قياس النشاط الأنزيمي. التمثيل الغذائي والإنزيمات

مفهوم الانزيمات

الانزيمات (الانزيمات)تسمى البروتينات القابلة للذوبان أو المرتبطة بالغشاء والتي تتمتع بنشاط تحفيزي. (بالإضافة إلى البروتينات ، يمكن لبعض RNA (الريبوزيمات) والأجسام المضادة (الأبزيمات) أن تُظهر نشاطًا تحفيزيًا في الجسم ، لكنها أقل فعالية بآلاف المرات من الإنزيمات.) تأتي هذه الأسماء من "التخمير" اللاتينية - التخمير واليونانية " en zym "- داخل المبدئ. إنها تذكرنا بالمصادر الأولى للإنزيمات. تسمى الكيمياء الحيوية ، التي تدرس الإنزيمات الانزيم. في المخططات وفي معادلات التفاعل ، يُشار إلى جزيئات الإنزيم بـ - ه. المواد التي يتم تحفيزها بواسطة الإنزيمات تسمى ركائز (S). منتجاترد فعل إنزيمي يدل - ص. نظرًا لأن الإنزيمات عبارة عن بروتينات ، يتم الحصول عليها في شكل متجانس بنفس الطرق مثل البروتينات الأخرى. تتميز الإنزيمات بالخصائص الفيزيائية والكيميائية الكامنة في البروتينات.

الفرق بين الإنزيمات والمحفزات غير العضوية:

أ) تسريع التفاعلات بكفاءة أكبر ؛

ب) يتمتع بخصوصية عالية في العمل ؛

ج) تخضع لظروف فسيولوجية ؛

د) تعمل في ظروف معتدلة.

هيكل الانزيمات

يمكن أن تكون الإنزيمات عبارة عن بروتينات بسيطة ومعقدة (مترافقة) ، والتي قد تشمل الدهون والكربوهيدرات وأيونات المعادن والقواعد النيتروجينية ومشتقات الفيتامينات. في الجسم ، يمكن أن تعمل الإنزيمات في حالة قابلة للذوبان وفي شكل مجمعات غير قابلة للذوبان أو أن تكون جزءًا من أغشية بيولوجية.

السمة المميزة للإنزيمات هي الوجود مركز نشط. مركز نشط -إنه مزيج فريد من بقايا الأحماض الأمينية المتاخمة للمساحة التي توفر:

أ) التعرف على جزيء الركيزة ،

ب) ربط الركيزة بالإنزيم ،

ج) تنفيذ التحول الحفاز (في حالة الإنزيم المعقد ، يشارك الإنزيم ، وهو جزء من المركز النشط ، في فعل التحفيز).

يحدث الموقع النشط عندما ينثني البروتين ويفترض شكله الأصلي (النشط). قد يتغير هيكل المركز النشط عند التفاعل مع الركيزة. وفقًا للتعبير المجازي لـ D. Koshland ، تقترب الركيزة من المركز النشط مثل اليد إلى القفاز.

قد يحتوي جزيء إنزيم واحد ، خاصةً إذا كان يتكون من عدة وحدات فرعية ، على أكثر من موقع نشط واحد.

هناك موقعان في المركز النشط. الموقع الأول مسؤول عن التعرف على الركيزة وربطها. يطلق عليه موقع ربط الركيزة أو منطقة التثبيت. القسم الثاني يسمى الحفاز ، ويتكون من مخلفات الأحماض الأمينية التي تشارك في فعل التحفيز.

الإنزيمات عبارة عن بروتينات تختلف اختلافًا كبيرًا في الوزن الجزيئي والتعقيد الهيكلي. مثال على إنزيم جزيء صغير هو ribonuclease ، والذي يتكون من وحدة فرعية واحدة بوزن جزيئي قدره 13700 Da. (تم تحديد تسلسل الحمض الأميني للريبونوكلياز. في عام 1969 ، تم تصنيع الريبونوكلياز في مختبر B. Merrifield في نيويورك.) تتكون العديد من الإنزيمات من عدة وحدات فرعية ، على سبيل المثال ، يتكون اللاكتات ديهيدروجينيز من أربع وحدات فرعية من نوعين. حتى الآن ، تُعرف العديد من المجمعات متعددة الإنزيمات ، والتي تتكون من عشرات الوحدات الفرعية المختلفة وعدة أنواع من الإنزيمات المساعدة. على سبيل المثال ، يتكون مركب نازعة هيدروجين البيروفات من 60 وحدة فرعية من ثلاثة أنواع وخمسة أنواع من العوامل المساعدة. الوزن الجزيئي لمثل هذا المركب هو 2.3 * 10 6 - 10 * 10 6 دا ، اعتمادًا على مصدر الإنزيم. قد يكون جزيء الإنزيم أصغر من جزيء الركيزة. على سبيل المثال: جزيئات إنزيمات الأميليز والريبونوكلياز أصغر من جزيئات ركائزها - النشا والحمض النووي الريبي.

جزء البروتين من الإنزيمات المعقدة غير نشط بشكل تحفيزي ويسمى أبوينزيم. يؤدي ارتباط إنزيم apoenzyme بمكون غير بروتيني إلى تكوين إنزيم نشط تحفيزيًا (holoenzyme):

تحتوي العديد من الإنزيمات في تركيبها على أيون معدني ، والذي يمكن أن يؤدي وظائف مختلفة:

أ) المشاركة في ربط الركيزة وعملية تحويلها التحفيزي ؛

ب) تعزيز ارتباط الإنزيم بجزيء الإنزيم ؛

ج) تثبيت البنية الثلاثية للإنزيم (مثل Ca 2+ في amylase) ؛

د) من خلال الارتباط بالركيزة ، تشكل ركيزة حقيقية ، يعمل عليها الإنزيم.

العديد من الإنزيمات المساعدة هي مشتقات من الفيتامينات ، لذا فإن الاضطرابات الأيضية في نقص الفيتامينات ناتجة عن انخفاض نشاط بعض الإنزيمات.

تحتوي بعض الإنزيمات بالإضافة إلى الموقع النشط مركز خيفي (تنظيمي) -منطقة من كريات البروتين ، خارج المركز النشط ، حيث يمكن أن ترتبط المواد التي تنظم النشاط الأنزيمي. هذه المواد تسمى خيفي المؤثرات (المنشطات أو مثبطات خيفي). نتيجة لارتباط المستجيب بالمركز الخيفي ، يحدث تغيير في بنية البروتين ، مما يؤدي إلى تغيير في الترتيب المكاني لبقايا الأحماض الأمينية في المركز النشط ، ونتيجة لذلك ، إلى تغيير في الأنزيمية نشاط.

تسمى الإنزيمات التي تحدث في نفس الكائن الحي وتحفز نفس التفاعل الكيميائي ، ولكن مع بنية بروتينية أولية مختلفة ، الإنزيمات المتزامنة. تختلف إنزيمات الإنزيمات عن بعضها البعض في الخواص الفيزيائية والكيميائية مثل الوزن الجزيئي ، والاستقرار الحراري ، وخصوصية الركيزة ، والتنقل الكهربي. تتنوع طبيعة ظهور الإنزيمات المتشابهة ، ولكن في أغلب الأحيان بسبب الاختلافات في بنية الجينات التي تشفر هذه الإنزيمات المتشابهة أو وحداتها الفرعية. على سبيل المثال ، يحتوي إنزيم نازعة هيدروجين اللاكتات (LDH) ، الذي يحفز الأكسدة العكسية للاكتات إلى البيروفات ، على أربع وحدات فرعية من نوعين M و H ، وتجمع هذه الوحدات الفرعية أساس تكوين خمسة إنزيمات متشابهة LDH (الشكل 1). لتشخيص أمراض القلب والكبد ، من الضروري دراسة طيف الإنزيم المشابه لـ LDH في مصل الدم ، حيث أن LDH 1 و LDH 2 نشطان في عضلة القلب والكلى ، و LDH 4 و LDH 5 نشطان في عضلات الهيكل العظمي والكبد.

الشكل 1 هيكل مختلف أنزيمات LDH.

قياس النشاط الأنزيمي

يتم تحديد نشاط الإنزيم عن طريق قياس معدل التفاعلات المحفزة. يقاس معدل التفاعلات الأنزيمية بانخفاض تركيز الركيزة أو زيادة تركيز المنتج لكل وحدة زمنية:

ت = -С S / Δτ ، ت = ΔC P / Δτ ،

أين ∆С Sهو التغير في التركيز المولي للركيزة (مول / لتر) ،

∆ ج ص- التغير في التركيز المولي لمنتج التفاعل (مول / لتر) ،

Δτ - تغيير الوقت (دقيقة ، ثانية).

من المستحسن إجراء دراسات حركية بتركيز مشبع للركيزة ؛ وإلا فلن يكون الإنزيم قادرًا على إظهار أقصى نشاط.

وحدات نشاط الانزيم:

وحدة الإنزيم الدولية (U)- هذه هي كمية الإنزيم التي تحفز تحويل 1 ميكرولتر من الركيزة في دقيقة واحدة عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ودرجة الحموضة المثلى للوسط.

في نظام SI ، تكون وحدة الإنزيم هي تدحرجت (كات)- هذه هي كمية الإنزيم التي تحفز تحويل مول واحد من الركيزة في ثانية واحدة. من السهل حساب ما يلي:

1 U \ u003d (1 * 10 -6 M) / 60 s \ u003d 1.67 * 10 -8 M s-1 \ u003d 1.67 * 10 -8 cat \ u003d 16.7 ncat.

غالبا ما يتم تعريفها نشاط معينتحضيرات الإنزيم عن طريق قسمة نشاط جزء تحضير الإنزيم ، معبرًا عنه في (U) ، على وزن الجزء بالمليجرام:

ويتفوق \ u003d U / كتلة الدواء (ملغ)

عندما يتم تنقية الإنزيمات ، يزداد النشاط المحدد. من خلال زيادة النشاط المحدد ، يمكن للمرء أن يحكم على كفاءة خطوات التنقية ونقاء تحضير الإنزيم.

لتقييم نشاط مستحضرات إنزيم عالية النقاء ومتجانسة عن طريق قسمة عدد الوحدات الدولية (U) من الإنزيم في العينة على كمية مادة الإنزيم (µmol) في هذه العينة ، احسب النشاط المولي(سرعة). من الناحية الفيزيائية ، النشاط المولي هو عدد جزيئات الركيزة التي تخضع للتحول على جزيء إنزيم واحد في دقيقة واحدة أو ثانية واحدة. على سبيل المثال: بالنسبة لليورياز ، الذي يسرع عملية التحلل المائي لليوريا ، فإن النشاط المولي هو 30000 ، بالنسبة للتربسين - 102 ، بالنسبة للجلوكوز أوكسيديز - 17000 دورة في الثانية.

خصائص الانزيم

4.1 آلية العمل.لا تقوم الإنزيمات بتحويل توازن التفاعلات المحفزة تجاه تكوين المنتجات ، وبالتالي ، يظل ثابت التوازن للتفاعل ثابتًا. مثل جميع المحفزات ، فإن الإنزيمات تقلل فقط من الوقت المستغرق للوصول إلى هذا التوازن. في معظم الحالات ، تسرع الإنزيمات التفاعلات بمقدار 10 7-10 14 مرة. تعتمد فعالية التحفيز الإنزيمي على انخفاض قوي في طاقة التنشيط للتفاعل بسبب تحول الركيزة إلى المنتج من خلال حالات الانتقال.

4.2 خصوصية العمل. يتم تحديد خصوصية الارتباط بالركيزة ومسارات التفاعل الأنزيمي بواسطة الإنزيم. تحدد خصوصية عمل الإنزيمات عملية التمثيل الغذائي الموجهة في الجسم.

يقال أن الإنزيمات لديها خصوصية الركيزة الضيقةإذا كانوا يعملون على مجموعة صغيرة جدًا من الركائز. في بعض الأحيان يمكنك التحدث عنها خصوصية الركيزة المطلقة ،على سبيل المثال ، يحفز الكاتلاز تفاعلًا واحدًا فقط - تحلل بيروكسيد الهيدروجين:

بالنسبة لمعظم الإنزيمات ، خصوصية الركيزة النسبية (واسعة ، مجموعة)عندما يحفزون مجموعة من ردود الفعل المتشابهة. على سبيل المثال ، يحفز نازع هيدروجين الكحول تحويل الكحول إلى الألدهيدات ، ويمكن أن يعمل الميثانول والإيثانول والبروبانول والكحولات الأخرى كركائز. من المثير للاهتمام أن نازع هيدروجين الكحول يمكنه أيضًا أكسدة الكحولات غير الخطية ، بالإضافة إلى مجموعة الكحول التي هي جزء من الجزيئات المعقدة ؛ على وجه الخصوص ، يمكن لهذا الإنزيم تحفيز تحويل الريتينول إلى شبكية العين. وبطبيعة الحال ، فإن الإنزيمات التي تتمتع بخصوصية واسعة من الركيزة تحفز تحولات الركيزة بكفاءات متفاوتة.

الإنزيمات موهوبة أيضًا الخصوصية الفراغية الكيميائية: موقعهم النشط يتعرف على جزيئات الركيزة من خلال تكوينها المكاني. على سبيل المثال ، أوكسيديز الأحماض الأمينية L-amino acid oxidases نشطة فقط على الأحماض الأمينية L وليس لها أي تأثير على نظائرها من النوع D. لنزع الأمين المؤكسد من الأحماض الأمينية D في الكائنات الحية ، هناك حمض أميني أكسيديز D الذي لا يعمل على الأحماض الأمينية L. إن قدرة الموقع النشط على الارتباط ببعض الأيزومرات الفراغية للركيزة هي التي تكمن وراء عمل الإنزيمات مثل الأنزيمات العنصرية ، والتي تحول أحد الأيزومرات الفراغية إلى أخرى.

خصوصية مسارات التحولهو أن ركيزة واحدة تحت تأثير إنزيمات مختلفة يمكن تحويلها إلى منتجات تختلف في التركيب والدور في التمثيل الغذائي.

هذا مثال: أكسيدات الأحماض الأمينيةتعمل على الأحماض الأمينية L وتحويلها إلى أحماض ألفا كيتو مع تكوين الأمونيا وبيروكسيد الهيدروجين.

L- ديكاربوكسيلاز الأحماض الأمينيةترتبط بنفس الركائز ، ولكن تحفز تفاعلًا مختلفًا: نزع الكربوكسيل مع تكوين الأمينات الحيوية وإطلاق ثاني أكسيد الكربون.

مثال آخر هو إمكانية تحويل الجلوكوز 6 فوسفات تحت تأثير الإنزيمات المختلفة ، على طول أحد المسارات الأيضية المحتملة:

4.3 القابلية للحرارة .

مثل العديد من البروتينات ، تخضع الإنزيمات للتمسخ الحراري مع زيادة درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى انتهاك التشكل الأصلي للإنزيم وتغيير في بنية المركز النشط. تبدأ إنزيمات الثدييات في تغيير طبيعتها بشكل ملحوظ عند درجات حرارة أعلى من 40 درجة مئوية.

فيما يتعلق بما سبق ، من المستحسن تخزين مستحضرات الإنزيم في درجات حرارة منخفضة. تتمثل إحدى أفضل الطرق للحفاظ على الإنزيمات في تجميدها (تجفيفها في درجات حرارة أقل من -70 درجة مئوية تحت التفريغ) ، وتغيير لونها جزئيًا بأملاح الأمونيوم ، ووضعها في الثلاجة.

4.4 اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة.معدل التفاعلات الأنزيمية ، مثل أي تفاعلات كيميائية ، يعتمد على درجة الحرارة. عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية ، يزداد معدل التفاعل بمقدار 2-4 مرات وفقًا لقاعدة van't Hoff. ومع ذلك ، عند درجات حرارة أعلى من 40 درجة مئوية ، يصبح تمسخ الأنزيمات كبيرًا ، مما يؤدي إلى انخفاض في النشاط الكلي (الشكل 2):

أرز. 2. اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على درجة الحرارة.

4.5 اعتماد معدل التفاعل على الرقم الهيدروجيني.اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على الأس الهيدروجيني له شكل جرس (الشكل 3). تسمى قيم الأس الهيدروجيني التي لوحظ فيها أعلى معدل للتفاعل الأنزيمي بالمثالية (درجة الحموضة المثلى). تعتمد طبيعة المنحنيات وقيمة الأس الهيدروجيني الأمثل على طبيعة المجموعات المشحونة من الركيزة والمجموعات المشحونة من الإنزيم (خاصة تلك المدرجة في الموقع النشط). يقع الرقم الهيدروجيني الأمثل لمعظم الإنزيمات في النطاق من 6.0 إلى 8.0 (الشكل 3).

أرز. 3. اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على الرقم الهيدروجيني.

ومع ذلك ، هناك استثناءات ، على سبيل المثال ، يكون البيبسين أكثر نشاطًا عند درجة الحموضة 1.5 - 2.0 ، والفوسفاتيز القلوي عند درجة الحموضة 10.0 - 10.5 (الشكل 4)

أرز. 4. اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي (v) على الرقم الهيدروجيني للوسط.

عند قيم الأس الهيدروجيني المتطرفة (منخفضة جدًا أو عالية جدًا) ، يكون الهيكل الثلاثي لجزيء الإنزيم مضطربًا ، مما يؤدي إلى فقدان النشاط الأنزيمي.

معلومات مماثلة.

مفهوم نشاط الانزيم

في الممارسة البيوكيميائية اليومية ، لا يتم تقدير كمية الإنزيم عمليًا ، ولكن فقط نشاطه. النشاط مفهوم أوسع من الكمية. إنه يعني في المقام الأول نتيجة التفاعل ، أي فقدان الركيزة أو تراكم المنتج. بطبيعة الحال ، لا يمكن للمرء أن يتجاهل الوقت الذي عمل فيه الإنزيم وعدد جزيئات الإنزيم. ولكن نظرًا لأنه من غير الواقعي عادةً حساب عدد جزيئات الإنزيم ، يتم استخدام كمية المواد البيولوجية التي تحتوي على الإنزيم (الحجم أو الكتلة).

وبالتالي ، عند تحديد نشاط الإنزيمات ، يجب مراعاة ثلاثة متغيرات في وقت واحد:

• كتلة المنتج الذي تم الحصول عليه أو الركيزة المختفية ؛
• الوقت الذي يقضيه في رد الفعل
• كمية الإنزيم ، ولكن في الواقع كتلة أو حجم المادة البيولوجية التي تحتوي على الإنزيم.

لفهم العلاقة بين هذه العوامل ، يمكن أن يكون مثال واضح وبسيط هو تشييد مبنيين. تعادل المباني نتاج التفاعل ، والعمال عبارة عن إنزيمات ، دع الفريق يتوافق مع حجم المواد البيولوجية. إذن ، مهام الصف الثالث:

1. عمل فريق من 10 أشخاص على بناء مبنى واحد ، وعمل فريق مكون من 5 أشخاص في مبنى آخر من نفس النوع. تم الانتهاء من البناء في وقت واحد وبالكامل. أين هو نشاط العمال أعلى؟
2. عمل فريق من 10 أشخاص على بناء مبنى واحد من 3 طوابق ، ومبنى آخر من 12 طابقًا - فريق من 10 أشخاص. تم الانتهاء من البناء في وقت واحد وبالكامل. أين هو نشاط العمال أعلى؟
3. في بناء مبنى واحد من 5 طوابق ، عمل فريق من 10 أشخاص ، وآخر من نفس المبنى - فريق من 10 أشخاص. استغرق بناء المبنى الأول 20 يومًا ، واكتمل الثاني في 10 أيام. أين هو نشاط العمال أعلى؟

أساسيات قياس نشاط الإنزيم

1. يتم التعبير عن نشاط الإنزيم على أنه معدل تراكم المنتج أو معدل فقد الركيزة من حيث كمية المادة المحتوية على الإنزيم.

في الممارسة العملية ، عادة ما يستخدمون:

• وحدات كمية المادة - مول (ومشتقاته مليمول ، µmol) ، جرام (كجم ، مجم) ،
• وحدات زمنية - دقيقة ، ساعة ، ثانية ،
• وحدات الكتلة أو الحجم - جرام (كجم ، مجم) ، لتر (مل).

تُستخدم المشتقات الأخرى أيضًا بنشاط - catal (mol / s) ، تتوافق الوحدة الدولية للنشاط (IU ، Unit) مع μmol / min.

وبالتالي ، يمكن التعبير عن نشاط الإنزيم ، على سبيل المثال ، في mmol / s × l ، g / h × l ، IU / l ، cat / ml ، إلخ.

على سبيل المثال ، من المعروف

2. خلق ظروف قياسية للتمكن من مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها في مختبرات مختلفة - درجة الحموضة المثلى ودرجة الحرارة الثابتة ، على سبيل المثال ، 25 درجة مئوية أو 37 درجة مئوية ، والالتزام بوقت حضانة الركيزة مع الإنزيم.

نشاط الانزيم.تحت نشاط الانزيم فهم مقدارها ، الذي يحفز تحويل كمية معينة من الركيزة لكل وحدة زمنية. للتعبير عن نشاط مستحضرات الإنزيم ، يتم استخدام وحدتين بديلتين: الدولية (IU) والكاتال (القط). لكل وحدة النشاط الدولي تكون كمية الإنزيم المأخوذة من هذا القبيل بحيث تحفز تحويل 1 ميكرو مول من الركيزة إلى المنتج في دقيقة واحدة في ظل الظروف القياسية (عادةً ما تكون مثالية). تدحرجت واحدة يشير إلى كمية الإنزيم الذي يحفز تحويل 1 مول من الركيزة في 1 ثانية (قطة واحدة = 6 10 7 وحدة دولية). في التفاعل الجزيئي A + B = C + D ، يتم أخذ مقدار نشاط الإنزيم الذي يحفز تحويل 1 ميكرو مول A أو B ، أو 2 ميكرو مول A (إذا كان B = A) في دقيقة واحدة كوحدة لنشاط الإنزيم.

غالبًا ما تتميز مستحضرات الإنزيم بنشاط معين ، مما يعكس درجة تنقية الإنزيم. نشاط معين هو عدد وحدات نشاط الإنزيم لكل 1 مجم من البروتين.

النشاط الجزيئي (عدد تحولات الإنزيم) هو عدد جزيئات الركيزة المحولة بواسطة جزيء إنزيم واحد في دقيقة واحدة عندما يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة. إنه يساوي عدد وحدات نشاط الإنزيم مقسومًا على كمية الإنزيم ، معبرًا عنها بالميكرومولات. لا ينطبق مفهوم النشاط الجزيئي إلا على الإنزيمات النقية.

عندما يكون عدد المراكز النشطة في جزيء الإنزيم معروفًا ، يتم تقديم المفهوم نشاط الموقع التحفيزي . يتميز بعدد جزيئات الركيزة التي تخضع للتحول في دقيقة واحدة لكل مركز نشط واحد.

يعتمد نشاط الإنزيمات بشدة على الظروف الخارجية ، ومن بينها درجة الحرارة ودرجة الحموضة في الوسط ذات أهمية قصوى. عادة ما تؤدي الزيادة في درجة الحرارة في حدود 0-50 درجة مئوية إلى زيادة تدريجية في النشاط الأنزيمي ، والذي يرتبط بتسريع عمليات تكوين مركب الركيزة الإنزيمية وجميع الأحداث اللاحقة للحفز. لكل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية ، يتضاعف معدل التفاعل تقريبًا (قاعدة فانت هوف). ومع ذلك ، فإن الزيادة الإضافية في درجة الحرارة (> 50 درجة مئوية) مصحوبة بزيادة في كمية الإنزيم المعطل بسبب تمسخ جزء البروتين الخاص به ، والذي يتم التعبير عنه في انخفاض في النشاط. يتميز كل إنزيم درجة الحرارة المثلى- قيمة درجة الحرارة التي يتم عندها تسجيل أكبر نشاط لها.

إن اعتماد نشاط الإنزيم على قيمة الأس الهيدروجيني للوسط أمر معقد. كل إنزيم له خاصته درجة الحموضة المثلى البيئاتحيث يكون أكثر نشاطًا. عندما تبتعد عن هذه القيمة في اتجاه أو آخر ، يقل النشاط الأنزيمي. ويرجع ذلك إلى حدوث تغيير في حالة المركز النشط للإنزيم (انخفاض أو زيادة في تأين المجموعات الوظيفية) ، بالإضافة إلى البنية الثلاثية لجزيء البروتين بأكمله ، والذي يعتمد على نسبة المراكز الموجبة والأنيونية فيه. تحتوي معظم الإنزيمات على درجة حموضة مثالية في النطاق المحايد. ومع ذلك ، هناك إنزيمات تظهر أقصى نشاط عند الأس الهيدروجيني 1.5 (البيبسين) أو 9.5 (الأرجيناز). عند العمل مع الإنزيمات ، يجب الحفاظ على الأس الهيدروجيني بمحلول منظم مناسب.

يخضع نشاط الإنزيم لتقلبات كبيرة حسب التعرض مثبطات(المواد التي تقلل النشاط جزئيًا أو كليًا) و المنشطات(المواد التي تزيد من النشاط). يتم لعب دورها بواسطة الكاتيونات المعدنية ، وبعض الأنيونات ، وناقلات مجموعات الفوسفات ، والمكافئات المختزلة ، والبروتينات المحددة ، والمنتجات الوسيطة والنهائية لعملية التمثيل الغذائي ، إلخ.

مبادئ الخواص الحركية الأنزيمية.يتمثل جوهر الدراسات الحركية في تحديد أقصى معدل للتفاعل الأنزيمي ( الخامس max) و Michaelis ثابت K M. تدرس الحركية الإنزيمية معدلات التحولات الكمية لبعض المواد إلى مواد أخرى تحت تأثير الإنزيمات. يُقاس معدل التفاعل الإنزيمي بفقدان الركيزة أو الزيادة في المنتج الناتج لكل وحدة زمنية ، أو بالتغير في تركيز أحد الأشكال المجاورة للأنزيم.

تأثير تركيز الانزيميتم التعبير عن معدل التفاعل على النحو التالي: إذا كان تركيز الركيزة ثابتًا (بافتراض وجود فائض في الركيزة) ، فإن معدل التفاعل يتناسب مع تركيز الإنزيم. بالنسبة للدراسات الحركية ، يتم استخدام تركيز إنزيم من 10-8 م من المراكز النشطة. يتم تحديد القيمة المثلى لتركيز الإنزيم من الرسم البياني لاعتماد نشاط الإنزيم على تركيزه. تعتبر القيمة المثلى تكمن في هضبة الرسم البياني الذي تم الحصول عليه في نطاق قيم نشاط الإنزيم التي تعتمد قليلاً على تركيزه (الشكل 4.3).

أرز. 4.3 اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي

على تركيز الانزيم

لدراسة التأثير تركيز الركيزةبناءً على معدل التفاعل الإنزيمي ، قم أولاً ببناء منحنى حركي يعكس التغير في تركيز الركيزة (S 1) أو المنتج (P 1) بمرور الوقت (الشكل 4.4) وقياس المعدل الأولي ( الخامس 1) ردود الفعل على أنها مماس منحدر مماس المنحنى عند نقطة الصفر.

أرز. 4.4 المنحنيات الحركية للتفاعل الأنزيمي

من خلال إنشاء منحنيات حركية لتركيزات أخرى من ركيزة معينة (S 2 ، S 3 ، S 4 ، إلخ) أو منتج (P 2 ، P 3 ، P 4 ، إلخ) وتحديد المعدلات الأولية ( الخامس 2, الخامس 3 , الخامس 4 ، إلخ) للتفاعل ، قم بإنشاء رسم بياني لاعتماد المعدل الأولي للتفاعل الأنزيمي على تركيز الركيزة (بتركيز ثابت للإنزيم) ، والتي لها شكل القطع الزائد (الشكل 4.5) ).

أرز. 4.5 الاعتماد على المعدل الأولي للتفاعل الأنزيمي

من تركيز الركيزة

يتم وصف حركية العديد من التفاعلات الأنزيمية بواسطة معادلة Michaelis-Menten. بتركيز انزيم ثابت و تركيزات منخفضة من الركيزة[S] معدل التفاعل الأولي يتناسب طرديا مع [S] (الشكل 4.5). في هذه الحالة ، نتحدث عن نصف تشبع الإنزيم بالركيزة ، عندما يكون نصف جزيئات الإنزيم في شكل مركب ركيزة إنزيم ومعدل التفاعل الخامس = 1/2الخامسالأعلى. فيما يتعلق بالركيزة ، يكون للتفاعل الترتيب الأول (معدل التفاعل يتناسب طرديًا مع تركيز مادة متفاعلة واحدة) أو الدرجة الثانية (يتناسب معدل التفاعل مع ناتج تراكيز المفاعلين).

في قيم عالية تركيز الركيزة[S] يكون معدل التفاعل مستقلاً تقريبًا عن [S]: مع زيادة أخرى في [S] ، ينمو معدل التفاعل ببطء أكبر ويصبح في النهاية ثابتًا (الحد الأقصى) (الشكل 4.5). في هذه الحالة ، يتحقق التشبع الكامل للإنزيم بالركيزة ، عندما تكون جميع جزيئات الإنزيم في شكل مركب ركيزة إنزيم و الخامس = الخامسالأعلى. فيما يتعلق بالركيزة ، يكون للتفاعل الترتيب 0 (معدل التفاعل لا يعتمد على تركيز المواد المتفاعلة).

في عام 1913 ، اقترح L.Miciclis و M.Menten نموذجًا بسيطًا لشرح هذه الحركية. وفقًا لهذا النموذج ، يعد تكوين مركب ركيزة إنزيم معين خطوة وسيطة ضرورية في التحفيز.

ك 1 ك 3

E + S ⇄ ES → E + P.

يتحد الإنزيم E مع الركيزة S لتكوين مركب ES. معدل ثابت لهذه العملية كواحد . مصير المركب ES ذو شقين: يمكن أن ينفصل إما إلى الإنزيم E والركيزة S مع معدل ثابت ك 2 ، أو الخضوع لمزيد من التحول ، وتشكيل المنتج P والإنزيم الحر E ، بمعدل ثابت ك 3. من المفترض أن منتج التفاعل لا يتم تحويله إلى الركيزة الأصلية. يتم ملاحظة هذه الحالة في المرحلة الأولية من التفاعل ، بينما يكون تركيز المنتج منخفضًا.

يتم تحديد معدل الحفز في ظروف ثابتة، عندما يظل تركيز المنتجات الوسيطة ثابتًا ، بينما يتغير تركيز المواد الأولية والمنتجات النهائية. يحدث هذا عندما يكون معدل تكوين المركب ES مساويًا لمعدل اضمحلاله.

يمكنك إدخال ثابت جديد K M - ثابت ميكايليس(مول / لتر) ، والتي تساوي

معادلة ميكايليس مينتين، التي تعبر عن العلاقة الكمية بين معدل التفاعل الأنزيمي وتركيز الركيزة ، لها الشكل

(4.2)

تتوافق هذه المعادلة مع مخطط معدل التفاعل مقابل تركيز الركيزة. في تركيزات منخفضة من الركيزةعندما يكون [S] أقل بكثير من K M ، الخامس = الخامس max [S] / K M ، أي أن معدل التفاعل يتناسب طرديًا مع تركيز الركيزة. في تركيزات عالية من الركيزةعندما يكون [S] أعلى بكثير من K M ، الخامس = الخامسالحد الأقصى ، أي أن معدل التفاعل هو الحد الأقصى ولا يعتمد على تركيز الركيزة.

إذا [S] = K M ، إذن الخامس = الخامسماكس / 2.

وهكذا ، K M مساوٍ لتركيز الركيزة الذي يكون عنده معدل التفاعل نصف الحد الأقصى.

ثابت ميكايليس (KM) ومعدل التفاعل الأقصى ( الخامس max) هي خصائص سرعة مهمة عند تركيزات مختلفة من الركيزة. الخامس max هي قيمة ثابتة لكل إنزيم ، مما يجعل من الممكن تقييم فعالية عمله.

يُظهر ثابت Michaelis تقارب الركيزة للإنزيم (في حالة متى ك 2 >> ك 3): كلما انخفض K M ، زاد التقارب وزاد معدل التفاعل ، والعكس صحيح. تتميز كل ركيزة بقيمتها KM لأنزيم معين ، ويمكن استخدام قيمها للحكم على خصوصية الركيزة للإنزيم. يعتمد ثابت Michaelis على طبيعة الركيزة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة والقوة الأيونية للمحلول ووجود المثبطات.

يرجع ذلك إلى حقيقة أن التعريف الخامس max و K M مباشرة من الاعتماد الرسومي لـ Michaelis - Menten (الشكل 4.5) غامضة ، فهي تلجأ إلى الخطية لهذه المعادلة. للقيام بذلك ، يتم تحويله إلى شكل يتم التعبير عنه بيانياً كخط مستقيم. هناك العديد من طرق الخطية ، من بينها طرق Lineweaver-Burk و Edie-Hofstee الأكثر استخدامًا.

تحويل Lineweaver-Burke لديه الشكل

(4.3)

بناء رسم بياني للتبعية 1 / الخامس = F(1 / [S]) واحصل على خط مستقيم ، حيث يعطي تقاطعه مع المحور y القيمة 1 / الخامسالأعلى ؛ يعطي المقطع المقطوع بخط مستقيم على محور الإحداثي القيمة −1 / K M ، وظل زاوية ميل الخط المستقيم إلى محور الإحداثي هو K M / الخامسكحد أقصى (الشكل 4.6). يسمح لك هذا الرسم البياني بتحديد أكثر دقة الخامسالأعلى. كما سنرى أدناه ، يمكن أيضًا استخراج معلومات قيمة بشأن تثبيط نشاط الإنزيم من هذه المؤامرة.

أرز. 4.6 طريقة لخطي معادلة ميكايليس مينتين

(بحسب Lineweaver-Burke)

طريقة إيدي - هوفستي يعتمد على تحويل معادلة ميكايليس مينتن بضرب كلا الجانبين في الخامسالأعلى:

(4.4)

رسم بياني في الإحداثيات الخامسو الخامس/ [S] هو خط مستقيم ، تقاطعه مع المحور y يعطي القيمة الخامس max ، والجزء المقطوع بخط مستقيم على محور الإحداثي هو القيمة الخامس max / K M (الشكل 4.7). يجعل من السهل جدًا تحديد K M و الخامس max ، بالإضافة إلى اكتشاف الانحرافات المحتملة عن الخطية التي لم يتم اكتشافها في الرسم البياني السابق.

أرز. 4.7 طريقة لخطي معادلة ميكايليس مينتين

(حسب إيدي هوفستي)

تثبيط نشاط الانزيم.يمكن قمع عمل الإنزيمات كليًا أو جزئيًا بواسطة مواد كيميائية معينة - مثبطات . بحكم طبيعة عملها ، تنقسم المثبطات إلى قابلة للعكس ولا رجعة فيها. يعتمد هذا التقسيم على قوة ارتباط المثبط بالإنزيم.

مثبطات عكسية - هذه مركبات تتفاعل مع الإنزيم بشكل غير تساهمي وعند إزالتها يستعيد نشاط الإنزيم. يمكن أن يكون التثبيط العكسي تنافسيًا وغير تنافسي وغير تنافسي.

مثال تثبيط المنافسةهو عمل نظائرها الهيكلية للركيزة ، والتي يمكن أن ترتبط بالموقع النشط للإنزيم بطريقة مماثلة للركيزة ، ولكن دون التحول إلى منتج ومنع تفاعل الإنزيم مع الركيزة الحقيقية ، أي هناك منافسة بين الركيزة والمثبط للارتباط بالموقع النشط للإنزيم. نتيجة لتكوين مجمعات مثبطات الإنزيم (EI) ، ينخفض ​​تركيز معقدات ES ، ونتيجة لذلك ، ينخفض ​​معدل التفاعل. بمعنى آخر ، يقلل المثبط التنافسي من معدل التحفيز عن طريق تقليل نسبة جزيئات الإنزيم التي تربط الركيزة.

يتيح قياس معدلات التفاعل عند تركيزات مختلفة من الركيزة التمييز بين التثبيط التنافسي والتثبيط غير التنافسي. مع التثبيط التنافسي على الرسم البياني للاعتماد 1 / الخامس=F(1 / [S]) تتقاطع الخطوط مع المحور الصادي عند نقطة واحدة 1 / الخامس max بغض النظر عن وجود مثبط ، ولكن في وجود مثبط ، يزداد ظل ميل الخط المستقيم إلى محور الإحداثي ، أي الخامسلا يتغير max ، بينما يزيد KM ، مما يشير إلى انخفاض في ألفة الركيزة للإنزيم في وجود مثبط (الشكل 4.8). لذلك ، عند وجود تركيز عالٍ بما فيه الكفاية من الركيزة في ظل ظروف المنافسة على الموقع النشط للإنزيم ، عندما تزيح الركيزة المانع من الموقع النشط ، يمكن القضاء على التثبيط واستعادة معدل التفاعل المحفز. في هذه الحالة ، فإن معادلة ميكايليس مينتين لها الشكل

(4.5)

حيث [I] هو تركيز المثبط ؛ ك أنا هو ثابت التثبيط.

يميز ثابت التثبيط ألفة الإنزيم للمثبط وهو ثابت التفكك لمركب EI:

(4.6)

في حالة وجود مثبط تنافسي ، يزيد ميل الخط المستقيم إلى المحور السيني بمقدار (1 + [I] / ك أنا).

أرز. 4.8 تثبيط المنافسة:

مخطط؛ ب - تعبير رسومي حسب Lineweaver - Burke

في تثبيط غير تنافسييختلف المانع في التركيب عن الركيزة ولا يرتبط بالموقع النشط ، ولكن بالموقع الخيفي للإنزيم. هذا يؤدي إلى تغيير في تشكيل الموقع النشط للإنزيم ، والذي يصاحبه انخفاض في النشاط التحفيزي للإنزيم. علاوة على ذلك ، يمكن للمثبط أن يرتبط ليس فقط بالإنزيم الحر (E + I → EI) ، ولكن أيضًا بمركب الركيزة الإنزيمية (ES + I → ESI). كلا النموذجين EI و ESI غير نشطين. يمكن ربط الركيزة والمثبط في وقت واحد بجزيء الإنزيم ، لكن مواقع الارتباط الخاصة بهم لا تتداخل. يتمثل عمل المثبط غير التنافسي في تقليل عدد تحولات الإنزيم ، وليس تقليل نسبة جزيئات الإنزيم المرتبطة بالركيزة. لا يمنع المانع تكوين مجمعات ES ، ولكنه يمنع تحويل الركيزة إلى المنتج. بذلك الخامسالحد الأقصى للنقصان ، أي في حالة وجود مثبط ، سيحدث تقاطع الخط المستقيم مع المحور الصادي عند نقطة أعلى (الشكل 4.9). إلى نفس الحد ، ظل زاوية ميل الخط المستقيم على محور الإحداثية ، يساوي K M / الخامسماكس أنا. K M على عكس الخامس max لا يتغير ، لذلك لا يمكن القضاء على التثبيط غير التنافسي عن طريق زيادة تركيز الركيزة.

أرز. 4.9 تثبيط غير تنافسي:

مخطط؛ ب - تعبير رسومي حسب Lineweaver - Burke

معدل التفاعل الأقصى الخامسيتم وصف max I في وجود مثبط غير تنافسي بواسطة المعادلة

(4.7)

في حالة معينة تثبيط غير تنافسي، عندما يرتبط المثبط فقط بمركب ES ولا يرتبط بالإنزيم الحر ، على الرسم البياني للاعتماد 1 / الخامس = Fخطوط (1 / [S]) موازية لبعضها البعض وتتقاطع مع محاور الإحداثي والإحداثيات عند نقاط مختلفة (الشكل 4.10).

أرز. 4.10. تثبيط غير تنافسي:

مخطط؛ ب - تعبير رسومي حسب Lineweaver - Burke

مثبطات لا رجعة فيها - هذه مركبات شديدة التفاعل ذات طبيعة كيميائية مختلفة ، والتي يمكن أن تتفاعل مع مجموعات مهمة وظيفيًا للمركز النشط ، وتشكل روابط تساهمية قوية. هذا يؤدي إلى فقدان لا رجعة فيه لنشاط الإنزيم. في هذا الصدد ، فإن نظرية Michaelis-Menten ، القائمة على افتراض أن ارتباط المثبط بالإنزيم يمكن عكسه ، لا ينطبق في هذه الحالة.

مثال على التثبيط الذي لا رجعة فيه هو تفاعل الإنزيمات مع أيونات المعادن الثقيلة ، والتي ترتبط بمجموعات السلفهيدريل من بقايا السيستين من الإنزيم وتشكل مركبتيدات ، وهي مركبات غير منفصلة عمليًا ، أو تعديل تساهمي للإنزيم تحت عمل عوامل المؤلكلة.

(المنشطات - زيادة ، مثبطات - نقصان) يتم تصنيع إنزيمات البروتين على الريبوسومات ، والحمض النووي الريبي - في النواة.

لطالما تم استخدام المصطلحين "إنزيم" و "إنزيم" كمرادفين (الأول موجود بشكل رئيسي في الأدبيات العلمية الروسية والألمانية ، والثاني - باللغتين الإنجليزية والفرنسية).
علم الانزيمات يسمى الانزيم، وليس التخمير (حتى لا تخلط جذور الكلمات اللاتينية واليونانية).

تاريخ الدراسة

شرط إنزيماقترحه الكيميائي فان هيلمونت في القرن السابع عشر عند مناقشة آليات الهضم.

في يخدع. الثامن عشر - في وقت مبكر. القرن ال 19 كان معروفًا بالفعل أن اللحوم تُهضم عن طريق العصارة المعدية ، ويتحول النشا إلى سكر بفعل اللعاب. ومع ذلك ، كانت آلية هذه الظواهر غير معروفة.

تستخدم الإنزيمات على نطاق واسع في الاقتصاد الوطني - الغذاء وصناعة النسيج والصيدلة.

تصنيف الانزيم

وفقًا لنوع التفاعلات المحفزة ، يتم تقسيم الإنزيمات إلى 6 فئات وفقًا للتصنيف الهرمي للإنزيمات (KF ، - كود تكوين الإنزيم). تم اقتراح التصنيف من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية (الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية). تحتوي كل فئة على فئات فرعية ، لذلك يتم وصف الإنزيم بمجموعة من أربعة أرقام مفصولة بالنقاط. على سبيل المثال ، يحمل اسم البيبسين EC 3.4.23.1. يصف الرقم الأول تقريبًا آلية التفاعل المحفز بواسطة الإنزيم:

• ك 1: أوكسيدوروكتازالتي تحفز الأكسدة أو الاختزال. مثال: الكاتلاز والكحول ديهيدروجينيز
• ك 2: المحولاتالتي تحفز نقل المجموعات الكيميائية من جزيء ركيزة إلى آخر. من بين الانتقالات ، تتميز الكينازات بشكل خاص ، حيث تنقل مجموعة الفوسفات ، كقاعدة عامة ، من جزيء ATP.
• ك 3: هيدروليساتالتي تحفز التحلل المائي للروابط الكيميائية. مثال: إستراتس ، بيبسين ، تريبسين ، أميليز ، ليباز بروتين شحمي
• ك 4: لياس، مما يحفز تكسير الروابط الكيميائية دون التحلل المائي مع تكوين رابطة مزدوجة في أحد المنتجات.
• ك 5: الايزوميراز، والتي تحفز التغييرات الهيكلية أو الهندسية في جزيء الركيزة.
• ك 6: إنزيمات دمج الجزيئات، تحفيز تكوين روابط كيميائية بين الركائز بسبب التحلل المائي لـ ATP. مثال: بوليميراز الحمض النووي

البحث الحركي

منحنى تشبع التفاعل الكيميائي يوضح العلاقة بين تركيز الركيزة [S] ومعدل التفاعل v

أبسط وصف لحركية التفاعلات الأنزيمية أحادية الركيزة هو معادلة Michaelis-Menten (انظر الشكل). حتى الآن ، تم وصف العديد من آليات عمل الإنزيم. على سبيل المثال ، يتم وصف عمل العديد من الإنزيمات بواسطة مخطط آلية "بينج بونج".

هيكل وآلية عمل الإنزيمات

يتم تحديد نشاط الإنزيمات من خلال هيكلها ثلاثي الأبعاد.

مثل جميع البروتينات ، يتم تصنيع الإنزيمات كسلسلة خطية من الأحماض الأمينية التي تطوى بطريقة معينة. يتم طي كل تسلسل من الأحماض الأمينية بطريقة معينة ، والجزيء الناتج (بروتين الكريات) له خصائص فريدة. يمكن دمج العديد من سلاسل البروتين في مركب بروتيني. يتم تدمير البنية الثلاثية للبروتينات عند تسخينها أو تعرضها لمواد كيميائية معينة.

لتحفيز التفاعل ، يجب أن يرتبط الإنزيم بواحدة أو أكثر من الركائز. يتم طي سلسلة بروتين الإنزيم بطريقة تتشكل فجوة ، أو انخفاض ، على سطح الكريات ، حيث ترتبط الركائز. تسمى هذه المنطقة موقع ربط الركيزة. عادة ما يتزامن مع الموقع النشط للإنزيم أو يقع بالقرب منه. تحتوي بعض الإنزيمات أيضًا على مواقع ربط للعوامل المساعدة أو أيونات المعادن.

تحتوي بعض الإنزيمات على مواقع ربط جزيئات صغيرة وقد تكون ركائز أو منتجات من المسار الأيضي الذي يدخله الإنزيم. إنها تقلل أو تزيد من نشاط الإنزيم ، مما يخلق فرصة للتغذية الراجعة.

تتميز المراكز النشطة لبعض الإنزيمات بظاهرة التعاون.

النوعية

عادة ما تظهر الإنزيمات خصوصية عالية لركائزها. يتم تحقيق ذلك من خلال التكامل الجزئي للشكل وتوزيع الشحنة والمناطق الكارهة للماء على جزيء الركيزة وفي موقع ربط الركيزة على الإنزيم. تُظهر الإنزيمات مستوى عالٍ من الخصوصية الفراغية والانتقائية النسبية والانتقائية الكيميائية.

نموذج مفتاح القفل

تخمين كوشلاند الملائم المستحث

الموقف الأكثر واقعية في حالة المطابقة المستحثة. ركائز غير صحيحة - كبيرة جدًا أو صغيرة جدًا - لا تناسب الموقع النشط

في عام 1890 ، اقترح إميل فيشر أن خصوصية الإنزيمات يتم تحديدها من خلال التطابق الدقيق بين شكل الإنزيم والركيزة. يسمى هذا الافتراض نموذج القفل والمفتاح. يرتبط الإنزيم بالركيزة ليشكل مركب ركيزة إنزيم قصير العمر. ومع ذلك ، على الرغم من أن هذا النموذج يشرح الخصوصية العالية للإنزيمات ، إلا أنه لا يفسر ظاهرة استقرار الحالة الانتقالية التي لوحظت في الممارسة.

نموذج ملائم مستحث

في عام 1958 ، اقترح دانيال كوشلاند تعديل نموذج قفل المفاتيح. الإنزيمات بشكل عام ليست جامدة ، لكنها جزيئات مرنة. يمكن أن يغير الموقع النشط للإنزيم الشكل بعد ارتباط الركيزة. تتخذ المجموعات الجانبية للأحماض الأمينية للموقع النشط موقعًا يسمح للإنزيم بأداء وظيفته التحفيزية. في بعض الحالات ، يغير جزيء الركيزة أيضًا الشكل بعد الارتباط بالموقع النشط. على عكس نموذج قفل المفاتيح ، لا يشرح نموذج الملاءمة المستحث خصوصية الإنزيمات فحسب ، بل يشرح أيضًا استقرار حالة الانتقال.

التعديلات

تخضع العديد من الإنزيمات لتعديلات بعد تخليق سلسلة البروتين ، والتي بدونها لا يظهر الإنزيم نشاطه إلى أقصى حد. تسمى هذه التعديلات التعديلات اللاحقة للترجمة (المعالجة). أحد أكثر أنواع التعديل شيوعًا هو إضافة مجموعات كيميائية إلى المخلفات الجانبية لسلسلة البولي ببتيد. على سبيل المثال ، تسمى إضافة بقايا حمض الفوسفوريك الفسفرة ويتم تحفيزها بواسطة إنزيم كيناز. العديد من إنزيمات حقيقية النواة جليكوزيلاتي ، أي معدلة بأوليجومرات الكربوهيدرات.

نوع آخر شائع من التعديلات اللاحقة للترجمة هو انقسام سلسلة البولي ببتيد. على سبيل المثال ، يتم الحصول على الكيموتريبسين (بروتياز يشارك في الهضم) عن طريق شق منطقة بولي ببتيد من كيموتربسينوجين. Chymotrypsinogen هو سلائف غير نشطة للكيموتريبسين ويتم تصنيعه في البنكرياس. يتم نقل الشكل غير النشط إلى المعدة حيث يتم تحويله إلى كيموتربسين. هذه الآلية ضرورية لتجنب انقسام البنكرياس والأنسجة الأخرى قبل دخول الإنزيم إلى المعدة. يُشار أيضًا إلى سلائف إنزيم غير نشط باسم "زيموجين".

العوامل المساعدة للإنزيم

تؤدي بعض الإنزيمات الوظيفة التحفيزية من تلقاء نفسها ، دون أي مكونات إضافية. ومع ذلك ، هناك إنزيمات تتطلب مكونات غير بروتينية للتحفيز. يمكن أن تكون العوامل المساعدة إما جزيئات غير عضوية (أيونات معدنية ، ومجموعات من الحديد والكبريت ، وما إلى ذلك) أو عضوية (على سبيل المثال ،

1. ملامح التفاعلات الأنزيمية

2. تأثير درجة الحرارة على نشاط الانزيم

3. تأثير الأس الهيدروجيني على نشاط الإنزيم

4. منشطات ومثبطات الإنزيم

أنا. جميع التفاعلات الأنزيمية لها 4 ميزات

· ارتفاع نشاط الإنزيمات.

انعكاس عمل الإنزيمات.

خصوصية عمل الإنزيمات ؛

القدرة (الحساسية).

نشاط انزيم عالي.تسبب الإنزيمات معدلًا مرتفعًا للتفاعل الإنزيمي ، والذي يتميز بعدد تحولات الإنزيم - هذا هو عدد جزيئات الركيزة التي تتحول إلى منتجات تفاعل تحت تأثير جزيء إنزيم واحد لكل وحدة زمنية. على سبيل المثال ، يحتوي نشاط نازعة هيدروجين الكحول على 4700 وحدة ، فسفوريلاز - 50000 وحدة ، أميليز - 16000 وحدة.

عكس عمل الانزيمالتي أنشأها Danilevsky. في ظل انعكاس عمل الإنزيمات ، يُفهم تكوين مجمع ES وانحلاله ، أي يمكن أن تسير التفاعلات التي تنطوي على الإنزيم في اتجاه واحد (التخليق الحيوي) وفي الاتجاه المعاكس (الاضمحلال).

خصوصية عمل الانزيمات- يعمل كل إنزيم فقط على ركائزه المحددة أو مجموعة الركائز ذات الصلة. على سبيل المثال ، يعمل الانفرتيز على السكروز ؛ الأميليز - فقط على النشا والدكسترين ؛ البروتياز للبروتينات.

هناك وجهتا نظر تشرحان خصوصية عمل الإنزيمات. وفقًا للفكرة التصويرية لـ E. Fisher ، "يقترب الإنزيم من الركيزة مثل مفتاح القفل" ، أي إن تضاريس المركز النشط للإنزيم ليست مرتبة بدرجة عالية فحسب ، بل إنها أيضًا ثابتة بشكل صارم. يتوافق الموقع النشط للإنزيم مع تضاريس ركيزة واحدة فقط. وجهة النظر الثانية ، التي اقترحها د.كوشلاند ، هي نظرية التشكل المستحث للإنزيم والركيزة: تشكيل الإنزيم ، وخاصة مركزه النشط ، قادر على إجراء تعديلات معينة. اعتمادًا على التنقل المطابق للموقع النشط ، يكون الإنزيم قادرًا على التفاعل مع عدد قليل أو مجموعة متنوعة من الركائز. بمعنى آخر ، في لحظة تكوين المركب ES ، تحدث تغييرات في بنية كل من الإنزيم والركيزة. نتيجة لذلك ، يتكيفون مع بعضهم البعض.

تلعب خصوصية الإنزيمات دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي في الكائن الحي. (إذا لم يكن للإنزيم خصائص فريدة ، فلن يكون هناك أيض في الكائن الحي)

على أساس الخصوصية ، تنقسم الإنزيمات إلى مجموعتين:

الخصوصية المطلقة - يعمل الإنزيم فقط على مادة واحدة أو يحفز فقط تحويلًا معينًا لهذه المادة ؛

الخصوصية النسبية أو المجموعة - تعمل الإنزيمات في وقت واحد على العديد من الركائز التي لها عدد من الخصائص الهيكلية الشائعة.

القدرة (الحساسية) -جميع الإنزيمات حساسة لدرجات الحرارة المرتفعة وقيم الأس الهيدروجيني المنخفضة ، والتي يحدث عندها فقدان نشاط الإنزيم.

ثانيًا. العامل الأكثر أهمية الذي يعتمد عليه نشاط الإنزيمات هو درجة الحرارة.

بيانياً ، يكون اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على درجة الحرارة كما يلي:

عند 0 درجة مئوية ، وحتى أكثر في درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية ، يتوقف عمل معظم الإنزيمات. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة (المنحنى 1) فوق 0 درجة مئوية إلى زيادة نشاط الإنزيمات (يزداد عدد تصادمات المواد المتفاعلة). عند درجة حرارة معينة ، يُظهر الإنزيم أقصى نشاط. بالنسبة لمعظم الإنزيمات ، تكون درجة الحرارة المثلى للعمل هي 40-50 درجة مئوية. تؤدي الزيادة الإضافية في درجة الحرارة إلى تعطيل الإنزيم (انخفاض في النشاط) بسبب التمسخ الحراري لجزيء البروتين (المنحنى 2).

يتم التعبير عن التغيير في معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة لكل 10 درجات مئوية بواسطة معامل درجة الحرارة Q 10. معامل درجة الحرارة هو نسبة معدل التفاعل عند درجة حرارة معينة v t +10 إلى معدل التفاعل عند درجة حرارة 10 درجة مئوية أقل من المعطى:

تكمن قيمة Q 10 للتفاعلات الكيميائية في حدود 2-4 ، للتفاعل الأنزيمي - بين 1 و 2 ؛ س 10 - التفاعلات الأنزيمية تتناقص بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة.

ثالثا. يمارس كل إنزيم نشاطه ضمن نطاق ضيق إلى حد ما من الأس الهيدروجيني. الاعتماد الرسومي لنشاط الإنزيم على الأس الهيدروجيني هو كما يلي:

في البيئة الحمضية ، عند قيم الأس الهيدروجيني المنخفضة ، يكون لها شكل EH 2 + ، وفي هذا الشكل يكون غير نشط. عند درجة الحموضة المثلى ، يكون للإنزيم أقصى نشاط ويكون في شكل EH ؛ عندما يكون الوسط قلويًا ، يأخذ الإنزيم الشكل E -.

يتوافق النشاط الأمثل مع نطاق معين من الأس الهيدروجيني ، ولكل إنزيم قيمة درجة الحموضة المثلى الخاصة به (على سبيل المثال ، يحتوي الأميليز البكتيري على درجة حموضة مثالية تبلغ 6 ، وأميليز للفطريات المجهرية هو 4.7). ترتبط قيمة الأس الهيدروجيني المثلى بتكوين الأحماض الأمينية للأنزيمات.

سيتم تفسير شكل المنحنى على شكل جرس من خلال الطبيعة المتذبذبة للأنزيمات ؛ الفروع الصاعدة والهابطة لهذا المنحنى هي منحنيات معايرة نموذجية ويتم تحديدها بواسطة قيم pK للمجموعات الأيونية الموجودة في الموقع النشط للأنزيمات.

لتحديد المجموعات الوظيفية المدرجة في المركز النشط للإنزيم ، من الضروري تحديد اعتماد نشاط هذا الإنزيم على الرقم الهيدروجيني عند درجات حرارة مختلفة وتحديد قيمة pK. معرفة قيم Δр للفروع الحمضية والقلوية للاعتماد v = f (pH) ، تم العثور على مجموعات وظيفية تتوافق مع هذه القيمة.

رابعا. يمكن تقسيم جميع المواد المصاحبة للإنزيم أثناء التفاعل إلى منشطات ومثبطات ومركبات محايدة.

المنشطات- المركبات الكيميائية التي تزيد من عمل الإنزيمات (على سبيل المثال ، ينشط الجلوتاثيون عمل البروتياز ، ويزيد كلوريد الصوديوم من نشاط الأميليز) ؛ مثبطات- المركبات التي تثبط نشاطها (على سبيل المثال ، تمنع مجموعة -CN نشاط إنزيمات الجهاز التنفسي الموجودة في نظام السيتوكروم) و مركبات محايدةليس لها تأثير على الإنزيمات.

يمكن أن تكون عملية التثبيط تفريغو لا رجعة فيه.

مثبطات عكسية هي:

العمل التنافسي - يتفاعل المثبط مع المجموعات الوظيفية لمركز الإنزيمات النشط. يعتمد التثبيط في هذه الحالة على تركيز الركيزة: إذا كانت [S] كبيرة ، فقد لا يظهر تأثير المثبط [I] ؛ إذا كانت [S] صغيرة ، فيمكن للمثبط أن يزيح الركيزة من الاتصال بالإنزيم ، والذي يتم بعد ذلك تثبيط تأثيره. لا يتشكل مجمع ESI الثلاثي أبدًا أثناء التثبيط التنافسي.

· لوحظ تثبيط غير تنافسي عندما لا يكون المثبط قادرًا على الارتباط بالإنزيم ، ولا يمكنه الارتباط بمركب الركيزة الإنزيمية ، وتحويله إلى شكل غير نشط.

· في التثبيط المختلط ، يعمل المثبط على كل من موقع الارتباط ES والموقع التحفيزي للإنزيم.