2.5 Lífræn efnasambönd sem eru nauðsynleg fyrir starfsemi mannslíkamans
2.5 Lífræn efnasambönd sem eru nauðsynleg fyrir starfsemi mannslíkamans
Námsmarkmið
Að loknum þessum hluta áttu að geta:
- nefnt fjórar gerðir lífrænna sameinda sem eru nauðsynlegar fyrir starfsemi mannslíkamans
- útskýrt efnafræðina að baki tilhneigingu kolefnis til að mynda samgild tengi í lífrænum efnasamböndum
- nefnt dæmi um þrjár gerðir kolvetna og greint helstu hlutverk kolvetna í líkamanum
- fjallað um fjórar gerðir lípíða sem eru mikilvægar fyrir starfsemi mannslíkamans
- lýst byggingu prótína og fjallað um mikilvægi þeirra fyrir starfsemi mannslíkamans
- greint byggingareiningar kjarnsýra og hlutverk DNA, RNA og ATP í starfsemi mannslíkamans
Lífræn efnasambönd eru yfirleitt gerð úr hópum kolefnisfrumeinda sem tengjast vetni með samgildum tengjum, oftast einnig súrefni og iðulega fleiri frumefnum. Þau finnast um allan heim, í jarðvegi og sjó, vörum á markaði og sérhverri frumu mannslíkamans. Þær fjórar gerðir sem skipta mestu máli fyrir byggingu og starfsemi mannslíkamans eru kolvetni, lípíð, prótín og kjarnsýrur. Áður en þessi efnasambönd verða skoðuð þarftu fyrst að skilja efnafræði kolefnis.
Efnafræði kolefnis
Lífræn efnasambönd eru alls staðar vegna efnafræðilegra eiginleika kolefniskjarnans. Mundu að kolefnisfrumeindir hafa fjórar rafeindir á gildishveli sínu og að samkvæmt áttureglunni hvarfast frumeindir gjarnan þannig að gildishvelið fyllist með átta rafeindum. Kolefnisfrumeindir fylla ekki gildishvel sitt með því að gefa frá sér eða taka við fjórum rafeindum. Þess í stað deila þær auðveldlega rafeindum með samgildum tengjum.
Kolefnisfrumeindir deila oft rafeindum með öðrum kolefnisfrumeindum og mynda gjarnan langa kolefniskeðju sem nefnist kolefnisgrind. Þær deila þó ekki öllum rafeindum sínum eingöngu hver með annarri. Kolefnisfrumeindir hafa fremur tilhneigingu til að deila rafeindum með ýmsum öðrum frumefnum, þar á meðal oft vetni. Sambönd kolefnis og vetnis nefnast vetniskolefni. Þegar þú skoðar myndir af lífrænum efnasamböndum síðar í þessum kafla sérðu að mörg þeirra hafa vetniskolefniskeðjur á tilteknu svæði sameindarinnar.
Margar samsetningar geta fyllt fjögur „laus sæti“ kolefnis. Kolefni getur deilt rafeindum með súrefni, nitri eða öðrum frumeindum á tilteknu svæði lífræns efnasambands. Frumeindirnar sem tengjast kolefnisfrumeindunum geta auk þess verið hluti af virknihópi. Svonefndur virknihópur er hópur frumeinda sem tengjast sterkum samgildum tengjum og hafa tilhneigingu til að verka sem ein heild í efnahvörfum. Líta má á virknihópa sem þéttan „vinahóp“ þar sem ólíklegt er að meðlimirnir skiljist að. Fimm virknihópar eru mikilvægir í lífeðlisfræði mannsins: hýdroxýl-, karboxýl-, amínó-, metýl- og fosfathópar (Tafla 2.1).
| Virknihópur | Byggingarformúla | Mikilvægi |
|---|---|---|
| Hýdroxýlhópur | —O—H | Hýdroxýlhópar eru skautaðir. Þeir eru hluti af öllum fjórum gerðum lífrænna efnasambanda sem fjallað er um í þessum kafla. Þeir taka þátt í afvötnunarmyndun og vatnsrofi. |
| Karboxýlhópur | Karboxýlhópar finnast í fitusýrum, amínósýrum og mörgum öðrum sýrum. | |
| Amínóhópur | —NH2 | Amínóhópar finnast í amínósýrum, byggingareiningum prótína. |
| Metýlhópur | —CH3 | Metýlhópar finnast í amínósýrum. |
Tilhneiging kolefnis til að mynda samgild tengi veldur því að margar ólíkar og tiltölulega stöðugar lífrænar sameindir geta auðveldlega myndað enn stærri og flóknari sameindir. Allar stórar sameindir nefnast stórsameindir (macro- = „stór“) og öll lífrænu efnasamböndin í þessum hluta falla undir þá lýsingu. Sumar stórsameindir eru þó gerðar úr mörgum „eintökum“ af einstökum einingum sem nefnast einliðir (mono- = „einn“; -mer = „hluti“). Líkt og perlur á langri festi tengjast þessir einliðir með samgildum tengjum og mynda langar fjölliður (poly- = „margir“). Fjölmörg dæmi eru um einliði og fjölliður meðal lífrænna efnasambanda.
Einliðir mynda fjölliður með afvötnunarmyndun (sjá Mynd 2.14). Eins og áður kom fram losnar vatnssameind við þetta hvarf. Hvor einliður leggur sitt af mörkum: annar lætur frá sér vetnisfrumeind og hinn hýdroxýlhóp. Fjölliðum er klofið í einliði með vatnsrofi (-lysis = „rof“). Tengin milli einliðanna rofna þegar vatnssameind er lögð til; hún leggur öðrum einliðnum til vetnisfrumeind og hinum hýdroxýlhóp.
Kolvetni
Heitið kolvetni vísar til „vatnaðs kolefnis“. Mundu að orðhlutinn hydro- vísar til vatns. Svonefnt kolvetni er sameind úr kolefni, vetni og súrefni; í flestum kolvetnum eru vetni og súrefni í sama hlutfallinu tveir á móti einum og í vatni. Efnaformúla „almennrar“ kolvetnissameindar er raunar (CH2O)n.
Kolvetni eru einnig nefnd sykrur. Þrjú form þeirra eru mikilvæg í líkamanum. Einsykrur eru einliðir kolvetna. Tvísykrur (di- = „tveir“) eru gerðar úr tveimur einliðum. Fjölsykrur eru fjölliðurnar og geta verið gerðar úr hundruðum eða þúsundum einliða.
Einsykrur
Svonefnd einsykra er einliður kolvetna. Fimm einsykrur eru mikilvægar í líkamanum. Þrjár þeirra eru sexkolefnissykrur, nefndar svo vegna þess að hver þeirra inniheldur sex kolefnisfrumeindir. Þetta eru glúkósi, frúktósi og galaktósi sem sýndir eru á Mynd 2.18 a. Hinar einsykrurnar eru tvær fimmkolefnissykrur sem hvor um sig inniheldur fimm kolefnisfrumeindir. Þetta eru ríbósi og deoxýríbósi sem sýndir eru á Mynd 2.18 b.
Tvísykrur
Svonefnd tvísykra er par einsykra. Tvísykrur myndast með afvötnunarmyndun og tengið sem tengir þær nefnist glýkósíðtengi (glyco- = „sykur“). Þrjár tvísykrur (sýndar á Mynd 2.19) eru mikilvægar fyrir mannslíkamann. Þetta eru súkrósi, almennt kallaður borðsykur; laktósi, eða mjólkursykur; og maltósi, eða maltsykur. Eins og almennu heitin gefa til kynna neytir þú þeirra með fæðunni, en líkaminn getur ekki nýtt þær beint. Þess í stað eru þær klofnar í einsykrurnar sem mynda þær með vatnsrofi í meltingarveginum.
Fjölsykrur
Fjölsykrur geta innihaldið allt frá fáeinum upp í þúsund eða fleiri einsykrur. Þrjár þeirra eru mikilvægar fyrir líkamann (Mynd 2.20):
Hlutverk kolvetna
Líkaminn fær kolvetni úr fæðu úr plönturíkinu. Kornvörur, ávextir, belgjurtir og annað grænmeti veita mest af kolvetnum í fæðu manna, en laktósi er í mjólkurvörum.
Þótt flestar frumur líkamans geti brotið niður önnur lífræn efnasambönd til orkuöflunar geta allar frumur líkamans nýtt glúkósa. Taugafrumur í heila, mænu og úttaugakerfi, ásamt rauðum blóðkornum, geta auk þess aðeins nýtt glúkósa sem orkugjafa. Þegar glúkósi er brotinn niður til orkuöflunar myndast sameindir adenósínþrífosfats, betur þekkt sem ATP. Adenósínþrífosfat (ATP) er gert úr ríbósasykru, adenínbasa og þremur fosfathópum. ATP losar frjálsa orku þegar fosfattengi þess rofna og veitir frumunni þannig aðgengilega orku. Meira ATP myndast í nærveru súrefnis (O2) en í ferlum sem nýta ekki súrefni. Heildarhvarfið þar sem orku glúkósa er breytt í orku sem geymist í ATP má rita þannig:
Auk þess að vera mikilvægur orkugjafi eru kolvetni í mjög litlu magni hluti af byggingu frumna. Sumar kolvetnissameindir bindast til dæmis prótínum og mynda glýkóprótein en aðrar tengjast lípíðum og mynda glýkólípíð. Hvort tveggja finnst í himnunni sem umlykur innihald líkamsfrumna.
Lípíð
Svonefnd lípíð eru mjög fjölbreyttur hópur efnasambanda sem eru að mestu gerð úr vetniskolefnum. Þær fáu súrefnisfrumeindir sem þau innihalda eru oft á jaðri sameindarinnar. Óskautaðir vetniskolefnishlutar þeirra gera öll lípíð vatnsfælin. Í vatni mynda lípíð ekki eiginlega lausn en geta myndað fleyti, það er blöndu vökva sem blandast illa.
Þríglýseríð
Svonefnd þríglýseríð eru einn algengasti flokkur lípíða í fæðu og jafnframt algengasta gerð lípíða í líkamsvefjum. Þessi efnasambönd, sem almennt nefnast fita, myndast við samruna tveggja gerða sameinda (Mynd 2.21):
Þríglýseríð myndast með afvötnunarmyndun. Við hvert tengi lætur glýserólið frá sér vetnisfrumeind úr hýdroxýlhópi sínum og karboxýlhópur hverrar fitusýrukeðju lætur frá sér hýdroxýlhóp. Við þetta losna samtals þrjár vatnssameindir.
Fitusýrukeðjur sem hafa engin tvítengi milli kolefnisfrumeinda og innihalda því hámarksfjölda vetnisfrumeinda nefnast mettaðar fitusýrur. Þessar beinu og stífu keðjur raðast þétt saman og eru fastar eða hálffastar við stofuhita (Mynd 2.22 a). Smjör og svínafeiti eru dæmi, sem og fitan á steik eða í eigin líkama. Fitusýrur með eitt tvítengi milli kolefnisfrumeinda bogna hins vegar við tengið (Mynd 2.22 b). Þessar einómettuðu fitusýrur geta því ekki raðast þétt saman og eru fljótandi við stofuhita. Fjölómettaðar fitusýrur hafa tvö eða fleiri tvítengi milli kolefnisfrumeinda og eru einnig fljótandi við stofuhita. Jurtaolíur á borð við ólífuolíu innihalda yfirleitt bæði einómettaðar og fjölómettaðar fitusýrur.
Fæða sem inniheldur mikið af mettuðum fitusýrum eykur hættu á hjartasjúkdómum en talið er að fæða sem inniheldur mikið af ómettuðum fitusýrum dragi úr henni. Þetta á einkum við um ómettuðu ómega-3-fitusýrurnar í kaldsjávarfiskum á borð við lax. Fyrsta tvítengi þessara fitusýra milli kolefnisfrumeinda er við þriðju kolefnisfrumeind vetniskolefniskeðjunnar frá metýlhópnum, sem nefnist ómega-endi sameindarinnar.
Loks eru trans fitusýrur sem finnast í sumum unnum matvælum, þar á meðal sumum gerðum stangar- og dósasmjörlíkis, taldar enn skaðlegri fyrir hjarta og æðar en mettaðar fitusýrur. Trans fitur eru gerðar úr ómettuðum fitusýrum, til dæmis maísolíu, með efnafræðilegri meðhöndlun sem myndar fitu sem hefur verið hert að hluta.
Þríglýseríð eru sem flokkur mikilvægur orkugjafi líkamans. Þegar þú hvílist eða sefur kemur megnið af orkunni sem viðheldur lífsstarfseminni frá þríglýseríðum sem geymd eru í fituvefjum. Þríglýseríð veita einnig orku við langvarandi og hæga hreyfingu á borð við garðvinnu eða gönguferðir og leggja til hóflegan hluta orkunnar við kröftuga hreyfingu. Fita í fæðu auðveldar einnig frásog og flutning óskautuðu fituleysanlegu vítamínanna A, D, E og K. Geymd líkamsfita ver auk þess bein og innri líffæri líkamans, dempar högg og einangrar líkamann svo hann haldi varma.
Fitusýrur eru einnig hluti glýkólípíða, sykur-fituefnasambanda sem finnast í frumuhimnunni. Lípóprótein eru efnasambönd þar sem vatnsfælnum þríglýseríðum er pakkað í prótínhjúpa svo flytja megi þau í líkamsvökvum.
Fosfólípíð
Eins og heitið gefur til kynna myndast fosfólípíð þegar glýserólhluti lípíðs tengist fosfatsameind. Fosfólípíð líkjast raunar þríglýseríðum að byggingu. Í stað þriggja fitusýra myndast fosfólípíð þó úr tvíglýseríði, það er glýseróli með aðeins tveimur fitusýrukeðjum (Mynd 2.23). Þriðja tengisetið á glýserólinu er setið af fosfathópnum sem tengist síðan skautuðu „höfuðsvæði“ sameindarinnar. Mundu að þríglýseríð eru óskautuð og vatnsfælin. Þetta á enn við um fitusýruhluta fosfólípíðsameindar. Höfuð fosfólípíðs ber hins vegar hleðslur á fosfathópunum og niturfrumeindinni. Þessar hleðslur gera fosfólípíðhausinn vatnssækinn. Því er sagt að fosfólípíð hafi vatnsfælna hala úr óhlöðnum fitusýrum og vatnssækna hausa sem innihalda hlaðna fosfathópa og niturfrumeind.
Sterar
Svonefnt sterasamband nefnist einnig steról og hefur fjóra vetniskolefnishringi að grunnbyggingu sem tengjast ýmsum öðrum frumeindum og sameindum (sjá Mynd 2.23 b). Bæði plöntur og dýr mynda steról, en það steról sem skiptir mestu máli fyrir byggingu og starfsemi mannslíkamans er kólesteról. Lifur manna og dýra myndar kólesteról og það er einnig í flestum matvælum úr dýraríkinu. Líkt og í öðrum lípíðum gera vetniskolefnishlutar kólesteróls það vatnsfælið, en það hefur skautaðan vatnssækinn hýdroxýlhaus. Kólesteról er mikilvægur hluti gallsýra, efnasambanda sem hjálpa til við að fleyta fitu úr fæðu. Orðhlutinn chole- vísar raunar til galls. Kólesteról er einnig byggingareining margra hormóna, boðsameinda sem líkaminn losar til að stjórna ferlum á fjarlægum stöðum. Líkt og fosfólípíð finnast kólesterólsameindir loks í frumuhimnunni, þar sem vatnsfælin og vatnssækin svæði þeirra hjálpa til við að stjórna flæði efna inn í frumuna og út úr henni.
Prostaglandín
Svonefnt prostaglandín er boðsameind sem verkar líkt og hormón, en prostaglandín eru mynduð úr ómettuðum fitusýrum (sjá Mynd 2.23 c). Ein ástæða þess að ómega-3-fitusýrur í fiski eru heilsusamlegar er að þær örva myndun tiltekinna prostaglandína sem hjálpa til við að stjórna blóðþrýstingi og bólgu og draga þannig úr hættu á hjartasjúkdómum. Prostaglandín auka einnig næmi tauga fyrir sársauka. Einn flokkur verkjalyfja, bólgueyðandi gigtarlyf (NSAID), verkar með því að draga úr áhrifum prostaglandína.
Prótín
Þú tengir prótín ef til vill við vöðvavef, en þau eru í raun mikilvægir efnisþættir allra vefja og líffæra. Svonefnt prótín er lífræn sameind úr amínósýrum sem tengjast með peptíðtengjum. Til prótína teljast keratín í yfirhúðinni sem ver undirliggjandi vefi og kollagen í leðurhúð, beinum og heila- og mænuhimnum. Prótín eru einnig hluti margra virkra efna líkamans, þar á meðal meltingarensíma í meltingarvegi, mótefna, taugaboðefna sem taugafrumur nota til samskipta við aðrar frumur og peptíðhormóna sem stjórna tiltekinni líkamsstarfsemi, til dæmis vaxtarhormóns. Kolvetni og lípíð eru gerð úr kolefni, vetni og súrefni en öll prótín innihalda einnig nitur (N), auk þess sem mörg þeirra innihalda brennistein (S).
Smábygging prótína
Prótín eru fjölliður úr einliðum sem innihalda nitur og nefnast amínósýrur. Svonefnd amínósýra er sameind úr amínóhópi og karboxýlhópi ásamt breytilegri hliðarkeðju. Aðeins 20 mismunandi amínósýrur mynda nær öll þau þúsund prótín sem eru mikilvæg fyrir byggingu og starfsemi mannslíkamans. Prótín líkamans innihalda einstaka samsetningu af nokkrum tugum upp í nokkur hundruð þessara 20 amínósýrueinliða. Allar amínósýrurnar 20 hafa svipaða byggingu (Mynd 2.24). Þær hafa allar miðlæga kolefnisfrumeind sem eftirfarandi tengjast:
Taktu eftir að allar amínósýrur innihalda bæði sýru, það er karboxýlhópinn, og basa, það er amínóhópinn (amine = „inniheldur nitur“). Þær eru því mjög góðir stuðpúðar og hjálpa líkamanum að stjórna sýru-basajafnvægi. Breytilegi hópurinn greinir amínósýrurnar 20 hverja frá annarri og nefnist hliðarkeðja eða R-hópur. Hópurinn getur verið misstór og skautaður eða óskautaður og gefur hverri amínósýru einstaka eiginleika. Hliðarkeðjur tveggja amínósýra, systeins og meþíóníns, innihalda til dæmis brennistein. Brennisteinn tekur ekki auðveldlega þátt í vetnistengjum en allar aðrar amínósýrur gera það. Þessi munur hefur áhrif á samsetningu prótína sem innihalda systein og meþíónín.
Amínósýrur tengjast með afvötnunarmyndun og mynda prótínfjölliður (Mynd 2.25). Hið sérstaka tengi milli amínósýra nefnist peptíðtengi. Svonefnt peptíðtengi er samgilt tengi milli tveggja amínósýra sem myndast með afvötnunarmyndun. Peptíð er í raun mjög stutt amínósýrukeðja. Keðjur með færri en um 100 amínósýrur eru almennt nefndar fjölpeptíð fremur en prótín.
Líkaminn getur myndað flestar amínósýrur úr efnisþáttum annarra sameinda, en níu þeirra getur hann ekki myndað og verður að fá með fæðu. Þær nefnast lífsnauðsynlegar amínósýrur.
Sagt er að frjálsar amínósýrur sem eru tiltækar til prótínmyndunar séu í amínósýruforða frumna. Byggingar innan frumnanna nýta þessar amínósýrur við samsetningu prótína. Ef tiltekin lífsnauðsynleg amínósýra er ekki í nægilegu magni í amínósýruforðanum getur myndun prótína sem innihalda hana þó hægt á sér eða jafnvel stöðvast.
Lögun prótína
Rétt eins og ekki er hægt að borða súpu með gaffli eða stinga í kjöt með skeið er lögun prótíns nauðsynleg fyrir starfsemi þess. Lögun prótíns ræðst fyrst og fremst af röð amínósýranna sem mynda það (Mynd 2.26 a). Röðin nefnist fyrsta stigs bygging prótínsins.
Sum fjölpeptíð eru línulegar keðjur en flest snúast eða falla saman í flóknari annars stigs byggingu. Hún myndast þegar tengi verða til milli amínósýra með ólíka eiginleika á mismunandi svæðum fjölpeptíðsins. Algengasta annars stigs byggingin er gormur sem nefnist α-gormur. Ef snæri væri einfaldlega snúið í gorm héldi það ekki löguninni. Á sama hátt gæti amínósýrukeðja ekki haldið stöðugri gormlögun án vetnistengja sem mynda brýr milli mismunandi svæða sömu keðju (sjá Mynd 2.26 b). Sjaldnar getur fjölpeptíðkeðja myndað β-flöt. Þá mynda vetnistengi brýr milli mismunandi svæða einnar fjölpeptíðkeðju sem hefur lagst aftur að sjálfri sér eða milli tveggja eða fleiri aðliggjandi fjölpeptíðkeðja.
Annars stigs bygging prótína fellur enn frekar saman í þétta þrívíddarlögun sem nefnist þriðja stigs bygging prótínsins (sjá Mynd 2.26 c). Í þessari lögun geta amínósýrur sem voru mjög langt hver frá annarri í fyrstu keðjunni færst þétt saman með vetnistengjum eða, í prótínum sem innihalda systein, dísúlfíðtengjum. Svonefnt dísúlfíðtengi er samgilt tengi milli brennisteinsfrumeinda í fjölpeptíði. Oft tengjast tvö eða fleiri aðskilin fjölpeptíð og mynda enn stærra prótín með fjórða stigs byggingu (sjá Mynd 2.26 d). Fjölpeptíðundireiningarnar sem mynda fjórða stigs bygginguna geta verið eins eða ólíkar. Hemóglóbín, prótínið í rauðum blóðkornum, er til dæmis gert úr fjórum fjölpeptíðum með þriðja stigs byggingu, tveimur alfa-keðjum og tveimur beta-keðjum.
Prótín eðlissviptast þegar þau verða fyrir miklum hita, sýrum, bösum og tilteknum öðrum efnum. Eðlissvipting er breyting á byggingu sameindar af eðlis- eða efnafræðilegum orsökum. Eðlissvipt prótín missa starfhæfa lögun sína og geta ekki lengur gegnt hlutverki sínu. Hversdagslegt dæmi um eðlissviptingu prótína er þegar mjólk ystar eftir að súrum sítrónusafa er bætt út í hana.
Varla er hægt að ofmeta mikilvægi lögunar prótíns fyrir starfsemi þess. Löng og grönn lögun prótínþráða í vöðvavef er til dæmis nauðsynleg fyrir getu þeirra til að dragast saman og slakna. Bein innihalda einnig langa þræði prótíns sem nefnist kollagen og myndar stoðgrind sem steinefni beinanna setjast á. Þessi ílöngu prótín nefnast þráðlaga prótín; þau eru sterk, endingargóð og yfirleitt vatnsfælin.
Hnattlaga prótín eru hins vegar hnöttótt eða kúlulaga, yfirleitt mjög hvarfgjörn og vatnssækin. Hemóglóbínprótínin í rauðum blóðkornum eru dæmi um þau (sjá Mynd 2.26 d). Hnattlaga prótín eru þó víða í líkamanum og gegna lykilhlutverki í flestum líkamsferlum. Ensím, sem áður voru kynnt sem prótínhvatar, eru dæmi um þau. Í næsta hluta verður virkni ensíma skoðuð nánar.
Prótín virka sem ensím
Ef þú værir að skrifa ritgerð og þyrftir að bíða í sex eða sjö mínútur eftir svari í hvert sinn sem þú ýttir á lykil á fartölvunni myndirðu líklega fá þér nýja tölvu. Á svipaðan hátt væri mannslíkaminn óstarfhæfur án ensíma sem hvata efnahvörf. Hann starfar aðeins vegna þess að ensímin starfa.
Ensímhvötuð hvörf, það er efnahvörf sem ensím hvata, hefjast þegar hvarfefni bindast ensíminu. Svonefnt hvarfefni ensíms er efni sem tekur þátt í ensímhvötuðu hvarfi. Bindingin verður á svæðum ensímsins sem nefnast hvarfstöðvar (Mynd 2.27). Hvert ensím hvatar aðeins eina gerð efnahvarfs. Þessi eiginleiki nefnist sérhæfni og stafar af því að hvarfefni með tiltekna lögun og rafhleðslu getur aðeins bundist hvarfstöð sem samsvarar því.
Vegna þessarar púsluspilslíku samsvörunar ensíms og hvarfefna þess eru ensím þekkt fyrir sérhæfni sína. Þegar ensím binst hvarfefni sínu breytist bygging þess lítillega svo besta samsvörun náist milli hvarfástandsins, það er byggingarmillistigs milli hvarfefnis og myndefnis, og hvarfstöðvarinnar, rétt eins og gúmmíhanski lagar sig að hendi. Þessi breyting hvarfstöðvarinnar í nærveru hvarfefnis, samhliða myndun hvarfástandsins, nefnist framkölluð aðlögun. Almennt samsvarar sértækt ensím hverju hvarfefni og þar með hverju efnahvarfi, en þó er einnig nokkur sveigjanleiki. Sum ensím geta verkað á nokkur ólík hvarfefni með skylda byggingu.
Þegar hvarfefni binst myndast ensím-hvarfefnisflóki. Líklegt er að ensím hraði efnahvörfum að hluta vegna tímabundinna og afturkræfra breytinga í þessum flóka sem beina hvarfefnunum hvert að öðru í bestu mögulegu afstöðu fyrir víxlverkun þeirra. Það eykur hvarfhraðann. Ensímið losar síðan myndefnið eða myndefnin og fær aftur upprunalega lögun. Það getur þá endurtekið ferlið meðan hvarfefni er til staðar.
Önnur hlutverk prótína
Auglýsingar um prótínstykki, prótínduft og prótíndrykki segja allar að prótín séu mikilvæg við myndun, viðgerð og viðhald vöðvavefs. Sannleikurinn er þó sá að prótín koma við sögu í öllum líkamsvefjum, allt frá húð til heilafrumna. Tiltekin prótín virka einnig sem hormón, það er efnaboðberar sem hjálpa til við að stjórna líkamsstarfseminni. Vaxtarhormón er til dæmis meðal annars mikilvægt fyrir vöxt beinagrindarinnar.
Eins og áður kom fram gera basískir og súrir efnisþættir prótínum kleift að virka sem stuðpúðar og viðhalda sýru-basajafnvægi. Þeir hjálpa einnig til við að stjórna vökva- og rafvakajafnvægi. Prótín draga að sér vökva og heilbrigður styrkur prótína í blóði, frumum og bilum milli frumna stuðlar að jafnvægi vökva í þessum ólíku „hólfum“. Prótín í frumuhimnunni hjálpa auk þess til við að flytja rafvaka inn í frumuna og út úr henni og halda þannig jafnvægi þessara jóna. Líkt og lípíð geta prótín bundist kolvetnum. Þannig geta myndast glýkóprótein eða próteóglýkön sem gegna margvíslegum hlutverkum í líkamanum.
Líkaminn getur nýtt prótín til orkuöflunar þegar neysla kolvetna og fitu er ófullnægjandi og birgðir glýkógens og fituvefs ganga til þurrðar. Þar sem prótín eru þó hvergi geymd nema í starfhæfum vefjum veldur notkun þeirra til orkuöflunar niðurbroti vefja og rýrnun líkamans.
Núkleótíð
Núkleótíð eru fjórða gerð lífrænna efnasambanda sem er mikilvæg fyrir byggingu og starfsemi mannslíkamans (Mynd 2.28). Svonefnd núkleótíð tilheyra flokki lífrænna efnasambanda sem eru gerð úr þremur undireiningum:
Núkleótíð geta tengst og myndað kjarnsýrur (DNA eða RNA) eða orkuefnasambandið adenósínþrífosfat.
Kjarnsýrur
Kjarnsýrur eru ólíkar eftir gerð fimmkolefnissykrunnar. Deoxýríbókjarnsýra (DNA) er gerð úr núkleótíðum og geymir erfðaupplýsingar. DNA inniheldur deoxýríbósa, nefndan svo vegna þess að hann hefur einni súrefnisfrumeind færra en ríbósi, ásamt einum fosfathópi og einum niturbasa. Basarnir í DNA eru adenín, cýtósín, gúanín og týmín. Ríbókjarnsýra (RNA) inniheldur ríbósa og tekur þátt í tjáningu erfðakóðans með prótínmyndun. RNA inniheldur ríbósa, einn fosfathóp og einn niturbasa, en basarnir í RNA eru adenín, cýtósín, gúanín og úrasíl.
Niturbasarnir adenín og gúanín flokkast sem púrín. Svonefnt púrín er niturinnihaldandi sameind með tvíhringjabyggingu sem rúmar nokkrar niturfrumeindir. Basarnir cýtósín, týmín, sem aðeins finnst í DNA, og úrasíl, sem aðeins finnst í RNA, eru pýrimídín. Svonefnt pýrimídín er niturbasi með einum hring.
Tengi sem myndast með afvötnunarmyndun milli fimmkolefnissykrunnar í einum kjarnsýrueinliði og fosfathóps annars mynda „grind“ sem niturbasar efnisþáttanna ganga út frá. Í DNA tengjast tvær slíkar grindur með vetnistengjum milli útstæðra basa sinna. Þær snúast og mynda lögun sem nefnist tvöfaldur gormur (Mynd 2.29). Röð niturbasa í DNA-streng myndar genin sem starfa sem sameindakóði og gefa frumum fyrirmæli um samsetningu amínósýra í prótín. Menn hafa nær 22.000 gen í DNA sínu, geymd í 46 litningum inni í kjarna hverrar frumu, að undanskildum rauðum blóðkornum sem missa kjarna sinn við þroskun. Genin geyma erfðakóðann sem gefur fyrirmæli um byggingu líkamans og eru einstök fyrir hvern einstakling nema eineggja tvíbura.
RNA er hins vegar einn þráður með sykru-fosfatgrind og útstæðum bösum. Sendiboða-RNA (mRNA) myndast við prótínmyndun og flytur erfðafyrirmælin úr DNA til prótínverksmiðja frumunnar í umfryminu, ríbósómanna.
Adenósínþrífosfat
Núkleótíðið adenósínþrífosfat (ATP) er gert úr ríbósasykru, adenínbasa og þremur fosfathópum (Mynd 2.30). ATP flokkast sem orkuríkt efnasamband vegna þess að samgildu tengin tvö sem tengja fosfathópana þrjá geyma umtalsverða stöðuorku. Í líkamanum knýr orkan sem losnar úr þessum orkuríku tengjum ýmsa starfsemi, allt frá vöðvasamdrætti og flutningi efna inn í frumur og út úr þeim til uppbyggingarhvarfa.
Þegar fosfathópur er klofinn frá ATP myndast adenósíndífosfat (ADP) og einn ólífrænn fosfathópur (Pi). Þetta vatnsrofshvarf má rita þannig:
Þegar annar fosfathópur er fjarlægður verða eftir adenósíneinfosfat (AMP) og tveir fosfathópar. Við þessi hvörf losnar einnig orkan sem hafði verið geymd í tengjunum milli fosfathópanna. Hvörfin eru jafnframt afturkræf, til dæmis þegar ADP verður fyrir fosfórun. Svonefnd fosfórun er viðbót fosfathóps við lífrænt efnasamband og myndar í þessu tilviki ATP. Þá verður að leggja aftur til sömu orku og losnaði við vatnsrofið til að knýja afvötnunarmyndunina.
Frumur geta einnig flutt fosfathóp frá ATP yfir á annað lífrænt efnasamband. Þegar glúkósi berst fyrst inn í frumu er fosfathópur til dæmis fluttur frá ATP og glúkósafosfat (C6H12O6—P) og ADP myndast. Eftir þessa fosfórun getur glúkósinn geymst sem glýkógen eða farið í efnaskipti til tafarlausrar orkuöflunar.