Đo lường hoạt động của enzym. Trao đổi chất và Enzyme

Khái niệm về enzym

enzim (enzim)được gọi là protein hòa tan hoặc liên kết màng có hoạt tính xúc tác. ( Ngoài protein, một số RNA (ribozyme) và kháng thể (abzyme) có thể thể hiện hoạt động xúc tác trong cơ thể, nhưng chúng kém hiệu quả hơn hàng nghìn lần so với enzyme.) en zym ”- bên trong bộ khởi động. Chúng gợi nhớ đến những nguồn enzyme đầu tiên. Hóa sinh, nghiên cứu các enzym, được gọi là khoa học. Trong sơ đồ và trong phương trình phản ứng, các phân tử enzim được ký hiệu là - E. Những chất được xúc tác bởi enzim được gọi là chất nền (S). Các sản phẩm phản ứng enzym biểu thị - R. Vì enzyme là protein nên chúng được thu nhận ở dạng đồng nhất theo những cách giống như các protein khác. Enzyme được đặc trưng bởi các đặc tính lý hóa vốn có trong protein.

Sự khác biệt giữa enzym và chất xúc tác vô cơ:

a) tăng tốc phản ứng hiệu quả hơn nhiều;

b) được ưu đãi với tính cụ thể cao của hành động;

c) được điều chỉnh trong các điều kiện sinh lý;

d) hoạt động trong điều kiện nhẹ.

Cấu trúc của các enzym

Enzyme có thể là protein đơn giản và phức tạp (liên hợp), có thể bao gồm lipid, carbohydrate, ion kim loại, bazơ nitơ, dẫn xuất vitamin. Trong cơ thể, các enzym có thể hoạt động cả ở trạng thái hòa tan và ở dạng phức hợp không hòa tan hoặc là một phần của màng sinh học.

Đặc điểm phân biệt của các enzym là sự hiện diện trung tâm hoạt động. Trung tâm Hoạt động - nó là sự kết hợp độc đáo của các gốc axit amin tiếp giáp trong không gian cung cấp:

a) nhận biết phân tử cơ chất,

b) liên kết của cơ chất với enzim,

c) thực hiện chuyển đổi xúc tác (trong trường hợp một enzym phức tạp, coenzym, là một phần của trung tâm hoạt động, cũng tham gia vào hoạt động xúc tác).

Vị trí hoạt động xảy ra khi một protein gấp lại và giả định cấu trúc ban đầu (hoạt động) của nó. Cấu trúc của trung tâm hoạt động có thể thay đổi khi tương tác với chất nền. Theo cách diễn đạt tượng hình của D. Koshland, chất nền tiếp cận trung tâm hoạt động giống như bàn tay với một chiếc găng tay.

Một phân tử enzyme, đặc biệt nếu nó bao gồm một số tiểu đơn vị, có thể chứa nhiều hơn một vị trí hoạt động.

Có hai địa điểm trong trung tâm đang hoạt động. Vị trí đầu tiên chịu trách nhiệm cho việc nhận biết và kết dính chất nền. Nó được gọi là vị trí liên kết chất nền hoặc khu vực neo. Phần thứ hai được gọi là xúc tác, nó bao gồm các gốc axit amin tham gia vào hoạt động xúc tác.

Enzyme là những protein khác nhau rất nhiều về trọng lượng phân tử và độ phức tạp về cấu trúc. Một ví dụ về enzyme phân tử nhỏ là ribonuclease, bao gồm một tiểu đơn vị duy nhất có trọng lượng phân tử là 13.700 Da. (Trình tự axit amin của ribonuclease đã được xác định. Năm 1969, ribonuclease được tổng hợp trong phòng thí nghiệm của B. Merrifield ở New York.) Nhiều enzyme bao gồm một số tiểu đơn vị, ví dụ, lactate dehydrogenase bao gồm bốn tiểu đơn vị của hai loại. Cho đến nay, một số phức hợp multienzyme đã được biết đến, bao gồm hàng chục tiểu đơn vị khác nhau và một số loại coenzyme. Ví dụ, phức hợp pyruvate dehydrogenase bao gồm 60 tiểu đơn vị của ba loại và năm loại đồng yếu tố. Trọng lượng phân tử của một phức hợp như vậy là 2,3 * 10 6 - 10 * 10 6 Da, tùy thuộc vào nguồn enzyme. Phân tử enzym có thể nhỏ hơn phân tử cơ chất. Ví dụ: các phân tử của enzyme amylase và ribonuclease nhỏ hơn các phân tử của chất nền của chúng - tinh bột và RNA.

Phần protein của các enzym phức tạp không hoạt động về mặt xúc tác và được gọi là apoenzyme. Sự liên kết của apoenzyme với một thành phần không phải protein dẫn đến sự hình thành của một loại enzyme hoạt động xúc tác (holoenzyme):

Nhiều enzym chứa một ion kim loại trong thành phần của chúng, có thể thực hiện các chức năng khác nhau:

a) tham gia vào quá trình liên kết của cơ chất và quá trình chuyển đổi chất xúc tác của nó;

b) thúc đẩy sự gắn coenzyme vào phân tử enzyme;

c) ổn định cấu trúc bậc ba của enzym (ví dụ Ca 2+ trong amylase);

d) bằng cách liên kết với cơ chất, tạo thành cơ chất thực sự, trên đó enzim hoạt động.

Nhiều coenzym là dẫn xuất của vitamin nên rối loạn chuyển hóa khi thiếu vitamin là do giảm hoạt tính của một số enzym.

Một số enzym, ngoài vị trí hoạt động, chứa trung tâm allosteric (điều tiết) - một vùng của một hạt cầu protein, bên ngoài trung tâm hoạt động, nơi các chất điều hòa hoạt động của enzym có thể liên kết. Những chất này được gọi là allosteric tác dụng (chất kích hoạt hoặc chất ức chế allosteric). Kết quả của việc liên kết của tác nhân với trung tâm allosteric, sự thay đổi cấu trúc protein xảy ra, dẫn đến sự thay đổi sắp xếp không gian của các gốc axit amin trong trung tâm hoạt động và kết quả là dẫn đến sự thay đổi trong enzym hoạt động.

Các enzyme xuất hiện trong cùng một sinh vật và xúc tác cho cùng một phản ứng hóa học, nhưng có cấu trúc protein sơ cấp khác nhau, được gọi là isoenzyme. Isoenzyme khác nhau ở các đặc tính lý hóa như trọng lượng phân tử, độ bền nhiệt, tính đặc trưng của cơ chất, tính linh động điện di. Bản chất của sự xuất hiện của các isoenzyme là đa dạng, nhưng thường là do sự khác biệt trong cấu trúc của các gen mã hóa các isoenzyme này hoặc các tiểu đơn vị của chúng. Ví dụ, enzyme lactate dehydrogenase (LDH), xúc tác quá trình oxy hóa thuận nghịch lactate thành pyruvate, có bốn tiểu đơn vị của hai loại M và H, sự kết hợp của các tiểu đơn vị này làm cơ sở hình thành năm isoenzyme LDH (Hình 1). Để chẩn đoán các bệnh về tim và gan, cần nghiên cứu phổ isoenzyme của LDH trong huyết thanh, vì LDH 1 và LDH 2 hoạt động ở cơ tim và thận, còn LDH 4 và LDH 5 hoạt động ở cơ xương. và gan.

Hình 1 Cấu trúc của các isoenzyme LDH khác nhau.

Đo lường hoạt động của enzym

Việc xác định hoạt tính của enzym được thực hiện bằng cách đo tốc độ của các phản ứng được xúc tác. Tốc độ của các phản ứng enzym được đo bằng sự giảm nồng độ của cơ chất hoặc sự gia tăng nồng độ của sản phẩm trên một đơn vị thời gian:

v = -ΔС S / Δτ, v = ΔC P / Δτ,

ở đâu ∆С S là sự thay đổi nồng độ mol của chất nền (mol / l),

∆C P- sự thay đổi nồng độ mol của sản phẩm phản ứng (mol / l),

Δτ - thời gian thay đổi (phút, giây).

Nên thực hiện các nghiên cứu động học ở nồng độ bão hòa của cơ chất, nếu không, enzyme sẽ không thể thể hiện hoạt động tối đa.

Các đơn vị hoạt động của enzym:

Đơn vị quốc tế Enzyme (U)- đây là lượng enzyme xúc tác chuyển hóa 1 μmol cơ chất trong 1 phút ở nhiệt độ 25oC và pH tối ưu của môi trường.

Trong hệ SI, đơn vị của enzym là cuộn (kat)- đây là lượng enzim xúc tác quá trình biến đổi một mol cơ chất trong 1 giây. Có thể dễ dàng tính toán rằng:

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.

Thường được xác định hoạt động cụ thể chế phẩm enzym bằng cách chia hoạt độ của phần chế phẩm enzym, được biểu thị bằng (U), cho trọng lượng của phần đó tính bằng miligam:

Và nhịp đập \ u003d U / khối lượng của thuốc (mg)

Khi các enzym được tinh chế, hoạt tính cụ thể sẽ tăng lên. Bằng cách tăng hoạt tính cụ thể, người ta có thể đánh giá hiệu quả của các bước tinh chế và độ tinh khiết của chế phẩm enzym.

Để đánh giá hoạt tính của các chế phẩm enzym đồng nhất, tinh khiết cao bằng cách lấy số lượng đơn vị quốc tế (U) của enzym trong mẫu chia cho lượng chất enzym (µmol) trong mẫu này, hãy tính hoạt động mol(tốc độ, vận tốc). Theo thuật ngữ vật lý, hoạt độ mol là số phân tử cơ chất trải qua quá trình biến đổi trên một phân tử enzym trong 1 phút hoặc 1 giây. Ví dụ: đối với urease, làm tăng tốc độ thủy phân urê, hoạt độ phân tử là 30.000, đối với trypsin - 102, đối với glucose oxidase - 17.000 chu kỳ mỗi giây.

Thuộc tính Enzyme

4.1. Cơ chế hoạt động. Enzim không làm chuyển trạng thái cân bằng của các phản ứng được xúc tác theo hướng tạo thành sản phẩm, do đó hằng số cân bằng của phản ứng không đổi. Giống như tất cả các chất xúc tác, enzym chỉ làm giảm thời gian cần thiết để đạt được trạng thái cân bằng này. Trong hầu hết các trường hợp, các enzym tăng tốc độ phản ứng lên 10 7 - 10 14 lần. Hiệu quả của xúc tác enzym dựa trên sự giảm mạnh năng lượng hoạt hóa của phản ứng do sự chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm qua các trạng thái chuyển tiếp.

4.2. Tính cụ thể của hành động. Tính đặc hiệu của liên kết với cơ chất và các con đường của phản ứng enzym được xác định bởi apoenzyme. Tính đặc hiệu của hoạt động của các enzym quyết định sự chuyển hóa có định hướng trong cơ thể.

Các enzym được cho là có độ đặc hiệu của chất nền hẹp nếu chúng hoạt động trên một phạm vi rất nhỏ của chất nền. Đôi khi bạn có thể nói về tính đặc hiệu của chất nền tuyệt đối, ví dụ, catalase chỉ xúc tác một phản ứng - sự phân hủy hydro peroxit:

Đối với hầu hết các enzym, tính đặc hiệu cơ chất tương đối (rộng, nhóm) khi chúng xúc tác cho một nhóm phản ứng tương tự. Ví dụ, rượu dehydrogenase xúc tác chuyển đổi rượu thành aldehyde, và metanol, etanol, propanol, và các rượu khác có thể hoạt động như chất nền. Điều thú vị là alcohol dehydrogenase cũng có thể oxy hóa các rượu không mạch thẳng, cũng như một nhóm rượu là một phần của các phân tử phức tạp; đặc biệt, enzyme này có thể xúc tác quá trình chuyển đổi retinol thành retinal. Đương nhiên, các enzym được ban tặng với tính đặc hiệu cơ chất rộng rãi sẽ xúc tác sự biến đổi cơ chất với các hiệu suất khác nhau.

Enzyme cũng được ưu đãi tính đặc hiệu lập thể: vị trí hoạt động của chúng nhận biết các phân tử cơ chất bằng cấu hình không gian của chúng. Ví dụ, L-amino acid oxidase chỉ hoạt động trên L-amino acid và hoàn toàn không ảnh hưởng đến D-tương tự của chúng. Đối với quá trình khử oxi hóa D-amino axit trong cơ thể sống, có D-amino axit oxi hóa không tác dụng với L-amino axit. Đó là khả năng của vị trí hoạt động liên kết với một số đồng phân lập thể của cơ chất làm cơ sở cho hoạt động của các enzym như raxemaza, chuyển đổi đồng phân lập thể này sang đồng phân lập thể khác.

Tính cụ thể của các con đường chuyển đổi là một cơ chất dưới tác dụng của các enzym khác nhau có thể chuyển hóa thành các sản phẩm khác nhau về cấu trúc và vai trò trong quá trình trao đổi chất.

Đây là một ví dụ: L-axit amin oxy hóa tác động lên axit amin L, chuyển đổi chúng thành axit alpha-keto với sự hình thành amoniac và hydrogen peroxide.

L-axit amin decarboxylase liên kết với các chất nền giống nhau, nhưng xúc tác một phản ứng khác nhau: khử cacboxyl hóa với sự hình thành các amin sinh học và giải phóng carbon dioxide.

Một ví dụ khác là khả năng chuyển đổi glucose-6 phosphate dưới tác dụng của các enzym khác nhau, dọc theo một trong những con đường chuyển hóa có thể có:

4.3. Khả năng chịu nhiệt .

Giống như nhiều protein, các enzym trải qua quá trình biến tính nhiệt khi nhiệt độ tăng lên, dẫn đến vi phạm cấu trúc bản địa của enzym và thay đổi cấu trúc của trung tâm hoạt động. Enzyme của động vật có vú bắt đầu biến tính đáng kể ở nhiệt độ trên 40 ° C.

Liên quan đến những điều đã đề cập ở trên, nên bảo quản các chế phẩm enzym ở nhiệt độ thấp. Một trong những cách tốt nhất để bảo quản enzym là làm đông lạnh chúng (làm khô ở nhiệt độ dưới -70 ° C. trong chân không), làm biến tính một phần chúng bằng muối amoni, và đặt chúng trong tủ lạnh.

4.4. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ. Tốc độ của các phản ứng enzym, giống như bất kỳ phản ứng hóa học nào, phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng 10 o C, tốc độ phản ứng tăng 2-4 lần theo quy tắc van't Hoff. Tuy nhiên, ở nhiệt độ trên 40 ° C, sự biến tính của các enzym trở nên đáng kể, dẫn đến giảm tổng hoạt độ (Hình 2):

Cơm. 2. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng của enzim vào nhiệt độ.

4.5. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào pH. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzym vào pH có dạng hình chuông (Hình 3). Các giá trị pH mà tại đó tốc độ cao nhất của phản ứng enzym được quan sát được gọi là tối ưu (pH-tối ưu). Bản chất của các đường cong và giá trị của pH tối ưu phụ thuộc vào bản chất của các nhóm tích điện của cơ chất và các nhóm tích điện của enzym (đặc biệt là những nhóm tích điện trong vị trí hoạt động). Độ pH tối ưu cho hầu hết các enzym nằm trong khoảng từ 6,0 đến 8,0 (Hình 3).

Cơm. 3. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzym vào pH.

Tuy nhiên, vẫn có những ngoại lệ, ví dụ, pepsin hoạt động mạnh nhất ở pH 1,5 - 2,0 và phosphatase kiềm ở pH 10,0 - 10,5 (Hình 4)

Cơm. 4. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzym (v) vào pH của môi trường.

Ở giá trị pH cực cao (rất thấp hoặc rất cao), cấu trúc bậc ba của phân tử enzym bị xáo trộn, dẫn đến mất hoạt tính của enzym.

Thông tin tương tự.

Khái niệm về hoạt động của enzym

Trong thực hành sinh hóa hàng ngày, số lượng của enzyme thực tế không được ước tính, mà chỉ là hoạt động của nó. Hoạt động là một khái niệm rộng hơn số lượng. Nó chủ yếu bao hàm kết quả của phản ứng, cụ thể là sự mất chất nền hoặc sự tích tụ của sản phẩm. Đương nhiên, người ta không thể bỏ qua thời gian mà enzym đã hoạt động và số lượng phân tử enzym. Nhưng vì thường không thực tế để tính số lượng phân tử enzyme, lượng vật liệu sinh học có chứa enzyme (thể tích hoặc khối lượng) được sử dụng.

Do đó, khi xác định hoạt tính của các enzym phải tính đến đồng thời ba biến số:

khối lượng của sản phẩm thu được hoặc chất nền đã biến mất;
thời gian dành cho phản ứng;
lượng enzyme, nhưng thực tế là khối lượng hoặc thể tích của vật liệu sinh học có chứa enzyme.

Để hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố này, một ví dụ rõ ràng và đơn giản có thể là việc xây dựng hai tòa nhà. Các công trình xây dựng được đánh đồng với sản phẩm của phản ứng, công nhân là các enzim, hãy cho đội tương ứng với khối lượng vật chất sinh học. Vì vậy, các nhiệm vụ từ lớp 3:

Một đội gồm 10 người cùng làm một công trình, một đội 5 người làm một công trình khác cùng loại. Việc xây dựng được hoàn thành đồng thời và đầy đủ. Hoạt động của người lao động cao hơn ở đâu?
Một đội gồm 10 người thi công một tòa nhà 3 tầng, một tòa nhà khác 12 tầng - một đội 10 người. Việc xây dựng được hoàn thành đồng thời và đầy đủ. Hoạt động của người lao động cao hơn ở đâu?
Khi xây dựng một tòa nhà 5 tầng, một đội 10 người làm việc, một tòa nhà khác của cùng một tòa nhà - một đội 10 người. Việc xây dựng tòa nhà đầu tiên mất 20 ngày, tòa nhà thứ hai hoàn thành trong 10 ngày. Hoạt động của người lao động cao hơn ở đâu?

Các nguyên tắc cơ bản về định lượng hoạt động của enzyme

1. Hoạt tính của enzim được biểu thị bằng tốc độ tích lũy sản phẩm hoặc tốc độ mất cơ chất về lượng nguyên liệu chứa enzim.

Trong thực tế, họ thường sử dụng:

đơn vị lượng của một chất - mol (và các dẫn xuất của nó mmol, µmol), gam (kg, mg),
đơn vị thời gian - phút, giờ, giây,
đơn vị khối lượng hoặc thể tích - gam (kg, mg), lít (ml).

Các dẫn xuất khác cũng được sử dụng tích cực - catal (mol / s), đơn vị hoạt động quốc tế (IU, Unit) tương ứng với μmol / phút.

Do đó, hoạt tính của enzym có thể được biểu thị, ví dụ, bằng mmol / s × l, g / h × l, IU / l, cat / ml, v.v.

Ví dụ, nó được biết đến

2. Tạo điều kiện tiêu chuẩn để có thể so sánh kết quả thu được trong các phòng thí nghiệm khác nhau - pH tối ưu và nhiệt độ cố định, ví dụ, 25 ° C hoặc 37 ° C, tuân theo thời gian ủ của cơ chất với enzym.

Hoạt động enzyme. Dưới Hoạt động enzyme hiểu số lượng của nó, chất xúc tác cho sự biến đổi một lượng cơ chất nhất định trên một đơn vị thời gian. Để biểu thị hoạt tính của các chế phẩm enzym, người ta sử dụng hai đơn vị thay thế: quốc tế (IU) và catal (mèo). Mỗi đơn vị hoạt động quốc tế lượng enzyme được lấy sao cho xúc tác chuyển hóa 1 µmol cơ chất thành sản phẩm trong 1 phút ở điều kiện tiêu chuẩn (thường là tối ưu). Một cuộn biểu thị lượng enzyme xúc tác chuyển hóa 1 mol cơ chất trong 1 s (1 cat = 6 ∙ 10 7 IU). Trong phản ứng hai phân tử A + B = C + D, lượng hoạt động của enzym xúc tác chuyển hóa 1 µmol A hoặc B, hoặc 2 µmol A (nếu B = A) trong 1 phút được lấy làm đơn vị hoạt động của enzym.

Thông thường các chế phẩm enzym được đặc trưng bởi hoạt tính đặc hiệu, phản ánh mức độ tinh sạch của enzym. Hoạt động cụ thể là số đơn vị hoạt động của enzym trên 1 mg protein.

Hoạt động phân tử (số lần quay của enzym) là số phân tử cơ chất được chuyển đổi bởi một phân tử enzym trong 1 phút khi enzym bão hòa hoàn toàn với cơ chất. Nó bằng số đơn vị hoạt động của enzym chia cho số lượng enzym, được biểu thị bằng micromol. Khái niệm hoạt động phân tử chỉ có thể áp dụng cho các enzym tinh khiết.

Khi biết số lượng trung tâm hoạt động trong một phân tử enzim, khái niệm này được đưa ra hoạt động của vị trí xúc tác . Nó được đặc trưng bởi số lượng phân tử cơ chất trải qua quá trình biến đổi trong 1 phút trên một trung tâm hoạt động.

Hoạt động của các enzym phụ thuộc mạnh mẽ vào các điều kiện bên ngoài, trong đó nhiệt độ và pH của môi trường là tối quan trọng. Sự gia tăng nhiệt độ trong khoảng 0–50 ° С thường dẫn đến sự gia tăng dần dần hoạt tính của enzym, điều này có liên quan đến việc tăng tốc các quá trình hình thành phức hợp enzym-cơ chất và tất cả các sự kiện tiếp theo của quá trình xúc tác. Cứ tăng nhiệt độ lên 10 ° C, tốc độ của phản ứng tăng lên gần gấp đôi (quy tắc van't Hoff). Tuy nhiên, sự gia tăng nhiệt độ hơn nữa (> 50 ° C) sẽ đi kèm với sự gia tăng số lượng enzyme bất hoạt do sự biến tính của phần protein của nó, được biểu hiện bằng sự giảm hoạt tính. Mỗi enzym được đặc trưng nhiệt độ tối ưu- giá trị nhiệt độ tại đó hoạt động lớn nhất của nó được ghi lại.

Sự phụ thuộc của hoạt tính enzyme vào giá trị pH của môi trường rất phức tạp. Mỗi enzym có pH tối ưu môi trường tại đó nó hoạt động nhiều nhất. Khi bạn di chuyển khỏi giá trị này theo hướng này hay hướng khác, hoạt tính của enzym sẽ giảm. Điều này là do sự thay đổi trạng thái của trung tâm hoạt động của enzym (giảm hoặc tăng sự ion hóa của các nhóm chức năng), cũng như cấu trúc bậc ba của toàn bộ phân tử protein, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các tâm cation và anion. trong đó. Hầu hết các enzym có độ pH tối ưu trong phạm vi trung tính. Tuy nhiên, có những enzym cho thấy hoạt động tối đa ở pH 1,5 (pepsin) hoặc 9,5 (arginase). Khi làm việc với enzym, pH phải được duy trì bằng dung dịch đệm thích hợp.

Hoạt động của enzyme có thể dao động đáng kể tùy thuộc vào mức độ phơi nhiễm chất ức chế(các chất làm giảm một phần hoặc hoàn toàn hoạt tính) và chất kích hoạt(chất làm tăng hoạt tính). Vai trò của chúng được thực hiện bởi các cation kim loại, một số anion, chất mang nhóm photphat, chất khử tương đương, protein cụ thể, sản phẩm trung gian và cuối cùng của quá trình trao đổi chất, v.v.

Nguyên lý động học enzym. Bản chất của nghiên cứu động học là xác định tốc độ tối đa của phản ứng enzym ( V max) và hằng số Michaelis K M. Động học enzym nghiên cứu tốc độ biến đổi số lượng của một số chất thành chất khác dưới tác dụng của enzym. Tốc độ của một phản ứng enzym được đo bằng sự mất đi cơ chất hoặc sự gia tăng của sản phẩm tạo thành trên một đơn vị thời gian, hoặc bằng sự thay đổi nồng độ của một trong các dạng lân cận của coenzym.

Ảnh hưởng nồng độ enzyme trên tốc độ phản ứng được biểu thị như sau: nếu nồng độ cơ chất không đổi (giả sử thừa cơ chất) thì tốc độ phản ứng tỷ lệ với nồng độ của enzim. Đối với các nghiên cứu động học, nồng độ enzyme từ 10–8 M của các trung tâm hoạt động được sử dụng. Giá trị tối ưu của nồng độ enzym được xác định từ đồ thị của sự phụ thuộc của hoạt độ enzym vào nồng độ của nó. Giá trị tối ưu được coi là nằm trên bình nguyên của đồ thị thu được trong phạm vi giá trị hoạt động của enzym phụ thuộc rất ít vào nồng độ của nó (Hình 4.3).

Cơm. 4.3. Sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzym

về nồng độ enzyme

Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ chất nền về tốc độ của phản ứng enzym, trước tiên hãy xây dựng một đường cong động học phản ánh sự thay đổi nồng độ của cơ chất (S 1) hoặc sản phẩm (P 1) theo thời gian (Hình 4.4) và đo tốc độ ban đầu ( V 1) các phản ứng như tiếp tuyến của hệ số góc của tiếp tuyến với đường cong tại điểm không.

Cơm. 4.4. Đường cong động học của phản ứng enzym

Bằng cách xây dựng các đường cong động học cho các nồng độ khác của chất nền nhất định (S 2, S 3, S 4, v.v.) hoặc sản phẩm (P 2, P 3, P 4, v.v.) và xác định tốc độ ban đầu ( V 2, V 3 , V 4, v.v.) của phản ứng, hãy xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ ban đầu của phản ứng enzym vào nồng độ của cơ chất (ở nồng độ không đổi của enzym), có dạng hyperbol (Hình 4.5 ).

Cơm. 4.5. Sự phụ thuộc của tốc độ ban đầu của phản ứng enzym

từ nồng độ cơ chất

Động học của nhiều phản ứng enzym được mô tả bằng phương trình Michaelis-Menten. Ở nồng độ enzyme không đổi và nồng độ chất nền thấp[S] tốc độ phản ứng ban đầu tỷ lệ thuận với [S] (Hình 4.5). Trong trường hợp này, chúng ta nói về nửa bão hòa của enzyme với cơ chất, khi một nửa số phân tử enzyme ở dạng phức hợp enzyme-cơ chất và tốc độ phản ứng V = 1/2V tối đa Liên quan đến cơ chất, phản ứng có bậc 1 (tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ của một chất phản ứng) hoặc bậc 2 (tốc độ phản ứng tỷ lệ với tích nồng độ của hai chất phản ứng).

Tại giá trị cao nồng độ chất nền[S] tốc độ phản ứng hầu như không phụ thuộc vào [S]: khi [S] tăng thêm, tốc độ phản ứng tăng chậm hơn và cuối cùng trở thành không đổi (tối đa) (Hình 4.5). Trong trường hợp này, sự bão hòa hoàn toàn của enzyme với cơ chất đạt được khi tất cả các phân tử enzyme ở dạng phức hợp enzyme-cơ chất và V = V tối đa Đối với cơ chất, phản ứng có bậc 0 (tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ của các chất phản ứng).

Năm 1913, L. Michaelis và M. Menten đề xuất một mô hình đơn giản để giải thích động học như vậy. Theo mô hình này, sự hình thành phức hợp enzym-cơ chất cụ thể là bước trung gian cần thiết trong quá trình xúc tác.

k 1 k 3

E + S ⇄ ES → E + P

Enzyme E kết hợp với cơ chất S để tạo thành phức hợp ES. Hằng số tốc độ của quá trình này k một . Số phận của phức hợp ES gấp đôi: nó có thể phân ly thành enzym E và cơ chất S với tốc độ không đổi k 2, hoặc trải qua quá trình biến đổi tiếp theo, tạo thành sản phẩm P và enzym E tự do, với tốc độ không đổi k 3. Người ta công nhận rằng sản phẩm phản ứng không được chuyển thành cơ chất ban đầu. Điều kiện này được quan sát thấy ở giai đoạn đầu của phản ứng, trong khi nồng độ của sản phẩm thấp.

Tốc độ xúc tác được xác định trong điều kiện tĩnh, khi nồng độ của các sản phẩm trung gian không đổi, trong khi nồng độ của nguyên liệu ban đầu và sản phẩm cuối cùng thay đổi. Điều này xảy ra khi tốc độ hình thành phức hợp ES bằng tốc độ phân rã của nó.

Bạn có thể giới thiệu một hằng số mới K M - Michaelis hằng số(mol / l), bằng

Phương trình Michaelis – Menten, biểu thị mối quan hệ định lượng giữa tốc độ phản ứng enzym và nồng độ cơ chất, có dạng

(4.2)

Phương trình này tương ứng với biểu đồ của tốc độ phản ứng so với nồng độ cơ chất. Tại nồng độ chất nền thấp khi [S] thấp hơn nhiều so với K M, V = V max [S] / K M, tức là tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ của chất nền. Tại nồng độ chất nền cao khi [S] cao hơn nhiều so với K M, V = V tối đa, tức là tốc độ phản ứng là cực đại và không phụ thuộc vào nồng độ của chất nền.

Nếu [S] = K M, thì V = V tối đa / 2.

Như vậy, K M bằng nồng độ cơ chất mà tại đó tốc độ phản ứng là một nửa cực đại.

Hằng số Michaelis (KM) và tốc độ phản ứng tối đa ( V max) là các đặc trưng vận tốc quan trọng ở các nồng độ cơ chất khác nhau. V max là một giá trị không đổi đối với mỗi enzym, giúp đánh giá hiệu quả hoạt động của nó.

Hằng số Michaelis cho thấy ái lực của cơ chất đối với enzym (trong trường hợp k 2 >> k 3): K M càng thấp thì ái lực càng lớn và tốc độ phản ứng càng cao, và ngược lại. Mỗi cơ chất được đặc trưng bởi giá trị KM của nó đối với một enzym nhất định và các giá trị của chúng có thể được sử dụng để đánh giá tính đặc hiệu của cơ chất của enzym. Hằng số Michaelis phụ thuộc vào bản chất của chất nền, nhiệt độ, pH, cường độ ion của dung dịch và sự hiện diện của chất ức chế.

Do thực tế là định nghĩa V max và K M trực tiếp từ sự phụ thuộc đồ họa của Michaelis - Menten (Hình 4.5) là không rõ ràng, chúng sử dụng tuyến tính hóa của phương trình này. Để làm điều này, nó được chuyển đổi thành một dạng sao cho nó được biểu diễn bằng đồ thị dưới dạng một đường thẳng. Có một số phương pháp tuyến tính hóa, trong đó phương pháp Lineweaver-Burk và Edie-Hofstee được sử dụng phổ biến nhất.

sự biến đổi Lineweaver-Burke có hình thức

(4.3)

Xây dựng đồ thị phụ thuộc 1 / V = f(1 / [S]) và lấy một đường thẳng, giao của đường thẳng đó với trục y cho giá trị 1 / V tối đa; đoạn thẳng bị cắt bởi một đường thẳng trên trục abscissa cho giá trị −1 / K M và tiếp tuyến của góc nghiêng của đường thẳng với trục abscissa là K M / V tối đa (Hình 4.6). Biểu đồ này cho phép bạn xác định chính xác hơn V tối đa Như chúng ta sẽ thấy bên dưới, thông tin có giá trị liên quan đến sự ức chế hoạt động của enzym cũng có thể được trích xuất từ biểu đồ này.

Cơm. 4.6. Phương pháp tuyến tính hóa phương trình Michaelis – Menten

(theo Lineweaver-Burke)

Phương pháp Edie - Hofsty dựa trên việc biến đổi phương trình Michaelis – Menten bằng cách nhân cả hai vế với V tối đa:

(4.4)

Đồ thị tọa độ V và V/ [S] là một đường thẳng, giao của chúng với trục y cho giá trị V max và đoạn bị cắt bởi một đường thẳng trên trục abscissa là giá trị V max / K M (Hình 4.7). Nó giúp bạn dễ dàng xác định K M và V tối đa, cũng như phát hiện độ lệch có thể có so với tuyến tính không được phát hiện trong biểu đồ trước đó.

Cơm. 4.7. Phương pháp tuyến tính hóa phương trình Michaelis – Menten

(theo Edie-Hofsty)

Ức chế hoạt động của enzym. Hoạt động của các enzym có thể bị ngăn chặn hoàn toàn hoặc một phần bởi một số hóa chất - chất ức chế . Theo bản chất của hành động, chất ức chế được chia thành có thể đảo ngược và không thể đảo ngược. Sự phân chia này dựa trên độ bền liên kết của chất ức chế với enzym.

Thuốc ức chế có thể đảo ngược - Đây là những hợp chất tương tác không cộng hóa trị với enzim và khi loại bỏ chúng thì hoạt tính của enzim được phục hồi. Sự ức chế thuận nghịch có thể là cạnh tranh, không cạnh tranh và không cạnh tranh.

Một ví dụ ức chế cạnh tranh là hoạt động của các chất tương tự cấu trúc của cơ chất, có thể liên kết với vị trí hoạt động của enzym theo cách tương tự như cơ chất, nhưng không biến thành sản phẩm và ngăn cản sự tương tác của enzym với cơ chất thực, tức là có sự cạnh tranh giữa cơ chất và chất ức chế để gắn vào vị trí hoạt động của enzym. Kết quả của sự hình thành phức hợp chất ức chế enzym (EI), nồng độ của phức hợp ES giảm và kết quả là tốc độ phản ứng giảm. Nói cách khác, chất ức chế cạnh tranh làm giảm tốc độ xúc tác bằng cách giảm tỷ lệ phân tử enzym liên kết cơ chất.

Đo tốc độ phản ứng ở các nồng độ cơ chất khác nhau giúp phân biệt ức chế cạnh tranh với ức chế không cạnh tranh. Với sự ức chế cạnh tranh trên đồ thị của sự phụ thuộc 1 / V=f(1 / [S]) các đường cắt trục y tại một điểm 1 / V tối đa bất kể sự hiện diện của chất ức chế, nhưng khi có chất ức chế, tiếp tuyến của độ dốc của đường thẳng với trục abscissa tăng lên, tức là V max không thay đổi, trong khi KM tăng, cho thấy sự giảm ái lực của cơ chất đối với enzyme khi có mặt chất ức chế (Hình 4.8). Do đó, ở nồng độ cơ chất đủ cao trong điều kiện cạnh tranh vị trí hoạt động của enzym, khi cơ chất thay thế chất ức chế khỏi vị trí hoạt động, sự ức chế có thể bị loại bỏ và tốc độ phản ứng được xúc tác được phục hồi. Trong trường hợp này, phương trình Michaelis - Menten có dạng

(4.5)

trong đó [I] là nồng độ chất ức chế; K tôi là hằng số ức chế.

Hằng số ức chế đặc trưng cho ái lực của enzym đối với chất ức chế và là hằng số phân ly của phức hợp EI:

(4.6)

Khi có chất ức chế cạnh tranh, độ dốc của đường thẳng đối với trục x tăng lên (1 + [I] / K tôi).

Cơm. 4.8. Ức chế cạnh tranh:

một chương trình; b - biểu thức đồ họa theo Lineweaver - Burke

Tại ức chế không cạnh tranh chất ức chế khác về cấu trúc với chất nền và không liên kết với chất hoạt động, mà liên kết với vị trí allosteric của enzym. Điều này dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của vị trí hoạt động của enzym, kéo theo sự giảm hoạt tính xúc tác của enzym. Hơn nữa, chất ức chế có thể liên kết không chỉ với enzym tự do (E + I → EI), mà còn với phức hợp enzym-cơ chất (ES + I → ESI). Cả hai hình thức EI và ESI đều không hoạt động. Cơ chất và chất ức chế có thể được liên kết đồng thời bởi phân tử enzyme, nhưng các vị trí liên kết của chúng không trùng nhau. Hoạt động của chất ức chế không cạnh tranh là làm giảm số lần đảo vòng enzym, và không làm giảm tỷ lệ phân tử enzym liên kết với cơ chất. Chất ức chế không ngăn cản sự hình thành phức hợp ES, nhưng ức chế sự chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm. Bằng cách ấy V cực đại giảm, tức là khi có chất ức chế, giao điểm của đường thẳng với trục y sẽ xảy ra ở điểm cao hơn (Hình 4.9). Ở mức độ tương tự, tiếp tuyến của góc nghiêng của đường thẳng với trục abscissa, bằng K M / V tối đa I. K M ngược lại với V max không thay đổi, do đó không thể loại bỏ sự ức chế không cạnh tranh bằng cách tăng nồng độ cơ chất.

Cơm. 4.9. Ức chế không cạnh tranh:

một chương trình; b - biểu thức đồ họa theo Lineweaver - Burke

Tốc độ phản ứng tối đa V tối đa I với sự có mặt của chất ức chế không cạnh tranh được mô tả bằng phương trình

(4.7)

Trong một trường hợp cụ thể ức chế không cạnh tranh, khi chất ức chế chỉ liên kết với phức hợp ES và không liên kết với enzym tự do, trên đồ thị phụ thuộc 1 / V = f(1 / [S]) các đường thẳng song song với nhau và cắt trục tọa độ và trục hoành tại các điểm khác nhau (Hình 4.10).

Cơm. 4.10. Ức chế không cạnh tranh:

một chương trình; b - biểu thức đồ họa theo Lineweaver - Burke

chất ức chế không thể đảo ngược - đây là những hợp chất phản ứng cao có bản chất hóa học khác nhau, có thể tương tác với các nhóm chức năng quan trọng của trung tâm hoạt động, tạo thành liên kết cộng hóa trị mạnh. Điều này dẫn đến mất hoạt tính của enzym không thể phục hồi. Về vấn đề này, lý thuyết Michaelis-Menten, dựa trên giả định rằng việc gắn chất ức chế vào một enzyme là có thể đảo ngược, không thể áp dụng trong trường hợp này.

Một ví dụ về sự ức chế không thể đảo ngược là sự tương tác của các enzym với các ion kim loại nặng, được gắn vào các nhóm sulfhydryl của gốc cystein của enzym và tạo thành các mercaptit, thực tế là các hợp chất không phân ly, hoặc biến đổi cộng hóa trị của enzym dưới tác dụng của các tác nhân alkyl hóa.

(chất hoạt hóa - tăng, chất ức chế - giảm) Các enzyme protein được tổng hợp trên ribosome, và RNA - trong nhân.

Thuật ngữ "enzyme" và "enzyme" từ lâu đã được sử dụng như những từ đồng nghĩa (đầu tiên chủ yếu là trong các tài liệu khoa học của Nga và Đức, thứ hai - trong tiếng Anh và tiếng Pháp).
Khoa học về enzym được gọi là khoa học, và không lên men (để không trộn lẫn gốc rễ của các từ tiếng Latinh và tiếng Hy Lạp).

Lịch sử nghiên cứu

Kỳ hạn menđược đề xuất vào thế kỷ 17 bởi nhà hóa học van Helmont khi thảo luận về cơ chế tiêu hóa.

Trong lừa. XVIII - đầu. thế kỉ 19 Người ta đã biết rằng thịt được tiêu hóa bởi dịch vị, và tinh bột được chuyển hóa thành đường nhờ tác động của nước bọt. Tuy nhiên, cơ chế của những hiện tượng này vẫn chưa được biết.

Enzyme được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân - thực phẩm, công nghiệp dệt may, trong dược học.

Phân loại enzyme

Theo loại phản ứng được xúc tác, enzyme được chia thành 6 lớp theo sự phân loại thứ bậc của enzyme (KF, - Enzyme Comission code). Sự phân loại được đề xuất bởi Liên minh Hóa sinh và Sinh học Phân tử Quốc tế (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Mỗi lớp chứa các lớp con, do đó, một enzym được mô tả bằng một tập hợp bốn số được phân tách bằng dấu chấm. Ví dụ, pepsin có tên EC 3.4.23.1. Số đầu tiên mô tả gần đúng cơ chế của phản ứng được xúc tác bởi enzyme:

CF 1: Oxidoreductase xúc tác quá trình oxy hóa hoặc khử. Ví dụ: catalase, alcohol dehydrogenase
CF 2: Chuyển nhượng xúc tác cho việc chuyển các nhóm hóa học từ phân tử cơ chất này sang phân tử cơ chất khác. Trong số các transferase, kinase được phân biệt đặc biệt, theo quy luật, chuyển một nhóm phosphate từ phân tử ATP.
CF 3: Hydrolase xúc tác quá trình thủy phân các liên kết hóa học. Ví dụ: esterase, pepsin, trypsin, amylase, lipoprotein lipase
CF 4: Liase, xúc tác sự phá vỡ các liên kết hóa học mà không bị thủy phân với sự hình thành của một liên kết đôi trong một trong các sản phẩm.
CF 5: Isomerase, xúc tác cho những thay đổi cấu trúc hoặc hình học trong phân tử cơ chất.
CF 6: Dây buộc, xúc tác hình thành liên kết hóa học giữa các chất nền do quá trình thủy phân ATP. Ví dụ: DNA polymerase

Nghiên cứu động học

Đường cong bão hòa phản ứng hóa học minh họa mối quan hệ giữa nồng độ cơ chất [S] và tốc độ phản ứng v

Mô tả đơn giản nhất về động học của các phản ứng enzym đơn chất là phương trình Michaelis-Menten (xem Hình.). Cho đến nay, một số cơ chế hoạt động của enzym đã được mô tả. Ví dụ, hoạt động của nhiều enzym được mô tả bằng sơ đồ của cơ chế "bóng bàn".

Cấu trúc và cơ chế hoạt động của các enzym

Hoạt động của các enzym được xác định bởi cấu trúc ba chiều của chúng.

Giống như tất cả các protein, các enzym được tổng hợp như một chuỗi axit amin tuyến tính gấp nếp theo một cách cụ thể. Mỗi chuỗi axit amin gấp lại theo một cách cụ thể và phân tử tạo thành (hạt protein) có những đặc tính riêng biệt. Một số chuỗi protein có thể được kết hợp thành một phức hợp protein. Cấu trúc bậc ba của protein bị phá hủy khi đun nóng hoặc tiếp xúc với một số hóa chất.

Để xúc tác một phản ứng, một enzym phải liên kết với một hoặc nhiều cơ chất. Chuỗi protein của enzyme được gấp lại theo cách mà một khoảng trống, hay còn gọi là chỗ lõm, được hình thành trên bề mặt của quả cầu, nơi các chất nền liên kết. Vùng này được gọi là vị trí liên kết chất nền. Thông thường nó trùng với vị trí hoạt động của enzym hoặc nằm gần nó. Một số enzym cũng chứa các vị trí liên kết với các đồng yếu tố hoặc các ion kim loại.

Một số enzym có vị trí liên kết phân tử nhỏ và có thể là cơ chất hoặc sản phẩm của con đường trao đổi chất mà enzym đi vào. Chúng làm giảm hoặc tăng hoạt động của enzym, tạo cơ hội cho phản hồi.

Các trung tâm hoạt động của một số enzym được đặc trưng bởi hiện tượng hợp tác.

Tính đặc hiệu

Enzyme thường thể hiện tính đặc hiệu cao đối với chất nền của chúng. Điều này đạt được nhờ sự bổ sung một phần về hình dạng, sự phân bố điện tích và các vùng kỵ nước trên phân tử cơ chất và tại vị trí liên kết cơ chất trên enzym. Các enzym này cho thấy mức độ cao của tính đặc hiệu lập thể, tính chỉnh định và tính chọn lọc hóa học.

Mô hình khóa chìa khóa

Phỏng đoán phù hợp do Koshland gây ra

Một tình huống thực tế hơn là trong trường hợp khớp cảm ứng. Chất nền không chính xác - quá lớn hoặc quá nhỏ - không vừa với vị trí đang hoạt động

Năm 1890, Emil Fischer cho rằng tính đặc hiệu của enzym được xác định bởi sự tương ứng chính xác giữa dạng của enzym và cơ chất. Giả định này được gọi là mô hình khóa và chìa khóa. Enzyme liên kết với cơ chất tạo thành phức hợp enzyme-cơ chất tồn tại trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, mặc dù mô hình này giải thích tính đặc hiệu cao của các enzym, nhưng nó không giải thích được hiện tượng ổn định trạng thái chuyển tiếp được quan sát thấy trong thực tế.

Mô hình phù hợp cảm ứng

Năm 1958, Daniel Koshland đề xuất sửa đổi mô hình khóa chìa. Enzyme nói chung không phải là những phân tử cứng nhắc, mà là những phân tử linh hoạt. Vị trí hoạt động của enzym có thể thay đổi cấu trúc sau khi liên kết với cơ chất. Các nhóm bên của axit amin của vị trí hoạt động có vị trí cho phép enzyme thực hiện chức năng xúc tác của nó. Trong một số trường hợp, phân tử cơ chất cũng thay đổi cấu trúc sau khi liên kết với vị trí hoạt động. Ngược lại với mô hình khóa chìa, mô hình phù hợp cảm ứng không chỉ giải thích tính đặc hiệu của các enzym, mà còn giải thích sự ổn định của trạng thái chuyển tiếp.

Các sửa đổi

Nhiều enzym trải qua các biến đổi sau khi tổng hợp chuỗi protein, nếu không có enzym này thì enzym không thể hiện hoạt động ở mức độ đầy đủ. Những sửa đổi như vậy được gọi là những sửa đổi sau dịch mã (xử lý). Một trong những kiểu sửa đổi phổ biến nhất là bổ sung các nhóm hóa học vào các gốc bên của chuỗi polypeptit. Ví dụ, việc bổ sung dư lượng axit photphoric được gọi là quá trình phosphoryl hóa và được xúc tác bởi enzyme kinase. Nhiều enzyme của sinh vật nhân thực được glycosyl hóa, tức là được biến đổi bằng các oligome carbohydrate.

Một dạng biến đổi sau dịch mã phổ biến khác là sự phân cắt chuỗi polypeptit. Ví dụ, chymotrypsin (một protease tham gia vào quá trình tiêu hóa) thu được bằng cách phân cắt vùng polypeptide từ chymotrypsinogen. Chymotrypsinogen là một tiền chất không hoạt động của chymotrypsin và được tổng hợp trong tuyến tụy. Dạng không hoạt động được vận chuyển đến dạ dày, nơi nó được chuyển hóa thành chymotrypsin. Cơ chế này là cần thiết để tránh sự phân tách của tuyến tụy và các mô khác trước khi enzym đi vào dạ dày. Một tiền chất enzyme không hoạt động còn được gọi là "zymogen".

Đồng yếu tố enzim

Một số enzym tự thực hiện chức năng xúc tác mà không cần thêm bất kỳ thành phần nào. Tuy nhiên, có những enzym yêu cầu các thành phần không phải protein để xúc tác. Các đồng yếu tố có thể là phân tử vô cơ (ion kim loại, cụm sắt-lưu huỳnh, v.v.) hoặc hữu cơ (ví dụ,

1. Đặc điểm của phản ứng enzym

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzim

3. Ảnh hưởng của pH đến hoạt động của enzym

4. Chất kích hoạt và chất ức chế enzym

Tôi. Tất cả các phản ứng enzym đều có 4 đặc điểm

· Hoạt động cao của các enzym;

Tính thuận nghịch của hoạt động của các enzym;

Tính đặc hiệu của hoạt động của các enzym;

tính nhạy cảm (lability).

Hoạt tính của enzym cao. Enzyme gây ra một tốc độ cao của phản ứng enzyme, được đặc trưng bởi số lần đảo ngược enzyme - đây là số phân tử cơ chất biến thành sản phẩm phản ứng dưới tác dụng của một phân tử enzyme trong một đơn vị thời gian. Ví dụ, alcohol dehydrogenase có hoạt độ là 4700 đơn vị, phosphorylase - 50000 đơn vị, a-amylase - 16000 đơn vị.

Khả năng đảo ngược của hoạt động enzym do Danilevsky thành lập. Dưới sự thuận nghịch của hoạt động của các enzym được hiểu là sự hình thành của phức hợp ES và sự phân rã của nó, tức là các phản ứng liên quan đến enzym có thể đi theo một hướng (sinh tổng hợp) và theo hướng ngược lại (phân rã).

Tính đặc hiệu của hoạt động của các enzym- mỗi enzym chỉ hoạt động trên cơ chất cụ thể của nó hoặc nhóm cơ chất liên quan. Ví dụ, invertase tác động lên sucrose; a-amylase - chỉ trên tinh bột và dextrin; protease thành protein.

Có hai quan điểm giải thích tính đặc hiệu trong hoạt động của các enzym. Theo ý tưởng tượng hình của E. Fisher, “một enzym tiếp cận chất nền giống như một chiếc chìa khóa cho ổ khóa”, tức là địa hình của trung tâm hoạt động của enzim không chỉ có trật tự cao mà còn được cố định một cách chặt chẽ. Vị trí hoạt động của enzym tương ứng với địa hình chỉ có một cơ chất duy nhất. Quan điểm thứ hai, do D. Koshland đề xuất, là lý thuyết về sự hình thành cấu tạo của enzyme và cơ chất: cấu trúc của enzyme, đặc biệt là trung tâm hoạt động của nó, có khả năng biến đổi nhất định. Tùy thuộc vào tính di động cấu trúc của vị trí hoạt động, enzyme có thể tương tác với một vài hoặc nhiều loại cơ chất. Nói cách khác, tại thời điểm hình thành phức hợp ES, những thay đổi xảy ra trong cấu trúc của cả enzym và cơ chất. Kết quả là chúng thích nghi với nhau.

Tính đặc hiệu của enzim có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất ở cơ thể sống. (Nếu enzim không có những đặc tính riêng biệt, thì sẽ không có quá trình trao đổi chất trong cơ thể sống)

Trên cơ sở tính đặc hiệu, người ta chia enzym thành 2 nhóm:

Tính đặc hiệu tuyệt đối - enzyme chỉ tác động lên một chất hoặc chỉ xúc tác cho một sự biến đổi nhất định của chất này;

Tính đặc hiệu tương đối hoặc nhóm - các enzym hoạt động đồng thời trên nhiều cơ chất có một số đặc tính cấu trúc chung.

Khả năng (độ nhạy) - tất cả các enzym đều nhạy cảm với nhiệt độ cao và giá trị pH thấp, khi đó hoạt tính của enzym sẽ bị mất đi.

II. Yếu tố quan trọng nhất mà hoạt động của các enzym phụ thuộc vào đó là nhiệt độ.

Về mặt đồ thị, sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng enzym vào nhiệt độ như sau:

Ở 0 ° C, và thậm chí hơn thế ở nhiệt độ dưới 0 ° C, hoạt động của hầu hết các enzym chấm dứt. Sự gia tăng nhiệt độ (đường cong 1) trên 0 ° C thúc đẩy sự gia tăng hoạt động của các enzym (số lượng va chạm của các chất phản ứng tăng lên). Ở một nhiệt độ nhất định, enzim thể hiện hoạt tính tối đa. Đối với hầu hết các enzym, nhiệt độ hoạt động tối ưu là 40-50 ° C. Nhiệt độ tăng hơn nữa dẫn đến bất hoạt enzym (giảm hoạt tính) do biến tính nhiệt của phân tử protein (đường cong 2).

Sự thay đổi tốc độ phản ứng khi nhiệt độ tăng lên cứ 10 ° C được biểu thị bằng hệ số nhiệt độ Q 10. Hệ số nhiệt độ là tỷ số giữa tốc độ phản ứng ở nhiệt độ nhất định v t + 10 với tốc độ phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn 10 ° C cho trước:

Giá trị của Q 10 đối với phản ứng hóa học nằm trong giới hạn 2-4, đối với phản ứng enzym - từ 1 đến 2; Q 10 phản ứng enzym giảm rõ rệt khi nhiệt độ tăng.

III. Mỗi enzyme thực hiện hoạt động của nó trong một phạm vi pH khá hẹp. Sự phụ thuộc đồ họa của hoạt động enzyme vào pH như sau:

Trong môi trường axit, ở giá trị pH thấp, nó có dạng EH 2 +, ở dạng này nó không hoạt động. Ở pH tối ưu, enzym có hoạt tính tối đa và ở dạng EH; khi môi trường bị kiềm hóa, enzym có dạng E -.

Hoạt động tối ưu tương ứng với một phạm vi pH nhất định và mỗi enzyme có giá trị pH hoạt động tối ưu của riêng nó (ví dụ, a-amylase của vi khuẩn có pH tối ưu là 6, và a-amylase của vi nấm là 4,7). Giá trị pH tối ưu có liên quan đến thành phần axit amin của các enzym.

Hình dạng hình chuông của đường cong sẽ được giải thích bởi bản chất lưỡng tính của các enzym; các nhánh tăng dần và giảm dần của đường cong này là các đường cong chuẩn độ điển hình và được xác định bởi các giá trị pK của các nhóm ion có trong vị trí hoạt động của các enzym.

Để xác định các nhóm chức có trong trung tâm hoạt động của enzym, cần xác định sự phụ thuộc của hoạt độ của enzym này vào pH ở các nhiệt độ khác nhau và xác định giá trị pK. Biết các giá trị của ΔрК đối với các nhánh axit và kiềm có sự phụ thuộc v = f (pH), các nhóm chức được tìm thấy tương ứng với giá trị này.

IV. Tất cả các chất đi kèm với enzym trong quá trình phản ứng có thể được chia thành chất hoạt hóa, chất ức chế và hợp chất trung tính.

Chất kích hoạt- các hợp chất hóa học làm tăng hoạt động của các enzym (ví dụ, glutathione kích hoạt hoạt động của protease, NaCl làm tăng hoạt động của amylase); chất ức chế- các hợp chất ức chế hoạt động của chúng (ví dụ, nhóm -CN ức chế hoạt động của các enzym hô hấp nằm trong hệ thống cytochrome) và hợp chất trung tính không có tác dụng đối với enzym.

Quá trình ức chế có thể được có thể đảo ngược và không thể thay đổi.

Các chất ức chế có thể đảo ngược là:

Hành động cạnh tranh - chất ức chế tương tác với các nhóm chức năng của trung tâm hoạt động của các enzym. Sự ức chế trong trường hợp này phụ thuộc vào nồng độ của cơ chất: nếu [S] lớn, thì tác dụng của chất ức chế [I] có thể không xuất hiện; nếu [S] nhỏ, thì chất ức chế có thể dịch chuyển cơ chất khỏi kết nối với enzyme, hoạt động của chất này sau đó bị ức chế. Phức hợp ba ESI không bao giờ được hình thành trong quá trình ức chế cạnh tranh.

· Ức chế không cạnh tranh được quan sát khi chất ức chế không thể gắn vào enzym, nó không thể liên kết với phức hợp enzym-cơ chất, chuyển nó thành dạng không hoạt động.

· Trong ức chế hỗn hợp, chất ức chế hoạt động trên cả vị trí liên kết ES và vị trí xúc tác của enzym.