การวัดกิจกรรมของเอนไซม์ เมแทบอลิซึมและเอนไซม์

ที่เก็บเอนไซม์

เอนไซม์ (เอนไซม์)เป็นโปรตีนที่ละลายน้ำได้หรือที่จับกับเมมเบรนซึ่งมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา (นอกจากโปรตีนแล้ว RNA (ไรโบไซม์) และแอนติบอดี (แอ๊บไซม์) บางชนิดสามารถแสดงฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาในร่างกายได้ แต่พวกมันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเอนไซม์หลายพันเท่า) ชื่อเหล่านี้มาจากภาษาละติน "การหมัก" - การหมัก และภาษากรีก " en zym” - ข้างในเชื้อ พวกมันชวนให้นึกถึงแหล่งแรกของเอนไซม์ ชีวเคมีซึ่งศึกษาเกี่ยวกับเอนไซม์เรียกว่า เอนไซม์วิทยา- ในแผนภาพและสมการปฏิกิริยา โมเลกุลของเอนไซม์ถูกกำหนดไว้ - อี- สารที่การเปลี่ยนแปลงถูกเร่งด้วยเอนไซม์เรียกว่า วัสดุพิมพ์ (S). สินค้าปฏิกิริยาของเอนไซม์หมายถึง - ร- เนื่องจากเอนไซม์เป็นโปรตีน จึงได้มาในรูปแบบเนื้อเดียวกันโดยใช้วิธีการเดียวกันกับโปรตีนอื่นๆ เอนไซม์มีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพซึ่งมีอยู่ในโปรตีน

ความแตกต่างระหว่างเอนไซม์และตัวเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์:

ก) เร่งปฏิกิริยาอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

b) กอปรด้วยการกระทำที่มีความจำเพาะสูง

c) อยู่ภายใต้การควบคุมภายใต้สภาพทางสรีรวิทยา

d) ทำงานภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง

โครงสร้างของเอนไซม์

เอนไซม์สามารถเป็นได้ทั้งโปรตีนเชิงเดี่ยวและเชิงซ้อน (คอนจูเกต) ซึ่งอาจรวมถึงไขมัน คาร์โบไฮเดรต ไอออนของโลหะ เบสไนโตรเจน และอนุพันธ์ของวิตามิน ในร่างกาย เอนไซม์สามารถทำงานได้ทั้งในสถานะที่ละลายน้ำได้และในรูปของสารเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำ หรือเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มชีวภาพ

คุณสมบัติที่โดดเด่นของเอนไซม์คือการมีอยู่ ศูนย์ที่ใช้งานอยู่. แอคทีฟเซ็นเตอร์ -นี่คือการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของกรดอะมิโนที่ตกค้างในอวกาศ ซึ่งให้:

ก) การรับรู้โมเลกุลของสารตั้งต้น

b) การจับกันของสารตั้งต้นกับเอนไซม์

c) การดำเนินการเปลี่ยนแปลงตัวเร่งปฏิกิริยา (ในกรณีของเอนไซม์เชิงซ้อน โคเอ็นไซม์ที่เป็นส่วนหนึ่งของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ก็มีส่วนร่วมในการเร่งปฏิกิริยาด้วย)

บริเวณที่ทำงานเกิดขึ้นเมื่อโปรตีนพับตัวและถือว่าโครงสร้างตามธรรมชาติ (ใช้งานอยู่) โครงสร้างของแอคทีฟเซ็นเตอร์อาจเปลี่ยนแปลงเมื่อมีการโต้ตอบกับวัสดุพิมพ์ ตามการแสดงออกโดยนัยของ D. Koshland สารตั้งต้นจะเข้าใกล้ศูนย์กลางที่ใช้งานเหมือนยื่นมือไปที่ถุงมือ

โมเลกุลของเอนไซม์หนึ่งโมเลกุล โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามันประกอบด้วยหลายหน่วยย่อย อาจมีมากกว่าหนึ่งตำแหน่งที่ทำงานอยู่

มีสองภูมิภาคในศูนย์ที่ใช้งานอยู่ ภูมิภาคแรกมีหน้าที่รับผิดชอบในการจดจำและการผูกมัดของวัสดุพิมพ์ เรียกว่าไซต์ที่ยึดกับวัสดุพิมพ์หรือไซต์ที่ยึด ส่วนที่สองเรียกว่าส่วนตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งมีกรดอะมิโนตกค้างที่มีส่วนร่วมในการเร่งปฏิกิริยา

เอนไซม์เป็นโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลและความซับซ้อนของโครงสร้างแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างของเอนไซม์โมเลกุลขนาดเล็กคือไรโบนิวคลีเอสซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยเดียวที่มีน้ำหนักโมเลกุล 13,700 ดา (ลำดับกรดอะมิโนของไรโบนิวคลีเอสถูกกำหนดแล้ว ในปี พ.ศ. 2512 ไรโบนิวคลีเอสถูกสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการของบี. เมอร์ริฟิลด์ในนิวยอร์ก) เอนไซม์จำนวนมากประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วย เช่น แลคเตต ดีไฮโดรจีเนสประกอบด้วยหน่วยย่อยสี่หน่วยจากสองประเภท จนถึงปัจจุบันมีการรู้จักคอมเพล็กซ์หลายเอนไซม์หลายชนิดซึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยที่แตกต่างกันหลายสิบและโคเอ็นไซม์หลายประเภท ตัวอย่างเช่น สารเชิงซ้อนไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสประกอบด้วยหน่วยย่อย 60 หน่วยซึ่งมีสามประเภทและโคแฟกเตอร์ห้าประเภท น้ำหนักโมเลกุลของสารเชิงซ้อนดังกล่าวคือ 2.3 * 10 6 - 10 * 10 6 Da ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของเอนไซม์ โมเลกุลของเอนไซม์อาจมีขนาดเล็กกว่าโมเลกุลของสารตั้งต้น ตัวอย่างเช่น: โมเลกุลของเอนไซม์อะไมเลสและไรโบนิวคลีเอสมีขนาดเล็กกว่าโมเลกุลของสารตั้งต้น - แป้งและ RNA

ส่วนโปรตีนของเอนไซม์เชิงซ้อนนั้นไม่มีปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาและถูกเรียกว่า อะพอนไซม์- การจับกันของอะโปเอ็นไซม์กับส่วนประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนทำให้เกิดเอนไซม์ที่ออกฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา (โฮโลเอนไซม์):

เอนไซม์หลายชนิดมีไอออนของโลหะที่สามารถทำหน้าที่ต่างๆ ได้ดังนี้

ก) มีส่วนร่วมในการจับตัวของสารตั้งต้นและกระบวนการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยา

b) ส่งเสริมการเกาะติดของโคเอ็นไซม์กับโมเลกุลของเอนไซม์

c) ทำให้โครงสร้างระดับตติยภูมิของเอนไซม์คงที่ (เช่น Ca 2+ ในอะไมเลส)

d) โดยการจับกับซับสเตรต ก่อรูปซับสเตรตที่แท้จริงซึ่งเอนไซม์ออกฤทธิ์

โคเอ็นไซม์หลายชนิดเป็นอนุพันธ์ของวิตามิน ดังนั้นความผิดปกติของการเผาผลาญเนื่องจากการขาดวิตามินจึงเกิดจากการทำงานของเอนไซม์บางชนิดลดลง

เอ็นไซม์บางตัวประกอบด้วยแอคทีฟเซนเตอร์ ศูนย์ allosteric (กำกับดูแล) -บริเวณของโปรตีนโกลบูลที่อยู่นอกศูนย์กลางที่แอคทีฟ ซึ่งสารที่ควบคุมการทำงานของเอนไซม์สามารถจับกันได้ สารเหล่านี้เรียกว่าอัลโลสเตอริก เอฟเฟกต์ (ตัวกระตุ้นหรือสารยับยั้งอัลโลสเตอริก)- อันเป็นผลมาจากการจับกันของเอฟเฟกต์กับศูนย์ allosteric การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีนเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของกรดอะมิโนที่ตกค้างในศูนย์ที่ใช้งานอยู่และท้ายที่สุดคือการเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมของเอนไซม์ .

เอนไซม์ที่พบในสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันและเร่งปฏิกิริยาเคมีแบบเดียวกัน แต่มีโครงสร้างโปรตีนปฐมภูมิต่างกัน เรียกว่า ไอโซเอนไซม์ ไอโซเอนไซม์แตกต่างกันในคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ เช่น น้ำหนักโมเลกุล ความคงตัวทางความร้อน ความจำเพาะของซับสเตรต และการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า ธรรมชาติของการปรากฏตัวของไอโซเอนไซม์นั้นแตกต่างกันไป แต่ส่วนใหญ่มักเกิดจากความแตกต่างในโครงสร้างของยีนที่เข้ารหัสไอโซเอนไซม์เหล่านี้หรือหน่วยย่อยของพวกมัน ตัวอย่างเช่น เอนไซม์แลคเตตดีไฮโดรจีเนส (LDH) ซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยาย้อนกลับของแลคเตตออกซิเดชันกับไพรูเวต มีหน่วยย่อยสี่หน่วยของสองประเภท M และ H; การรวมกันของหน่วยย่อยเหล่านี้รองรับการก่อตัวของไอโซเอนไซม์ LDH ห้าตัว (รูปที่ 1) ในการวินิจฉัยโรคของหัวใจและตับจำเป็นต้องศึกษาสเปกตรัมไอโซเอนไซม์ของ LDH ในซีรั่มเลือดเนื่องจาก LDH 1 และ LDH 2 มีฤทธิ์ในกล้ามเนื้อหัวใจและไตและ LDH 4 และ LDH 5 มีฤทธิ์ในกล้ามเนื้อโครงร่าง และตับ

รูปที่ 1 โครงสร้างของไอโซเอนไซม์ LDH ต่างๆ

การวัดกิจกรรมของเอนไซม์

กิจกรรมของเอนไซม์ถูกกำหนดโดยการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา อัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์วัดจากการลดลงของความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ต่อหน่วยเวลา:

โวลต์ = -ΔС S /Δτ , v = ΔC P /Δτ ,

ที่ไหน ΔС ส– การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นโมลของสารตั้งต้น (โมล/ลิตร)

∆C ป- การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นโมลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (โมล/ลิตร)

Δτ - การเปลี่ยนแปลงเวลา (นาที, วินาที)

ขอแนะนำให้ทำการศึกษาจลน์ศาสตร์ที่ความเข้มข้นอิ่มตัวของสารตั้งต้น มิฉะนั้นเอนไซม์จะไม่สามารถแสดงกิจกรรมสูงสุดได้

หน่วยกิจกรรมของเอนไซม์:

หน่วยเอนไซม์นานาชาติ (U)- คือปริมาณของเอนไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนซับสเตรต 1 µmol ใน 1 นาทีที่อุณหภูมิ 25 o C และ pH ที่เหมาะสมที่สุดของสภาพแวดล้อม

เอนไซม์มีหน่วย SI คือ รีด (กท)– คือปริมาณของเอนไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นหนึ่งโมลใน 1 วินาที มันง่ายที่จะคำนวณว่า:

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

มักจะถูกกำหนดไว้ กิจกรรมเฉพาะการเตรียมเอนไซม์โดยหารกิจกรรมของตัวอย่างการเตรียมเอนไซม์แสดงเป็น (U) ด้วยน้ำหนักของตัวอย่างในหน่วยมิลลิกรัม:

จังหวะ = U/น้ำหนักของยา (มก.)

เมื่อเอนไซม์ถูกทำให้บริสุทธิ์ กิจกรรมจำเพาะจะเพิ่มขึ้น การเพิ่มกิจกรรมเฉพาะทำให้สามารถตัดสินประสิทธิภาพของขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์และความบริสุทธิ์ของการเตรียมเอนไซม์ได้

เพื่อประเมินกิจกรรมของการเตรียมเอนไซม์ที่เป็นเนื้อเดียวกันและมีความบริสุทธิ์สูง จำนวนหน่วยสากล (U) ของเอนไซม์ในตัวอย่างจะถูกหารด้วยปริมาณของสารเอนไซม์ (μmol) ในตัวอย่างนี้ โดยคำนวณแล้ว กิจกรรมฟันกราม(ความเร็ว). ในแง่กายภาพ กิจกรรมของฟันกรามคือจำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้นที่เกิดการเปลี่ยนแปลงบนโมเลกุลของเอนไซม์หนึ่งโมเลกุลใน 1 นาทีหรือ 1 วินาที ตัวอย่างเช่น: สำหรับยูเรียซึ่งเร่งการไฮโดรไลซิสของยูเรียกิจกรรมของฟันกรามคือ 30,000, ทริปซิน - 102, กลูโคสออกซิเดส - 17,000 รอบต่อวินาที

คุณสมบัติของเอนไซม์

4.1. กลไกการออกฤทธิ์เอนไซม์จะไม่เปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ ดังนั้นค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาจึงคงที่ เช่นเดียวกับตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ เอนไซม์เพียงแต่ลดเวลาที่ใช้ในการไปถึงจุดสมดุลนี้เท่านั้น ในกรณีส่วนใหญ่เอนไซม์เร่งปฏิกิริยา 10 7 - 10 14 เท่า ประสิทธิภาพของการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ขึ้นอยู่กับการลดลงอย่างมากในพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา เนื่องจากการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ผ่านสถานะการเปลี่ยนผ่าน

4.2. ความเฉพาะเจาะจงของการกระทำ- ความจำเพาะของการจับกับสารตั้งต้นและเส้นทางของปฏิกิริยาของเอนไซม์ถูกกำหนดโดยอะโปเอ็นไซม์ ความจำเพาะของการกระทำของเอนไซม์จะกำหนดทิศทางการเผาผลาญในร่างกาย

เอนไซม์ว่ากันว่ามี ความจำเพาะของวัสดุพิมพ์ที่แคบหากพวกมันทำปฏิกิริยากับวัสดุพิมพ์ที่มีช่วงน้อยมาก บางครั้งเราก็คุยกันได้ ความจำเพาะของสารตั้งต้นสัมบูรณ์ตัวอย่างเช่นตัวเร่งปฏิกิริยากระตุ้นปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น - การสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์:

เอนไซม์ส่วนใหญ่มีลักษณะเฉพาะคือ ความจำเพาะของสารตั้งต้นสัมพัทธ์ (กว้าง กลุ่ม)เมื่อพวกมันกระตุ้นกลุ่มปฏิกิริยาที่คล้ายกัน ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนสเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนแอลกอฮอล์เป็นอัลดีไฮด์ และเมทานอล เอทานอล โพรพานอล และแอลกอฮอล์อื่นๆ สามารถทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นได้ ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนสสามารถออกซิไดซ์แอลกอฮอล์แบบไม่เชิงเส้นได้ เช่นเดียวกับกลุ่มแอลกอฮอล์ที่เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เอนไซม์นี้สามารถกระตุ้นการเปลี่ยนเรตินอลไปเป็นเรตินาได้ โดยธรรมชาติแล้ว เอนไซม์ที่มีความจำเพาะของซับสเตรตในวงกว้างจะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของซับสเตรตด้วยประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน

เอ็นไซม์ก็มอบให้เช่นกัน ความจำเพาะทางสเตอริโอเคมี: ศูนย์กลางแบบแอคทีฟจะจดจำโมเลกุลของสารตั้งต้นโดยการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ ตัวอย่างเช่น L-amino acid oxidase จะออกฤทธิ์เฉพาะกับกรด L-amino เท่านั้น และไม่มีผลใดๆ เลยกับ D-analog ของพวกมัน สำหรับการปนเปื้อนออกซิเดชันของกรด D-amino สิ่งมีชีวิตจะมี D-amino acid oxidase ที่ไม่ทำหน้าที่กับกรด L-amino เป็นความสามารถของแอคทีฟเซนเตอร์ในการจับกับสเตอรีโอไอโซเมอร์บางตัวของซับสเตรตที่รองรับการทำงานของเอนไซม์ เช่น ราเซเมส ซึ่งเปลี่ยนสเตอรีโอไอโซเมอร์บางตัวให้เป็นสเตอรีโอไอโซเมอร์ตัวอื่น

ความเฉพาะเจาะจงของเส้นทางการเปลี่ยนแปลงคือสารตั้งต้นหนึ่งตัวภายใต้การทำงานของเอนไซม์ต่างกันสามารถแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต่างกันในด้านโครงสร้างและบทบาทในการเผาผลาญ

นี่คือตัวอย่าง: แอล-อะมิโนแอซิดออกซิเดสออกฤทธิ์กับกรด L-amino โดยเปลี่ยนเป็นกรดอัลฟ่า-คีโตด้วยการก่อตัวของแอมโมเนียและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

แอล-อะมิโนแอซิดดีคาร์บอกซิเลสจับกับพื้นผิวเดียวกัน แต่กระตุ้นปฏิกิริยาที่แตกต่าง: ดีคาร์บอกซิเลชันด้วยการก่อตัวของเอมีนชีวภาพและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

อีกตัวอย่างหนึ่งคือความเป็นไปได้ในการแปลงกลูโคส-6 ฟอสเฟตภายใต้การกระทำของเอนไซม์ต่างๆ ตามหนึ่งในวิถีทางเมตาบอลิซึมที่เป็นไปได้:

4.3. ความสามารถในการระบายความร้อน .

เช่นเดียวกับโปรตีนหลายชนิด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เอนไซม์จะเกิดการสูญเสียสภาพจากความร้อน ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักของโครงสร้างดั้งเดิมของเอนไซม์ และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ เอนไซม์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเริ่มเสื่อมสภาพอย่างเห็นได้ชัดที่อุณหภูมิสูงกว่า 40°C

จากสิ่งที่กล่าวมาข้างต้นขอแนะนำให้เก็บการเตรียมเอนไซม์ไว้ที่อุณหภูมิต่ำ วิธีรักษาเอนไซม์ที่ดีที่สุดวิธีหนึ่งคือการทำให้เอนไซม์แห้ง (ทำให้แห้งที่อุณหภูมิต่ำกว่า -70 o C ในสุญญากาศ) เปลี่ยนให้เป็นสถานะสลายตัวบางส่วนโดยใช้เกลือแอมโมเนียม แล้วนำไปแช่ในตู้เย็น

4.4. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ก็เหมือนกับปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 o C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น 2-4 เท่าตามกฎของแวนท์ ฮอฟฟ์ อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมิสูงกว่า 40 o C การสลายตัวของเอนไซม์จะมีนัยสำคัญซึ่งทำให้กิจกรรมทั้งหมดลดลง (รูปที่ 2):

ข้าว. 2. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์กับอุณหภูมิ

4.5. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่อค่า pHการขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่อค่า pH นั้นมีรูปทรงระฆัง (รูปที่ 3) ค่า pH ที่สังเกตอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์สูงสุดเรียกว่าค่าที่เหมาะสมที่สุด (pH-optimum) ลักษณะของเส้นโค้งและค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของกลุ่มที่มีประจุของสารตั้งต้นและกลุ่มที่มีประจุของเอนไซม์ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่รวมอยู่ในศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่) ค่า pH ที่เหมาะสมสำหรับเอนไซม์ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงตั้งแต่ 6.0 ถึง 8.0 (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่อค่า pH

อย่างไรก็ตามมีข้อยกเว้นเช่น Pepsin มีฤทธิ์มากที่สุดที่ pH 1.5 - 2.0 และอัลคาไลน์ฟอสฟาเตสที่ pH 10.0 - 10.5 (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. การขึ้นอยู่กับอัตราปฏิกิริยาของเอนไซม์ (v) ต่อค่า pH ของตัวกลาง

ที่ค่า pH ที่รุนแรง (ต่ำมากหรือสูงมาก) โครงสร้างตติยภูมิของโมเลกุลของเอนไซม์จะหยุดชะงัก ส่งผลให้กิจกรรมของเอนไซม์สูญเสียไป

ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง.

ที่เก็บกิจกรรมของเอนไซม์

ในการปฏิบัติทางชีวเคมีในชีวิตประจำวันปริมาณของเอนไซม์ไม่ได้ถูกประเมินในทางปฏิบัติ แต่จะประเมินเฉพาะกิจกรรมเท่านั้น กิจกรรมเป็นแนวคิดที่กว้างกว่าปริมาณ ประการแรกหมายถึงผลลัพธ์ของปฏิกิริยา กล่าวคือ การสูญเสียสารตั้งต้นหรือการสะสมของผลิตภัณฑ์ โดยธรรมชาติแล้วเราไม่สามารถละเลยเวลาทำงานของเอนไซม์และจำนวนโมเลกุลของเอนไซม์ได้ แต่เนื่องจากโดยปกติแล้วเป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณจำนวนโมเลกุลของเอนไซม์ จึงใช้ปริมาณของวัสดุชีวภาพที่มีเอนไซม์ (ปริมาตรหรือมวล)

ดังนั้นเมื่อพิจารณาการทำงานของเอนไซม์จะต้องคำนึงถึงตัวแปรสามตัวพร้อมกัน:

• มวลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นหรือสารตั้งต้นที่หายไป
• เวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา
• ปริมาณของเอนไซม์ แต่จริงๆ แล้วคือมวลหรือปริมาตรของสารชีวภาพที่มีเอนไซม์นั้น

เพื่อทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยเหล่านี้ ตัวอย่างที่ชัดเจนและเรียบง่ายคือการก่อสร้างอาคารสองหลัง ลองเปรียบเทียบอาคารกับผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา โดยคนงานคือเอนไซม์ และปล่อยให้ทีมงานสอดคล้องกับปริมาตรของวัสดุชีวภาพ ดังนั้นปัญหาจากชั้นประถมศึกษาปีที่ 3:

1. ทีมงาน 10 คนทำงานในการก่อสร้างอาคารหลังหนึ่ง และทีมงาน 5 คนทำงานในอาคารที่คล้ายกันอีกหลังหนึ่ง การก่อสร้างแล้วเสร็จพร้อมกันและเต็มจำนวน กิจกรรมของคนงานสูงกว่าตรงไหน?
2. ทีมงาน 10 คนทำงานในการก่อสร้างอาคารหนึ่งซึ่งมี 3 ชั้น และทีมงาน 10 คนทำงานในอาคารอีกแห่งหนึ่งซึ่งมี 12 ชั้น การก่อสร้างแล้วเสร็จพร้อมกันและเต็มจำนวน กิจกรรมของคนงานสูงกว่าตรงไหน?
3. ทีมงาน 10 คนทำงานในการก่อสร้างอาคาร 5 ชั้นแห่งหนึ่ง และทีมงาน 10 คนทำงานในอาคารที่คล้ายกันอีกแห่งหนึ่ง การก่อสร้างอาคารหลังแรกใช้เวลา 20 วัน อาคารหลังที่สองใช้เวลาสร้าง 10 วัน กิจกรรมของคนงานสูงกว่าตรงไหน?

พื้นฐานของปริมาณกิจกรรมของเอนไซม์

1. กิจกรรมของเอนไซม์แสดงเป็นอัตราการสะสมของผลิตภัณฑ์หรืออัตราการสูญเสียของสารตั้งต้นในแง่ของปริมาณวัสดุที่มีเอนไซม์

ในทางปฏิบัติพวกเขามักจะใช้:

• หน่วยของปริมาณของสาร - โมล (และอนุพันธ์ของมัน mmol, µmol), กรัม (kg, mg)
• หน่วยของเวลา - นาที, ชั่วโมง, วินาที,
• หน่วยมวลหรือปริมาตร - กรัม (กก., มก.), ลิตร (มล.)

อนุพันธ์อื่นๆ ยังถูกนำมาใช้อย่างแข็งขัน เช่น catal (mol/s) ซึ่งเป็นหน่วยสากลของกิจกรรม (IU, หน่วย) สอดคล้องกับ µmol/min

ดังนั้น การออกฤทธิ์ของเอนไซม์สามารถแสดงออกมาได้ ตัวอย่างเช่น ในหน่วย mmol/s×l, g/h×l, IU/l, cat/ml เป็นต้น

ยกตัวอย่างก็รู้กัน.

2. การสร้างสภาวะมาตรฐานเพื่อให้สามารถเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้รับในห้องปฏิบัติการต่างๆ ได้ - pH ที่เหมาะสมและอุณหภูมิคงที่ เช่น 25°C หรือ 37°C โดยสังเกตเวลาฟักตัวของซับสเตรตด้วยเอนไซม์

กิจกรรมของเอนไซม์ภายใต้ กิจกรรมของเอนไซม์ เข้าใจปริมาณของมันที่กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นจำนวนหนึ่งต่อหน่วยเวลา เพื่อแสดงกิจกรรมของการเตรียมเอนไซม์ มีการใช้หน่วยทางเลือกสองหน่วย: international (IU) และ catal (kat) สำหรับ หน่วยกิจกรรมระหว่างประเทศ ปริมาณของเอนไซม์ที่ใช้ไปจะกระตุ้นการเปลี่ยนซับสเตรต 1 µmol ไปเป็นผลิตภัณฑ์ภายใน 1 นาทีภายใต้สภาวะมาตรฐาน (โดยปกติจะเหมาะสมที่สุด) หนึ่งบินว่อน หมายถึงปริมาณของเอนไซม์ที่กระตุ้นการแปลงของสารตั้งต้น 1 โมลใน 1 วินาที (1 cat = 6 ∙ 10 7 IU) ในปฏิกิริยาแบบชีวโมเลกุล A + B = C + D หน่วยของกิจกรรมของเอนไซม์ถือเป็นปริมาณที่กระตุ้นการแปลงของ 1 µmol ของ A หรือ B หรือ 2 µmol ของ A (ถ้า B = A) ใน 1 นาที .

บ่อยครั้งที่การเตรียมเอนไซม์มีลักษณะเฉพาะโดยกิจกรรมเฉพาะซึ่งสะท้อนถึงระดับการทำให้บริสุทธิ์ของเอนไซม์ กิจกรรมเฉพาะ คือจำนวนหน่วยการทำงานของเอนไซม์ต่อโปรตีน 1 มิลลิกรัม

กิจกรรมระดับโมเลกุล (หมายเลขการหมุนเวียนของเอนไซม์) - จำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้นที่ถูกแปลงโดยโมเลกุลของเอนไซม์หนึ่งโมเลกุลใน 1 นาทีเมื่อเอนไซม์อิ่มตัวกับสารตั้งต้นโดยสมบูรณ์ เท่ากับจำนวนหน่วยการทำงานของเอนไซม์หารด้วยปริมาณของเอนไซม์ที่แสดงเป็นไมโครโมล แนวคิดเรื่องกิจกรรมระดับโมเลกุลใช้ได้กับเอนไซม์บริสุทธิ์เท่านั้น

เมื่อทราบจำนวนศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ในโมเลกุลของเอนไซม์ แนวคิดนี้จึงถูกนำมาใช้ กิจกรรมของศูนย์ตัวเร่งปฏิกิริยา - มีลักษณะเฉพาะคือจำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้นที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงใน 1 นาทีต่อศูนย์กลางที่ทำงานอยู่

กิจกรรมของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับสภาวะภายนอกเป็นอย่างมาก โดยอุณหภูมิและ pH ของสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญอย่างยิ่ง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในช่วง 0−50°C มักจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นในการทำงานของเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเร่งการก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อน และเหตุการณ์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตามมาทั้งหมด สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า (กฎของแวนต์ ฮอฟฟ์) อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีก (>50°C) จะมาพร้อมกับปริมาณของเอนไซม์ที่ไม่ทำงานเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเสื่อมสภาพของส่วนโปรตีน ซึ่งจะแสดงออกมาในกิจกรรมที่ลดลง เอนไซม์แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะ อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด– ค่าอุณหภูมิที่ใช้บันทึกกิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

การพึ่งพาการทำงานของเอนไซม์กับค่า pH ของตัวกลางนั้นซับซ้อน เอนไซม์แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะ ค่า pH ที่เหมาะสม สิ่งแวดล้อมซึ่งจะแสดงกิจกรรมสูงสุด เมื่อคุณเคลื่อนห่างจากค่านี้ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง กิจกรรมของเอนไซม์จะลดลง สิ่งนี้อธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงสถานะของศูนย์กลางแอคทีฟของเอนไซม์ (การลดลงหรือเพิ่มขึ้นของการไอออไนซ์ของกลุ่มฟังก์ชัน) รวมถึงโครงสร้างตติยภูมิของโมเลกุลโปรตีนทั้งหมดซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของประจุบวกและประจุลบ มีศูนย์กลางอยู่ในนั้น เอนไซม์ส่วนใหญ่มีค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดในช่วงที่เป็นกลาง อย่างไรก็ตาม มีเอนไซม์บางตัวที่แสดงฤทธิ์สูงสุดที่ pH 1.5 (เปปซิน) หรือ 9.5 (อาร์จิเนส) เมื่อทำงานกับเอนไซม์ จำเป็นต้องรักษาค่า pH โดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์ที่เหมาะสม

กิจกรรมของเอนไซม์อาจมีความผันผวนอย่างมากขึ้นอยู่กับการสัมผัส สารยับยั้ง(สารที่ลดฤทธิ์บางส่วนหรือทั้งหมด) และ ตัวกระตุ้น(สารที่เพิ่มฤทธิ์) บทบาทของพวกเขาเล่นโดยไอออนบวกของโลหะ, แอนไอออนบางตัว, พาหะของกลุ่มฟอสเฟต, การลดสิ่งที่เทียบเท่า, โปรตีนเฉพาะ, ผลิตภัณฑ์ระดับกลางและขั้นสุดท้ายของการเผาผลาญ ฯลฯ

หลักจลนพลศาสตร์ของเอนไซม์สาระสำคัญของการศึกษาจลนศาสตร์คือการกำหนดอัตราสูงสุดของปฏิกิริยาของเอนไซม์ ( วีสูงสุด) และค่าคงที่ Michaelis เป็นค่าคงที่ K M จลนพลศาสตร์ของเอนไซม์ศึกษาอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณของสารบางชนิดไปเป็นสารอื่นภายใต้การทำงานของเอนไซม์ อัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์วัดได้จากการสูญเสียซับสเตรตหรือการเพิ่มขึ้นของผลลัพธ์ที่ได้ต่อหน่วยเวลา หรือโดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโคเอ็นไซม์รูปแบบใดรูปแบบหนึ่งที่อยู่ติดกัน

อิทธิพล ความเข้มข้นของเอนไซม์อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะแสดงดังนี้: หากความเข้มข้นของสารตั้งต้นคงที่ (หากมีสารตั้งต้นมากเกินไป) อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของเอนไซม์ สำหรับการศึกษาจลน์ศาสตร์ จะใช้ความเข้มข้นของเอนไซม์ 10 - 8 M บริเวณที่ทำงาน ค่าที่เหมาะสมที่สุดของความเข้มข้นของเอนไซม์จะพิจารณาจากกราฟของการพึ่งพากิจกรรมของเอนไซม์กับความเข้มข้นของมัน ค่าที่เหมาะสมที่สุดจะถือว่าอยู่บนที่ราบสูงของกราฟผลลัพธ์ในช่วงของค่ากิจกรรมของเอนไซม์ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นเล็กน้อย (รูปที่ 4.3)

ข้าว. 4.3. ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์

เรื่องความเข้มข้นของเอนไซม์

เพื่อศึกษาอิทธิพล ความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพื่อกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ ขั้นแรกให้สร้างกราฟจลนศาสตร์ที่สะท้อนการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารตั้งต้น (S 1) หรือผลิตภัณฑ์ (P 1) เมื่อเวลาผ่านไป (รูปที่ 4.4) และวัดความเร็วเริ่มต้น ( วี 1) ปฏิกิริยาเป็นแทนเจนต์ของมุมเอียงของแทนเจนต์กับเส้นโค้งที่จุดศูนย์

ข้าว. 4.4. กราฟจลน์ของปฏิกิริยาเอนไซม์

โดยการสร้างเส้นโค้งจลน์สำหรับความเข้มข้นอื่นๆ ของสารตั้งต้นที่กำหนด (S 2, S 3, S 4 ฯลฯ) หรือผลิตภัณฑ์ (P 2, P 3, P 4 ฯลฯ) และกำหนดอัตราเริ่มต้น ( วี 2, วี 3 , วีปฏิกิริยาที่ 4 เป็นต้น) สร้างกราฟของการพึ่งพาความเร็วเริ่มต้นของปฏิกิริยาของเอนไซม์กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น (ที่ความเข้มข้นคงที่ของเอนไซม์) ซึ่งมีรูปแบบของไฮเปอร์โบลา (รูปที่ 4.5)

ข้าว. 4.5. ขึ้นอยู่กับอัตราเริ่มต้นของปฏิกิริยาของเอนไซม์

ความเข้มข้นของสารตั้งต้น

จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเอนไซม์หลายชนิดอธิบายไว้ในสมการมิคาเอลิส–เมนเทน ที่ความเข้มข้นของเอนไซม์คงที่และ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่ำ[S] อัตราการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับ [S] (รูปที่ 4.5) ในกรณีนี้ เราพูดถึงความอิ่มตัวครึ่งหนึ่งของเอนไซม์กับสารตั้งต้น เมื่อครึ่งหนึ่งของโมเลกุลของเอนไซม์อยู่ในรูปแบบของสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้นและอัตราการเกิดปฏิกิริยา วี = 1/2วีสูงสุด ในส่วนของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาจะเป็นลำดับที่ 1 (อัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นหนึ่งตัว) หรือลำดับที่ 2 (อัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนกับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นทั้งสอง)

ที่ ค่าสูง ความเข้มข้นของสารตั้งต้น[S] อัตราการเกิดปฏิกิริยาแทบไม่ขึ้นอยู่กับ [S]: เมื่อ [S] เพิ่มขึ้นอีก อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และในที่สุดจะคงที่ (สูงสุด) (รูปที่ 4.5) ในกรณีนี้จะบรรลุความอิ่มตัวของเอนไซม์โดยสมบูรณ์ด้วยสารตั้งต้นเมื่อโมเลกุลของเอนไซม์ทั้งหมดอยู่ในรูปแบบของคอมเพล็กซ์ของเอนไซม์-สารตั้งต้นและ วี = วีสูงสุด

ในส่วนของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาจะมีลำดับที่ 0 (อัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น)

ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยา 1 ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยา 3

เค

E + S ⇄ ES → E + P ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยาเอนไซม์ E รวมกับสารตั้งต้น S ทำให้เกิด ES เชิงซ้อน อัตราคงที่สำหรับกระบวนการนี้คือ ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยา 1. ชะตากรรมของ ES complex นั้นเป็นสองเท่า: มันสามารถแยกตัวออกเป็นเอนไซม์ E และสารตั้งต้น S ได้ด้วยอัตราคงที่ ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยา 2 หรือผ่านการเปลี่ยนรูปเพิ่มเติม ก่อรูปผลิตภัณฑ์ P และเอนไซม์อิสระ E โดยมีอัตราคงที่

3. มีการตั้งสมมติฐานว่าผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาจะไม่เปลี่ยนเป็นสารตั้งต้นดั้งเดิม ตรงตามเงื่อนไขนี้ในระยะเริ่มแรกของปฏิกิริยา ในขณะที่ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ต่ำ อัตราการเร่งปฏิกิริยาถูกกำหนดในเงื่อนไขผู้ป่วยใน

เมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ขั้นกลางคงที่ ในขณะที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายแตกต่างกันไป สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออัตราการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ ES เท่ากับอัตราการสลายตัวของมัน คุณสามารถแนะนำค่าคงที่ใหม่ KM -มิคาเอลคงที่

(โมล/ลิตร) ซึ่งเท่ากับสมการมิเคลิส–เมนเทน

(4.2)

ซึ่งแสดงความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างอัตราปฏิกิริยาของเอนไซม์กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นมีรูปแบบ สมการนี้สอดคล้องกับกราฟของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเทียบกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่ำ วี = วีเมื่อ [S] ต่ำกว่า KM มาก สูงสุด [S] / KM เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นสูง วี = วีสูงสุดนั่นคืออัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงสุดและไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น

ถ้า [S] = K M แล้ว วี = วีสูงสุด/2.

ดังนั้น K M เท่ากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นซึ่งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด.

ค่าคงที่ Michaelis (KM) และอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงสุด ( วีสูงสุด) คือคุณลักษณะความเร็วที่สำคัญที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่แตกต่างกัน วีสูงสุด - ค่าคงที่สำหรับแต่ละเอนไซม์ช่วยให้คุณประเมินประสิทธิผลของการกระทำของมัน

ค่าคงที่ Michaelis แสดงความสัมพันธ์ของสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์ (ในกรณีที่เมื่อใด ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยา 2 >> ในปี 1913 แอล. มิคาเอลิสและเอ็ม. เมนเทนเสนอแบบจำลองง่ายๆ เพื่ออธิบายจลนศาสตร์ดังกล่าว ตามแบบจำลองนี้ การก่อตัวของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อนเป็นขั้นตอนกลางที่จำเป็นในการเร่งปฏิกิริยา 3): ยิ่ง KM น้อย ความสัมพันธ์ก็จะยิ่งมากขึ้น และอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้น และในทางกลับกัน สารตั้งต้นแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยค่า KM ของตัวเองสำหรับเอนไซม์ที่กำหนด และค่าของสารตั้งต้นนั้นสามารถใช้เพื่อตัดสินความจำเพาะของสารตั้งต้นของเอนไซม์ ค่าคงที่ Michaelis ขึ้นอยู่กับลักษณะของซับสเตรต อุณหภูมิ pH ความแรงของไอออนิกของสารละลาย และการมีอยู่ของสารยับยั้ง

เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าคำนิยาม วี max และ KM โดยตรงจากความสัมพันธ์แบบ Michaelis – Menten แบบกราฟิก (รูปที่ 4.5) มีความคลุมเครือ โดยหันไปใช้การทำให้สมการเชิงเส้นตรง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จะถูกแปลงเป็นรูปแบบที่สามารถแสดงเป็นเส้นตรงได้แบบกราฟิก มีวิธีการเชิงเส้นหลายวิธี โดยวิธี Lineweaver–Burk และ Edie–Hofstee มักใช้บ่อยที่สุด

การแปลง ไลน์วีเวอร์-เบิร์ก ดูเหมือนว่า

(4.3)

สร้างกราฟการพึ่งพา 1/ วี = ฉ(1/[S]) และได้เส้นตรง ซึ่งจุดตัดกับแกน y ให้ค่า 1/ วีสูงสุด ; ส่วนที่ตัดออกด้วยเส้นตรงบนแกน Abscissa ให้ค่า −1/K M และค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงกับแกน Abscissa เท่ากับ K M / วีสูงสุด (รูปที่ 4.6) กราฟนี้ช่วยให้คุณกำหนดได้แม่นยำยิ่งขึ้น วีสูงสุด ดังที่เราจะเห็นด้านล่าง ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์สามารถรวบรวมได้จากกราฟนี้เช่นกัน

ข้าว. 4.6. วิธีการเชิงเส้นตรงสำหรับสมการมิคาเอลิส–เมนเทน

(อ้างอิงจาก Lineweaver - Burke)

วิธี อีดี-ฮอฟสตี ขึ้นอยู่กับการแปลงสมการมิเคลิส–เมนเทนโดยการคูณทั้งสองข้างด้วย วีสูงสุด:

(4.4)

กราฟในพิกัด วีและ วี/[S] คือเส้นตรง ซึ่งจุดตัดกับแกน y ให้ค่า วีสูงสุด และส่วนที่ตัดออกด้วยเส้นตรงบนแกนแอบซิสซาคือค่า วีสูงสุด /KM (รูปที่ 4.7) ทำให้ง่ายมากที่จะกำหนด KM และ วี max และยังระบุความเบี่ยงเบนที่เป็นไปได้จากความเป็นเส้นตรงที่ไม่ได้ตรวจพบในกราฟก่อนหน้า

ข้าว. 4.7. วิธีการเชิงเส้นตรงสำหรับสมการมิคาเอลิส–เมนเทน

(อ้างอิงจากเอดี – ฮอฟสตี)

ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์การทำงานของเอนไซม์สามารถยับยั้งได้ทั้งหมดหรือบางส่วนด้วยสารเคมีบางชนิด - สารยับยั้ง - ขึ้นอยู่กับลักษณะของการออกฤทธิ์ สารยับยั้งจะถูกแบ่งออกเป็นแบบย้อนกลับได้และแบบย้อนกลับไม่ได้ การแบ่งส่วนนี้ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของการจับตัวของสารยับยั้งกับเอนไซม์

สารยับยั้งแบบพลิกกลับได้ - สารประกอบเหล่านี้เป็นสารประกอบที่ทำปฏิกิริยาแบบไม่โควาเลนต์กับเอนไซม์ และเมื่อถูกกำจัดออกไป กิจกรรมของเอนไซม์ก็กลับคืนมา การยับยั้งแบบผันกลับได้อาจเป็นแบบแข่งขัน ไม่สามารถแข่งขัน หรือไม่สามารถแข่งขันได้

ตัวอย่าง การยับยั้งการแข่งขันคือผลของโครงสร้างอะนาลอกของซับสเตรตซึ่งสามารถจับกับแอคทีฟเซ็นเตอร์ของเอนไซม์ในลักษณะเดียวกับซับสเตรตโดยไม่ต้องเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์และป้องกันอันตรกิริยาของเอ็นไซม์กับซับสเตรตที่แท้จริงคือมีการแข่งขันกัน ระหว่างสารตั้งต้นและสารยับยั้งเพื่อจับกับศูนย์กลางที่ทำงานของเอนไซม์ อันเป็นผลมาจากการก่อตัวของสารเชิงซ้อนของเอนไซม์ - ยับยั้ง (EI) ความเข้มข้นของสารเชิงซ้อน ES จะลดลงและส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลง กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารยับยั้งแบบแข่งขันจะลดอัตราการเร่งปฏิกิริยาโดยการลดสัดส่วนของโมเลกุลของเอนไซม์ที่จับกับซับสเตรต

การวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่แตกต่างกันทำให้สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างการแข่งขันกับการยับยั้งที่ไม่แข่งขันได้ โดยมีการยับยั้งการแข่งขันบนกราฟการพึ่งพา 1/ วี=ฉ(1/[S]) เส้นตรงตัดแกนพิกัดที่จุดหนึ่ง 1/ วีสูงสุดโดยไม่คำนึงถึงการปรากฏตัวของสารยับยั้ง แต่เมื่อมีสารยับยั้งแทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงกับแกนของ abscissa จะเพิ่มขึ้นเช่น วีค่าสูงสุดไม่เปลี่ยนแปลง แต่ KM เพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ที่ลดลงของสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์เมื่อมีสารยับยั้ง (รูปที่ 4.8) ด้วยเหตุนี้ ที่ความเข้มข้นสูงเพียงพอของสารตั้งต้นภายใต้สภาวะการแข่งขันสำหรับตำแหน่งออกฤทธิ์ของเอนไซม์ เมื่อสารตั้งต้นแทนที่ตัวยับยั้งจากตำแหน่งออกฤทธิ์ การยับยั้งจะถูกกำจัดออกและอัตราของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยากลับคืนมา ในกรณีนี้ สมการมิคาเอลิส–เมนเทนมีรูปแบบ

(4.5)

โดยที่ [I] คือความเข้มข้นของสารยับยั้ง เค ฉัน – การยับยั้งคงที่

ค่าคงที่การยับยั้งแสดงคุณลักษณะสัมพรรคภาพของเอนไซม์สำหรับสารยับยั้งและเป็นค่าคงที่การแยกตัวของสารเชิงซ้อน EI:

(4.6)

ในกรณีที่มีตัวยับยั้งการแข่งขัน ค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงกับแกน x จะเพิ่มขึ้นตามจำนวน (1 + [I]/ เค ฉัน).

ข้าว. 4.8. การยับยั้งการแข่งขัน:

เอ – แผนภาพ; b – การแสดงออกทางกราฟิกตาม Lineweaver - Burke

ที่ การยับยั้งที่ไม่ใช่การแข่งขันสารยับยั้งมีความแตกต่างในโครงสร้างจากสารตั้งต้นและไม่จับกับสารออกฤทธิ์ แต่จะจับกับศูนย์กลางอัลโลสเตอริกของเอนไซม์ สิ่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของศูนย์กลางแอคทีฟของเอนไซม์ซึ่งมาพร้อมกับกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ลดลง ยิ่งไปกว่านั้น สารยับยั้งสามารถจับไม่เพียงแต่กับเอนไซม์อิสระ (E + I → EI) เท่านั้น แต่ยังจับกับสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้น (ES + I → ESI) อีกด้วย ทั้งสองรูปแบบ EI และ ESI ไม่ได้ใช้งาน สารตั้งต้นและสารยับยั้งสามารถจับกันโดยโมเลกุลของเอนไซม์พร้อมกัน แต่ตำแหน่งการจับของพวกมันจะไม่ทับซ้อนกัน ผลของสารยับยั้งที่ไม่สามารถแข่งขันได้คือการลดจำนวนการหมุนเวียนของเอนไซม์ และไม่ลดสัดส่วนของโมเลกุลของเอนไซม์ที่เกาะกับซับสเตรต สารยับยั้งไม่ได้ป้องกันการก่อตัวของสารเชิงซ้อน ES แต่ยับยั้งการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ ด้วยเหตุนี้เอง วีการลดลงสูงสุด เช่น เมื่อมีตัวยับยั้ง จุดตัดของเส้นตรงกับแกนกำหนดจะเกิดขึ้นที่จุดที่สูงกว่า (รูปที่ 4.9) ค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงของเส้นตรงกับแกน abscissa จะเพิ่มขึ้นในระดับเดียวกันเท่ากับ K M / วีแม็กซ์ไอ KM ตรงกันข้ามกับ วีค่าสูงสุดไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงไม่สามารถกำจัดการยับยั้งที่ไม่สามารถแข่งขันได้โดยการเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น

ข้าว. 4.9. การยับยั้งแบบไม่แข่งขัน:

เอ – แผนภาพ; b – การแสดงออกทางกราฟิกตาม Lineweaver – Burke

ความเร็วปฏิกิริยาสูงสุด วีสูงสุด I ต่อหน้าตัวยับยั้งที่ไม่สามารถแข่งขันได้อธิบายไว้ในสมการ

(4.7)

ในกรณีพิเศษ การยับยั้งที่ไม่ใช่การแข่งขันเมื่อสารยับยั้งจับเฉพาะกับสารเชิงซ้อน ES และไม่จับกับเอนไซม์อิสระในกราฟการพึ่งพา 1/ วี = ฉ(1/[S]) เส้นตรงจะขนานกันและตัดแกนพิกัดและแกนแอบซิสซาที่จุดต่างๆ (รูปที่ 4.10)

ข้าว. 4.10. การยับยั้งแบบไม่แข่งขัน:

เอ – แผนภาพ; b – การแสดงออกทางกราฟิกตาม Lineweaver – Burke

สารยับยั้งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เป็นสารประกอบที่มีปฏิกิริยาสูงในลักษณะทางเคมีต่างๆ ที่สามารถโต้ตอบกับกลุ่มที่สำคัญตามหน้าที่ของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ ก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียกิจกรรมของเอนไซม์อย่างถาวร ในเรื่องนี้ ทฤษฎีมิคาเอลิส–เมนเทน ซึ่งมีพื้นฐานบนสมมติฐานที่ว่าการเติมสารยับยั้งในเอนไซม์สามารถย้อนกลับได้ ไม่สามารถนำไปใช้ได้ในกรณีนี้

ตัวอย่างของการยับยั้งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือปฏิกิริยาของเอนไซม์กับไอออนของโลหะหนักซึ่งเกาะติดกับกลุ่มซัลไฮดริลของซิสเตอีนที่ตกค้างของเอนไซม์และสร้างเมอร์แคปไทด์ - สารประกอบที่ไม่แยกตัวออกในทางปฏิบัติหรือการดัดแปลงโควาเลนต์ของเอนไซม์ภายใต้อิทธิพลของอัลคิเลต ตัวแทน

(ตัวกระตุ้น - เพิ่ม, สารยับยั้ง - ลดลง) เอนไซม์โปรตีนถูกสังเคราะห์บนไรโบโซมและ RNA - ในนิวเคลียส

คำว่า "เอนไซม์" และ "เอนไซม์" ถูกใช้เป็นคำพ้องความหมายมานานแล้ว (คำแรกในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์ของรัสเซียและเยอรมันเป็นหลัก ส่วนคำหลังในภาษาอังกฤษและฝรั่งเศส)
ศาสตร์แห่งเอนไซม์มีชื่อว่า เอนไซม์วิทยาและไม่ใช่เอนไซม์ (เพื่อไม่ให้รากของคำในภาษาละตินและกรีกผสมกัน)

ประวัติความเป็นมาของการศึกษา

ภาคเรียน เอนไซม์เสนอในศตวรรษที่ 17 โดยนักเคมี แวน เฮลมอนต์ เมื่อพูดถึงกลไกการย่อยอาหาร

ในที่สุด XVIII - ต้น ศตวรรษที่สิบเก้า เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเนื้อสัตว์ถูกย่อยด้วยน้ำย่อย และแป้งจะถูกเปลี่ยนเป็นน้ำตาลภายใต้การกระทำของน้ำลาย อย่างไรก็ตาม ยังไม่ทราบกลไกของปรากฏการณ์เหล่านี้

เอนไซม์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเศรษฐกิจของประเทศ เช่น อุตสาหกรรมอาหาร สิ่งทอ และเภสัชวิทยา

การจำแนกประเภทของเอนไซม์

ตามประเภทของปฏิกิริยาที่พวกมันเร่งปฏิกิริยา เอนไซม์จะถูกแบ่งออกเป็น 6 คลาสตามการจำแนกลำดับชั้นของเอนไซม์ (CF, - รหัสคอมมิชชันของเอนไซม์) การจำแนกประเภทนี้เสนอโดยสหภาพชีวเคมีและอณูชีววิทยาระหว่างประเทศ แต่ละคลาสมีคลาสย่อย ดังนั้นเอ็นไซม์จึงถูกอธิบายด้วยชุดตัวเลขสี่ตัวคั่นด้วยจุด ตัวอย่างเช่น Pepsin มีชื่อ EU 3.4.23.1 ตัวเลขแรกอธิบายคร่าวๆ เกี่ยวกับกลไกของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์:

• CF1: ออกซิโดรีดักเตส, เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือการรีดักชัน ตัวอย่าง: คาตาเลส, แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส
• CF2: การโอนย้ายเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนกลุ่มสารเคมีจากโมเลกุลของสารตั้งต้นหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ในบรรดาทรานสเฟอร์เรส ไคเนสที่ถ่ายโอนหมู่ฟอสเฟต ซึ่งโดยปกติจะมาจากโมเลกุล ATP จะมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ
• CF3: ไฮโดรเลสเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของพันธะเคมี ตัวอย่าง: เอสเทอเรส, เปปซิน, ทริปซิน, อะไมเลส, ไลโปโปรตีนไลเปส
• CF4: ไลเอสเร่งปฏิกิริยาการแตกพันธะเคมีโดยไม่ต้องไฮโดรไลซิสด้วยการสร้างพันธะคู่ในผลิตภัณฑ์ตัวใดตัวหนึ่ง
• CF5: ไอโซเมอร์เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือเรขาคณิตในโมเลกุลของสารตั้งต้น
• CF6: ไลกาสเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเคมีระหว่างพื้นผิวเนื่องจากการไฮโดรไลซิสของ ATP ตัวอย่าง: ดีเอ็นเอโพลีเมอเรส

การศึกษาจลน์ศาสตร์

กราฟความอิ่มตัวของปฏิกิริยาเคมีที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารตั้งต้น [S] และอัตราปฏิกิริยา v

คำอธิบายที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเอนไซม์ในสารตั้งต้นเดี่ยวคือสมการมิคาเอลิส-เมนเทน (ดูรูป) จนถึงปัจจุบัน มีการอธิบายกลไกการทำงานของเอนไซม์หลายประการ ตัวอย่างเช่น การทำงานของเอนไซม์หลายชนิดอธิบายโดยกลไกปิงปอง

โครงสร้างและกลไกการออกฤทธิ์ของเอนไซม์

กิจกรรมของเอนไซม์ถูกกำหนดโดยโครงสร้างสามมิติ

เช่นเดียวกับโปรตีนอื่นๆ เอนไซม์จะถูกสังเคราะห์ในรูปแบบของสายโซ่เชิงเส้นของกรดอะมิโนซึ่งจะพับในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง กรดอะมิโนแต่ละลำดับจะพับในลักษณะพิเศษ และโมเลกุลที่ได้ (โปรตีนโกลบูล) จะมีคุณสมบัติเฉพาะตัว สามารถรวมสายโปรตีนหลายสายเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโปรตีนเชิงซ้อน โครงสร้างระดับตติยภูมิของโปรตีนถูกทำลายโดยความร้อนหรือการสัมผัสกับสารเคมีบางชนิด

ในการเร่งปฏิกิริยา เอนไซม์จะต้องจับกับซับสเตรตตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป สายโซ่โปรตีนของเอนไซม์พับในลักษณะที่ช่องว่างหรือความหดหู่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของทรงกลมที่สารตั้งต้นจับกัน ภูมิภาคนี้เรียกว่าไซต์การจับตัวของวัสดุพิมพ์ มักจะเกิดขึ้นพร้อมกันหรือใกล้กับบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์ เอนไซม์บางชนิดยังมีตำแหน่งจับกับโคแฟกเตอร์หรือไอออนของโลหะอีกด้วย

เอนไซม์บางชนิดมีตำแหน่งจับกับโมเลกุลขนาดเล็กและอาจเป็นซับสเตรตหรือผลิตภัณฑ์ของวิถีทางเมแทบอลิซึมที่เอ็นไซม์เข้าไป ลดหรือเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ซึ่งสร้างโอกาสในการตอบรับ

ศูนย์แอคทีฟของเอนไซม์บางชนิดมีลักษณะเฉพาะด้วยปรากฏการณ์ความร่วมมือ

ความจำเพาะ

โดยทั่วไปเอนไซม์จะมีความจำเพาะสูงสำหรับซับสเตรต สิ่งนี้เกิดขึ้นได้โดยการเสริมบางส่วนระหว่างรูปร่าง การกระจายประจุ และบริเวณที่ไม่ชอบน้ำบนโมเลกุลของซับสเตรตและตำแหน่งการจับของซับสเตรตบนเอนไซม์ เอ็นไซม์มีความจำเพาะต่อสเตอริโอ รีจิโอซีเล็กติวิตี และเคมีบำบัดในระดับสูง

รุ่นกุญแจล็อค

การคาดเดาการติดต่อสื่อสารที่ชักนำโดย Koshland

สถานการณ์ที่สมจริงมากขึ้นคือในกรณีของการติดต่อสื่อสารแบบชักนำ วัสดุพิมพ์ที่ไม่ถูกต้อง - ใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไป - ไม่พอดีกับไซต์ที่ใช้งาน

ในปี ค.ศ. 1890 เอมิล ฟิสเชอร์ เสนอว่าความจำเพาะของเอนไซม์ถูกกำหนดโดยการจับคู่แบบตรงทั้งหมดระหว่างรูปร่างของเอนไซม์และสารตั้งต้น สมมติฐานนี้เรียกว่าแบบจำลองการล็อคกุญแจ เอนไซม์จะรวมตัวกับสารตั้งต้นเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้นที่มีอายุสั้น อย่างไรก็ตาม แม้ว่าแบบจำลองนี้จะอธิบายความจำเพาะสูงของเอนไซม์ แต่ก็ไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์ของการรักษาเสถียรภาพของสถานะการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในทางปฏิบัติ

รูปแบบการติดต่อสื่อสารแบบชักนำ

ในปีพ.ศ. 2501 Daniel Koshland ได้เสนอให้มีการปรับเปลี่ยนรูปแบบการล็อคด้วยกุญแจ โดยทั่วไปเอนไซม์จะไม่แข็งตัว แต่เป็นโมเลกุลที่ยืดหยุ่นได้ ตำแหน่งที่ทำงานอยู่ของเอนไซม์สามารถเปลี่ยนโครงสร้างได้เมื่อมีการจับตัวของซับสเตรต กลุ่มด้านกรดอะมิโนของบริเวณที่ทำงานจะเข้ารับตำแหน่งที่ช่วยให้เอนไซม์ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาได้ ในบางกรณี โมเลกุลของซับสเตรตยังเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลังจากการจับที่ตำแหน่งที่ทำงานอยู่ แบบจำลองแบบเหนี่ยวนําพอดีไม่เหมือนกับแบบจำลองกุญแจล็อค ไม่เพียงแต่อธิบายความจำเพาะของเอนไซม์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการรักษาเสถียรภาพของสถานะการเปลี่ยนแปลงด้วย

การปรับเปลี่ยน

เอนไซม์จำนวนมากได้รับการปรับเปลี่ยนหลังจากการสังเคราะห์สายโซ่โปรตีน โดยที่เอนไซม์ไม่ได้แสดงฤทธิ์ของมันอย่างเต็มที่ การแก้ไขดังกล่าวเรียกว่าการแก้ไขหลังการแปล (การประมวลผล) การดัดแปลงประเภทหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการเติมกลุ่มสารเคมีเข้ากับเรซิดิวด้านข้างของสายโซ่โพลีเปปไทด์ ตัวอย่างเช่น การเติมกรดฟอสฟอริกที่ตกค้างเรียกว่าฟอสโฟรีเลชั่น และถูกเร่งโดยเอนไซม์ไคเนส เอนไซม์ยูคาริโอตหลายชนิดมีไกลโคซิเลต ซึ่งถูกดัดแปลงโดยโอลิโกเมอร์ในธรรมชาติของคาร์โบไฮเดรต

ประเภททั่วไปอีกประเภทหนึ่งของการดัดแปลงหลังการแปลรหัสคือการตัดแยกสายโพลีเปปไทด์ ตัวอย่างเช่น ไคโมทริปซิน (โปรตีเอสที่เกี่ยวข้องกับการย่อยอาหาร) ได้มาจากการแยกส่วนโพลีเปปไทด์ออกจากไคโมทริปซิโนเจน Chymotrypsinogen เป็นสารตั้งต้นที่ไม่ใช้งานของ chymotrypsin และถูกสังเคราะห์ในตับอ่อน รูปแบบที่ไม่ใช้งานจะถูกส่งไปยังกระเพาะอาหารซึ่งจะถูกแปลงเป็นไคโมทริปซิน กลไกนี้จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ตับอ่อนและเนื้อเยื่ออื่นๆ แตกตัวก่อนที่เอนไซม์จะเข้าสู่กระเพาะอาหาร สารตั้งต้นของเอนไซม์ที่ไม่ใช้งานเรียกอีกอย่างว่า "ไซโมเจน"

โคแฟกเตอร์ของเอนไซม์

เอนไซม์บางชนิดทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาได้เองโดยไม่มีส่วนประกอบเพิ่มเติมใดๆ อย่างไรก็ตาม มีเอนไซม์จำนวนหนึ่งที่ต้องใช้ส่วนประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนในการเร่งปฏิกิริยา โคแฟคเตอร์อาจเป็นโมเลกุลอนินทรีย์ (ไอออนของโลหะ กระจุกเหล็ก-ซัลเฟอร์ ฯลฯ) หรือสารอินทรีย์ (ตัวอย่างเช่น

1. คุณสมบัติของปฏิกิริยาของเอนไซม์

2. ผลของอุณหภูมิต่อการทำงานของเอนไซม์

3. ผลของ pH ต่อการทำงานของเอนไซม์

4. สารกระตุ้นและสารยับยั้งเอนไซม์

ฉัน- ปฏิกิริยาของเอนไซม์ทั้งหมดมีคุณสมบัติ 4 ประการ

· กิจกรรมของเอนไซม์สูง

· การย้อนกลับของการกระทำของเอนไซม์

· ความจำเพาะของการออกฤทธิ์ของเอนไซม์

· Lability (ความไว)

กิจกรรมของเอนไซม์สูงเอนไซม์ทำให้เกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ในอัตราสูง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือจำนวนการหมุนเวียนของเอนไซม์ - นี่คือจำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้นที่ถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาภายใต้การกระทำของโมเลกุลของเอนไซม์หนึ่งโมเลกุลต่อหน่วยเวลา ตัวอย่างเช่นแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนสมีกิจกรรม 4,700 ยูนิต, ฟอสโฟรีเลส - 50,000 ยูนิต, อะไมเลส - 16,000 ยูนิต

การย้อนกลับของการทำงานของเอนไซม์ก่อตั้งโดย Danilevsky การย้อนกลับได้ของการกระทำของเอนไซม์หมายถึงการก่อตัวของ ES complex และการสลายของมันเช่น ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์สามารถไปในทิศทางเดียว (การสังเคราะห์ทางชีวภาพ) และไปในทิศทางตรงกันข้าม (การสลายตัว)

ความจำเพาะของการออกฤทธิ์ของเอนไซม์- เอนไซม์แต่ละตัวทำหน้าที่เฉพาะกับสารตั้งต้นหรือกลุ่มของสารตั้งต้นที่เกี่ยวข้องเท่านั้น ตัวอย่างเช่น อินเวอร์เตสทำหน้าที่กับซูโครส อะไมเลส - สำหรับแป้งและเดกซ์ทรินเท่านั้น โปรตีเอส - เป็นโปรตีน

มีมุมมองสองประการที่อธิบายความจำเพาะของการทำงานของเอนไซม์ ตามแนวคิดโดยนัยของ E. Fischer “เอนไซม์เข้าใกล้สารตั้งต้นเหมือนกุญแจไขกุญแจ” กล่าวคือ ภูมิประเทศของตำแหน่งออกฤทธิ์ของเอนไซม์ไม่เพียงแต่ได้รับคำสั่งสูงเท่านั้น แต่ยังได้รับการแก้ไขอย่างเข้มงวดอีกด้วย ตำแหน่งแอคทีฟของเอนไซม์สอดคล้องกับภูมิประเทศของซับสเตรตเดียวเท่านั้น มุมมองที่สองที่เสนอโดย D. Koshland คือทฤษฎีของการเหนี่ยวนำให้เกิดการติดต่อกันระหว่างเอนไซม์และสารตั้งต้น: โครงสร้างของเอนไซม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจุดศูนย์กลางที่แอคทีฟของมันสามารถปรับเปลี่ยนได้บางอย่าง ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ตามโครงสร้างของบริเวณที่ทำงาน เอนไซม์สามารถโต้ตอบกับซับสเตรตเพียงเล็กน้อยหรือหลากหลายได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งในขณะที่การก่อตัวของ ES complex การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในโครงสร้างของทั้งเอนไซม์และสารตั้งต้น เป็นผลให้พวกเขาปรับตัวเข้าหากัน

ความจำเพาะของเอนไซม์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเผาผลาญในสิ่งมีชีวิต (หากเอนไซม์ไม่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวก็จะไม่มีการเผาผลาญในสิ่งมีชีวิต)

ตามความจำเพาะเอนไซม์จะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม:

· ความจำเพาะที่แน่นอน - เอนไซม์ทำหน้าที่เฉพาะกับสารเดี่ยวหรือกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของสารนี้เท่านั้น

· ความจำเพาะเชิงสัมพัทธ์หรือกลุ่ม - เอนไซม์ออกฤทธิ์พร้อมกันบนซับสเตรตหลายชนิดที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างร่วมกันหลายประการ

ความสามารถ (ความไว) –เอนไซม์ทั้งหมดไวต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและค่า pH ต่ำ ซึ่งทำให้กิจกรรมของเอนไซม์สูญเสียไป

ครั้งที่สอง- ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่กิจกรรมของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับคืออุณหภูมิ

กราฟิกการขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์กับอุณหภูมิจะเป็นดังนี้:

ที่อุณหภูมิ 0°C และยิ่งกว่านั้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C การทำงานของเอนไซม์ส่วนใหญ่จะหยุดลง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ (เส้นโค้ง 1) ที่สูงกว่า 0°C จะทำให้การทำงานของเอนไซม์เพิ่มขึ้น (จำนวนการชนกันของสารที่ทำปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น) ที่อุณหภูมิหนึ่งเอนไซม์จะแสดงกิจกรรมสูงสุด สำหรับเอนไซม์ส่วนใหญ่ อุณหภูมิในการทำงานที่เหมาะสมคือ 40-50°C อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีกนำไปสู่การหยุดการทำงานของเอนไซม์ (กิจกรรมลดลง) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพจากความร้อนของโมเลกุลโปรตีน (เส้นโค้ง 2)

การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C จะแสดงด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ Q 10 ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคืออัตราส่วนของอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิที่กำหนด v t +10 ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 10 ° C ต่ำกว่านี้:

ค่าของ Q 10 สำหรับปฏิกิริยาเคมีอยู่ในช่วง 2-4 สำหรับปฏิกิริยาของเอนไซม์ - ระหว่าง 1 ถึง 2; ปฏิกิริยาของเอนไซม์ Q 10 จะลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ที่สาม- เอนไซม์แต่ละตัวออกแรงกระทำภายในโซน pH ที่ค่อนข้างแคบ การพึ่งพากราฟิกของกิจกรรมของเอนไซม์ต่อ pH มีรูปแบบ:

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ที่มีค่า pH ต่ำจะมีรูปแบบ EH 2 + ในรูปแบบนี้จะไม่ทำงาน ที่ pH ที่เหมาะสม เอนไซม์จะมีฤทธิ์สูงสุดและอยู่ในรูปแบบ EH เมื่อตัวกลางถูกทำให้เป็นด่าง เอนไซม์จะอยู่ในรูปแบบ E

กิจกรรมที่เหมาะสมที่สุดสอดคล้องกับบริเวณ pH ที่กำหนด และเอนไซม์แต่ละตัวมีค่า pH ที่เหมาะสมในการดำเนินการของตัวเอง (ตัวอย่างเช่น อะ-อะไมเลสจากแบคทีเรียมีค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดที่ 6 และอะ-อะไมเลสจากเชื้อราด้วยกล้องจุลทรรศน์มีค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดที่ 4.7) ค่า pH ที่เหมาะสมนั้นสัมพันธ์กับองค์ประกอบของกรดอะมิโนของเอนไซม์

รูปร่างโค้งระฆังสามารถอธิบายได้โดยธรรมชาติของแอมโฟเทอริกของเอนไซม์ กิ่งก้านขึ้นและลงของเส้นโค้งนี้เป็นเส้นโค้งการไตเตรททั่วไปและถูกกำหนดโดยค่า pK ของกลุ่มไอออนิกที่อยู่ในบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์

ในการกำหนดกลุ่มฟังก์ชันที่รวมอยู่ในศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของเอนไซม์จำเป็นต้องพิจารณาการพึ่งพากิจกรรมของเอนไซม์นี้ต่อ pH ที่อุณหภูมิต่างกันและกำหนดค่า pK เมื่อทราบค่า ΔpK สำหรับกิ่งที่เป็นกรดและด่างของความสัมพันธ์ v = f(pH) จะพบกลุ่มฟังก์ชันที่สอดคล้องกับค่านี้

IV- สารทั้งหมดที่มาพร้อมกับเอนไซม์ในระหว่างการทำปฏิกิริยาสามารถแบ่งออกเป็นสารกระตุ้น สารยับยั้ง และสารประกอบที่เป็นกลาง

ตัวกระตุ้น– สารประกอบทางเคมีที่เพิ่มการทำงานของเอนไซม์ (เช่น กลูตาไธโอนกระตุ้นการทำงานของโปรตีเอส, NaCl เพิ่มการทำงานของอะไมเลส) สารยับยั้ง– สารประกอบที่ระงับการทำงานของพวกมัน (เช่น กลุ่ม –CN ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ทางเดินหายใจที่อยู่ในระบบไซโตโครม) และ สารประกอบที่เป็นกลางไม่มีผลกระทบต่อเอนไซม์

กระบวนการยับยั้งสามารถทำได้ ย้อนกลับได้และ กลับไม่ได้

สารยับยั้งแบบผันกลับได้คือ:

· การดำเนินการแข่งขัน - สารยับยั้งโต้ตอบกับกลุ่มการทำงานของบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์ การยับยั้งในกรณีนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น: หาก [S] สูง อิทธิพลของสารยับยั้ง [I] อาจไม่ปรากฏ; หาก [S] มีขนาดเล็ก สารยับยั้งสามารถแทนที่สารตั้งต้นจากการเชื่อมต่อกับเอนไซม์ ซึ่งการกระทำดังกล่าวจะถูกยับยั้ง คอมเพล็กซ์แบบไตรภาคของ ESI ไม่เคยเกิดขึ้นในระหว่างการยับยั้งการแข่งขัน

· การยับยั้งแบบไม่มีการแข่งขันจะสังเกตได้เมื่อตัวยับยั้งไม่สามารถเกาะติดกับเอนไซม์ได้ แต่ไม่สามารถจับกับสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-ซับสเตรต ได้ และเปลี่ยนให้อยู่ในรูปแบบที่ไม่ใช้งาน

· ในการยับยั้งแบบผสม สารยับยั้งออกฤทธิ์ทั้งบริเวณการจับ ES และบริเวณตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์