효소는 지구상의 모든 생물체의 적절한 기능에 필수적입니다. 그들은 전부는 아니지만 대부분의 자연에서의 화학적 변형, 즉 식물계와 동물계 모두에서 수백만 개의 반응에 참여합니다. 효소가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 현대 의학에서 그 중요성이 무엇인지 알아내는 것은 가치가 있습니다.
목차
- 효소 : 구조
- 효소 활성 조절
- 효소 : 역할
- 효소 : 명명법
- 효소와 약
- 기능 장애 효소로 인한 질병
- 효소 : 진단용
- 효소 및 치료
효소는 인체를 포함한 살아있는 유기체에서 일어나는 다양한 화학 반응을 가속화하거나 허용하는 단백질 분자입니다.
화학적 관점에서 볼 때 이들은 촉매, 즉 반응을 강화하지만 반응 중에 마모되지 않는 입자입니다. 화학적 변환 효율의 이러한 증가는 종종 거대하며, 천연 촉매는 반응 시간을 몇 년에서 몇 초로 단축 할 수 있습니다.
효소는 신체의 모든 영역에서 발견됩니다. 세포, 세포 외 공간, 조직, 기관 및 빛에서 특정 조직이 생성하는 촉매가 신체에서 특정 특성과 역할을 결정합니다.
대부분의 효소는 매우 특이합니다. 즉, 각각은 특정 입자 (기질)가 관여하는 한 가지 유형의 화학 반응에만 책임이 있으며 주어진 효소와 상호 작용할 수 있습니다.
천연 촉매의 활성은 반응 환경 (예 : 온도, pH, 특정 이온의 존재, 활성화 제)과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.이 활성을 방해하는 효소 및 억제제의 작용을 향상시킵니다.
효소 : 구조
언급했듯이, 대부분의 효소는 단백질이며, 수십 개의 아미노산에서 다양한 공간 구조로 배열 된 수천에 이르기까지 매우 다양한 구조를 가지고 있습니다.
그것은 형성의 형태 (소위 4 차 구조)이며 대부분의 효소가 반응의 반응물보다 훨씬 크다는 사실이 그들의 활동에 크게 책임이 있습니다.
이것은 효소의 구조에서 특정 영역 만이 소위 활성 부위, 즉 반응을 수행하는 단편이라는 사실 때문입니다.
분자의 나머지 단편의 임무는 효소의 활성에 영향을 미치는 다른 화합물보다 덜 자주 특정 기질을 부착하는 것입니다.
촉매의 구조는 결합 기판이 "잠금의 열쇠"측면에서 이상적으로 일치하도록 설계되었다는 사실을 아는 것이 좋습니다.
모든 단백질과 마찬가지로 효소는 핵 (DNA)에 밀집된 유전 물질로부터 리보솜에서 생산되어 소위 1 차 구조를 생성합니다.
그런 다음 여러 번 접혀 모양이 바뀌고 때로는 설탕, 금속 이온 또는 지방 잔류 물이 추가됩니다.
이러한 모든 과정의 결과는 활성 4 차 구조, 즉 완전한 생물학적 활성 형태의 형성입니다.
많은 경우에 여러 효소 입자가 결합하여 일련의 화학 반응을 수행하여 프로세스 속도를 높입니다.
여러 조직에는 동일한 반응을 촉매하는 효소가 있지만 구조적으로 항상 서로 유사하지는 않으므로 동종 효소라고합니다.
동종 효소의 이름은 위치와 구조의 차이에도 불구하고 동일하지만 이러한 차이는 실제 적용됩니다. 이 덕분에 실험실 테스트에서 특정 기관에서 나온 효소 분획 만 결정할 수 있습니다.
효소의 작용 메커니즘은 다양하지만 화학적 관점에서 볼 때 효소의 임무는 항상 반응의 활성화 에너지를 줄이는 것입니다. 이것은 공정이 발생하기 위해 기판에 있어야하는 에너지의 양입니다.
이 효과는 반응을 수행하기위한 적절한 환경을 만들거나, 동일한 제품을 얻기 위해 다른 화학적 경로를 사용하거나, 기판의 적절한 공간 배치를 사용하여 얻을 수 있습니다.
이러한 각 메커니즘은 효소에 의해 사용될 수 있습니다.
효소 활성 조절
효소의 작용은 온도, pH 및 기타 환경 매개 변수에 따라 다릅니다. 각 천연 촉매는 특정 조건에서 최적의 성능을 가지고 있으며, 이는 환경 조건에 대한 내성에 따라 크게 다를 수 있습니다.
온도의 경우 대부분의 효소 반응은 고온에서 더 빠르지 만 특정 온도에서는 효소의 열적 손상 (변성)으로 인해 반응 효율이 급격히 떨어집니다.
구조 측면에서 호르몬은 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.
- 단순함-이것은 단백질 입자 일뿐입니다.
- 복합체-비 단백질 그룹의 부착이 필요-활동에 대한 보조 인자
후자는 효소의 적절한 활동과 조절에 중요한 역할을합니다.
차례로, 보조 인자는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다 : 효소가 기능하는 데 필요한 그룹, 그것과 강하게 연관되어 있습니다-이들은 소위 보철 그룹이며 금속, 헴과 같은 유기 분자 일 수 있습니다.
두 번째 그룹은 코엔자임이며 일반적으로 기질이나 전자의 전달을 담당하며 효소에 대한 결합이 약합니다.이 그룹에는 엽산, 코엔자임 A가 포함됩니다. 많은 비타민이 보조 인자의 역할을한다는 것을 아는 것이 가치가 있습니다.
억제제는 완전히 다른 작업을 수행하며 효소에 결합하여 효소 활성을 억제하는 입자입니다.
여러 유형의 억제제가 있습니다.
- 비가 역적-분자의 영구적 인 불 활성화를 일으키며 반응은 새로운 효소가 생성 된 후에 만 발생할 수 있습니다.
- 경쟁-이 경우 억제제는 기질과 유사한 구조를 가지므로 활성 부위를 놓고 경쟁합니다. 억제제가 부착 된 경우 기질이 정상이면 반응이 실패합니다.
- 비경쟁 성-이러한 억제제는 기질이 부착되지 않은 위치에서 효소를 결합하여 효소에 부착 할 수 있지만 반응이 일어나지 않습니다.
억제제보다 기질의 훨씬 더 높은 농도에서 경쟁 억제제의 효과는 활성 부위에 대한 "경쟁"을 능가하기 때문에 극복됩니다. 비경쟁의 경우 기질의 농도를 증가시켜 그 효과를 극복 할 수 없습니다.
활성제 및 억제제 시스템의 조절 외에도 효소 활성을 조절하는 다른 많은 방법이 있습니다.
그들은 단백질 형성 수준에서 세포의 생산 조절과 소위 번역 후 처리, 즉 리보솜에서 합성 직후에 발생하는 단백질 분자의 구조 변화에 관한 것입니다. 이러한 변형은 예를 들어 폴리펩티드 사슬을 단축시키는 것입니다.
다른 조절 방법은 적절한 영역 (세포 및 특정 세포 기관 또는 세포 외 구획)에서 효소의 분리 및 배치와 관련됩니다.
부정적인 피드백이라는 또 다른 중요한 규제 메커니즘이 있습니다. 이것은 내분비 시스템의 1 차 제어 시스템입니다. 그것은 억제의 원리에 따라 작동합니다.
이것은 효소가 특정 호르몬을 너무 많이 생성하면 그에 결합하여 활성을 억제하고 합성을 감소시켜 반응 생성물 자체가 생산을 억제한다는 것을 의미합니다.
효소 : 역할
인체의 각 조직은 특정 효소 세트를 생성하여 신체 기능에서 이러한 세포의 역할을 정의합니다. 이 효소는 유전 코드와 주어진 세포에서 활성화되는 영역에 의해 정의됩니다.
인체에서는 언제든지 수천 가지의 화학 반응이 일어나며, 각각은 특정 효소를 필요로하기 때문에 우리 몸에 존재하는 모든 입자를 나열하기는 어려울 것입니다.
그러나 가장 특징적인 몇 가지에 대해 아는 것이 좋습니다.
- 소화 효소-소화 기관의 조직에 의해 생성되며 음식물을 간단한 화합물로 분해합니다. 왜냐하면 이들 만 혈액에 흡수 될 수 있기 때문입니다. 그들은 세포 외 효소이기 때문에 생산되는 세포 밖에서 주요 임무를 수행합니다. 이러한 효소 중 일부는 소위 프로 엔자임 또는 자 이모 겐 (zymogens)이라고하는 비활성 형태로 형성되며 위장관에서 활성화됩니다. 소화 효소에는 예를 들어 아밀라아제, 리파아제, 트립신이 포함됩니다.
- Myosin은 근육에서 발견되는 효소로, 에너지 운반자 인 ATP 분자를 분해하여 근육 섬유를 수축시킵니다.
- 과산화 효소는 산화 효소 및 카탈라아제, 즉 환원 효소입니다.
- 아세틸 콜린 에스테라아제는 신경계의 메신저 중 하나 인 아세틸 콜린을 분해하는 효소입니다
- 모노 아민 산화 효소는 간에서 가장 풍부한 효소이며 아드레날린, 노르 에피네프린 및 일부 약물의 분해를 담당합니다
- 에너지 변화를 담당하는 매우 중요한 세포 내 효소 인 Cytochome oxidase
- 보호 기능을 수행하는 눈물이나 타액에 존재하는 물질 인 리소자임은 병원체를 파괴합니다.
- 알코올 탈수소 효소, 에탄올 분해를 담당하는 간 효소
- 알칼리성 포스파타제, 조골 세포에 의한 뼈 형성에 참여
효소 : 명명법
효소 이름은 수행하는 반응의 이름과 반응에 관련된 기질 (예 : 5- 하이드 록시 트립토판 탈 탄산 효소)에서 파생되기 때문에 종종 매우 복잡합니다.
일반적으로 반응의 일반적인 이름에 접미사 "-aza"가 추가되고 효소 이름의 두 번째 부분은이 반응을 수행하는 화합물의 이름으로 형성됩니다.
이름이 단일 인 경우 기질 (예 : 락타아제 (유당을 분해하는 효소))에서 유래합니다.
더 드물게 효소의 이름은 참여와 함께 발생하는 일반적인 과정에서 파생됩니다. 예를 들어 DNA 가닥을 회전시키는 효소 인 DNA 자이라 아제.
일부 효소는 결국 펩신 (소화관에서 단백질을 분해) 또는 리소자임 (눈물에 포함 된 살균 효소)과 같이 발견자가 부여한 일반적인 이름 또는 이름을 갖습니다.
DNA 가닥 절단을 담당하는 작은 그룹의 제한 효소도 있습니다.이 경우 이름은 효소가 분리 된 미생물에서 유래합니다.
국제 생화학 분자 생물학 연맹 (International Union of Biochemistry and Molecular Biology)은 명명법을 표준화하기 위해 효소 명명 규칙을 도입하고 여러 클래스로 나누었습니다.
이전에 설명한 이름을 대체하지 않았으며 주로 과학자들이 사용하는 이름을 보완하는 것입니다.
유럽 연합의 규칙에 따라 각 효소는 일련의 문자로 설명됩니다. EC x.xx.xx.xx-여기서 첫 번째 숫자는 클래스, 후속 하위 클래스 및 하위 클래스, 마지막으로 효소 번호를 나타냅니다. 언급 된 효소 클래스는 다음과 같습니다.
• 1-산화 환원 효소 : 산화 및 환원 반응을 촉매합니다.
• 2-전달 효소 : 전달 작용기 (예 : 인산염)
• 3-가수 분해 효소 : 결합의 가수 분해 (분해)에 해당
• 4-분해 효소 : 가수 분해 이외의 메커니즘으로 결합을 끊습니다.
• 5-이성화 효소 : 분자의 공간적 변화를 담당합니다.
• 6-리가 제 : 분자를 공유 결합으로 연결
효소와 약
인간의 건강을위한 효소의 중요성은 엄청납니다. 올바른 작동으로 건강한 삶을 영위 할 수 있으며, 분석 장치의 개발로 효소 측정을 통해 다양한 질병을 진단하는 방법을 배웠습니다. 더욱이 우리는 일부 효소의 결핍과 그로 인한 질병을 성공적으로 치료할 수 있지만 안타깝게도 여전히이 문제에 대해 할 일이 많습니다.
대사성 질환의 원인을 치료하는 것은 아직 불가능합니다. 왜냐하면 우리는 유전 물질을 안전하고 효과적으로 변형하여 손상된 유전자를 복구하여 잘못 생성 된 효소를 복구 할 수 없기 때문입니다.
기능 장애 효소로 인한 질병
우리 몸의 적절한 기능은 주로 효소의 적절한 기능에 달려 있습니다. 많은 경우, 질병 상태는 효소의 양에 영향을 주어 효소가 세포에서 과도하게 방출되거나 반대로 결핍되게합니다.다음은 비정상적인 효소 기능으로 인한 질병의 예일 뿐이며 더 많은 질병이 있습니다.
- 대사 차단 또는 대사 질환
대사 차단 또는 대사 질환은 대사를 담당하는 효소가 부족하여 세포에 물질이 축적되어 발생하는 유전 질환 그룹입니다. 시간이 지남에 따라 축적 된 기질이 너무 많아서 세포와 전체 유기체에 독성이됩니다.
이 질병은 수천 개이며, 대사 질환은 효소를 암호화하는 대부분의 유전자에 영향을 미칠 수 있기 때문에 인체에서 발견되는 수많은 효소를 반영합니다.
예를 들어 갈락토스 혈증 또는 호모 시스틴 뇨증은 희귀 질환으로 출생 직후 또는 생후 첫해에 가장 자주 나타납니다.
- 종양
효소 기능 장애가 관련 될 수있는 또 다른 질병 그룹은 암입니다. 다른 많은 기능 외에도 효소는 소위 티로신 키나아제라고하는 세포 분열을 조절하는 역할도합니다. 이러한 효소가이 영역에서 실패하면 제어되지 않은 세포 분열로 인해 종양 과정이 발생할 수 있습니다.
- 기종
덜 흔한 질병은 폐기종이며,이 경우 엘라 스타 아제가 과도하게 활동합니다. 이것은 특히 폐에 존재하는 엘라스틴 단백질의 분해를 담당하는 폐 조직에 존재하는 효소입니다.
너무 활동적이면 파괴와 건물 사이의 균형이 깨지고 흉터가 생기고 폐기종이 발생합니다.
효소 : 진단용
현대 의료 진단은 효소를 사용하여 결정합니다. 이것은 질병 상태가 효소의 불균형을 직간접 적으로 유발하여 혈액 내 양을 증가 또는 감소시키기 때문입니다.
이것은 생산 장애뿐만 아니라 예를 들어 세포막 손상의 결과로 많은 양의 세포 내 효소가 혈액이나 소변으로 방출되어 발생할 수 있습니다.
실험실 테스트에 사용되는 효소의 예는 다음과 같습니다.
- 크레아틴 키나아제-근육, 심장 근육에도 존재하는 효소로, 다중 증가는 심장 마비, 심근염, 근육 질환-부상, 영양 장애를 나타낼 수 있습니다.
- 젖산 탈수소 효소-신체의 모든 세포, 특히 뇌, 폐, 백혈구 및 근육에 존재합니다. 심장 마비, 근육 및 간 질환 또는 암에서 큰 증가가 관찰됩니다.
- 알칼리성 포스파타제는 주로 간과 뼈에서 발견되며, 여기서 골아 세포에 의해 방출됩니다. 이 기관의 질병은 성장을 유발할 수 있지만 알칼리성 포스 파타 아제의 과잉은 수술이나 골절 후 뼈의 재생 과정을 나타낼 수도 있습니다.
- 산성 포스파타제는 간, 신장, 뼈, 전립선과 같은 많은 기관에서 발생하며 진단 적 관점에서 그 증가는 뼈 및 전립선 질환을 나타낼 수 있습니다.
- Aspartate aminotransferase 및 alanine aminotransferase-이들은 간세포에서 거의 독점적으로 발생하는 간 특성의 효소이며 간 질환의 기본 선별 진단에 사용되며 값이 몇 배 증가하면 항상 간 질환의 추가 진단을 촉구합니다.
- Glutamate dehydrogenase 및 gammaglutamyltransferase-이전에 언급 한 것과 유사한 다른 간 효소는이 기관 및 담도의 질병 진단에 중요합니다.
- 아밀라아제는 많은 기관에 존재하는 효소이지만 췌장과 타액선의 세포에서 가장 높은 농도에 도달하며 진단은 질병에서 가장 중요합니다.
- 리파아제는 또 다른 췌장 효소이며 아밀라아제와 특이성이 다릅니다. 즉, 리파아제는 췌장에서만 발생하고이 효소를 결정할 때 규범과의 편차는 췌장 질환을 나타냅니다.
- 콜린 에스테라아제는 아세틸 콜린을 분해하는 효소로, 신경계의 전달자로서 가장 많은 양으로 존재하며, 진단에서 유기 인 화합물 중독에 사용됩니다.
- 응고 및 섬유소 용해 인자-이들은 혈액 응고와 관련된 간에서 생성되는 물질이며,이 과정을 평가할 때뿐만 아니라 간 기능을 모니터링하는데도 결정이 중요합니다.
- 알파 태아 단백질-암을 포함 하여이 기관의 질병이 증가하는 간 효소.
- C 반응성 단백질-면역 반응에 관여하는 간에서 생성되며 감염, 부상,자가 면역 질환과 같은 염증 상태에서 혈액에서 그 양이 증가합니다.
- Ceruloplasmin-윌슨 병의 특징 인 또 다른 간 효소.
- 피리 디 놀린과 데 옥시 피리 디 놀린은 골 흡수 (파괴)의 표지자이며 파골 세포 (골 세포)의 기능을 특징 짓습니다.
- Myoglobin-앞에서 언급했듯이 근육의 복합 특성이므로 증가하면 골격 또는 심장 근육에 손상이 있음을 나타냅니다.
- 트로포 닌-소위 심장 마비 마커는 근육 섬유의 수축을 조절하는 효소이며 특히 심장 근육에 풍부합니다. 그 손상은 다량의 트로포 닌을 혈액으로 방출하여 심장 질환 진단에 사용됩니다. 그러나 트로포 닌의 증가는 심장 마비뿐만 아니라 그 부족, 판막 결함 또는 폐색전증을 나타낼 수 있음을 기억할 가치가 있습니다.
위에 나열된 모든 효소는 여러 그룹으로 분류 할 수 있습니다.
- 분비 효소-표준의 하한은 진단입니다. 이들은 장기에 의해 생리 학적으로 생성되는 효소이지만, 질병의 경우 그 수가 감소합니다 (예 : 응고 인자).
- 지표 효소-성장이 중요합니다. 이 효소 그룹은 장기 손상 및 효소 누출로 인해 많은 양으로 나타납니다.
- 배설 효소-이들은 입, 내장 및 요로와 같은 다양한 기관의 내강으로 정상적으로 생성되는 효소입니다. 출구가 막히면 아밀라아제와 같은 혈액으로 들어갑니다.
효소는 의학적 진단 자체에 사용된다는 것을 기억할 가치가 있습니다. 생화학 적 분석은 효소를 사용하여 수행되며 효소 반응 결과에 대한 적절한 해석을 통해 실험실 테스트 결과를 제공 할 수 있습니다.
효소 및 치료
많은 약물은 효소의 작용을 유발하거나 반대로 억제제가 됨으로써 효소의 작용에 영향을 미칩니다. 췌장 기능 부전을위한 리파아제 및 아밀라아제를 함유하는 췌장 효소와 같은 효소 대체물이 있습니다.
다른 한편으로, 일부 약물 그룹은 효소의 작용을 억제합니다. 감염.
일부 독극물은 효소에 영향을 미쳐 작용하기도합니다. 시안화물은 호흡기 사슬의 필수 성분 인 사이토 크롬 산화 효소의 강력한 억제제입니다. 그것을 차단하면 세포가 에너지를 얻지 못하여 사망으로 이어집니다.
세포의 생활 과정의 적절한 과정을 위해서는 많은 화학 물질이 존재하고 그들 사이에 엄격한 비율로 남아 있고 화학 반응이 끊임없이 발생해야합니다.
이 작업은 인체의 적절한 기능에 필요한 속도와 효율성으로 거의 모든 화학 반응이 일어나기 위해 필요한 제대로 기능하는 효소에 의해 수행됩니다.
효소의 작용은 이러한 과정을 여러 번, 종종 수백 번까지 가속화하는데, 이는 반응이 일어나는 동안 효소 자체가 마모되지 않는다는 것입니다.
촉매의 부족이나 부적절한 기능으로 인해 많은 질병이 발생할 수 있습니다. 반면에 그들의 활동을 능숙하게 수정하면 많은 질병을 성공적으로 치료할 수 있습니다.
효소 학 (효소 과학)은 매우 광범위하며 그 발전은 과학적 진보를 가져올뿐만 아니라 치료뿐만 아니라 진단 분야의 의학 개발에도 적극적으로 기여할 수 있습니다.
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