Vad är enzymer?
Enzymer är proteiner som finns i allt från encelliga bakterier till växter, djur och människor.
Som mikroskopiska kugghjul i en motor driver enzymer ett otal processer i naturen, och utan dem skulle det inte finnas något liv på jorden.
Precis som andra proteiner är enzymer uppbyggda av långa kedjor av aminosyror, som består av grundämnena kol, syre och nitrogen.
Aminosyrekedjorna vecklar ihop sig i tredimensionella strukturer, som varierar mycket i både storlek och form.
Den unika formen avgör vilken specifik funktion enzymerna har i levande organismer.
Alfa-amylas är ett av flera enzymer som bryter ned stärkelse till glukos. Glukos är en av de viktigaste energikällorna till de flesta levande organismer. Amylasenzymer används dessutom ofta i framställningen av alkohol, öl, vinäger och andra jäsningsprodukter.
I dag känner vi till tusentals olika enzymer. Enzymerna kan delas in i sex huvudgrupper beroende på deras funktion i kroppen.
Enzymernas huvudgrupper är:
- oxidoreduktaser
- transferaser
- hydrolaser
- lyaser
- isomeraser
- ligaser
Hur fungerar enzymer?
Enzymer fungerar som så kallade biologiska katalysatorer.
Katalysatorer är ämnen som får en kemisk process – exempelvis kroppens matsmältning – att äga rum upp till flera miljoner gånger fortare utan att de själva används upp på vägen.
Enzymerna ökar hastigheten i dessa kemiska processer genom att minska den så kallade aktiveringsenergin.
Aktiveringsenergin är, som namnet antyder, den energi som krävs för att aktivera en kemisk reaktion.
Ju högre aktiveringsenergi en given kemisk reaktion kräver, desto långsammare förlöper själva reaktionen.
Föreställ dig den kemiska reaktion som krävs för att en cykel ska rulla nedför en brant backe.
Innan cykeln kan rulla nedför backen måste den först uppför en ravin som ligger mellan dig och backtoppen. Ravinen är aktiveringsenergin och ju mer aktiveringsenergi det krävs för att starta en kemisk reaktion, desto djupare är ravinen.
Enkelt uttryckt ger enzymerna cykeln en "knuff" utför ravinen mot backtoppen och ökar därmed hastigheten i den kemiska reaktionen enormt.
"Knuffen" – det vill säga katalysen till den kemiska reaktionen– sker genom att enzymet binder sig till vissa molekyler, substrater, som passar till enzymets så kallade aktiva säte.
Enzymets aktiva säte är vanligtvis format som ett hål på enzymets yta. För att katalysen ska ske måste substratet passa in precis i hålet – som nyckeln i ett lås:
Substratet laktos kan exempelvis bara bindas till enzymet laktas, eftersom laktos passar in i enzymet laktasets aktiva säte (nyckelhålet).
Andra substrat passar inte in i enzymets nyckelhål och kan därmed inte aktivera den katalys som påskyndar den kemiska processen.
Vilka enzymer finns det i kroppen?
Man uppskattar att det finns omkring 75 000 olika enzymer i människokroppen. I varje enskild cell finns det mer än 1 300 enzymer.
Enzymerna hjälper konstant till att bygga upp och bryta ned kroppens celler och näringsämnen.
En del enzymer bryter exempelvis ned näringsämnet kolhydrater i maten, medan andra enzymer ombesörjer att skapa nytt dna i cellerna.
En av enzymernas viktigaste funktioner är att behandla den föda vi tar in. Utan enzymer skulle det ta en vuxen människa omkring 50 år att smälta en middag.
Det första enzymet som behandlar födan finns i vår saliv. Det heter ptyalin och spjälkar ned stärkelse till mindre molekyler – kallat maltos – som består av två glukosmolekyler.
Det går faktiskt att smaka sig fram till enzymets effekt i saliven.
Om du tuggar på en bit rågbröd länge och väl så att brödet blandas upp med saliv, så blir brödet allt sötare. Det beror på att stärkelsen omvandlas till maltsocker via enzymet.
Födan söker sig sedan vidare ned i magen, där enzymet pepsin i magsaften tar över och spjälkar proteinämnena till mindre molekyler.
När födan har lämnat magsäcken tar bukspottkörtelns enzymer över arbetet med att smälta maten.
Bukspottkörteln producerar och utsöndrar enzymerna proteaser, amylaser och lipaser, som alla är nödvändiga för kroppens matsmältningsprocess.
Bukspottet kan spjälka både proteiner, fett och kolhydrater.
Det proteinspjälkande enzymet trypsin spjälkar ned en del av proteinet från födan till aminosyror som passerar över till blodet.
De fettspjälkande enzymerna i bukspottet spjälkar de flesta fettämnen till glycerin och feta syror, som löses upp och passerar tarmväggen.
Kolhydrater omvandlas till maltos och de resterande protein-, fett-, och kolhydratämnen, som enzymerna inte har omvandlat än, tar tarmsaften hand om.
Tarmsaften bildas i tarmväggen och kan omvandla restämnena till bland annat druvsocker och fruktsocker, som kan passera över till blodet.
Om kroppen lider brist på enzymer resulterar det ofta i dålig matsmältning och/eller mycket luft i magen. Rå frukt och råa grönsaker innehåller massor av enzymer som gynnar matsmältningen, men det är viktigt att de intas råa. Om grönsakerna värms upp till över 42 grader förstörs enzymerna.
Enzymer ligger bakom åtskilliga vetenskapliga genombrott
Enzymer spelar även en stor roll utanför människans köttsliga fodral.
Varje gång du dricker en öl, tvättar dina kläder, äter en ostsmörgås eller lindrar din hosta med halstabletter är specialiserade enzymer i farten.
Enzymer är oumbärliga i ölbryggning och utan enzymet i vätskan löpe (kymosin) skulle det vara omöjligt att få en ost att mogna och utveckla smak.
Enzymer används också i tvättmedel och hjälper till att effektivt avlägsnar fettfläckar på tyger. Vanligtvis innehåller tvättmedel fyra enzymer som tar bort fläckar som gräs och blod, fettämnen, ketchup och socker samt smuts och lera.
Biotex var ett av de första tvättmedlen som innehöll enzymer. I Sverige fick vi enzymer i tvättmedel 1965 och i USA kom det ut på marknaden ett par år senare. I dag finns det enzymer i praktiskt sett alla tvättmedel, vilket gör att de effektivt kan avlägsna olika sorters fettfläckar.
Enzymer används också inom läkemedelsindustrin – bland annat i halstabletter mot hosta.
Enzymer har även potentialen att spela en stor roll i utvecklingen av ett mer hållbart samhälle.
År 1993 skapade den amerikanska kemisten Frances H. Arnold nya och mer effektiva enzymer i laboratoriet genom att förändra deras genetiska kod.
I dag används hennes enzymer till bland annat miljövänlig produktion av kemiska ämnen, samt produktion av hållbara bränslen till transportsektorn.
År 2018 mottog den amerikanske kemisten Frances H. Arnold Nobelpriset i kemi för sitt arbete med att utveckla enzymer som effektiviserar utvecklingen av miljövänliga kemiska ämnen och hållbara bränslen.
Artificiellt framställda enzymer har också potential att effektivisera processen för att bryta ned plastavfall.
År 2022 lyckades en grupp forskare och ingenjörer vid Texas universitet i USA hitta ett enzym som kan hjälpa till att bryta ned plasttypen polyetylentereftalat – eller PET – som det årligen produceras 70 miljoner ton av till bland annat plastflaskor, förpackningar och textilier.
Efter ett antal experiment hittade forskarna ett mutantenzym i gruppen, som kunde bryta ned PET 10 000 gånger mer effektivt än vanlig LLC.
Läs mer om den banbrytande forskningen här.