الأنزيمات

إن من أهم الخصائص التي تنفرد به الخلية الحية هي قدرتها على القيامبتفاعلات كيميائية معقدة بسرعة فائقة في درجة حرارة و pH الوسطالمحيط بها. ومثل هذه التفاعلات قد لا تحدث أصلاً، أو تسير ببطء شديد،في معزل عن الخلايا الحية. والعوامل الأساسية التي تشترك في تلكالتفاعلات الحيوية الهامة داخل الخلية تنتمي إلى مجموعة من الموادالبروتينية تسمى الانزيمات. فالانزيم  Enzyme إذن عبارة عن بروتين يصنعداخل الخلية ويساهم في اسراع (يلامس) تفاعل حيوي بحيث تتمشى سرعةالتفاعل مع متطلبات الخلية للمحافظة على الحياة داخلها. ويشبه في عمله هذا عمل العوامل اللمسيةCatalysts التي تستعمل لإسراع التفاعلات الكيميائية العادية في المخبر.

  تأثير تركيز الأنزيم وتركيز مادة التفاعل

تتناسب سرعة أي تفاعل حيوي (يلامسه الانزيم الخاص به) طرداً مع تركيز الانزيم،

  تأثير الحرارة   Effect of Temperature

تتأثر معظم التفاعلات الكيميائية بالحرارة، والتفاعلات الحيوية التي تلامسها الانزيمات تعتبر هي الأخرىحساسة للتغيرات في درجة الحرارة. فالحرارة المرتفعة قد تفقد الانزيم طبيعته البروتينية، وبالتالي فإنسرعة التفاعل الذي يلامسه تنقص بسبب قلة التركيز الانزيمي الفعال.

فمثلاً برفع درجة الحرارة إلى 45م ْ تقريباً يزداد معدل سرعة التفاعل، أما درجات الحرارة الأعلى من تلكالدرجة فإنها تحطم الطبيعة البروتينية للانزيم تدريجياً، وعند الوصول إلى الدرجة 55 ْ فإن الانزيم يتحطمكلياً، وبالتالي يفقد قدرته على ملامسة وإسراع التفاعل الحيوي، مما ينتج عنه توقف التفاعل نهائياً بعدتلك الدرجة وذلك بعد أن يبطء إلى حد كبير عند حدوث التحطم الحراري Thermal Denaturation.

  تأثير درجة الحموضة Effect of pH  

باعتبار أن الانزيمات هي مواد بروتينية (تحوي أحماضاً أمينية) فإن درجة pH الوسط ذات تأثير كبير علىالطبيعة الأيونية لمجاميع الامينو والكربوكسيل الحرة في البروتين، وذلك بالطبع يؤثر على مركز الفعاليةوالشكل الفراغي للانزيم بشكل كبير.

وبالإضافة إلى تأثير الـ pH في الطبيعة الأيونية للأحماض الأمينية في الانزيم، فإن درجات الحموضةالعالية والمنخفضة قد تفقد الانزيم طبيعته البروتينية كلياً، أي تحطمها مما ينتج عنه فقدان فعاليتهوالمنخفضة قد تفقد الانزيم طبيعته البروتينية كلياً، أي تحطمها مما ينتج عند فقدان فعاليته في إسراعالتفاعل الذي يلامسه. وهذه هي في الواقع العوامل المحددة لعلاقة الـ pH بفعالية الانزيم وأن هناكدرجة pH تعتبر مثلى بالنسبة لسرعة التفاعل وتسمى بالدرجة الملائمة Optimal pH.

وعلى ذلك فإن من المهم في الدراسات الانزيمية تحديد درجة الـ pH المثلى بدقة أو المدى قد تتراوحعنده. ومن ثم فإن مزيج التفاعل يجب وضعه في محلول منظم (Buffer) ذي فعالية تنظيمية عند الحدالملائم من pH، وبذلك تتم السيطرة على تغيرات درجة الحموضة التي قد تحدث أثناء التفاعل لضمانالفعالية القصوى للانزيم. ومن الطبيعي أن ينطبق نفس الكلام على التفاعلات الحيوية داخل الخلية (In Vivo). وبذلك نستطيع أن نستنتج أن الوسط الخلوي يقوم بدور المحلول المنظم (في الدراسات المخبريةأي خارج الخلية In vitro) بشكل فعال ويؤمن سير جميع التفاعلات التي تحدث داخل الخلية، لأنه إذا لميحدث هذا فإنه سيحدث اضطراب شديد في جميع أنظمة الخلية المرتبطة ببعضها ارتباطاً وثيقاً.

 5- تنشيط الأنزيمات Activation

يتواجد العديد من الانزيمات بصورة بروتينات بسيطة قادرة على القيام بعملها دون الحاجة إلى أيةعوامل إضافية. على أن هناك كثيراً من الانزيمات الأخرى لا تستطيع في حالتها الطبيعية ان تقومبعملها التلامسي في التفاعلات الحيوية. وتسمى الانزيمات في مثل هذه الحالة Froenzymes أوZymogens (مولدات الانزيمات)، وهذه تحتاج إلى بعض العوامل الإضافية لتنشيطها وتحويلها بذلك إلىانزيمات فعالة. فمثلاً المولدات Trypsinogen و Pepsinogen هي مولدات لانزيم التريبسين Trypsinوالببسين Pepsin، وقد أمكن عزلها ودراستها بعناية.

ولتحويل إنزيم غير فعال إلى صورته الفعالة، هناك عدة عوامل يمكن اللجوء إليها وهي:

 1- تحتاج بعض الأنزيمات إلى نزع مجموعة معينة من الجزيء البروتيني لتحويلها إلى الصورة النشطة.وهذه المجموعة غالباً ما تكون عبارة عن ببتيد Peptide (مؤلف من عدة أحماض أمينية) يعوق عملالانزيم بسبب وجوده فوق مركز فعاليته.

فمثلاً، يتحول المولد ترببسينوجين غير الفعال تريبسين وذلك بنزع ببتيد مؤلف من ستة أحماض أمينيةوهي (فالين – (حمض اسبارتيك) 4 – لايسين)، وتتم هذه العملية بواسطة انزيم خاص يسمىEnterokinase.

 2- تعتبر المحافظة على مجموعة السلفهايدريل (-SH) في جزيء الانزيم البروتيني من عوامل التنشيطفي بعض أنواع الانزيمات، إذ أن هذه المجموعات هي التي تحافظ على المركز الفعال في الانزيم أوتكون جزءاً أساسياً منه. فإذا ما تعرض الانزيم من هذا النوع إلى جو من الاوكسجين (الهواء مثلاً) فإنتلك المجموعة تتأكسد إلى مجموعة ثنائي الكبريتيد (-S-S-) مما يفقد الانزيم فعاليته. فإذا حدث مثلهذا فإنه لا بد من إضافة عامل مختزل مناسب لإعادة تكوين مجموعة (-SH) وبذلك فقد تعود للانزيمفعاليته ونشاطه.

 3- ثمة عامل آخر من عوامل تنشيط الانزيمات وهو وجود مادة إضافية (تسمى بالعامل المرافقCofactor) مع الجزيء البروتيني لكي يصبح الانزيم فعالاً. ويمكن تقسيم العوامل المرافقة إلى ثلاثةأقسام:

أ – مجاميع لابروتينية (ليس لها خصائص الأحماض الأمينية) Prosthetic Groups. وهذه يمكن اعتبارهاكعامل مرافق مرتبط بشكل قوي بجزيء الانزيم البروتيني ولا يستطيع أي انزيم يحتاج إلى مثل هذهالمجاميع القيام بعمله في غيابها.

ب – مرافقات الأنزيمات Coenzymes، وهي عبارة عن جزيئات عضوية صغيرة نسبياً ومقاومة للحرارة وتتحرربسهولة من جزيء الانزيم عند الحاجة. وسندرس مرافقات الانزيمات بالتفصيل فيما بعد. وتعتبر بعضالفيتامينات الهامة مرافقات انزيمات ذات دور  حيوي هام، مثل الرايبوفلافين (فيتامين B₂) والنياسينوالثيامين (فيتامين B₁) والبيريدوكسين (فيتامين B₆) وغيرها.

ج – المنشطات المعدنية Metal Activator مثل أيونات البوتاسيوم والمغنيزيوم والمغنيز والكالسيوموغيرها. وهذه قد ترتبط بجزيء البروتين ارتباطاً ضعيفاً أو أنها تتحد معه بشكل وثيق وذلك مع مجاميعالامينو أو الكربوكسيل أو الفينول.

  تثبيط (أو إعاقة) الانزيمات Inhibition

 توجد بعض المركبات (غير مواد التفاعل الخاصة بكل انزيم) التي يمكنها أن ترتبط مع بعض الانزيمات،وبذلك تعيقها أو تمنعها من القيام بوظيفتها. ومثل هذه المركبات تسمى بالمواد المثبطة – أوالمانعة Inhibitors. ويقسم التثبيط بشكل عام إلى قسمين:

 أ – تثبيط عكسي أو تنافسي Reversible or Competitive:

وفي هذه الحالة تتنافس المادة المانعة مع مرافق الانزيم أو المادة المتفاعلة نفسها على المركزالفعال في الانزيم، وبذلك تقل فعالية الانزيم ولكنها لا تتلاشي نهائياً. ويمكن التغلب على تأثير المادةالمانعة في تنافسها على المركز الفعال في الانزيم. ويمكن الاستنتاج بان مقدار التثبيط في هذهالحالة يعتمد على العوامل الآتية:

1- تركيز المادة المانعة (المثبطة).

2- تركيز المادة المتفاعلة.

3- قابلية الارتباط النسبي لكل من المادة المانعة والمتفاعلة مع الانزيم.

 وعلى سبيل المثال، فإن حمض المالونيك (HOOC-CH₂-COOH) Malonic Acid الذي يشبه في تركيبهالبنائي حمض السكسينيك (HOOC –CH₂-CH₂-COOH) Succinic Acid يعتبر مادة مثبطة تنافسياً للانزيمالذي ينزع الهيدروحين من الحمض الأخير والمسمى Succinic Dehydrogenase. فإذا تواجد حمضالمالونيك بتركيز عال فإن نشاط ذلك الانزيم يقل بدرجة كبيرة لأن هذا الحمض يحتل المركز الفعال فيه.على أنه يمكن التغلب على ذلك التثبيط بزيادة تركيز حمض السكسينيك أي مادة التفاعل.

 ب – تثبيط غير عكسي أو لا تنافسي  Non-Competitive Inhibition

وفي هذه الحالة، فإنه عندما يحدث أن يتحد انزيم معين مع مثل هذه المواد ويحدث التثبيط، فإنه لايمكن إعادة نشاط الانزيم عن طريق زيادة تركيز المادة المتفاعلة – كما في الحالة السابقة – إذ أنالمادة المانعة اللاتنافسية تلتصق بالمركز الفعال للانزيم بشكل لا يمكن معه نزعها بعد ذلك. وغالباً ماتنتهي مثل هذه الحالة بموت الكائن الحي عندما يتوقف نشاط انزيم حيوي هام.

ويتأثر مقدار التثبيط في هذه الحالة بعاملين فقط وهما:

1- تركيز المادة المانعة.

2- قوة جذب الأنزيم للمادة المانعة.

ويلاحظ هنا أن تركيز المادة المتفاعلة ليس له أية علاقة أو تأثير على تثبيط أو تنشيط الانزيم. وكمثالعلى هذا النوع من المواد المثبطة (التي يمكن وصفها بأنها سامة) المركب اسيتاميد اليود(ايودواسيتاميد الذي يرتبط بمجموعة السلفهايدريك SH – التي تشكل المركز الفعال في الانزيمphosphate dehydrogenase, ولا تخفى أهمية معرفة تأثير مثل تلك المواد على النشاط الانزيمي لكييمكن تجنب اضافتها للمواد الغذائية أثناء انتاجها صناعياً – كبعض المعلبات والمعجنات – أو عند إجراءالدراسات المختلفة على التفاعلات الملامسة انزيمياً.

  دقة الأنزيمات  Specificity

لا بد من التنويه ثانية بأن لكل تفاعل حيوي انزيم خاص به لا يمكن أن يقوم مقامه في ذلك التفاعلبالذات أي انزيم آخر، وعلى ذلك فإن هناك عدداً كبيراً من الانزيمات لملامسة عدد كبير من التفاعلاتالحيوية. وتعزى دقة العمل الانزيمي إلى طبيعة تكوين الجزيء البروتيني في الانزيم والمركز الفعالفيه، وكذلك التركيب البنائي والتوزيع الفراغي للمواد المتفاعلة.

فهناك ما يسمى بدقة الانزيم بالنسبة لمجموعة بالذات توجد في سلسلة من المركبات، ويسمى هذاالنوع من الدقة Group Specificity. فمثلاً قد يؤثر انزيم معين على سلسلة السكريات السداسية الالدهيد(الدوهكسوزات Aldohexoses) كما يحدث عند فسفرة عدة هكسوزات بواسطة انزيم Kinase في وجودATP. أما إذا أثر انزيم معين على الجلوكوز فقط من بين جميع السكريات فإن ذلك الانزيم يتصف بالدقةالمطلقة (Absolute Specificity).

وهناك عامل آخر من عوامل الدقة في عمل الانزيمات وهو التركيب الفراغي للانزيم بالنسبة للموادالمتفاعلة Stereospecificity، فمثلاً توجد بعض الانزيمات التي لا تؤثر إلا على المشابهات الضوئية منالنوع D، بينما تؤثر انزيمات أخرى على المشابهات الضوئية من النوع L. وبعض الإنزيمات تحول حمضأميني من النوع – L إلى مخلوط راسيمي من النوعين D و L وتسمى مثل هذه الانزيمات Racemasesكما يحدث بالنسبة للالانين. وهناك بعض الأنزيمات التي تميز بين المشابهات الهندسية Cis و Trans،فالانزيم الذي يؤثر على المشابه Cis لا يؤثر على الآخر وبالعكس. فالانزيم Fumarase يضيف جزيء ماءإلى الحمض Trans (فيوماريك)، ولا يؤثر إطلاقاً على الحمض Cis (مالييك Maleic). كذلك تتميز بعضالانزيمات بالدقة المتناهية في مهاجمة ذرة معينة فقط (أو مجموعة) في الجزيء الذي يحتوي علىمستوى تماثل ولا مجال للدخول في تفاصيل ذلك.

  التسمية والتصنيف Nomenclature and Classification

سبق أن ذكرنا أن هناك عدداً كبيراً من الانزيمات التي تلامس العديد من التفاعلات الحيوية. وليس منالسهل تصنيف جميع الانزيمات تصنيفاً دقيقاً يراعي فيه التركيب البنائي لجزيء البروتين في كل منها،أو حتى حسب المادة التي يؤثر عليها الانزيم وقد انشئت لجنة خاصة بالانزيمات في الاتحاد الدوليللكيمياء الحيوية – عام 1964 – لغرض وضع نظام محدد لتسمية وتصنيف الانزيمات، إلا أن مقترحاتها لمتلق استعمالاً على نطاق واسع في مراجع الكيمياء الحيوية رغم انقضاء بضع سنين عليها، والأرجح أنهستمر بضع سنوات أخرى قبل أن تستعمل التسمية المنظمة التي اقترحتها تلك اللجنة على نطاق واسع.

وسنكتفي فيما يلي ببيان الأقسام الرئيسية التي تصنف تحتها الانزيمات وذلك حسب المادة التي تؤثرعليها.

 أولاً – الأنزيمات المحللة  Hydrolytic Enzymes:

وهي التي تلامس التفاعلات التي تنكسر فيها رابطة معينة في جزيئات المادة المتفاعلة وتضاف فينفس الوقت عناصر الماء (H-OH) إلى المواد الناتجة، وغالباً ما تكون مثل هذه التفاعلات عكسية ويقعفي نطاق هذه المجموعة من الانزيمات الآتية:

 أ – الاستريزات   Esterases

وهي التي تلامس تحليل الروابط الاسترية. والتصنيف الأدق للانزيمات التي تنتمي إلى هذا القسميعتمد على نوع الحمض ونوع الكحول اللذين يؤلفا الاستر. وبعض هذه الانزيمات تتصف بالدقة بالنسبةلمجموعة من المركبات والبعض الآخر يتصف بالدقة المطلقة. ويقع تحت هذا القسم ما يلي:

1- الاستريزات البسيطة وهي التي تلامس تحلل (أو تركيب) الاسترات البسيطة التي تتألف من الأحماضالدهنية والكحولات ذات السلسلة الكربونية القصيرة، أي التي لها وزن جزيئي منخفض نسبياً.

2- الأنزيمات المحللة للدهون الحقيقية True Lipases وهي التي تلامس تحلل (أو تركيب) الدهون إلىاحماض دهنية (وزنها الجزيئي عالي) وجليسرول، ومن أمثلتها ليباز البنكرياس وغيره.

3- الأنزيمات المحللة لاسترات الفوسفات Phosphatases وهي التي تحلل استرات حمض الفوسفوريكإلى كحول وفوسفات غير عضوية هي عبارة عن خليط من الايونين HPO₄^—, H2PO₄^— وذلك يعتمد علىدرجة pH الوسط، ولهذا السبب يستعمل الرمز Pi اختصاراً للدلالة على الفوسفات الناتجة.

4- الأنزيمات المحللة للبيروفوسفات Pyrophosphateses وهي التي تحلل روابط البيروفوسفات (بينجزيئين حمض الفوسفوريك) إلى اورتو فوسفات (أحادية).

5- الأنزيمات المحللة للاحماض النووية Nucleases إلى نيوكليوتيدات أحادية أو مركبة. ومثال عليهاالانزيم المحلل لحمض RNA والمسمى Ribonuclease.

 ب – الأنزيمات المحللة للكربوهيدرات Carbohydrases

 وهي التي تحلل الرابطة الجليكوزيدية في السكريات البسيطة والمركبة والعديدة وينتمي إليها:

1- الجليكوزيديزات Glycosidases وهي التي تحلل الجليكوزيدات البسيطة أو المركبة إلى سكرياتبسيطة. ومثال عليها أنزيم Invertase الذي يحلل السكروز إلى جلوكوز وفركتوز.

2- الأنزيمات المحللة للسكريات العديدة Polysaceharidases (مثل النشاء، السيللوز والجليكوجن…) إلىالوحدات الأساسية المكونة لها مثل الجلوكوز والمالتوز. ومثال على هذه الانزيمات: الاميلاز – الفا(Amylase-α) الذي يحلل الجليكوجن والنشاء إلى جلوكوز ومالتوز.. ونواتج أخرى لا تعطي مع اليود لوناًأزرقاً (وهو الاختبار الخاص بالنشاء). كذلك فالانزيم اميلاز – ابيتا (Amylase-β) يحلل النشاء والجليكوحنإلى مالتوز وسكريدات عديدة أخرى ذات سلسلة أقصر من وحدات الجلوكوز.

 ج – الأنزيمات المحللة للبروتينات  Proteases

 وهي التي تهاجم الرابطة الببتيدية في البروتينات أو الببتيدات.

ويمكن التمييز بين هذين النوعين: فالانزيمات المحللة للببتيدات Peptidases تعمل على تحليل الرابطةالببتيدية القريبة من مجموعة امينو أو مجموعة كربوكسيل حرة. ومنها ما يحتاج إلى وجود مجموعةكربوكسيل حرة في مادة التفاعل ليهاجم الرابطة الببتيدية المجاورة لها، ويسمى هذا النوع Carboxy Peptidases . ومنها ما يحتاج إلى مجموعة أمينو حرة ليهاجم الرابطة الببتيدية المجاورة لها ويسمىAmino Peptipases. أما الانزيمات المحللة للبروتينات Proteinases (وتسمى أحياناً Endopeptidases) فإنهاتهاجم الروابط الببتيدية الداخلية في جزيء البروتين، ومثال عليها الببسين والتريبسين.

 ثانياً– الأنزيمات المفسفرة Phosphorylases

 أ – الأنزيمات المفسفرة للسكريات العديدة:

 وهي التي تلامس كسر الرابطة الجليكوزيدية في السكريدات العديدة مع إضافة جزيئات فوسفات إلىالوحدات البنائية في السكريد العديد، أي لإنتاج جلوكوز -1- فوسفات.

 ب – الأنزيمات المفسفرة للنيوكليوتيدات العديدة:

 وهي تلامس عكسياً تكوين النيوكليوتيدات العديدة كما تبين المعادلة التالية:

 نيوكليوتيد عديد + n (فوسفات)       n (نيوكليوريد ثنائي للفوسفات)

 ثالثاً– أنزيمات الأكسدة والاختزال  Oxidation Reduction Enzymes

وهذه المجموعة من الانزيمات تلعب دوراً حيوياً في منتهى الأهمية في تفاعلات التمثيل الغذائي كماسيذكر في حينه بالتفصيل. والأقسام الهامة التي تنتمي إلى هذه المجموعة هي:

 أ – الأنزيمات النازعة للهيدروجين Dehydrogenases

 غالباً ما تحدث عملية الأكسدة لمادة بيولوجية معينة عن طريق نزع ذرتي هيدروجين منها. ويقوم بهذهالعملية انزيم يختص بكل تفاعل حيوي ويتصف بالدقة المطلقة في بعض الأحيان. 

 ب– الأنزيمات المؤكسدة Oxidases 

 وهي الأنزيمات التي تستطيع استخدام الاوكسجين مباشرة (هوائية) لإتمام أكسدة مواد التفاعل فيكل حالة. مثل الانزيمات المؤكسدة للسيتوكروم Cytochrome Oxidase وللمرافقات الفلافينية Flavin Enzymes، وسيمر ذكر ذلك في حينه أيضاً.

 رابعاً– الأنزيمات الناقلة Transferases

 وهذه المجموعة من الانزيمات تلامس عكسياً عملية نقل مجموعة معينة من مادة إلى أخرى من الموادالمتفاعلة. فمثلاً الانزيمات الناقلة لمجموعة الامينو Transaminase تلامس عملية نقل مجموعة امينو منحمض اميني إلى حمض الفلكيتوني، وينتج بذلك حمض أميني وآخر الفا – كيتوني مختلفين عن الأحماضالأصلية. وعلى سبيل المثال، فالانزيم (جلوتاميك – اسبارتيك ترانس امتياز) يلامس نقل مجموعة الامينومن حمض الجلوتاميك إلى حمض اوكزال خليك الذي يتحول إلى حمض الاسبارتيك. وسيدرس ذلكبالتفصيل في فصل خاص بتمثيل الاحماض الامينية.

 خامساً– الانزيمات النازعة لمجموعة الكربوكسيلDecarboxylases 

 وهذه المجموعة من الانزيمات تلامس عملية نزع مجموعة الكربوكسيل – على صورة ثاني اوكسيدالكربون CO₂ – من مادة التفاعل. ويقع تحت هذه المجموعة قسمان حسب نوع الحمض الذي يجري نزعمجموعة الكربوكسيل منه:

أ– من الأحماض الأمينية: وهذه تنتشر بكثرة من الكائنات الدقيقة، وهي مسؤولة عن تكوين الاميناتمن الأحماض الأمينية

 ب– من الأحماض الكيتونية:

 وهي مهمة في إطلاق CO2 أيضاً. ومن أمثلتها نزع مجموعة الكربوكسيل من حمض اوكرال خليكوتكوين حمض البيروفيك. 

  سادساً– أنزيمات الاماهةHydrases  

 وهي التي تلامس عملية إضافة (أو نزع) جزيء ماء إلى مادة التفاعل المناسبة، مثل الانزيم Fumaraseالذي يلامس التفاعل العكسي التالي ( ماء + فيوماريك          ماليك)

 سابعاً– أنزيمات التماكب Isomerases

 وتشمل هذه المجموعة عدداً كبيراً من الانزيمات تختلف فيما بينها بحسب نوع التماكب الذي تقوم به.وبشكل عام فإن الاسم (ايسوميراز) يشير إلى الانزيم الذي يلامس عملية اعادة تنظيم داخل الجزيءنفسه وانتاج مركب آخر هو عبارة عن مماكب للأول (انظر الفقرة 2-2 حول التشابه الفراغي). ويمكنتقسيم هذه المجموعة كما يلي:

 أ – Racemases تلامس عملية تحويل مشابه ضوئي إلى آخر – جزئياً – لإنتاج مخلوط راسيمي.

ب – Epimerases تلامس عملية تحويل مركب نشط ضوئياً إلى المشابه Epimer له.

ج – Cis – Trans Isomerase تلامس عملية تحويل المشابه الهندسي Cis – Trans وبالعكس.

د – Mutases تلامس عملية نقل مجموعة فوسفات من ذرة إلى أخرى في نفس الجزيء.

هـ – Aldo–Keto Isomerases وهي التي تحول سكر الدهيدي (Aldose) إلى المشابه الكيتوني (Ketose).وهناك أنواع أخرى غيرها.

 9- الأنزيمات كبروتينات Enzymes as proteins

لقد عرف حتى الآن أكثر من ألف انزيم ودرس منها بالتفصيل أكثر من مئة، ومن هذا العدد جرى تحليلخمسة عشر انزيماً لمعرفة بناءها الفراغي بواسطة استعمال نظام انحراف أشعة (X). واستناداً إلى ماأمكن معرفته من تلك الدراسات تبين أن البروتينات الانزيمية يمكن أن تقسم إلى ثلاث مجموعات رئيسية:

 أ– الأنزيمات (الأحادية) المؤلفة من سلسلة ببتيد عديد واحدة تحوي المركز الفعال في الانزيم. ويطلقعلى هذه المجموعة الانزيمات الوحيدة Monomeric Enzymes أي انها مؤلفة من تحت وحدة واحدة لاترتبط بغيرها.

 ب- الأنزيمات المركبة Oligomeric Enzymes وهي تلك التي تتألف من عدد من تحت الوحدات (الحدالأدنى اثنتان وقد يصل عدد تحت الوحدات إلى 60) ترتبط مع بعضها بشكل قوي لتؤلف الجزيء الانزيميالفعال حيوياً.

ج- المعقدات متعددة الأنزيمات Multienzyme Complexes، وفيها يشترك عدد من الانزيمات في سلسلةمتواصلة من التفاعلات لتحول مادة واحدة (أو عدة مواد) إلى نواتجها. وهنا أيضاً نرى أن مجموعةالانزيمات في المعقد مترابطة مع بعضها بشكل قوي بحيث أن جميع المحاولات التي تبذل لفصلها عنبعضها كانت تؤدي دائماً إلى فقدان المعقد لنشاطه الحيوي.

وفيما يلي سنلقي نظرة سريعة ومختصرة على كل من تلك المجموعات الثلاث.

 أ– الأنزيمات الوحيدة Monomeric Enzymes

تضم هذه المجموعة عدداً نسبياً من الانزيمات، تشترك جميعها في تفاعلات التحليل المائي Hydrolytic Reactions. ويتراوح وزنها الجزيئي من 13000 إلى 35000 كما يظهر من الجدول التالي:

الانزيم	الوزن الجزيئي	عدد الأحماض الأمينية
Lysozyme (بياض البيض)	14600	129
Ribonuclease	13700	124
Lapain	23000	203
Trypsin	23800	223
Carboxypeptidase A	34600	307

 بعض الأنزيمات المؤلفة من تحت وحدة واحدة (Monomeric)

 ويلاحظ أن مثل هذه الانزيمات لا يمكن تحليلها إلى تحت وحدات أصغر. وأن عدداً من هذه البروتينات انماهي انزيمات محللة للبروتينات Proteases نشطة جداً ونتيجة بذلك فإنه إذا ما جرى تصنيعها حيوياً علىالصورة الفعالة ذلك قد يحدث ضرراً بالغاً للخلية، ولهذا السبب فإنها تصنع حيوياً (بواسطة النظام الخاصبصنع البروتينات الذي سيرد في حينه) على صورة غير نشطة تسمى عادة مولد الانزيم Zymogen، ومنثم يجري نقلها خارج الخلايا إلى الجهاز الهضمي حيث تتحول بسرعة إلى الصورة النشطة أي الانزيمالفعال. ويبين الجدول التالي عدداً من مولدات الانزيمات التي تصنع في الخلايا ثم طريقة تحويلها إلىالصورة النشطة. 

مولد الانزيم Zymogen	عامل التنشيط	الانزيم الفعال	الجزء المعيق للنشاط
Pepsinogen	+ H   Pepsin	Pepsin	+ أجزاء متفرقة Fragments
Trypsinogen	Enterokinase   Trypsin	Trypsin	+ ببتيد سداسي
Chymotry psinogen A	Trypsin   +Chemotrypsin	– Chemotrypsin	+ متبقي أحماض أمينية مختلفة
Procarboxypeptidase A	Trypsin	Carboxypeptidase A	+ أجزاء متفرقة
Prolastase	Trypsin	Elastase	+ أجزاء متفرقة

 

وقد تبين أن المركز الفعال Active Site في بعض الأنزيمات المحللة للبروتينات (وهي تريبسين،كيموتريبسين والاستاز) هو متبقي حمض السيرين ولذلك تسمى Serine proteases. وقد عرف هذا الأمر– جزيئاً – من الاستنتاج المبني على ملاحظة أن الغاز السام جداً والمسمى غاز الأعصاب Nerve gas (وهو عبارة عن داي ايسو بروبيل فلوروفوسفات) يتفاعل بشكل محدد وبمنتهى الدقة مع الوظيفةالكحولية في متبقي السيرين.

ب– الأنزيمات المركبة Oligomeric Enzymes

وهذه المجموعة من الانزيمات تشمل بروتينات يتراوح وزنها الجزيئي من 35000 إلى عدة ملايين وتتألفمن عدد من تحت الوحدات (كل تحت وحدة عبارة عن سلسلة ببتيد عديد ذات شكل فراغي خاص) متجمعةومرتبطة مع بعضها بشكل فريد عجيب بحيث تؤلف – بتجميعها – الانزيم الفعال حيوياً. ولا بد أن نوضحهنا ثلاثة تعابير تستعمل في وصف هذه المجموعة من الانزيمات وهي:

 1- تحت الوحدة Subunit وهي سلسلة الببتيد العديد الواحدة في الانزيم الكامل الفعال حيوياً، وتكونعادة غير مرتبطة (بروابط تشاركية عبر مجموعة الاميد) إلى الوحدات الببتيدية الأخرى وبذلك يمكنفصلها عن تحت الوحدات الأخرى.

2- Protomer وهو الذي يحوي على نفس تحت الوحدة متكررة في البروتين الكامل. وقد يوجد عدد كبيرمن تحت الوحدات المتشابهة تماماً.

3- Oligomer وهو البروتين الذي يضم تحت وحدات متشابهة أو مختلفة (Protomers) لتشكل الجزيءالانزيمي الكامل وهو الفعال حيوياً.

 وأحسن مثال على هذه المجموعة من الأنزيمات هو أنزيمات التحلل اللاهوائي للكربوهيدرات (Glycolysis)الذي سيرد ذكره بالتفصيل فيما بعد. ويبين الجدول التالي بعض هذه الانزيمات والذي يتفحص بامعانهذه الانزيمات يلاحظ بأن كل انزيم فيها مؤلف من عدد متفاوت من تحت الوحدات أي أنه من النوعالمركب وليس من النوع الأحادي البسيط. 

الانزيم	تحت الوحدات	الوزن الجزيئي
	العدد	الوزن الجزيئي
Phosphorylase a	4	92500	370000
Hexokinase	4	27500	102000
Phosphofructokinase	2	78000	190000
Fructose Diphosphates	2 2	29000) 37000)	130000
Aldolase (عضلات)	4	40000	160000
Glyceroldehyde – 3 – P dehydrogenase	2	72000	140000
Enolase	2	41000	82000
Lactic Dehydrogenase	4	35000	150000
Pyruvic kinase	4	57200	237000

 

وتؤيد الدلائل المتوفرة الآن وجهة النظر القائلة بأن الانزيمات المركبة هي القاعدة في حين أنالانزيمات الاحادية (المجموعة أ) هي الشذوذ.

 ج– أنزيمات متعددة المعقدات Multienzyme Complexes 

لقد تمكن الباحثون في موضوع البروتينات الانزيمية من وصف عدد من المعقدات التي تتألف من عددمن الانزيمات منظمة بشكل هندسي فراغي هائل (وكأنها الفسيفساء) بحيث يوضع كل أنزيم منمكونات المعقد بشكل يسمح بترابط فعال مع التفاعلات الافرادية التي تلامسها هذه الانزيمات. وأحسنمثال على هذه المجموعة من الانزيمات تلك المعقدات التي تشمل نازعة الهيدروجين من الاحماضالفلكيتونية (Keto acid degydrogenase-α) في البكتيريا والأنسجة الحيوانية، بالإضافة إلى معقداتالتصنيع الحيوي للأحماض الدهنية (Fatty acid syathetase) في الخلايا الحيوانية والخمائر.

 وقد درس كل من REED (في تكساس) و HENNING (في ألمانيا) النوع الأول من هذه المعقدات وهوالمؤكسد للأحماض α – كيتونية بالتفصيل. وعلى سبيل المثال فإن المعقد المؤكسد لحمض البيروفيكPyruvic dehydrogenase المستخرج من البكتيريا E. Coli – وهو الذي يقوم بأكسدة حمض البيروفيك الىالمشتق السيسيلي لمرافق الانزيم A (Acetyl Co – A) وثاني اوكسيد الكربون – هذا المعقد وزنهالجزيئي حوالي أربعة ملايين ويتألف من ثلاثة مراكز للنشاطات الحيوية (يرمز إليها E_i, E_ii, E_iii) يقوم كلمنها بملامسة إحدى مراحل ذلك التفاعل. أي أن هذا المعقد يتألف من ثلاثة انزيمات مرتبطة مع بعضهابالشكل الفراغي المناسب كما يتمكن كل انزيم من القيام بالتفاعل الافرادي الذي يلامسه ضمن التفاعلالكلي. 

ولدى محاولة إعادة ربط هذه الانزيمات الثلاثة مع بعضها لتكوين المعقد الانزيمي الكامل تبين أن E_i وE_iii لا يمكن أن يرتبطا مع بعضهما الا بوجود E_ii، مما يشير إلى أن الانزيم المتوسط E_ii يقوم بدور مركزالربط بين E_i و E_iii اللذين يتحدا معه بطريقة هندسية محددة. ولعل النظام الانزيمي الآخر (المصنعللاحماض الدهنية في الخلايا الحيوانية والخمائر) أكثر تعقيداً من سابقه، ولكن المجال لا يتسع للدخولفي التفاصيل.