Wat is de oorzaak van enzymen voor het versnellen van chemische reacties?

Enzymen zijn biologische katalysatoren, wat betekent dat het moleculen zijn die in staat zijn om chemische reacties te versnellen. Het zijn grote, op eiwit gebaseerde verbindingen die zich binden aan de reactanten in een chemische reactie en, via een of meer mechanismen, helpen bij de reactie zonder helemaal zelf te worden veranderd. Omdat chemische reacties zo divers zijn, zijn de mechanismen waardoor enzymen chemische reacties versnellen ook gevarieerd.

Stabilisatie van de overgangstoestand

Bij elke chemische reactie moeten de reactanten een tijdelijke en zeer onstabiele conformatie ondergaan. wordt de 'overgangstoestand' genoemd. Hoewel de overgangstoestand technisch het punt is in de reactie waarin de banden worden verbroken terwijl nieuwe banden worden gevormd, is het gemakkelijker om dit in termen van een fysieke analogie voor te stellen. Als een persoon die op een oever van een rivier staat naar de andere oever wil springen, is de overgangstoestand het moment waarop de persoon zich in de lucht boven de rivier bevindt. Net als bij deze analogie, bestaan ​​chemische overgangstoestanden voor kleine fracties van tijd en zijn zeer onstabiel. Enzymen kunnen helpen de overgangstoestand van een reactie te stabiliseren, waardoor het voor de chemicaliën gemakkelijker wordt om die toestand te bereiken - en van daaruit verder producten te vormen. Dit versnelt de reactiesnelheid. In termen van de rivierspringende analogie fungeert een enzym als een springplank, waardoor het gemakkelijker wordt voor de persoon die de rivier springt om de lucht in te komen, en van daar naar de andere kant.

Acid-Base Catalysis

Sommige moleculaire componenten van enzymen werken als zuren en basen. Dit is nogal belangrijk, omdat de reactanten in een chemische reactie fysiek elkaar in de ruimte moeten ontmoeten om te kunnen reageren. Een goede manier om dit voor te stellen, is door je voor te stellen dat blauwe en rode ballen willekeurig rond een kamer stuiteren, waarbij de blauwe ballen één reactant vertegenwoordigen en de rode ballen een seconde vertegenwoordigen. Als een blauwe bal een rode bal raakt, reageren ze. Omdat het bouncen willekeurig gebeurt, is de kans groot dat de juiste ballen uiteindelijk elkaar raken. Als de reactie ook zuur of base vereist, wordt de situatie echter complexer. In een dergelijk geval moet een derde kleur van kogelgroen, bijvoorbeeld die zuur of base voorstelt, de rode en blauwe bal raken op exact hetzelfde moment waarop ze elkaar raken om de reactie te laten plaatsvinden. De kans hierop is erg laag. Enzymen hebben de mogelijkheid om de juiste chemicaliën te verzamelen - bijvoorbeeld de rode en blauwe ballen uit het voorbeeld - en bevatten ook het zuur of de base die nodig is om de reactie te voltooien, waardoor de behoefte aan groene ballen wordt geëlimineerd en de reactie wordt versneld.

Proximity and Orientation

Hoewel het handig is om een ​​chemische reactie voor te stellen als de botsing van twee stuiterende ballen, is het in werkelijkheid complexer. Niet alleen moeten de reactanten elkaar tegenkomen, ze moeten dit ook doen met de juiste oriëntatie. In plaats van dat ballen in botsing komen, is het een beetje nauwkeuriger om je voor te stellen dat sleutels en sloten rond een kamer stuiteren, waarbij de toetsen een reactant zijn en de vergrendelingen een seconde. Om een ​​reactie te laten plaatsvinden, moeten niet alleen een sleutel en een slot tegen elkaar botsen, ze moeten ook perfect in de ruimte gericht zijn, zodat de sleutel in het slot steekt. De kans hierop is vrij laag en dit kan chemische reacties zeer langzaam maken. Enzymen helpen bij het positioneren van reactanten, het aanpassen van de richting van de sleutel en het slot - de twee reactanten - zodat ze, wanneer ze elkaar tegenkomen, dat doen met de juiste richting en in staat zijn te reageren.