酵素: どのように働き、何をするのか

人間の体の各細胞には何千もの酵素が含まれています。酵素は、各細胞内の化学反応を促進するのに役立ちます。

酵素はプロセス中に破壊されないため、細胞は各酵素を繰り返し再利用できます。

この記事では、酵素とは何か、そして酵素が体のさまざまな部分で果たす役割について概説します。

基本

酵素の大部分はタンパク質ですが、一部はリボ核酸 (RNA) 分子です。 RNA 分子は DNA からの情報を翻訳し、タンパク質を作成します。

各細胞には何千もの酵素が含まれており、体全体に特定の助けを提供します。

酵素は、人間の生命と健康を維持する化学反応を助けます。たとえば、食べ物や飲み物をエネルギーに分解するプロセスである代謝に必要な機能を果たします。

酵素は細胞内の化学反応を加速（触媒）します。より具体的には、意図した反応を開始するために必要な閾値を下げます。それらは、基質として知られる別の物質に結合することによってこれを行います。

酵素は何をするのでしょうか？

酵素は体内の多くの重要なプロセスをサポートします。例としては次のようなものがあります。

• 消化器系:酵素は、体がより大きな複雑な分子をグルコースなどのより小さな分子に分解して、体が燃料として使用できるようにするのに役立ちます。
• DNA 複製:体内の各細胞には DNA が含まれています。細胞が分裂するたびに、細胞はその DNA をコピーする必要があります。酵素は、DNA コイルの巻きを解くことでこのプロセスを助けます。
• 肝臓酵素:肝臓は体内の毒素を分解します。これを行うために、毒素を破壊するプロセスを促進するさまざまな酵素が使用されます。

酵素が助けるその他の活動には次のようなものがあります。

• ホルモンの生成
• 細胞調節
• 筋肉を収縮させる動きを作り出す
• 細胞内の物質を輸送する
• 呼吸
• シグナル伝達

酵素の仕組み

「錠と鍵」モデルは 1894 年に初めて提案されました。このモデルでは、酵素の活性部位は特定の形状であり、錠と鍵のように基質のみがその中に収まります。

新しいモデルである誘導適合モデルは、正確に適合しない基質と活性部位の間の反応を説明するのに役立ちます。

このモデルでは、活性部位は基質と相互作用するにつれて形状を変化させます。基材が完全に正確な位置に固定されると、触媒作用が開始されます。

完璧な条件

酵素は特定の条件下でのみ機能します。人間の体内のほとんどの酵素は、体の典型的な温度である華氏 98.6 度 (37°C) 付近で最もよく機能します。より低い温度でも機能する可能性がありますが、速度は大幅に低下します。

温度が高すぎる場合、または環境が酸性またはアルカリ性すぎる場合、酵素は形状を変化させます。これにより活性部位の形状が変化し、基質が結合できなくなります。これが変性しているんです。

異なる酵素は異なるレベルの酸性度に耐えます。たとえば、腸内の酵素は pH 8 付近で最もよく機能しますが、胃の酵素は pH 1.5 付近で最もよく機能します。これは、胃がはるかに酸性であるためです。

補因子

一部の酵素は、補因子として知られる特定の非タンパク質分子に結合しないと機能できません。補因子にはイオンと補酵素の 2 種類があります。

イオンは、酵素が機能できるように緩く結合する無機分子です。対照的に、補酵素は有機分子であり、酵素と緩く結合して酵素の働きを可能にします。

補因子が酵素としっかりと結合する場合、それは補欠分子族として知られます。

阻害

体のシステムが正しく機能するためには、酵素の機能を低下させることが必要な場合があります。たとえば、酵素が生成物を過剰に生成する場合、体は生成を減らすか停止する方法を必要とします。

酵素活性レベルを制限する要因としては、次のようなものがあります。

• 競合阻害剤:この阻害剤分子は活性部位をブロックするため、基質が酵素に結合するには阻害剤と競合する必要があります。
• 非競合阻害剤:この分子は活性部位以外のどこかで酵素に結合し、酵素の効果的な働きを低下させます。
• 非競合的阻害剤:この阻害剤は酵素と基質に結合します。生成物が活性部位から離れにくくなり、反応が遅くなります。
• 不可逆的阻害剤:これは不可逆的阻害剤であり、酵素に結合して永久的に不活性化します。

具体的な酵素の例

人間の体内には数千の酵素が存在し、約 5,000 の異なる機能を実行します。いくつかの例を示します。

• リパーゼ:このグループの酵素は、腸内の脂肪の消化を助けます。
• アミラーゼ：唾液中では、アミラーゼがデンプンを糖に変えるのを助けます。
• マルターゼ：これも唾液中に存在し、砂糖のマルトースをグルコースに分解します。
• トリプシン:これらの酵素は小腸でタンパク質をアミノ酸に分解します。
• ラクターゼ：ラクターゼは、牛乳に含まれる糖であるラクトースをグルコースとガラクトースに分解します。
• アセチルコリンエステラーゼ:これらの酵素は、神経と筋肉の神経伝達物質アセチルコリンを分解します。
• ヘリカーゼ:ヘリカーゼ酵素は DNA を解きます。
• DNA ポリメラーゼ:これらの酵素はデオキシリボヌクレオチドから DNA を合成します。

酵素の種類

専門家は、酵素が体内で果たす機能に基づいて、酵素をいくつかの異なるタイプに分類します。さまざまなタイプには次のようなものがあります。

• 酸化還元酵素
• 転移酵素
• 加水分解酵素
• リアーゼ
• リガーゼ
• イソメラーゼ

体が適切に機能するには、さまざまなタイプのすべてが必要です。

まとめ

酵素は人体の日々の活動に大きな役割を果たしています。酵素は分子と結合して化学反応を開始することによって機能します。これらは、特定の pH レベルと温度で最もよく機能します。

これらは、消化器系、神経系、筋肉などが適切に機能する上で重要な役割を果たします。