الإنزيم: التسمية ، الطبيعة الكيميائية ، والآلية
الإنزيم: التسمية ، الطبيعة الكيميائية ، والآلية!
واحدة من أهم وظائف البروتينات في الخلايا الحية هي أن تكون بمثابة إنزيمات.
تم إدخال كلمة "إنزيم" لأول مرة بواسطة Kuhne في عام 1878. وهي مشتقة من الكلمة اليونانية الأصلية enzyme (Gr. en-in، zyme-leaven) ، والتي تعني "في الخميرة".
في عام 1896 ، نجح بوخنر في استخراج خلايا الخميرة من مادة نشطة في التخمر. سميت هذه المادة فيما بعد بالزيميث وتمثل جزءا من نظام الإنزيم المتضمن في التخمر. في عام 1926 ، عزل البروفيسور جي بي سمنر من حبوب جاك ، عن طريق الأسيتون ، إنزيم اليورياز في شكل بلوري.
فريف:
يمكن تعريف الإنزيم بأنه محفز بيولوجي معقد ينتج بواسطة كائن حي في خلاياه لتنظيم العمليات الفيزيولوجية المختلفة للجسم. تسمى الإنزيمات الوظيفية خارج الخلايا الحية exoenzymes ، على سبيل المثال ، إنزيمات موجودة في العصارات الهضمية ، lysozyme من الدموع. تعرف الإنزيمات الوظيفية داخل الخلايا الحية باسم الإنزيمات ، مثل إنزيمات دورة كريبس ، إنزيمات التحلل السكري ، إلخ.
وتسمى المادة التي يعمل بها الإنزيم "الركيزة" وبشكل عام ، يتم تسمية الإنزيم نفسه بعد الركيزة بإضافة اللاحقة "ase" إلى تلك الموجودة في الركيزة. وهكذا ، على سبيل المثال ، البروتياز هي مجموعة من الإنزيمات تعمل على البروتينات ، الليبازات هي مجموعة من الإنزيمات تعمل على المواد الدهنية والمالتاز هو اسم إنزيم يعمل على المالتوز.
في بعض الأحيان ، يشير اسم الإنزيم إلى طبيعة التفاعل الذي تحدثه. على سبيل المثال ، فإن الإنفرازم الذي يكسر السكروز إلى الجلوكوز والفركتوز ، يجلب العكس (هذه هي العملية التي تعطي فيها المادة الخام التي تظهر نوعًا واحدًا من الدوران البصري منتجات نهائية تظهر النوع المعاكس للدور البصري).
التسميات:
يكشف التدقيق في تسمية الأنزيمات أنه في كثير من الحالات ، فإنه غير متناسق ومضلل. أيضا لا يوجد نقص في الحالات حيث أعطى علماء الكيمياء الحيوية المختلفة أسماء مختلفة لنفس الإنزيم. تمت إزالة هذا الشذوذ من قبل اللجنة الدولية للأنزيمات في تقريرها في عام 1961.
اعترفت اللجنة بأن كل إنزيم يجب أن يتكون من: (1) اسم الركاكة و (2) كلمة تنتهي بـ "ase" تحدد نوع واحد من التفاعل التحفيزي كما هو الحال في ديهيدروجيناز السكسينيك ، ترانس أميناز البيروفات. هذه التسمية دقيقة ومنهجية ، وإن كانت في بعض الحالات ، فهي طويلة ولسانية التواء. ولهذا السبب يتم الاحتفاظ بالأسماء التافهة بعقوبة رسمية ولكن فقط بالإشارة إلى أسمائها النظامية.
تم تقديم النظام الحديث لتصنيف الإنزيمات من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية (IUB) في عام 1961. وهو يقوم بإعداد الأنزيمات في الفئات الست التالية.
1. اوكسيديدوكساس:
يشاركون في تفاعلات الأكسدة والاختزال أو نقل الإلكترونات. تتكون الأكسدة المؤكسدة من ثلاثة أنواع هي: أوكسيديازات ، ديهيدروجينازات وخفضات ، على سبيل المثال ، سيكسوكروم أوكسيديز (oxidises cytochrome) ، ديهيدرجاز سكسينات ، اختزال نترات.
2. Transferases:
إنهم ينقلون مجموعة من جزيء واحد إلى آخر ، مثل الغلوتامات - البيروفات transaminase (ينقل المجموعة الأمينية من الغلوتامات إلى البيروفات أثناء تخليق ألانين). لا يحدث نقل المجموعة الكيميائية في الولاية الحرة.
3. hydrolases:
إنها تكسر جزيئات كبيرة إلى جزيئات أصغر بمساعدة مجموعات الهيدروجين والهيدروكسيل لجزيئات الماء. هذه الظاهرة تسمى التحلل المائي. تنتمي الإنزيمات الهاضمة إلى هذه المجموعة ، على سبيل المثال ، الأميلاز (التحلل المائي للنشا) ، و sucراس ، و اللاكتيز.
4. Lyases:
تسبب الإنزيمات انشقاقات ، إزالة مجموعات دون التحلل المائي ، إضافة مجموعات إلى روابط مزدوجة أو عكسية ، على سبيل المثال ، هيستريدين ديكاربوكسيلاز (تكسر الهيستدين إلى الهيستامين وثاني أكسيد الكربون) ، ألدولاز (الفركتوز -1 ، 6-ديفوسفيت إلى ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات وفوسفات الغليسيالديهايد ).
5. Isomerases:
تسبب الإنزيمات إعادة ترتيب بنية الجزيء لتؤثر على التغيرات isomeric. هم من ثلاثة أنواع ، isomerases (aldose إلى مجموعة ketose من العكس بالعكس مثل الجلوكوز 6-الفوسفات إلى الفركتوز 6-الفوسفات) ، epimerases (تغير في موضع واحد من مجموعة الكربون أو المجموعة مثل الفوسفات الزايلوز إلى الفوسفات ribulose) والطفرات (التحول وضع المجموعة الجانبية مثل الجلوكوز والفوسفات إلى الجلوكوز-فوسفات.
6. ligases:
(Synthetases). تحفز الإنزيمات الترابط بين مادتين كيميائيتين بمساعدة الطاقة التي يتم الحصول عليها من ATP ، على سبيل المثال ، phosphenol pyruvate PEP carboxylase (يدمج phosphenol pyruvate مع ثاني أكسيد الكربون تشكيل oxaloacetate مصحوبًا بالتحلل المائي لـ ATP.)
النظام الحديث لتسمية الإنزيمات الذي قدمه الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية (IUB) يتوخى طريقة إعطاء أربعة أرقام لأي إنزيم معين ، الرقم الأول الذي يشير إلى الفئة الرئيسية التي يسقط فيها الإنزيم ، بينما يشير الثاني والثالث إلى الفئة الفرعية والفئة الفرعية على التوالي. والرابع هو الرقم التسلسلي للأنزيم في فئته الفرعية المعينة ؛ يتم فصل الأرقام الأربعة عن طريق النقاط.
وهكذا يعطى ديهيدروجينيز المالي رقم عمولة الإنزيم (Ec. رقم 1) 1.1.1.37. أول 1 يشير إلى أن الإنزيم هو Oxidoreductase ، يشير الثاني 1 إلى أن الإنزيم يعمل على مجموعة CH-OH من المتبرعين والثالث يشير إلى أنه في التفاعل الذي يشجعه الإنزيم ، يعمل NAD أو NADP كجزيء متقبل ، 37 والذي هو الرقم الأخير في الرقم التسلسلي المعطاة لهذا الإنزيم هو المجموعة التي تتميز الخصائص التي تشير إلى 1.1.1.
الطبيعة الكيميائية للإنزيمات:
جميع الأنزيمات هي بروتينية في الطبيعة (Sumner ، 1926) باستثناء أنزيمات RNA المكتشفة حديثًا. قد تحتوي بعض الإنزيمات بالإضافة إلى ذلك على مجموعة غير بروتينية.
على أساس الاختلافات في الطبيعة الكيميائية ، يمكن وصف الإنزيمات كما يلي:
(ط) إنزيمات بسيطة:
بعض الإنزيمات هي بروتينات بسيطة ، أي على التحلل المائي ، فإنها تنتج الأحماض الأمينية فقط. الانزيمات الهاضمة مثل البيبسين ، التربسين و chymotrypsin هي من هذا النوع.
(2) الإنزيمات المترافقة:
وهو إنزيم يتكون من جزأين - جزء بروتيني يسمى apoenzyme (على سبيل المثال ، flavoprotein) وجزء غير بروتيني يدعى العامل المساعد. يسمى الإنزيم المترابط الكامل ، المكون من apoenzyme والعامل المساعد ، holoenzyme.
يمكن أن يكون هناك نشاط إنزيمي فقط عندما يكون كل من المكونين (apoenzyme و coofactor) متواجدين معاً. يكون العامل المساعد في بعض الأحيان عبارة عن أيون معدني ثنائي التكافؤ (e £.، Ca، Mg، Zn، Co، etc) ، وأحيانًا مركب عضوي غير بروتين. ومع ذلك ، فإن بعض الأنزيمات تتطلب كلا النوعين من العوامل المساعدة. إذا كان العامل المساعد مرتبطًا بشدة ب apoenzyme ، يطلق عليه اسم المجموعة الاصطناعية.
على سبيل المثال ، السيتوكرومات هي الإنزيمات التي تمتلك البورفيرينات كمجموعاتها الاصطناعية. إذا ، بدلاً من أن تكون أكثر أو أقل ارتباطاً دائمًا ب apoenzyme ، فإن العامل المساعد يعلق نفسه على apoenzyme فقط في وقت رد الفعل ، ويسمى الإنزيم المساعد (coenzyme).
(3) الانزيمات المعدنية:
العوامل المساعدة المعدنية المشاركة في التفاعلات الإنزيمية هي أحادية التكافؤ (K + ) وكاتيونات ثنائية التكافؤ (Mg ++ ، Mn ++ ، Cu ++ ). قد يكون هذا خاضعًا للاحتواء من الإنزيم ، أو كما في بعض الحالات ، يدخل في تكوين الجزيء نفسه. إذا كان المعدن يشكل جزءًا من الجزيء ، مثل حديد الهيموجلوبين أو السيتوكروم ، فإن الإنزيمات تدعى إنزيمات معدنية metallo-enzymes.
(4) Isoenzymes (Isozymes):
في وقت ما كان يعتقد أن الكائن الحي له إنزيم واحد فقط لخطوة معينة من تفاعل الأيض. اكتشف لاحقا أن الركيزة يمكن أن يتصرف بها عدد من المتغيرات لأنزيم ينتج نفس المنتج.
وتسمى الأشكال الجزيئية المتعددة لأنزيم موجود في نفس الكائن الحي وله نشاط ركيزة مماثل بـ isoenzymes أو isozymes. من المعروف أن أكثر من 100 إنزيم لها أنزيمات إنزيمية. وهكذا ، فإن الأميليز من إندوسبيرم القمح يحتوي على 16 من الإنزيمات ، بينما يحتوي ديهيدروجيناز اللاكتيك على 5 أنزيمات إنزيمية في الإنسان ، بينما يحتوي ديهيدروجيناز الكحول على 4 إيزوزيمات في الذرة. Isoenzymes تختلف في نشاط أوبتيما وتثبيط.
الأكثر شيوعا درس هو isozyme ديهيدروجينيز اللاكتي (LDH) الذي يحدث في خمسة أشكال ممكنة في أجهزة معظم الفقاريات كما لوحظ من قبل الفصل الكهربي النشا هلام. هناك نوعان مختلفان من LDH. نوع واحد ، والذي يتم تثبيطه بشدة بتركيزات منخفضة نسبيا من البيروفات ، يسود في القلب ويسمى القلب LDH.
النوع الآخر ، أقل تثبيطا بسهولة عن طريق البيروفات ، يحدث في العديد من العضلات الهيكلية ويسمى بالتالي العضلات LDH. يتكون القلب LDH من 4 وحدات فرعية متطابقة ، والتي تسمى الوحدات الفرعية H. يتكون LDH العضلات من 4 وحدات فرعية M متطابقة. نوعان من الوحدات الفرعية ، H و M ، لهما تركيبات مختلفة من الأحماض الأمينية ، وحركية الإنزيمات وخصائص مناعية. هذه الوحدات الفرعية في مجموعات مختلفة تنتج 5 isoenzymes.
وبالتالي فهي مفيدة للكائنات الحية في التكيف مع الظروف البيئية المتنوعة.
آلية عمل الإنزيم:
يشجع الإنزيم تفاعلًا معينًا ، ولكن يبقى نفسه دون تغيير في نهاية التفاعل. في عام 1913 ، اقترح ميكايليس ومينتين أن يتم تشكيل المركب الوسيطة للركيزة خلال النشاط الإنزيمي. يمكن كتابة المخطط التالي لتوضيح المفهوم:
الأنزيمات هي محفزات بيولوجية تسرع معدل التفاعل عن طريق تغيير الخصائص الحركية. وهكذا ، يمارس الإنزيم (E) دوره الحافز على الركيزة (S) عن طريق تكوين مركب إنزيم قائم على الركيزة (ES) بواسطة تفاعل عكسى حيث K 1 هو ثابت معدل تشكيل ES ، و K 2 هو المعدل ثابت لتفكك ES إلى E و S.
بعد تشكيل ES ، يتم تحويل الركيزة (S) إلى المنتجات ، مما يجعل الإنزيم (E) متاحًا لمزيد من التجميع مع مزيد من الركيزة. يمكن الإشارة إلى معدل تحويل ES إلى منتجات التفاعل بواسطة ثابت K 3 .
يحتوي كل تفاعل محفز للانزيم على قيمة K مميزة ، والتي هي ثابت ميشاليز-مينتين ، وهو قياس ميل الانزيم والركيزة للدمج مع بعضهما البعض.
وبهذه الطريقة تكون قيمة K m هي مؤشر لألفة الانزيم لركيزة معينة. كلما زاد انجذاب إنزيم الركيزة ، كلما انخفضت قيمة K m .
الإنزيمات تقلل من طاقة التنشيط:
طاقة التنشيط هي الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة من الجزيء للمشاركة في التفاعل. تأثير الإنزيمات هو خفض متطلبات طاقة التنشيط ، وبالتالي تعزيز معدلات التفاعل القابلة للاعجاب في درجات حرارة أقل من الممكن أن يكون الأمر خلاف ذلك.
المواقع التحفيزية:
الانزيمات هي أكبر بكثير مقارنة مع جزيئات الركيزة. في الركيزة الإنزيمية ، تكون الطبقة التحتية على اتصال مع مساحة صغيرة جدًا من السطح الأنزيمي. يشكل هذا الجزء من الإنزيم المتكون من بقايا الأحماض الأمينية والروابط الببتيدية التي تكون في تماس مادي مع الركيزة ولكنها ضرورية للنشاط التحفيزي معاً موقعًا نشطًا ، يُشار إليه حاليًا بالموقع الحفاز.
وباستثناء الموقع التحفيزي ، قد يكون الجزء المتبقي من جزيء الإنزيم ضروريًا للحفاظ على الشكل الصحيح ثلاثي الأبعاد للموقع التحفيزي أو قد يكون موجودًا بدون أي دور وظيفي.
تمت دراسة هيكل الموقع التحفيزي في بعض الإنزيمات. هو إما شق على الإنزيم كما في papain و ribonuclease أو حفرة عميقة كما في الأنهيدراز الكربونيك. أيا كان شكل الموقع الحفاز ، فمن المعتقد أن الركيزة الصحيحة ترتبط بالموقع الحفاز الذي ينتج مركب موقع الحفاز.
غالباً ما يطبق مصطلح الربط الإنتاجي على هذا المجمع. في الارتباط الإنتاجي ، تظهر كل من الإنزيمات والركائز تغيرات متماثلة مع انخفاض في طاقة التنشيط بحيث يتم تحويل الركيزة إلى منتج.
نظريات إنزيم العمل:
1. قفل وفرض الفرضية:
وقد افترضت مجموعة الإنزيمات التي أسسها إميل فيشر في عام 1884 تقريبًا ، اتحادًا قويًا وقويًا بين الاثنين. ويسمى الجزء من الإنزيم الذي يجمع بين الركيزة (أو الركائز) أثناء إجراء التحويل إلى منتج ما اسم الموقع النشط.
إذا كان الموقع النشط صلبًا ومحدّدًا لركيزة معيّنة ، فلن تحدث قابلية عكس التفاعل ، لأن بنية المنتج تختلف عن بنية الركيزة ولا تتناسب بشكل جيد.
2. نظرية المستحثة صالح:
وعلى النقيض من موقع فيشر النشط المرتّب بشكل صارم ، وجد دانييل إ. كوشلاند (1973) دليلاً على أن الموقع النشط للأنزيمات يمكن تحريضه عن طريق النهج الوثيق من الركيزة (أو المنتج) للخضوع لتغيير في التشكل الذي يسمح بتركيبة أفضل بين الاثنين.
تُعرف هذه الفكرة الآن على نطاق واسع على أنها النظرية المحرضة والموضحة أدناه. على ما يبدو ، يتم تغيير هيكل الركيزة أيضا خلال العديد من حالات النشوة المستحثة ، مما يسمح بمركب أكثر فعالية من الركيزة الإنزيمية.
خصائص الانزيمات:
1. لقد تم بالفعل مناقشة الطبيعة التحفيزية للإنزيم في التفاصيل السابقة.
2. عكسه:
من الناحية النظرية ، جميع ردود الفعل التي تسيطر عليها الانزيم قابلة للانعكاس. ومع ذلك ، تعتمد العكارة على متطلبات الطاقة وتوافر المواد المتفاعلة وتركيز المنتجات النهائية والأس الهيدروجيني. إذا كانت القدرة الكيمائية للمواد المتفاعلة عالية جدا مقارنة مع تلك الخاصة بالمنتجات ، فإن التفاعل قد يستمر فقط نحو تكوين المنتجات ، وذلك بسبب القانون الكيميائي للعمل الجماعي. معظم نزع الكربوكسيل والتفاعلات المائية لا يمكن عكسها.
نفس الإنزيم يسهل الحركة الأمامية والخلفية للتفاعل إذا كان من الممكن أن يكون ديناميكيًا حراريًا فقط. وينظر إلى مثال مقنع في مسارات التنفس والبناء الضوئي. إنزيمات التحلل السكري ومسار pentose phosphate يذوب الجلوكوز. تعمل بعض هذه الإنزيمات في الاتجاه العكسي في عملية التمثيل الضوئي وبناء الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون والماء.
3. حساسية الحرارة:
جميع الانزيمات هي حساسة للحرارة أو thermolabile. تعمل معظم الإنزيمات على النحو الأمثل بين 25 درجة إلى 35 درجة مئوية. تصبح غير نشطة في درجات الحرارة المتجمدة ويتم تغييرها عند درجة حرارة 50 ° -55 درجة مئوية. ومع ذلك ، تعتبر الطحالب الحرارية والبكتيريا استثناء. تبقى إنزيماتهم فعالة حتى عند 80 درجة مئوية. إن الإنزيمات من البذور والجراثيم لا يتم تغيير لونها عند درجة حرارة 60 - 70 درجة مئوية.
4. حساسية الحموضة:
كل وظيفة الإنزيم في درجة الحموضة معينة ، على سبيل المثال ، البيبسين (2 درجة الحموضة) ، sucريس (4-5 درجة الحموضة) ، التربسين (8.5 درجة الحموضة). تغيير الرقم الهيدروجيني يجعل الانزيمات غير فعالة.
5. خصوصية الإجراءات:
تظهر الإنزيمات خصوصية نحو الركائز التي يمارسون فيها دورهم الحفاز. يتم تحديد هذه الخاصية الفريدة للأنزيمات بواسطة: (1) التكوين الهيكلي لجزيء الركازة ، (2) تشكيل الانزيم و (3) المواقع النشطة أو الحفازة على الإنزيم. خصوصية الركيزة من الانزيمات هي من نوعين: خصوصية المجموعة وستيريو خصوصية.
عادةً ما تظهر الإنزيمات خصوصية المجموعة ، أي أنها تهاجم فقط مجموعة من المركبات المرتبطة كيميائياً. قد تكون خصوصية المجموعة هي خصوصية مجموعة نسبية ، وفي هذه الحالة يعمل الإنزيم على عدد من ركائز متماثلة.
وهكذا ، ينتقل hexokinase مجموعة الفوسفات من ATP إلى ما لا يقل عن 23 hexoses أو مشتقاتها مثل الجلوكوز ، mannose ، الفركتوز ، والجلوكوزامين. بعض الانزيمات المحددة للمجموعة تظهر خصوصية مجموعة مطلقة ، وهو ما يعني أن الإنزيم يعمل فقط على مركب واحد وليس على المتجانسات. وتشارك مانوز وغلوكوكيناز وفركتوكيناز في فسفريات من hexoses ، mannose ، الجلوكوز والفركتوز على التوالي.
وتظهر الإنزيمات أيضًا خصوصية الاستريو تجاه الطبقة السفلية ويتم عرضها باستخدام أيزومرات بصرية وهندسية.
(1) إذا أظهر الإنزيم خصوصية بصرية ، فإنه يعمل إما على dextro (D) أو على أيزومر laevo (L) للمركبات. وهكذا ، D. aminoacid oxidase oxidises only D. amino-acids and L. aminoacid oxidases react only with L. aminoacids.
(2) يتم عرض الخصوصية الهندسية نحو cis و isomers trans. الأحماض الفومرية والماليك هي ايزومرات هندسية. يعمل الهيدروميز الفوماريك على حامض الفوماريك عبر الأيزومر فقط وليس على حامض الماليزوم أيزومر.
6. تثبيط إنزيم:
تُعرف المواد أو المركبات التي تقلل من معدل تفاعل الإنزيم المحفز كمثبطات وتوصف هذه الظاهرة باسم تثبيط الإنزيم. هناك ثلاثة أنواع من الموانع.
(ط) تثبيط تنافسي:
عندما يتنافس مركب مع ركيزة للموقع النشط على بروتين الإنزيم ، وبالتالي يقلل من النشاط التحفيزي لهذا الإنزيم ، يعتبر المركب مثبطًا تنافسيًا. ومن المعروف أن تثبيط هذه النظائر (تسمى antimetabolites) ، والتي يتم عكسها ببساطة بإضافة المزيد من الركيزة إلى خليط التفاعل ، هو تثبيط تنافسي.
على سبيل المثال ، يكسد ديهيدروجيناز بسهولة حمض السكسينيك إلى حمض فوماريك. إذا تمت إضافة تركيزات متزايدة من حمض malonic ، والتي تشبه إلى حد كبير حمض succinic في البنية ، فإن نشاط dehydrogenase السكسيني ينخفض بشكل كبير.
يمكن الآن عكس هذا المنع عن طريق زيادة تركيز حمض السكسينيك في الركيزة. ترتبط كمية التثبيط في هذا النوع من التثبيط ب (1) تركيز المانع ، (2) تركيز الركيزة ، والارتباطات النسبية للمثبط والركيزة. تأثير المثبطة هو عكسها.
ما إذا كان المانع قادرًا على المنافسة أم لا يمكن اكتشافه عن طريق إنشاء Lineiveaver- Burk Plot. مثبطات التنافسية يغير K m من الإنزيم لأنها تشغل المواقع النشطة. ومع ذلك ، فإنها لا تغير السرعة القصوى أو القصوى للتفاعل.
(2) تثبيط غير تنافسي:
نوع التثبيط الذي لا يمكن عكسه بزيادة تركيز الركيزة يسمى التثبيط غير التنافسي. يدمج المانع بقوة مع موقع على الإنزيم غير الموقع النشط ولا يتم التغلب على هذا التأثير بمجرد رفع تركيز الركيزة.
ترتبط كمية التثبيط في هذا النوع من التثبيط بتركيز (a) المانع ، و (b) تقارب مثبطات الإنزيم. لا يؤثر تركيز الركيزة على هذا النظام ، وتغير مثبطات غير تنافسية الـ V max وليس الـ K m من الإنزيم.
سيانيد وأزيد ومعدن ثقيل مثل الفضة والزئبق والرصاص ، وما إلى ذلك ، هي بعض الأمثلة للمثبطات غير التنافسية التي تتحد مع أو تدمر مجموعات السلفهيدريل الأساسية أو المكون المعدني للأنزيمات.
(ثالثا) التغذية الراجعة للمنتج (المنتج النهائي):
عندما يؤدي المنتج النهائي للتفاعل إلى منع تكوين أحد السلائف الخاصة به عن طريق تثبيط عمل الإنزيم الذي يحفز التفاعل ذاته ، يُسمى تثبيط تثبيط التغذية المرتدة.
إن تثبيط تحويل A إلى B بواسطة X سيكون مثل هذا التثبيط. هنا X ، المنتج النهائي للتفاعل ، يعمل على منع تشكيل أحد سلائفه (B) عن طريق تثبيط عمل الإنزيم a الذي يحفز التغيير من A إلى B.
في هذه الحالة ، يمكن تسمية الإنزيم "أ" بمنظم ضربات القلب حيث يتم تنظيم التسلسل الكامل به بشكل فعال. ومن الأمثلة الفعلية على ذلك تكوين ثلاثي فوسفات السيتيدين (CTP) من حمض الأسبارتيك وفوسفات الكرباميل في الإشريكية القولونية.
بما أن التركيز الحرج للـ CTP يتراكم ، فإن ثلاثي الفوسفات يبطئ تكوينه عن طريق تثبيط الإنزيم ، aspartate transcarbamylase (ATCase) ، الذي يحفز خطوة منظم ضربات القلب الخاصة به. عندما يتم تخفيض تركيز ثلاثي الفوسفات بما فيه الكفاية عن طريق الاستقلاب الأيضي ، يتم تحرير التثبيط وتجديد تركيبه.
العوامل المؤثرة على عمل الإنزيم و حركية الإنزيم:
1. تركيز الإنزيم:
معدل تفاعل كيميائي حيوي يرتفع مع زيادة تركيز الإنزيم حتى نقطة تسمى الحد أو التشبع. أبعد من ذلك ، الزيادة في تركيز الإنزيم لها تأثير ضئيل.
2. تركيز الركيزة:
تم إجراء أول تحليل رياضي مرضي لتأثير تركيز الركيزة على سرعة التفاعل من تفاعل محفز الانزيم بواسطة Michaelis و Menten (1913). مع تركيز الانزيم الثابت ، فإن الزيادة في الركيزة ستنتج في البداية في الارتفاع السريع في سرعة أو معدل التفاعل.
ومع استمرار زيادة تركيز الركيزة ، تبدأ الزيادة في معدل التفاعل في التباطؤ حتى ، مع تركيز الركيزة الكبير ، لا يلاحظ أي تغيير آخر في السرعة. يتم تعريف سرعة التفاعل الذي يتم الحصول عليه عند تركيز الركيزة العالية هذه على أنها السرعة القصوى (V m ) من التفاعل المحفز بواسطة الإنزيم تحت الظروف المحددة وتسمى سرعة التفاعل الأولية التي يتم الحصول عليها مع تركيزات الركيزة تحت مستوى التشبع.
يمكن تحديد تركيز الركيزة المطلوب لإنتاج نصف السرعة القصوى (V m / 2) بسهولة من الشكل أعلاه ، وهو ثابت مهم في حركية الإنزيم. يعرف ثابت ميكايليس أو K م . وبعبارة أخرى ، يتم تعريف K على أنه تركيز الركيزة عند V = ½ V m - تحت ظروف محددة بدقة من درجة الحرارة ، ودرجة الحموضة ، والقوة الأيونية للمخزن المؤقت ، يقترب الثابت K m هذا من ثابت التفكك لمركب أساس الانزيم. إن المعاملة بالمقلوب K m أو 1 / K m تقارب تقارب الإنزيم للركيزة.
حركية إنزيم العمل:
إن K الثابت للمايكلز له أهمية كبيرة لأنه يوفر طريقة عمل إنزيم يحفز التفاعل. تجدر الإشارة إلى أنه عند تركيز الركيزة المنخفضة تكون علاقة السرعة إلى الركيزة شبه خطية وتطبع الحرائك من الدرجة الأولى ، أي أن معدل التفاعل A-> B يتناسب طرديا مع تركيز الركيزة [A].
V = K '[A] low [الركيزة]
حيث V هي السرعة الملحوظة للتفاعل عند التركيز [A] و K 'هو ثابت معدل معين. عند تركيز الركيزة العالية ، ومع ذلك ، فإن سرعة التفاعل هي الحد الأقصى ومستقلة عن الركيزة [أ] ؛ وبالتالي فهو يطيع الحركات ذات الترتيب الصفري.
V m = K 'مشبع [الركيزة]
فيما يلي معادلة ميخائيل-مينتين التي تصف هذه العلاقة وتشرح أيضًا المنحنى بشكل مرضي:
V = Vm [S] / K m + [S]
حيث V = سرعة التفاعل الأولي عند تركيز الركيزة المعينة [S]
K m = ثابت ميكايليس ، شامات / لتر.
V م = السرعة القصوى عند تركيزات الركيزة المشبعة
[S] = تركيز الركيزة في الشامات / لتر
من الصعب في الواقع تحديد K m من تفاعل إنزيم بواسطة معادلة Michaelis-Menten. وغالبا ما تستخدم نتيجة لهذه المعادلة تسمى الخط-ويفر-بورك مؤامرة لمثل هذا التحديد.
1. درجة الحرارة:
ينشط الإنزيم ضمن نطاق ضيق من درجة الحرارة. تسمى درجة الحرارة التي يظهر فيها الإنزيم نشاطه الأعلى درجة الحرارة المثلى. ينخفض نشاط الإنزيم فوق وتحت درجة الحرارة هذه. كمحفز أنها تظهر زيادة التفاعل مع درجة الحرارة ولكن طبيعتها البروتينية تجعلها عرضة للالتحميد الحراري فوق درجة الحرارة المثلى.
2. الرقم الهيدروجيني:
يختلف الرقم الهيدروجيني الذي يحدث فيه نشاط الإنزيم الأقصى بشكل كبير من إنزيم إلى آخر. هذا هو المعروف باسم الرقم الهيدروجيني الأمثل. يميل أي تحول طفيف إلى أي من الاتجاهين إلى خفض نشاط الإنزيم بشكل كبير. بما أن الإنزيمات هي بروتينات ، تؤثر تغيرات الأس الهيدروجيني عادة على الطابع الأيوني لمجموعات الحمض الأميني والكربوكسيلي على سطح البروتين وبالتالي تؤثر بشكل ملحوظ على الطبيعة التحفيزية للإنزيم.
3. الماء:
يعمل الإنزيم بشكل كبير تحت النشاط الحركي المحسن للطبقة السفلية حيث أن الطور المستمر أعلى. هذا هو السبب في أن البذور التي تحتوي على نسبة منخفضة من الماء تسجل نشاطًا إنزيميًا قليلًا على الرغم من كثرة العناصر الموجودة فيها. على الإنبات ، ومع ذلك ، فإن النشاط الإنزيمي يرتفع بشكل حاد وهذا بسبب امتصاص الماء والترويج لاحقة للنشاط الحركي لجزيئات الركيزة.
الإنزيمات المساعدة:
في علم وظائف الأعضاء الخلوية ، تُستكمل العديد من التفاعلات الإنزيمية في وجود الإنزيمات المساعدة. هذه هي المركبات التي تعمل مثل الإنزيمات ، أي أنها تسرع التفاعلات البيولوجية ، ولكنها ليست بروتينات مثل الإنزيمات الحقيقية.
فريف:
يمكن تعريف الإنزيم المساعد على أنه نوع معين من العوامل المساعدة ، أي مركب عضوي غير بروتيني ، أو جزيء حامل يعمل بالاقتران مع إنزيم معين.
إذا كان العامل المساعد مرتبطًا بشدة ب apoenzyme ، يطلق عليه اسم المجموعة الاصطناعية ؛ وإذا كان بدلا من أن يكون أكثر أو أقل ارتباطًا دائمًا ب apoenzyme ، فإن العامل المساعد العضوي يعلق نفسه ببروتين الإنزيم فقط في وقت حدوث هذا التفاعل ، ويطلق عليه اسم الإنزيم المساعد (coenzyme).
في العمليات الخلوية تتم إزالة ذرات الهيدروجين أو الإلكترونات من مركب واحد ونقلها إلى مركب آخر. في جميع هذه الحالات ، يحفز إنزيم معين عملية الإزالة ، ولكن يجب أيضًا أن يكون هناك أنزيم محدد موجود لإجراء النقل. ينضم الإنزيم المؤقت مؤقتًا إلى مجموعة الذرات التي تمت إزالتها أو يقبلها ، وقد يسلمها لاحقًا إلى مركب آخر متقبل.
الطبيعة الكيميائية للأنزيمات:
غالبية الإنزيمات المساعدة هي مشتقات كيميائية للنيوكليوتيدات. وبشكل أكثر تحديدًا ، في معظم الإنزيمات المساعدة ، يتم استبدال جزء النيتروجين الأساسي من النيوكليوتيدات بوحدة كيميائية أخرى. هذه الوحدة نفسها عادة ما تكون مشتقة من فيتامين معين. تعتبر الإنزيمات المساعدة التالية مهمة في علم وظائف الأعضاء الخلوية.
(1) مشتقات الفلافين أو نيوكليوتيدات الفلافين (FMN و FAD)
(2) مشتقات بيريدين أو نيوكليوتيدات البيريدين (NAD و NADP).
(3) أنزيم A
(iv) إنزيم Q
(4) Cytochromes
(السادس) ثيامين بيروفوسفات
هنا توصف اثنين فقط من الإنزيمات.
1. الفلافين النوكليوتيدات أو الفلافوبروتينات:
مجموعة كبيرة من الإنزيمات التنفسية تستخدم كعامل مساعد لها من مشتقات الريبوفلافين (فيتامين ب 2 ). هم أحادي النوكليوتيدات flavin (FMN) و nucleotide الأدينين flavin (FAD).
بناء:
ريبوفلافين هو مركب يتكون من بروتين الريبوز ، وجزء من الفلافين ، وهذا الأخير عبارة عن هيكل ثلاثي الحلقة المعقدة. في الخلايا ، ترتبط مجموعة الفوسفات بالريبوفلافين مما يؤدي إلى نوكليوتيد مثل المركب المعروف باسم نوكليوتيد الفلافين (FMN) أو الريباوفلافين أحادي الفوسفات. إذا انضمت FMN إلى AMP ، يتم تشكيل ثنائي النوكليوتيد المعروف باسم flavin adenine dinucleotide (FAD).
المهام:
ويسمى الجمع بين FMN أو FAD مع apoenzyme flavoprotein (FP). حفز flavoproteins إزالة أيون هيدريد (H - ) وأيون hydrozen (H + ) من مستقلب. في هذه الإنزيمات المساعدة ، هو جزء الفلافين من الجزيء الذي يوفر مكانًا محددًا للتعلق المؤقت بالهيدروجين.
FMN + MH 2 ——–> FADH 2 + M
FMN + MH 2 ——–> FMNH 2 + M
في هذا التفاعل MH ، يمثل الركيزة ، FADH ، هو شكل مخفض من FAD ، و FMNH 2 هو شكل مخفض من FMN. مصدر هام للهيدروجين لهذا التفاعل هو النوكليوتيدات البيريدين المخفّضة.
H + + NADH + FAD ——–> NAD + + FADH 2
في جميع الحالات ، ينقل الفلافوبروتينات المنقولة على إلكتروناتها إلى السيتوكرومات.
2. أنزيم Q:
هذا الإنزيم هو كينون ، والمعروف باسم يوبيكوينون ، ويوجد بشكل رئيسي في الميتوكوندريا ولكن أيضًا في نواة الخلية الصغيرة والخ.
بناء:
يتكون الإنزيم المساعد Q أو ubiquinone من كينون مع سلسلة جانبية طوله يختلف مع مصدر الميتوكوندريا. في معظم أنسجة الحيوان ، يمتلك الكينون 10 وحدات إيزوبرينوزية في السلسلة الجانبية ويسمى الإنزيم المساعد Q 10 .
وظيفة:
إن الإنزيم المساعد Q هو مكون ضروري لسلسلة نقل الإلكترون في الميتوكوندريا. وهو بمثابة الناقل الهيدروجيني إضافية بين الإنزيمات المساعدة flavin (FAD و FMN) و cytochromes.
Q + FADH 2 ——-> QH 2 + FAD
ينقل التقلص (QH 2 ) إلكتروناته إلى السيتوكروم ب في الميتوكوندريا.
