Hva er enzymer?
Enzymer er proteiner som finnes i alt fra encellede bakterier til planter, dyr og mennesker.
Som mikroskopiske tannhjul i en motor driver enzymer utallige prosesser i naturen, og uten enzymer ville det ikke være noe liv på jorden.
På samme måte som andre proteiner er enzymer bygd opp av lange kjeder av aminosyrer som består av grunnstoffene karbon, oksygen og nitrogen.
Aminosyrekjedene folder seg sammen i tredimensjonale strukturer som varierer mye i både størrelse og form.
Den unike formen bestemmer hvilken spesifikk funksjon enzymet har i levende organismer.
Alfa-amylase er et av flere enzymer som bryter ned stivelse til glukose. Glukose er en av de viktigste energikildene for de fleste levende organismer. Enzymer i gruppen amylaser brukes også i stor stil i framstilling av alkohol, øl, eddik og andre fermenteringsprodukter.
Vi kjenner i dag til tusenvis av ulike enzymer. Enzymene kan deles inn i seks hovedgrupper alt etter hvordan de virker i kroppen.
Enzymenes hovedgrupper er:
- oksidoreduktaser
- transferaser
- hydrolaser
- lyaser
- isomeraser
- ligaser
Hvordan virker enzymer?
Enzymer fungerer som såkalte biologiske katalysatorer.
En katalysator er et stoff som får en kjemisk prosess – for eksempel i fordøyelsen av mat i kroppen – til å skje opp til flere millioner ganger så raskt uten at det brukes noe av stoffet selv.
Enzymene øker farten på disse kjemiske prosessene ved å senke den såkalte aktiveringsenergien.
Aktiveringsenergien er som navnet antyder, den energien som skal til for å aktivere en kjemisk reaksjon.
Jo høyere aktiveringsenergi en bestemt kjemisk reaksjon krever, jo saktere går den.
Forestill deg den kjemiske reaksjonen som en sykkel som skal trille ned en bratt bakke.
For at sykkelen skal kunne rulle ned bakken, må den først opp av en grøft som ligger før bakketoppen. Grøften tilsvarer aktiveringsenergien, og jo mer aktiveringsenergi som skal til for å starte en kjemisk reaksjon, jo dypere er grøften.
Enzymene gir sykkelen en «dytt» opp av grøften før bakketoppen, og øker dermed hastigheten til den kjemiske reaksjonen.
Denne «dytten» – katalysen av den kjemiske reaksjonen – skjer ved at enzymet binder seg til bestemte molekyler, substrater, som passer til enzymets såkalte aktive sete.
Enzymets aktive sete er vanligvis formet som et hull på enzymets overflate. For at katalysen skal skje, må substratet passe akkurat i hullet – som en nøkkel i en lås:
For eksempel kan substratet laktose bare binde seg til enzymet laktase fordi laktose passer inn i det aktive setet – nøkkelhullet – i enzymet.
Andre substrater passer ikke inn i enzymets nøkkelhull og kan derfor ikke aktivere den katalysen som får fart på den kjemiske prosessen.
Hvilke enzymer finnes i kroppen?
Det anslås at det finnes omkring 75 000 ulike enzymer i menneskekroppen. I hver enkelt celle er det over 1300 enzymer.
Enzymene hjelper hele tiden med å bygge opp og bryte ned celler og næringsstoffer.
Noen enzymer bryter for eksempel ned karbohydrater i maten, mens andre enzymer sørger for å lage nytt DNA i cellene.
En av enzymenes viktigste funksjoner er å behandle den maten vi inntar. Uten enzymer ville det ta et voksent menneske omkring femti år å fordøye en middag.
Det første enzymet vi behandler maten med, finnes i spyttet. Det heter ptyalin og spalter stivelse til maltose, også kalt maltsukker, som består av to molekyler glukose.
Det er faktisk mulig å smake seg til enzymets virkning i spyttet.
Hvis du tygger lenge på en brødbit og løser den opp med spytt, blir brødet søtere og søtere. Det skyldes at stivelsen blir gjort om til maltsukker via enzymet.
Maten finner deretter veien ned i magen, der enzymet pepsin i magesaften tar over og spalter proteinstoffene til mindre molekyler.
Når maten har forlatt magesekken, overtar bukspyttkjertelens enzymer jobben med fordøyelsen.
Bukspyttkjertelen produserer og skiller ut enzymene protease, amylase og lipase, som alle er nødvendige for fordøyelsen vår.
Bukspyttet kan spalte både proteiner, fett og karbohydrater.
Det proteinspaltende enzymet trypsin spalter en del av proteinet fra maten til aminosyrer som går over i blodet.
De fettspaltende enzymene i bukspyttet spalter de fleste fettstoffer til glyserin og fettsyrer som også går gjennom tarmveggen og over i blodet.
Karbohydratene gjøres om til maltose, og de proteinene, fettstoffene og karbohydratene som enzymene fortsatt ikke har spaltet, tar tarmsaften seg av.
Tarmsaften dannes i tarmveggen og kan gjøre om reststoffene til blant annet druesukker og fruktsukker som kan gå over i blodet.
Mangler kroppen enzymer, fører det ofte til dårlig fordøyelse og/eller mye luft i magen. Frukt og grønt inneholder massevis av fordøyelsesfremmende enzymer, men det er viktig at matvarene inntas rå. Varmes de opp til over 42 grader, ødelegges enzymene.
Enzymer står bak mange vitenskapelige gjennombrudd
Enzymer spiller også en stor rolle utenfor menneskekroppen.
Hver gang du drikker øl, vasker klærne, spiser en brødskive med ost eller lindrer hosten med halstabletter, er bestemte enzymer involvert.
Enzymer er uunnværlige i ølbrygging, og det er enzymene som gjør at løype har evnen til å skille ut ostemassen fra melken.
Enzymer brukes også i vaskepulver siden de effektivt fjerner flekker fra klærne. Man bruker ulike enzymer mot fire kategorier av flekker: gress- og blodflekker, fettflekker, ketchup- og sukkerflekker og støv- og gjørmeflekker.
Biotex var et av de første vaskemidlene som inneholdt enzymer. I Danmark fikk man enzymer i vaskemidlene i 1965, og i USA kom det på markedet et par år etter. I dag er det enzymer i praktisk talt alle vaskemidler siden de effektivt hjelper til med å fjerne flekker av ulik art.
Enzymer brukes også i legemiddelindustrien – blant annet i halstabletter mot hoste.
Enzymer kan også komme til å spille en viktig rolle i utviklingen av et mer bærekraftig samfunn.
I 1993 skapte den amerikanske kjemikeren Frances H. Arnold nye og mer effektive enzymer i laboratoriet ved å endre den genetiske koden til bakterier.
I dag brukes enzymene hennes blant annet til mer miljøvennlig produksjon av kjemiske stoffer og produksjon av bærekraftige drivstoff til transportsektoren.
I 2018 mottok den amerikanske kjemikeren Frances H. Arnold nobelprisen i kjemi for sitt arbeid med å utvikle enzymer som gjør utviklingen av miljøvennlige kjemikalier og bærekraftig drivstoff mer effektiv.
Kunstig framstilte enzymer har også potensial til å effektivisere prosessen med å bryte ned plastavfall.
I 2022 klarte nemlig et team av forskere ved universitetet i Texas i USA å finne et enzym som kan hjelpe til med å bryte ned plasttypen polyetylentereftalat – eller PET – som det årlig produseres 70 millioner tonn av til blant annet plastflasker, emballasje og tekstiler.
Etter en rekke eksperimenter fant forskerne et mutantenzym i gruppen som klarte å bryte ned PET ti tusen ganger så effektivt som vanlig LLC.
Les mer om den banebrytende forskningen her.