Ензими или ферменти

Реакције у ћелији одигравају се великом брзином, што је омогућено присуством природних (биолошких) катализатора – ензима. Одлика катализатора је да убрзава хемијску реакцију и усмерава њен ток, али се током те реакције не троши. Ензими убрзавају биохемијске реакције тако што снижавају енергију активације која је потребна да би отпочела одређена реакција. Без ензима је немогућа размена материје и енергије у ћелији.

Ензими су велики и сложени глобуларни протеини који имају један или више полипептидних ланаца. Део ензима одговоран за његово дејство је активни центар (место).

Активни центар је удубљење чији је облик веома прецизно подешен према супстрату, слично као кључ према брави. Супстрат (материја на коју ензим делује) улази у активни центар и везује се за њега при чему се награди комплекс ензим – супстрат (по принципу кључ-брава). Супстрат се разложи на одређене производе, а ензим из реакције излази непромењен.

Захваљујући присуству активног центра ензими показују особину специфичности, што значи да сваки ензим делује само на једно једињење или групу сличних једињења (уреаза разлаже уреу, а протеиназе протеине). Ензими обично добијају назив према супстрату на који делују, тако што се на назив супстрата дода наставак –аза.

Да би ензим најбоље деловао на супстрат потребни су одређени оптимални услови:

• температура
• pH вредност средине
• довољна количина самог ензима

Према грађи се деле на:

• Просте ензиме (састоје само од протеина)
• Сложенe ензиме (имају и непротеински део тј. коензими су они који учествују у процесима оксидације)

Према месту где се стварају, а где делују деле се на:

• Ендоензими (делују у самој ћелији у којој се стварају)
• Егзоензиме (делују ван ћелије у којој се стварају)

Према врсти реакције коју катализују деле се на:

• Оксидо-редуктазе, катализују рекације оксидо-редукције; 
• Транферазе, катализују преношење функционалних група, алдехидних или кето остатака, група које садрже фосфор или сумпор;
• Хидролазе, врше хидролизу (увођење молекула воде) различитих веза;
• Лиазе, катализују одстрањивање група из једињења на која делују или уводе групе у једињења наместу где се налазе двогубе везе; 
• Изомеразе, катализују прелажење једног изомера у други;
• Лигазе, катализује реакције у којима долази до успостављање неке везе између два молекула што је праћено разлагањем АТП-а.

Ензимске болести

Урођене грешке у метаболизму представљају потпуни или делимичан губитак дејства неког ензима. Услед грешке у неком гену не долази до стварања ензима, што проузрокује обољења заједнички названа ензимопатије. Једна од ензимских болести је албинизам. Услед недостатака једног ензима, код албино особа не долази до стварања пигмента меланина. Због  тога су кожа, коса (обрве, трпавице) и мрежњача ока потпуно безбојни.

Метаболизам

Метаболизам карактеришу два основна процеса:

• анаболизам
• катаболизам

Анаболизам представља синтезу сложених једињења из простих, уз потрошњу енергије (фотосинтеза, синтеза протеина итд.). Енергија је способност вршења рада. Потребно је уложити рад да би се два проста молекула спојила у један сложен, другим речима реакције синтезе захтевају енергију.

Катаболизам су реакције разградње сложених једињења на проста, уз ослобађање енергије (дисање, варење).

Пошто се анаболизам непрекидно одвија (ћелија непрекидно синтетише протеине, шећере, масти идр.) ћелија има сталну потребу за енергијом. Жива ћелија, без обзира на врсту организма, енергију добија оксидацијом органских једињења, тј. њиховим сагоревањем (што припада катаболичким процесима). Органска једињења се полако и поступно оксидишу тако да се енергија из њих отпушта споро, делимично у виду топлоте, а делом и као хемијска енергија (АТП) коју ћелија може да користи у анаболизму.

По начину добијања органских молекула, који служе као извор енергије жива бића се деле у две велике групе (пошто су ученици већ обрађивали ове појмове у току претходних наставних јединица наставник тражи од њих да они објасне појмове аутотрофије и хетеротрофије):

• аутотрофи
• хетеротрофи

Аутотрофи су способни да врше фотосинтезу, да сунчеву енергију искористе за синтезу органских материја које ће им служити за добијање енергије. Хетеротрофи узимају готове органске материје храном и сагоревањем тих материја обезбеђују потребну енергију. Храна хетеротрофа директно или индиректно потиче из органских материја насталих фотосинтезом.

Аденозин трифосфат – АТП

Најзначајније једињење богато енергијом у ћелији је аденозин трифосфат, који по својој хемијској грађи спада у нуклеотиде. Молекул АТП-а се састоји од аденина, рибозе и три фосфатне групе . Две крајње фосфатне групе везане су ковалентним везама које су богате енергијом (означене су на шеми знаком ~). Када се те везе разграде ослобађа се релативно велика количина енергије. Када се из АТП-а ослободи једна крајња фосфатна група настаје аденозин дифосфат (АДП), издвајањем још једне крајње фосфатне групе из АДП настаје аденозин монофосфат (АМП).

Фотосинтеза

Фотосинтеза је важан биохемијски процес у којем биљке, алге и неке бактерије користе енергију сунчевог зрачења као извор енергије за синтезу хране. Тада се од простог неорганског материјала синтетишу шећери – моносахариди. Овако синтетисане органске материје представљају извор хране и енергије како биљкама у којима се синтетишу, тако и осталим организмима на Земљи, што чини овај процес круцијалним за опстанак живота на Земљи.