. Þetta var upphaf nútímahugmynda um efnaskipti og um lífsferli sem raðir af ensímhvöttum efnahvörfum.

 


Fyrstu ensímin sem unnin voru sem hrein efni voru úreasi (1926) og meltingarensím maga og briskirtils, pepsin, trypsin og chymotrypsin (1930-1936). Nú eru mörg þúsund ensím þekkt. Þrívíddarlögun sameinda margra þeirra hefur verið rannsökuð og skýrar hugmyndir mótaðar um hvernig þau vinna starf sitt en skýringar á því eru margbrotnar.

Þess má geta að ensím hafa um áratugaskeið verið hagnýtt til ýmissa verka. Sem dæmi má nefna að þau eru notuð sem hjálparefni við þvott (ensímþvottaefni), sykurvinnslu, margskonar efnasmíðar, lækningar og efnamælingar og loks má nefna svokölluð skerðiensím og DNA-fjölliðunarensím sem eru lykiltæki í nútíma erfðatækni.

 

 

Mynd af Berzeliusi: The Chemical Heritage Foundation
Mynd af Pasteur: Lucidcafé
Mynd af Büchner: Nobel e-Museum

Upplýsingar Vísindarvefurinn

Submit to Facebook