Shutterstock
Entsyymit ovat elimistön rakennuspalikoita

Entsyymit saavat elämän rattaat raksuttamaan

Entsyymeillä on elintärkeitä tehtäviä kaikissa eliöissä, eikä elämää olisi olemassa ilman näitä mikroskooppisia proteiineja. Luonnon omalla käyttövoimalla yritetään vauhdittaa vihreää siirtymää.

Mitä entsyymit ovat?

Entsyymit ovat proteiineja, joita esiintyy kaikissa eliöissä yksisoluisista bakteereista kasveihin, eläimiin ja ihmisiin.

Eräänlaisina moottoreiden mikroskooppisina kone-eliminä entsyymit pitävät yllä monenlaisia luonnollisia prosesseja, eikä Maan elämää olisi olemassa ilman entsyymejä.

Muiden proteiinien tavoin entsyymit koostuvat pitkistä aminohappoketjuista, joissa on hiiltä, happea ja typpeä.

Aminohappoketjut laskostuvat kolmiulotteisiksi rakenteiksi, joiden muoto ja koko vaihtelevat paljon.

Se, miten entsyymi toimii eliössä, riippuu entsyymin ominaisuuksista.

Enzymet alfa-amylase.

Alfa-amylaasi kuuluu tärkkelystä glukoosiksi hajottaviin entsyymeihin. Glukoosi puolestaan on eliöiden tärkeimpiä energialähteitä. Amylaasientsyymejä käytetään laajasti alkoholin, oluen, etikan ja muiden käymistuotteiden valmistuksessa.

© Shutterstock

Nykyään tunnetaan tuhansia eri entsyymejä. Entsyymit voidaan jakaa kuuteen pääryhmään tehtävien mukaan.

Entsyymien pääryhmät ovat:

  • oksikoreduktaasit
  • transferaasit
  • hydrolaasit
  • lyaasit
  • isomeraasit
  • ligaasit

Kuinka entsyymit toimivat?

Entsyymit ovat biologisia katalyyttejä.

Katalyytit ovat aineita, jotka nopeuttavat – esimerkiksi ruoansulatukseen liittyviä – kemiallisia reaktioita kulumatta itse niissä. Vauhti voi nousta katalyytin ansiosta jopa miljoonakertaiseksi.

Entsyymit kiihdyttävät kemiallisia reaktioita pienentämällä aktivointi- eli aktivoitumisenergiaa.

Aktivointienergia tarkoittaa sitä energiaa, joka tarvitaan, jotta kemiallinen reaktio käynnistyy.

Mitä pienemmän aktivointienergian kemiallinen reaktio vaatii, sitä ripeämmin se käynnistyy.

Kemiallista reaktiota voidaan verrata polkupyörään, jolla halutaan rullata alamäkeä.

Ennen kuin voi lähteä ajamaan rinnettä alas, pyörä pitää saada mäen päälle. Huipulle pääsy vastaa sitä, että kemiallisen reaktion käynnistymisen vaatima aktivointienergia on koossa. Mäki vaikuttaa muodollaan siihen, kuinka paljon energiaa sen laelle nouseminen kuluttaa.

Entsyymien voidaan sanoa "lykkivän" pyörää ylämäkeen ja siten nopeuttavan nousua huipulle, josta päästään ajamaan rinnettä alas.

"Lykkiminen" rinnastuu katalyytin vaikutukseen kemiallisen reaktion käynnistymisnopeuteen. Entsyymi sitoutuu vain aineisiin, jotka sopivat sen aktiiviseen kohtaan. Entsyymin toiminnan kohdetta kutsutaan substraatiksi.

Entsyymin aktiivinen kohta on yleensä "kupissa" eli kolmiulotteisen rakenteen muodostamassa kuopassa. Katalyysiä ei tapahdu, ellei aine sovi kuppiin niin kuin avain lukkoon:

Katalyse.
© Shutterstock

Esimerkiksi laktoosi eli maitosokeri voi sitoutua vain laktaasiin, sillä laktoosi sopii laktaasin aktiiviseen kohtaan (avaimenreikään).

Muut aineet eivät sovi laktaasin avaimenreikään, eivätkä ne siten saa aikaan sitä katalyyttistä vaikutusta, joka nopeuttaa kemiallisia reaktioita.

Mitä entsyymejä ihmisellä on?

On arvioitu, että ihmiskehossa toimii noin 75 000 erilaista entsyymiä. Jokaisessa solussa esiintyy yli 1 300 entsyymiä.

Entsyymit auttavat rakentamaan ja hajottamaan soluja ja pilkkomaan ravintoaineita.

On esimerkiksi entsyymejä, jotka osallistuvat hiilihydraattien hajottamiseen, ja entsyymejä, jotka edistävät uuden dna:n muodostumista soluissa.

Entsyymit ovat keskeisessä asemassa ruoansulatuksessa. Ilman niitä aikuisen keho saisi aterian sisältämät ravintoaineet käyttöönsä noin 50 vuodessa.

Ruoan entsymaattinen hajoaminen alkaa jo suussa, sillä sylki sisältää ptyaliinia, joka pilkkoo tärkkelystä maltoosiksi. Tämä myös mallassokerina tunnettu aine koostuu kahdesta glukoosimolekyylistä.

Entsyymin toiminnan voi itse asiassa maistaa.

Kun pureskelee ruisleipää niin kauan, että siitä ja syljestä muodostuu märkää massaa, suu alkaa maistua aina vain makeammalta. Selitys löytyy siitä, että entsyymi pilkkoo tärkkelystä maltoosiksi.

Ruokamassa jatkaa matkaansa mahaan. Suolahapon happamoittamassa ympäristössä toimiva pepsiini hajottaa proteiineja.

Kun hapan ruokasula siirtyy eteenpäin, haimanesteen entsyymit ottavat ruoansulatuksen hoitaakseen.

Den menneskelige galdeblære.

Ilman haiman erittämiä proteaasi-, amylaasi- ja lipaasientsyymejä ruoansulatus ei toimi normaalisti.

© Shutterstock

Haimaneste pilkkoo niin proteiineja, rasvaa kuin hiilihydraattejakin.

Proteiineja hajottava trypsiini vapauttaa ravinnon sisältämistä valkuaisaineista aminohappoja, jotka imeytyvät vereen.

Haimanesteen rasvaa pilkkovat entsyymit saavat aikaan glyserolia ja rasvahappoja, jotka liuettuaan läpäisevät suolenseinämän.

Hiilihydraateista syntyy maltoosia, ja vielä hajoamattomat proteiini-, rasva- ja hiilihydraattijäännökset jäävät suolinesteen käsiteltäviksi.

Suolenseinämästä peräisin oleva suolineste hajottaa jäännöksiä muun muassa glukoosiksi ja fruktoosiksi, jotka ovat imeytyviä sokereita.

Mangel på enzymer.

Jos entsyymejä erittyy liian vähän tai ne eivät toimi, ruoansulatus kärsii ja aiheuttaa usein vatsavaivoja. Tuoreet hedelmät ja kasvikset sisältävät ruoansulatusta edistäviä entsyymejä, mutta ne pitää nauttia kypsentämättöminä. Entsyymit tuhoutuvat nimittäin yli 42 asteen lämpötilassa.

© Shutterstock

Entsyymit ovat kiihdyttäneet myös kehitystä

Entsyymit eivät ole keskeisessä asemassa ainoastaan ihmiskehossa.

Entsymaattisen toiminnan ansiosta voidaan nauttia erilaisista oluista ja juustoista, pestä tehokkaasti pyykkiä ja lievittää flunssaoireita imeskelytableteilla.

Oluen valmistuksessa entsyymit ovat korvaamattomia, ja juoksute, joka edistää maidon saostumista tuotettaessa juustoa, sisältää kymosiinia eli renniiniä.

Entsyymit ovat hyödyllisiä myös pesuaineissa, sillä ne irrottavat rasvaa. Monet pesuaineet sisältävät neljänlaisia entsyymejä, jotta ne tehoaisivat monenlaiseen likaan – kasvien aiheuttamista värjäytymistä rasva- ja veritahroihin.

Vaskemiddel med enzymer.

Vuonna 1965 myyntiin tullut Biotex oli ensimmäisiä entsyymejä sisältäviä pyykinpesuaineita. Jo matalissa lämpötiloissa tehokkaasti rasvatahroja poistavat tuotteet perustuvat nykyään enimmäkseen entsyymeihin.

© Shutterstock

Entsyymeille on käyttöä myös lääketeollisuudessa. Niitä on muun muassa imeskelytableteissa, joilla hoidetaan yskää.

Luultavasti entsyymit auttavat ihmiskuntaa myös saavuttamaan kestävän kehityksen tavoitteet.

Yhdysvaltalainen kemisti Frances Arnold loi vuonna 1993 laboratoriossaan uusia, entistä tehokkaampia entsyymejä geenitekniikan keinoin.

Arnoldin kehittämän entsyymien valmistusmenetelmän ansiosta monia kemikaaleja ja biopolttoaineita voidaan tuottaa edullisemmin ja ympäristöystävällisemmin.

Frances H. Arnold

Vuonna 2018 yhdysvaltalainen kemisti Frances H. Arnold sai kemian Nobian palkinnon suunnatun evoluution kehittämisestä ja sen käyttämisestä entsyymien ja vasta-aineiden tuottamiseen.

© Wikimedia Commons

Keinotekoisista entsyymeistä voidaan odottaa apua myös muovijätteen hävittämiseen.

Vuonna 2022 yhdysvaltalaisen Texasin yliopiston tutkimusryhmä onnistui hajottamaan entsymaattisesti PET-muovia eli polyeteenitereftalaattia, jota käytetään paljon pakkauksissa, kuten juomapulloissa.

Pitkän tutkimuksen tuloksena löydettiin tavallisen PET-muovia pilkkovan entsyymin muunnos, joka hajottaa sitä peräti 10 000 kertaa niin tehokkaasti.

Voit tutustua asiaan tarkemmin täällä.