Enzymy
Enzym je jednoduchá či složená bílkovina s katalytickou aktivitou. Enzymy určují povahu i rychlost chemických reakcí a řídí většinu biochemických procesů v těle všech živých organismů včetně člověka. Věda o enzymech se jmenuje enzymologie a rozvíjí se zejména od 19. století, kdy si lidé začali všímat procesů, k nimž dochází např. při trávení potravy. Základní složkou enzymů jsou proteiny, na něž se velmi často vážou další přídatné molekuly známé jako kofaktory nebo prostetické skupiny, které se podílí na katalýze. Samotná enzymatická reakce probíhá obvykle v tzv. aktivním místě enzymu. Enzymů je obrovské množství a je možné je klasifikovat do sedmi skupin:
oxidoreduktázy, transferázy, hydrolázy, lyázy, izomerázy, ligázy
Od roku 2018 i translokasy. Všechny mají společnou katalytickou funkci; vedou reakci jinou reakční cestou, čímž umožňují energeticky méně náročný průběh reakce. Enzymy obecně jsou výrazně specifické a obvykle přeměňují jeden nebo několik málo substrátů, a to jedním definovaným způsobem. Aktivita enzymů, spočívající v ovlivnění rychlosti chemických reakcí snižováním jejich aktivační energie, je závislá zejména na koncentraci substrátu, teplotě, pH a přítomnosti aktivátorů a inhibitorů. Celá řada enzymů již našla praktické využití i v průmyslu a ve výzkumu.
Vlastnosti enzymů
Téměř všechny biochemické reakce jsou řízené enzymaticky. Enzymy jsou speciální skupina katalyzátorů, které stojí na pomezí heterogenní a homogenní katalýzy, ale v mnohém připomínají spíše tu heterogenní, ač jsou obvykle rozpuštěné ve vodě. Jsou tak výkonné, že enzymaticky katalyzované reakce dosahují 108–1014× vyšších rychlostí než reakce nekatalyzované. Extrémním příkladem je orotidin-5'-fosfátdekarboxyláza – díky ní reakce, která by trvala 78 milionů let, proběhne s poločasem 18 milisekund. Enzymy předčí svou rychlostí o několik řádů i běžné chemické katalyzátory. Enzymatická reakce má však i celou řadu dalších výhod. Takové reakce se dají obvykle uskutečnit za mnohem nižších teplot, při atmosférickém tlaku a při fyziologickém pH. Dále jsou enzymy velice specifické, mnohem více, než jakýkoliv chemický katalyzátor. Konečně je možné enzym snadno regulovat, například alostericky nebo třeba útlumem syntézy daného proteinu.
Využití enzymů
Enzymy nalezly celou řadu funkcí i v celé řadě oborů lidské činnosti. Neoddiskutovatelný je jejich význam ve vědě a výzkumu – běžně se využívají různé polymerázy, restrikční endonukleázy, proteázy a podobně. Už několik desetiletí se přidávají enzymy také do pracích prášků, čímž se zvyšuje účinnost odstraňování skvrn i při nižších teplotách. Enzymy šetří energii i v potravinářském, textilním a papírenském průmyslu, v odpadovém hospodářství a podobně. Do budoucna se uvažuje o masivním nasazení enzymů pro výrobu ekologicky šetrných biopaliv. Těmto a dalším aplikacím by mělo usnadnit cestu tzv. enzymové inženýrství.
Proteolytické enzymy se používají například v mlékárenském průmyslu jako syřidla (chymosin) nebo k přípravě hypoalergeního mléka. Enzymy lze využít i ke změkčování masa (papain). Pomocí enzymatického štěpení trisacharidů v luštěninách lze připravit takové luštěniny, které nenadýmají. V analytické chemii lze použít enzymů jako značek na specifickém indikátoru (např. ELISA). Pomocí redoxních enzymů lze poměrně snadno stanovit koncentraci specifického substrátu pro daný enzym. V lékařství lze podávat enzymy jako náhradu chybějících enzymů při poškození slinivky břišní či při léčbě některých onemocnění. Při perorálním podávání enzymů, které mají usnadnit trávení či metabolismus, zpravidla dochází k denaturaci těchto enzymů v žaludku. Denaturaci enzymů v kyselém prostředí žaludku je možno předcházet pomocí vhodné enkapsulace; žaludkem však v takovém případě projde jen několik procent enzymů v původním (nedegradovaném) stavu.