Hva forårsaker enzymer for å øke kjemiske reaksjoner?

Enzymer er biologiske katalysatorer, noe som betyr at de er molekyler som er i stand til å øke kjemiske reaksjoner. De er store, proteinbaserte forbindelser som binder til reaktantene i en kjemisk reaksjon og, via en eller flere mekanismer, hjelper i reaksjonen uten å bli forandret i det hele tatt. Fordi kjemiske reaksjoner er så forskjellige, er mekanismer ved hvilke enzymer fremskynder kjemiske reaksjoner også varierte.

Stabilisering av overgangsstaten

I hver kjemisk reaksjon må reaktantene passere gjennom en midlertidig og svært ustabil konformasjon kalt "overgangsstatus". Mens overgangsstaten er teknisk sett punktet i reaksjonen der obligasjoner brytes mens nye bindinger blir dannet, er det lettere å skape dette i form av en fysisk analogi. Hvis en person som står på en elvbredde ønsker å hoppe til den andre banken, vil overgangsstaten være øyeblikk når personen er i luften over elva. Som med denne analogien finnes kjemiske overgangsstater for småfraksjoner av tid og er svært ustabile. Enzymer kan bidra til å stabilisere en reaksjons overgangstilstand, noe som gjør det lettere for kjemikaliene å oppnå den tilstanden og derfra å fortsette å danne produkter. Dette øker hastigheten av reaksjonen. Med hensyn til elvehoppanalogen virker et enzym som et springbrett, noe som gjør det lettere for personen å hoppe over elven for å komme inn i luften og derfra til den andre siden.

Syrebasekatalyse

Noen molekylære komponenter av enzymer fungerer som syrer og baser. Dette er ganske viktig, fordi reaktantene i en kjemisk reaksjon må fysisk møte hverandre i rommet for å reagere. En god måte å illustrere dette på er å forestille seg at blå og røde baller spretter tilfeldig rundt et rom, hvor de blå ballene representerer en reaktant og de røde ballene representerer et sekund. Hvis en blå ball treffer en rød ball, vil de reagere. Siden bouncing skjer tilfeldig, er sjansene at til slutt vil de riktige ballene slå hverandre. Hvis reaksjonen også krever syre eller base, blir situasjonen imidlertid mer kompleks. I et slikt tilfelle må en tredje farge av kulegrønn, som for eksempel representerer syre eller base, slå den røde og blå ballen på nøyaktig samme øyeblikk som de treffer hverandre for at reaksjonen skal skje. Oddsen for dette er svært lav. Enzymer har evnen til å samle de riktige kjemikaliene - de røde og blå ballene fra eksempelet, for eksempel - og inneholder også syren eller basen som er nødvendig for å fullføre reaksjonen, eliminerer behovet for de grønne ballene og påskynder reaksjonen.

Nærhet og orientering

Selv om det er praktisk å forestille seg en kjemisk reaksjon som kollisjonen av to hoppende baller, er det i virkeligheten mer kompleks. Ikke bare må reaktantene løpe inn i hverandre, de må gjøre det med riktig orientering. I stedet for å pusse baller som kolliderer, er det litt mer nøyaktig å forestille seg nøkler og låser som hopper rundt et rom, hvor nøklene er en reaktant og låsene er et sekund. For at en reaksjon skal skje, må ikke bare en nøkkel og låse støte sammen, de må gjøre det perfekt orientert i rommet, slik at nøkkelen stikker inn i låsen. Oddsen for dette er ganske lav, og dette kan gjøre kjemiske reaksjoner svært sakte. Enzymer hjelper posisjonreaktanter, justerer orienteringen av nøkkelen og låsen - de to reaktantene - slik at når de løper inn i hverandre, gjør de det med riktig orientering og kan reagere.