عوامل تعیین کننده فعالیت آنزیم فعالیت آنزیمی باکتری ها

فعالیت آنزیمیزیر فعالیت آنزیمی مقدار آن را که تبدیل مقدار معینی از بستر را در واحد زمان کاتالیز می کند، درک کنید. برای بیان فعالیت آماده سازی آنزیمی، از دو واحد جایگزین استفاده می شود: بین المللی (IU) و کاتال (cat). برای واحد بین المللی فعالیت مقدار آنزیم مصرفی به حدی است که در شرایط استاندارد (معمولاً بهینه) تبدیل 1 میکرومول از سوبسترا را به محصول در 1 دقیقه کاتالیز می کند. یکی اسکیت زد نشان دهنده مقدار آنزیمی است که تبدیل 1 مول از بستر را در 1 ثانیه کاتالیز می کند (1 گربه = 6 ∙ 10 7 IU). در واکنش دو مولکولی A + B = C + D، واحد فعالیت آنزیم مقداری است که تبدیل 1 میکرومول A یا B یا 2 میکرومول A (اگر B = A) را در 1 دقیقه کاتالیز می کند. .

اغلب آماده سازی آنزیمیبا فعالیت خاص مشخص می شود که نشان دهنده درجه خالص سازی آنزیم است. فعالیت خاص تعداد واحدهای فعالیت آنزیم در 1 میلی گرم پروتئین است.

فعالیت مولکولی (شماره گردش آنزیم) - تعداد مولکول های سوبسترا که توسط یک مولکول آنزیم در 1 دقیقه تبدیل می شوند، زمانی که آنزیم کاملاً از بستر اشباع شده است. برابر است با تعداد واحدهای فعالیت آنزیم تقسیم بر مقدار آنزیم بیان شده در میکرومول. مفهوم فعالیت مولکولی فقط برای آنزیم های خالص قابل استفاده است.

هنگامی که تعداد مراکز فعال در یک مولکول آنزیم مشخص شود، این مفهوم معرفی می شود فعالیت مرکز کاتالیزوری . مشخصه آن تعداد مولکول های بستری است که در 1 دقیقه در هر مرکز فعال تغییر شکل می دهند.

فعالیت آنزیم ها به شدت به شرایط خارجی بستگی دارد که در این میان دما و pH محیط از اهمیت بالایی برخوردار است. افزایش دما در محدوده 0-50 درجه سانتیگراد معمولاً منجر به افزایش آرام در فعالیت آنزیمی می شود که با تسریع تشکیل کمپلکس آنزیم- بستر و همه رویدادهای کاتالیزوری بعدی همراه است. به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دما، سرعت واکنش تقریباً دو برابر می شود (قانون van't Hoff). با این حال، افزایش بیشتر دما (بیش از 50 درجه سانتیگراد) با افزایش مقدار آنزیم غیرفعال شده به دلیل دناتوره شدن قسمت پروتئینی آن همراه است که با کاهش فعالیت بیان می شود. هر آنزیم مشخص می شود دمای مطلوب- مقدار دمایی که در آن بیشترین فعالیت آن ثبت شده است.

وابستگی فعالیت آنزیم به مقدار pH محیط پیچیده است. هر آنزیم مشخص می شود pH بهینه محیط زیست، که در آن حداکثر فعالیت را از خود نشان می دهد. با دور شدن از این مقدار در یک جهت یا جهت دیگر، فعالیت آنزیمی کاهش می یابد. این با تغییر در وضعیت مرکز فعال آنزیم (کاهش یا افزایش یونیزاسیون گروه های عاملی) و همچنین ساختار سوم کل مولکول پروتئین توضیح داده می شود که به نسبت کاتیونی و آنیونی بستگی دارد. در آن مرکز است. اکثر آنزیم ها دارای pH بهینه در محدوده خنثی هستند. با این حال، آنزیم هایی وجود دارند که حداکثر فعالیت را در pH 1.5 (پپسین) یا 9.5 (آرژیناز) نشان می دهند. هنگام کار با آنزیم ها، حفظ pH با استفاده از محلول بافر مناسب ضروری است.

فعالیت آنزیم بسته به قرار گرفتن در معرض نوسانات قابل توجهی است مهار کننده ها(موادی که تا حدی یا به طور کامل فعالیت را کاهش می دهند) و فعال کننده ها(مواد افزایش فعالیت). نقش آنها توسط کاتیون های فلزی، برخی از آنیون ها، حامل های گروه های فسفات، معادل های احیا کننده، پروتئین های خاص، محصولات میانی و نهایی متابولیسم و ​​غیره ایفا می شود.

اصول سینتیک آنزیمیماهیت مطالعات جنبشی تعیین حداکثر سرعت است واکنش آنزیمی (V max) و ثابت های Michaelis K M. سینتیک آنزیم سرعت تبدیل کمی برخی مواد به مواد دیگر را تحت تأثیر آنزیم ها مطالعه می کند. سرعت یک واکنش آنزیمی با از دست دادن سوبسترا یا افزایش محصول حاصل در واحد زمان یا با تغییر در غلظت یکی از اشکال مجاور کوآنزیم اندازه گیری می شود.

نفوذ غلظت آنزیمسرعت واکنش به صورت زیر بیان می شود: اگر غلظت سوبسترا ثابت باشد (به شرطی که سوبسترا زیاد باشد)، سرعت واکنش متناسب با غلظت آنزیم است. برای مطالعات جنبشی، از غلظت آنزیم 10 - 8 M مراکز فعال استفاده می شود. مقدار بهینه غلظت آنزیم از نمودار وابستگی فعالیت آنزیم به غلظت آن تعیین می شود. مقدار بهینه در نظر گرفته می شود که در فلات نمودار حاصل در محدوده مقادیر فعالیت آنزیم قرار دارد که کمی به غلظت آن وابسته است (شکل 4.3).

برنج. 4.3. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی

بر غلظت آنزیم

برای مطالعه تأثیر غلظت بستربرای تعیین سرعت یک واکنش آنزیمی، ابتدا یک منحنی جنبشی ایجاد کنید که منعکس کننده تغییر در غلظت بستر (S 1) یا محصول (P 1) در طول زمان است (شکل 4.4) و سرعت اولیه را اندازه گیری کنید. V 1) واکنش ها به عنوان مماس زاویه میل مماس بر منحنی در نقطه صفر.

برنج. 4.4. منحنی های جنبشی واکنش آنزیمی

با ساختن منحنی های جنبشی برای سایر غلظت های یک بستر معین (S 2، S 3، S 4، و غیره) یا محصول (P 2، P 3، P 4، و غیره) و تعیین نرخ های اولیه ( V 2, V 3 , V 4 و غیره) واکنش ها، نموداری از وابستگی سرعت اولیه واکنش آنزیمی به غلظت سوبسترا (در غلظت ثابت آنزیم) بسازید که به شکل هذلولی است (شکل 4.5).

برنج. 4.5. وابستگی سرعت اولیه یک واکنش آنزیمی

در غلظت سوبسترا

سینتیک بسیاری از واکنش های آنزیمی توسط معادله Michaelis-Menten توصیف می شود. در غلظت ثابت آنزیم و غلظت کم بستر[S] سرعت واکنش اولیه مستقیماً با [S] متناسب است (شکل 4.5). در این مورد، ما از نیمه اشباع آنزیم با سوبسترا صحبت می کنیم، زمانی که نیمی از مولکول های آنزیم به شکل کمپلکس آنزیم- سوبسترا و سرعت واکنش هستند. V = 1/2Vحداکثر با توجه به بستر، واکنش مرتبه 1 (سرعت واکنش نسبت مستقیم با غلظت یک واکنش دهنده است) یا مرتبه 2 (سرعت واکنش متناسب با محصول غلظت دو واکنش دهنده است).

در ارزش های بالا غلظت بستر[S] سرعت واکنش تقریباً مستقل از [S] است: با افزایش بیشتر در [S]، سرعت واکنش بیشتر و آهسته تر رشد می کند و در نهایت ثابت می شود (حداکثر) (شکل 4.5). در این حالت، اشباع کامل آنزیم با سوبسترا حاصل می شود، زمانی که تمام مولکول های آنزیم به شکل یک کمپلکس آنزیم- سوبسترا باشند و V = Vحداکثر

با توجه به بستر، واکنش دارای مرتبه 0 است (سرعت واکنش به غلظت واکنش دهنده ها بستگی ندارد).

در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است. 1 در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است. 3

ک

E + S ⇄ ES → E + P در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است.آنزیم E با سوبسترای S ترکیب می شود و کمپلکس ES را تشکیل می دهد. نرخ ثابت برای این فرآیند است در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است. 1. سرنوشت کمپلکس ES دو گونه است: می تواند به آنزیم E و سوبسترای S با ثابت سرعت تجزیه شود. در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است. 2، یا تحت دگرگونی بیشتری قرار می گیرند و محصول P و آنزیم آزاد E را با ثابت سرعت تشکیل می دهند

3. فرض بر این است که محصول واکنش به بستر اصلی تبدیل نمی شود. این شرط در مرحله اولیه واکنش برآورده می شود، در حالی که غلظت محصول کم است. نرخ کاتالیز در تعیین می شودشرایط بستری

، زمانی که غلظت محصولات میانی ثابت می ماند، در حالی که غلظت مواد اولیه و محصولات نهایی متفاوت است. این زمانی اتفاق می افتد که سرعت تشکیل کمپلکس ES برابر با سرعت فروپاشی آن باشد. شما می توانید یک ثابت جدید K M را معرفی کنید -ثابت مایکلیس

(mol/l) که برابر است بامعادله مایکلیس – منتن

(4.2)

، بیانگر رابطه کمی بین سرعت واکنش آنزیمی و غلظت سوبسترا است. این معادله مربوط به نمودار سرعت واکنش در مقابل غلظت بستر است. درغلظت کم بستر V = V، زمانی که [S] بسیار کمتر از K M است، max [S] / KM، یعنی سرعت واکنش مستقیماً با غلظت زیرلایه متناسب است. درغلظت بالای بستر V = V، زمانی که [S] بسیار بالاتر از K M است،

max، یعنی سرعت واکنش حداکثر است و به غلظت زیرلایه بستگی ندارد. V = Vاگر [S] = K M، پس

حداکثر/2. بنابراین، K M.

برابر با غلظت سوبسترا است که در آن سرعت واکنش نصف حداکثر است ثابت Michaelis (K M) وحداکثر سرعت Vواکنش ها ( V max) مشخصه های سرعت مهم در غلظت های مختلف بستر هستند.

max - یک مقدار ثابت برای هر آنزیم به شما امکان می دهد اثربخشی عملکرد آن را ارزیابی کنید. در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است. 2 >> در سال 1913، L. Michaelis و M. Menten یک مدل ساده برای توضیح چنین سینتیکی ارائه کردند. بر اساس این مدل، تشکیل یک کمپلکس آنزیم-سوبسترای خاص یک مرحله میانی ضروری در کاتالیز است. 3): هر چه KM کوچکتر باشد، میل ترکیبی بیشتر و سرعت واکنش بیشتر است و بالعکس. هر سوبسترا با ارزش KM خود برای یک آنزیم مشخص مشخص می شود و مقادیر آنها را می توان برای قضاوت در مورد ویژگی سوبسترای آنزیم استفاده کرد. ثابت Michaelis به ماهیت بستر، دما، pH، قدرت یونی محلول و وجود بازدارنده ها بستگی دارد.

با توجه به اینکه تعریف V max و KM مستقیماً از رابطه گرافیکی Michaelis-Menten (شکل 4.5) مبهم است، آنها به خطی کردن این معادله متوسل می شوند. برای انجام این کار، آن را به شکلی تبدیل می کنند که می توان آن را به صورت گرافیکی به صورت یک خط مستقیم بیان کرد. چندین روش خطی سازی وجود دارد که در میان آنها روش های Lineweaver–Burk و Edie–Hofstee بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

تبدیل لاین ویور–برک به نظر می رسد

(4.3)

ایجاد نمودار وابستگی 1/ V = f(1/[S]) و یک خط مستقیم بدست آورید که تقاطع آن با محور y مقدار 1/ را می دهد. Vحداکثر ; قطعه قطع شده توسط خط مستقیم در محور آبسیسا مقدار -1/K M را به دست می دهد و مماس زاویه تمایل خط مستقیم به محور آبسیسا برابر با K M / است. Vحداکثر (شکل 4.6). این نمودار به شما امکان می دهد تا با دقت بیشتری تعیین کنید Vحداکثر همانطور که در زیر خواهیم دید، اطلاعات ارزشمندی در مورد مهار فعالیت آنزیم نیز از این نمودار به دست می آید.

برنج. 4.6. روش خطی سازی برای معادله مایکلیس-منتن

(طبق گفته Lineweaver - Burke)

روش ادی-هوفستی مبتنی بر تبدیل معادله مایکلیس-منتن با ضرب هر دو طرف در است Vحداکثر:

(4.4)

نمودار در مختصات Vو V/[S] یک خط مستقیم است که تقاطع آن با محور y مقدار را نشان می دهد V max، و قطعه ای که توسط خط مستقیم بر روی محور آبسیسا قطع شده است مقدار است V max /K M (شکل 4.7). تعیین K M و را بسیار آسان می کند Vحداکثر، و همچنین انحرافات احتمالی از خطی بودن را که در نمودار قبلی شناسایی نشده بودند، شناسایی کنید.

برنج. 4.7. روش خطی سازی برای معادله مایکلیس-منتن

(به گفته Edi – Hofstee)

مهار فعالیت آنزیم.عملکرد آنزیم ها می تواند به طور کامل یا جزئی توسط مواد شیمیایی خاص مهار شود - مهار کننده ها . بر اساس ماهیت عملکرد آنها، مهار کننده ها به برگشت پذیر و غیر قابل برگشت تقسیم می شوند. این تقسیم بر اساس قدرت اتصال بازدارنده به آنزیم است.

مهار کننده های برگشت پذیر - اینها ترکیباتی هستند که به صورت غیر کووالانسی با آنزیم برهمکنش می کنند و با حذف آنها، فعالیت آنزیم بازیابی می شود. مهار برگشت‌پذیر می‌تواند رقابتی، غیررقابتی یا غیررقابتی باشد.

مثال مهار رقابتیاثر آنالوگ های ساختاری سوبسترا است که می تواند به مرکز فعال آنزیم به روشی مشابه سوبسترا متصل شود، بدون اینکه به محصول تبدیل شود و از تعامل آنزیم با سوبسترای واقعی جلوگیری کند، یعنی رقابت وجود دارد. بین سوبسترا و بازدارنده برای اتصال به مرکز فعال آنزیم. در نتیجه تشکیل کمپلکس های بازدارنده آنزیم (EI)، غلظت کمپلکس های ES کاهش می یابد و در نتیجه سرعت واکنش کاهش می یابد. به عبارت دیگر، یک بازدارنده رقابتی با کاهش نسبت مولکول های آنزیمی که به سوبسترا متصل می شوند، سرعت کاتالیز را کاهش می دهد.

اندازه گیری نرخ واکنش در غلظت های مختلف بستر به فرد اجازه می دهد تا مهار رقابتی را از غیر رقابتی تشخیص دهد. با بازداری رقابتی بر روی نمودار وابستگی 1/ V=f(1/[S]) خطوط مستقیم محور ارتین را در یک نقطه قطع می کنند 1/ Vحداکثر بدون توجه به وجود یک بازدارنده، اما در حضور یک بازدارنده مماس زاویه تمایل خط مستقیم به محور آبسیسا افزایش می‌یابد، یعنی. V max تغییر نمی کند، اما KM افزایش می یابد، که نشان دهنده کاهش میل ترکیبی سوبسترا برای آنزیم در حضور یک بازدارنده است (شکل 4.8). در نتیجه، در غلظت کافی از سوبسترا در شرایط رقابت برای محل فعال آنزیم، زمانی که سوبسترا بازدارنده را از محل فعال جابجا می‌کند، مهار را می‌توان حذف کرد و سرعت واکنش کاتالیز شده را بازیابی کرد. در این حالت معادله مایکلیس-منتن شکل دارد

(4.5)

که در آن [I] غلظت بازدارنده است. ک من - ثابت بازداری

ثابت بازداری تمایل آنزیم به بازدارنده را مشخص می کند و ثابت تفکیک کمپلکس EI است:

(4.6)

در حضور یک بازدارنده رقابتی، مماس زاویه تمایل خط مستقیم به محور x به میزان (1 + [I]/) افزایش می‌یابد. ک من).

برنج. 4.8. مهار رقابتی:

الف - نمودار؛ b – بیان گرافیکی مطابق Lineweaver - Burke

در مهار غیر رقابتیبازدارنده در ساختار با بستر متفاوت است و نه به فعال، بلکه به مرکز آلوستریک آنزیم متصل می شود. این منجر به تغییر در ساختار مرکز فعال آنزیم می شود که با کاهش فعالیت کاتالیزوری آنزیم همراه است. علاوه بر این، بازدارنده می تواند نه تنها به آنزیم آزاد (E + I → EI)، بلکه به مجتمع آنزیم-سوبسترا (ES + I → ESI) متصل شود. هر دو شکل EI و ESI غیر فعال هستند. سوبسترا و بازدارنده می توانند به طور همزمان توسط مولکول آنزیم متصل شوند، اما مکان های اتصال آنها با هم همپوشانی ندارند. اثر یک بازدارنده غیررقابتی کاهش تعداد گردش آنزیم است و نه کاهش نسبت مولکول های آنزیمی که به بستر متصل می شوند. بازدارنده از تشکیل کمپلکس های ES جلوگیری نمی کند، اما از تبدیل بستر به محصول جلوگیری می کند. در نتیجه این Vحداکثر کاهش می یابد، به عنوان مثال، در حضور یک بازدارنده، تقاطع خط مستقیم با محور ارتین در یک نقطه بالاتر رخ می دهد (شکل 4.9). مماس زاویه میل خط مستقیم به محور آبسیسا به همان میزان برابر با K M / افزایش می یابد. Vحداکثر I. K M در مقابل V max تغییر نمی کند، بنابراین مهار غیر رقابتی را نمی توان با افزایش غلظت سوبسترا از بین برد.

برنج. 4.9. مهار غیر رقابتی:

الف - نمودار؛ ب – بیان گرافیکی بر اساس Lineweaver – Burke

حداکثر سرعت واکنش Vحداکثر I در حضور یک بازدارنده غیررقابتی با این معادله توصیف می شود

(4.7)

در یک مورد خاص مهار غیر رقابتی، هنگامی که مهار کننده فقط به کمپلکس ES متصل می شود و به آنزیم آزاد متصل نمی شود، در نمودار وابستگی 1/ V = fخطوط مستقیم (1/[S]) موازی با یکدیگر هستند و محورهای مختصات و آبسیسا را ​​در نقاط مختلف قطع می کنند (شکل 4.10).

برنج. 4.10. مهار غیر رقابتی:

الف - نمودار؛ ب – بیان گرافیکی بر اساس Lineweaver – Burke

مهار کننده های برگشت ناپذیر ترکیبات بسیار واکنش پذیر با ماهیت های شیمیایی مختلف هستند که می توانند با گروه های عملکردی مهم مرکز فعال برهم کنش داشته باشند و پیوندهای کووالانسی قوی ایجاد کنند. این منجر به از دست دادن غیر قابل برگشت فعالیت آنزیم می شود. در این راستا، نظریه Michaelis-Menten، بر اساس این فرض که افزودن یک بازدارنده به آنزیم برگشت پذیر است، در در این موردقابل اجرا نیست

نمونه ای از مهار غیرقابل برگشت، برهمکنش آنزیم ها با یون های فلزات سنگین است که به گروه های سولفیدریل باقی مانده های سیستئین آنزیم متصل می شوند و مرکاپتیدها را تشکیل می دهند - ترکیبات عملاً غیر تفکیک کننده یا اصلاح کووالانسی آنزیم تحت تأثیر آلکیله شدن. عوامل

مفهوم فعالیت آنزیم

در عمل بیوشیمیایی روزمره، مقدار آنزیم عملاً ارزیابی نمی شود، بلکه فقط فعالیت آن را ارزیابی می کند. فعالیت مفهومی گسترده تر از کمیت است. این در درجه اول به نتیجه واکنش یعنی از دست دادن بستر یا تجمع محصول اشاره دارد. طبیعتاً نمی توان زمان کار آنزیم و تعداد مولکول های آنزیم را نادیده گرفت. اما از آنجایی که معمولاً محاسبه تعداد مولکول های آنزیم غیرممکن است، از مقدار مواد بیولوژیکی حاوی آنزیم (حجم یا جرم) استفاده می شود.

بنابراین، هنگام تعیین فعالیت آنزیم، سه متغیر باید به طور همزمان در نظر گرفته شود:

• جرم محصول حاصل یا بستر ناپدید شده؛
• زمان صرف شده برای واکنش؛
• مقدار آنزیم، اما در واقع جرم یا حجم مواد بیولوژیکی حاوی آنزیم است.

برای درک روابط بین این عوامل به صورت بصری و مثال سادهمی تواند در خدمت ساخت دو ساختمان باشد. بیایید ساختمان ها را با محصول واکنش برابر بدانیم، کارگران آنزیم هستند و اجازه دهیم تیم با حجم مواد بیولوژیکی مطابقت داشته باشد. بنابراین، مشکلات از کلاس سوم:

1. یک تیم 10 نفره روی ساخت یک ساختمان و یک تیم 5 نفره روی ساختمان مشابه دیگری کار کردند. ساخت و ساز به طور همزمان و کامل به پایان رسید. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟
2. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان 3 طبقه و یک تیم 10 نفره در ساختمان 12 طبقه دیگر کار کردند. ساخت و ساز به طور همزمان و کامل به پایان رسید. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟
3. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان 5 طبقه و یک تیم 10 نفره روی ساختمان مشابه دیگری کار کردند. ساخت اولین ساختمان 20 روز به طول انجامید، دومی در 10 روز ساخته شد. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

مبانی کمی سازی فعالیت آنزیم

1. فعالیت آنزیم بر حسب میزان انباشته شدن محصول یا سرعت از دست دادن بستر بر حسب مقدار مواد حاوی آنزیم بیان می شود.

در عمل معمولاً از:

• واحدهای مقدار یک ماده - مول (و مشتقات آن mmol، میکرومول)، گرم (کیلوگرم، میلی گرم)،
• واحدهای زمان - دقیقه، ساعت، ثانیه،
• واحد جرم یا حجم - گرم (کیلوگرم، میلی گرم)، لیتر (میلی لیتر).

سایر مشتقات نیز به طور فعال مورد استفاده قرار می گیرند - کاتال (مول در ثانیه)، واحد بین المللی فعالیت (IU، واحد) با میکرومول در دقیقه مطابقت دارد.

بنابراین، فعالیت آنزیم را می توان به عنوان مثال در mmol/s×l، g/h×l، IU/l، cat/ml و غیره بیان کرد.

مثلاً معلوم است

2. ایجاد شرایط استاندارد به گونه ای که بتوان نتایج به دست آمده در آزمایشگاه های مختلف را با هم مقایسه کرد - PH بهینه و دمای ثابت مثلاً 25 درجه سانتی گراد یا 37 درجه سانتی گراد با رعایت زمان انکوباسیون بستر با آنزیم.

آنزیم ها کاتالیزور هستند واکنش های شیمیاییماهیت پروتئینی که با عملکرد خاص در رابطه با کاتالیز واکنش های شیمیایی خاص مشخص می شود. آنها محصولات بیوسنتز همه موجودات زنده خاک هستند: چوبی و گیاهان علفیخزه ها، گلسنگ ها، جلبک ها، میکروارگانیسم ها، تک یاخته ها، حشرات، بی مهرگان و مهره داران، که در محیط طبیعی توسط دانه های خاص - بیوسنوزها نشان داده شده اند.

بیوسنتز آنزیم ها در موجودات زنده به لطف انجام می شود عوامل ژنتیکی، مسئول انتقال ارثینوع متابولیسم و ​​تنوع تطبیقی ​​آن آنزیم ها دستگاه کاری هستند که از طریق آنها عمل ژن ها محقق می شود. آنها هزاران واکنش شیمیایی را در موجودات کاتالیز می کنند که در نهایت متابولیسم سلولی را تشکیل می دهند. به لطف آنها، واکنش های شیمیایی در بدن با سرعت بالا رخ می دهد.

در حال حاضر بیش از 900 آنزیم شناخته شده است. آنها به شش کلاس اصلی تقسیم می شوند.

1. اکسی ردوکتازها که واکنش های ردوکس را کاتالیز می کنند.

2. ترانسفرازهایی که واکنش های انتقال بین مولکولی گروه ها و باقیمانده های شیمیایی مختلف را کاتالیز می کنند.

3. هیدرولازهایی که واکنش های برش هیدرولیتیک پیوندهای درون مولکولی را کاتالیز می کنند.

4. لیازها که واکنش های جمع شدن گروه ها در پیوندهای دوگانه و واکنش های معکوس انتزاع این گروه ها را کاتالیز می کنند.

5. ایزومرازهایی که واکنش های ایزومریزاسیون را کاتالیز می کنند.

6. لیگازهایی که واکنش های شیمیایی را با تشکیل پیوندهای ناشی از ATP (آدنوزین تری فسفریک اسید) کاتالیز می کنند.

هنگامی که موجودات زنده می میرند و می پوسند، برخی از آنزیم های آنها از بین می رود و برخی با ورود به خاک، فعالیت خود را حفظ می کنند و بسیاری از واکنش های شیمیایی خاک را کاتالیز می کنند و در فرآیندهای تشکیل خاک و در تشکیل یک ویژگی کیفی خاک - حاصلخیزی شرکت می کنند. . در انواع مختلفخاک تحت بیوسنوزهای خاص مجتمع های آنزیمی خود را تشکیل داده اند که با فعالیت واکنش های بیوکاتالیستی مشخص می شود.

V.F. Kuprevich و T.A. Shcherbakova (1966) خاطرنشان می کنند که یک ویژگی مهم مجتمع های آنزیمی خاک، نظم و ترتیب عملکرد گروه های موجود از آنزیم ها است که در این واقعیت آشکار می شود که عملکرد همزمان تعدادی از آنزیم ها نشان دهنده گروه های مختلف است. ; تشکیل و تجمع ترکیبات موجود بیش از حد در خاک مستثنی است. ترکیبات ساده متحرک انباشته شده اضافی (مثلاً NH 3) به طور موقت به یک روش یا روش دیگر متصل می شوند و به چرخه هایی فرستاده می شوند که با تشکیل ترکیبات کم و بیش پیچیده به اوج خود می رسند. کمپلکس های آنزیمی سیستم های خود تنظیم متعادلی هستند. در این، میکروارگانیسم ها و گیاهان نقش اصلی را ایفا می کنند که دائما آنزیم های خاک را پر می کنند، زیرا بسیاری از آنها کوتاه مدت هستند. تعداد آنزیم ها به طور غیرمستقیم بر اساس فعالیت آنها در طول زمان مورد قضاوت قرار می گیرد که به ماهیت شیمیایی مواد واکنش دهنده (سوبسترا، آنزیم) و به شرایط برهمکنش (غلظت اجزاء، PH، دما، ترکیب محیط و عمل بستگی دارد). فعال کننده ها، بازدارنده ها و غیره).

این فصل مشارکت در برخی از فرآیندهای شیمیایی خاک آنزیم هایی از کلاس هیدرولازها - فعالیت اینورتاز، اوره آز، فسفاتاز، پروتئاز و از کلاس اکسی ردوکتازها - فعالیت کاتالاز، پراکسیداز و پلی فنل اکسیداز را مورد بحث قرار می دهد. ارزش عالیدر تبدیل نیتروژن و فسفر حاوی مواد آلی، مواد کربوهیدراتی و در فرآیندهای تشکیل هوموس. فعالیت این آنزیم ها شاخص قابل توجهی از حاصلخیزی خاک است. علاوه بر این، فعالیت این آنزیم ها در جنگل ها و خاک های زراعی مشخص خواهد شد. به درجات مختلفکشت با استفاده از نمونه خاک‌های خاکستری-پودزولیک، جنگلی خاکستری و خاک‌های چمن-کربناته.

ویژگی های آنزیم های خاک

اینورتاز - واکنش های تجزیه هیدرولیتیک ساکارز را به مقادیر هممول گلوکز و فروکتوز کاتالیز می کند، همچنین با تشکیل مولکول های فروکتوز بر سایر کربوهیدرات ها تأثیر می گذارد - محصول انرژی برای زندگی میکروارگانیسم ها، واکنش های فروکتوز ترانسفراز را کاتالیز می کند. مطالعات بسیاری از نویسندگان نشان داده است که فعالیت اینورتاز بهتر از سایر آنزیم ها نشان دهنده سطح باروری و فعالیت بیولوژیکیخاک

اوره آز تجزیه هیدرولیتیک اوره به آمونیاک و دی اکسید کربن را کاتالیز می کند. در ارتباط با استفاده از اوره در عمل زراعی، باید در نظر داشت که فعالیت اوره آز در خاک های حاصلخیزتر بیشتر است. در تمام خاک ها در طول دوره های بیشترین فعالیت بیولوژیکی آنها - در ژوئیه - اوت افزایش می یابد.

فسفاتاز (قلیایی و اسیدی) - هیدرولیز تعدادی از ترکیبات ارگانوفسفره را با تشکیل ارتوفسفات کاتالیز می کند. فعالیت فسفاتاز رابطه معکوس با عرضه فسفر متحرک به گیاهان دارد، بنابراین می توان از آن به عنوان یک شاخص اضافی در هنگام ایجاد نیاز به کودهای فسفر برای استفاده در خاک استفاده کرد. بیشترین فعالیت فسفاتاز در ریزوسفر گیاهان است.

پروتئازها گروهی از آنزیم ها هستند که با مشارکت آنها پروتئین ها به پلی پپتیدها و اسیدهای آمینه تجزیه می شوند و سپس هیدرولیز به آمونیاک، دی اکسید کربن و آب می شوند. از این نظر، پروتئازها در زندگی خاک از اهمیت بالایی برخوردار هستند، زیرا با تغییرات در ترکیب اجزای آلی و پویایی اشکال نیتروژن قابل جذب به گیاهان همراه هستند.

کاتالاز - در نتیجه عمل فعال کننده آن، پراکسید هیدروژن، سمی برای موجودات زنده، به آب و اکسیژن آزاد تقسیم می شود. نفوذ بزرگپوشش گیاهی بر فعالیت کاتالاز خاک های معدنی تأثیر می گذارد. به عنوان یک قاعده، خاک های زیر گیاهان با سیستم ریشه قوی و عمیقاً با فعالیت کاتالاز بالا مشخص می شوند. ویژگی فعالیت کاتالاز این است که کمی در نیمرخ تغییر می کند و رابطه معکوس با رطوبت خاک و رابطه مستقیم با دما دارد.

پلی فنل اکسیداز و پراکسیداز - آنها نقش مهمی در فرآیندهای تشکیل هوموس در خاک دارند. پلی فنل اکسیداز اکسیداسیون پلی فنل ها به کینون ها را در حضور اکسیژن آزاد اتمسفر کاتالیز می کند. پراکسیداز اکسیداسیون پلی فنل ها را در حضور پراکسید هیدروژن یا پراکسیدهای آلی کاتالیز می کند. در این مورد، نقش آن فعال کردن پراکسیدها است، زیرا آنها اثر اکسید کننده ضعیفی بر روی فنل ها دارند. سپس، تراکم کینون ها با اسیدهای آمینه و پپتیدها می تواند برای تشکیل یک مولکول اولیه اسید هیومیک رخ دهد که متعاقباً به دلیل تراکم های مکرر پیچیده تر می شود (Kononova، 1963).

اشاره شد (Chunderova, 1970) که نسبت فعالیت پلی فنل اکسیداز (S) به فعالیت پراکسیداز (D) که به صورت درصد () بیان می شود، مربوط به تجمع هوموس در خاک است، بنابراین این مقدار برابر است. ضریب شرطی تجمع هوموس (K) نامیده می شود. در خاک های زراعی و ضعیف اودمورتیا برای دوره از ماه مه تا سپتامبر این بود: در خاک خاکستری-پودزولیک - 24٪، در خاک خاکستری جنگل خاکستری - 26٪ و در خاک سدی-کربنات - 29٪.

فرآیندهای آنزیمی در خاک

فعالیت بیوکاتالیستی خاک ها مطابق با میزان غنی شدن آنها در میکروارگانیسم ها است (جدول 11)، به نوع خاک بستگی دارد و در امتداد افق های ژنتیکی متفاوت است، که با ویژگی های تغییرات محتوای هوموس، واکنش، قرمز مرتبط است. پتانسیل گاو و سایر شاخص ها در امتداد مشخصات.

در خاک های جنگلی بکر، شدت واکنش های آنزیمی عمدتاً توسط افق بستر جنگل و در خاک های زراعی - توسط لایه های زراعی تعیین می شود. هم در برخی از خاک ها و هم در سایر خاک ها، همه افق های ژنتیکی کمتر فعال بیولوژیکی واقع در زیر افق های A یا A p دارای فعالیت آنزیمی کم هستند که با کشت خاک کمی در جهت مثبت تغییر می کند. پس از توسعه خاک های جنگلی برای زمین های زراعی، فعالیت آنزیمی افق زراعی تشکیل شده در مقایسه با بستر جنگل به شدت کاهش می یابد، اما با کشت افزایش می یابد و در گونه های بسیار زراعی به شاخص های نزدیک یا فراتر می رود. زباله جنگل

11. مقایسه محتوای بیوژن و فعالیت آنزیمی خاک در اورال میانه (Pukhidskaya، Kovrigo، 1974)

فعالیت واکنش های بیوکاتالیستی در خاک تغییر می کند. کمترین میزان آن در بهار و پاییز و معمولاً در ژوئیه تا آگوست بالاترین میزان است که با پویایی روند کلی فرآیندهای بیولوژیکی در خاک مطابقت دارد. با این حال، بسته به نوع خاک و آنها موقعیت جغرافیاییپویایی فرآیندهای آنزیمی بسیار متفاوت است.

سوالات و تکالیف تستی

1- چه ترکیباتی را آنزیم می نامند؟ تولید و اهمیت آنها برای موجودات زنده چیست؟ 2. منابع آنزیم های خاک را نام ببرید. تک تک آنزیم ها چه نقشی در فرآیندهای شیمیایی خاک دارند؟ 3. مفهوم مجموعه آنزیمی خاک ها و عملکرد آن را بیان کنید. 4. بده ویژگی های عمومیسیر فرآیندهای آنزیمی در خاکهای بکر و زراعی

قبل از بحث در مورد خواص آنزیم ها و وابستگی آنزیم ها به هر عاملی، لازم است مفهوم آن را تعریف کنیم. فعالیت آنزیمی.

در عمل بیوشیمیایی روزمره، تقریبا مقدار تخمین زده نمی شودآنزیم، اما فقط فعالیت آن. فعالیت مفهومی گسترده تر از کمیت است. یعنی اول از همه نتیجه واکنش، یعنی از دست دادن بستریا انباشتمحصولطبیعتاً نمی توان این موضوع را نادیده گرفت زمان، که آنزیم کار کرده است و تعداد مولکول هاآنزیم اما از آنجایی که معمولاً محاسبه تعداد مولکول های آنزیم غیرممکن است، استفاده می کنند مقدارمواد بیولوژیکی حاوی یک آنزیم (حجم یا جرم).

بنابراین، هنگام تعیین فعالیت آنزیم، سه عامل باید به طور همزمان در نظر گرفته شود: متغیرها:

• وزنمحصول حاصل یا بستر ناپدید شده،
• زمان، صرف واکنش،
• مقدار آنزیم، اما در واقع جرم یا حجم مواد بیولوژیکی حاوی آنزیم است.

برای درک روابط بین این عوامل به روشی روشن و ساده مثالمی تواند در خدمت ساخت دو ساختمان باشد. ساختمان هابرابر با محصول واکنش، کارگران- اینها آنزیم هستند تیپبگذارید با حجم مواد بیولوژیکی مطابقت داشته باشد. بنابراین، مشکلات از کلاس سوم:

1. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان و یک تیم 5 نفره روی ساختمان مشابه دیگری کار کردند. ساخت و ساز به طور همزمان و کامل به پایان رسید. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

2. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان 3 طبقه و یک تیم 10 نفره در ساختمان دیگری 12 طبقه کار کردند. ساخت و ساز به طور همزمان و کامل به پایان رسید. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

3. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان 5 طبقه و یک تیم 10 نفره روی ساختمان مشابه دیگری کار کردند. ساخت اولین ساختمان 20 روز به طول انجامید، دومی در 10 روز ساخته شد. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

مبانی کمی سازی فعالیت آنزیم

1. فعالیت آنزیمیبیان شده در سرعتنرخ انباشت محصول یا از دست دادن بستر بر حسب مقدار موادحاوی یک آنزیم

در عمل معمولاً از:

• واحدهای مقدار یک ماده - مول (و مشتقات آن mmol، میکرومول)، گرم (کیلوگرم، میلی گرم)،
• واحدهای زمان - دقیقه، ساعت، ثانیه،
• واحد جرم یا حجم - گرم (کیلوگرم، میلی گرم)، لیتر (میلی لیتر).

سایر مشتقات نیز به طور فعال مورد استفاده قرار می گیرند - کاتال (مول در ثانیه)، واحد بین المللی فعالیت (IU، واحد) با میکرومول در دقیقه مطابقت دارد.

بنابراین، فعالیت آنزیم را می توان به عنوان مثال در mmol/s×l، g/h×l، IU/l، cat/ml و غیره بیان کرد.

مثلاً معلوم است

• 1 گرم چیست پپسین 50 کیلوگرم سفیده تخم مرغ را در یک ساعت تجزیه می کند - بنابراین فعالیت آن 50 کیلوگرم در ساعت در هر 1 گرم آنزیم خواهد بود.
• اگر 1.6 میلی لیتر بزاق 175 کیلوگرم نشاسته را در ساعت تجزیه کند - فعالیت آمیلاز بزاقی 109.4 کیلوگرم نشاسته در ساعت به ازای هر 1 میلی لیتر بزاق یا 1.82 کیلوگرم در دقیقه× گرم یا 30.3 گرم نشاسته در s×ml خواهد بود.

2. خلقت شرایط استانداردبه طوری که می توانید نتایج به دست آمده در آزمایشگاه های مختلف - pH بهینه و دمای ثابت مثلاً 25 درجه سانتی گراد یا 37 درجه سانتی گراد را با رعایت زمان انکوباسیون بستر با آنزیم مقایسه کنید.

مفهوم آنزیم ها

آنزیم ها (آنزیم ها)پروتئین های محلول یا متصل به غشاء هستند که دارای فعالیت کاتالیزوری هستند. (علاوه بر پروتئین ها، برخی از RNA (ریبوزیم ها) و آنتی بادی ها (ابزیم ها) می توانند فعالیت کاتالیزوری را در بدن نشان دهند، اما آنها هزاران بار کمتر از آنزیم ها موثر هستند.) این نام ها از لاتین "fermentatio" - تخمیر و یونانی " آمده اند. en zym” - داخل خمیر مایه . آنها یادآور اولین منابع آنزیم هستند. بیوشیمی که آنزیم ها را مطالعه می کند، نامیده می شود آنزیم شناسی. در نمودارها و معادلات واکنش، مولکول های آنزیم مشخص می شوند - E. موادی که تبدیل آنها توسط آنزیم ها کاتالیز می شود نامیده می شوند بسترها (S). محصولاتواکنش آنزیمی به معنی - آر. از آنجایی که آنزیم ها پروتئین هستند، با استفاده از روش های مشابه سایر پروتئین ها به شکل همگن به دست می آیند. آنزیم ها با خواص فیزیکوشیمیایی ذاتی پروتئین ها مشخص می شوند.

تفاوت بین آنزیم ها و کاتالیزورهای معدنی:

الف) سرعت واکنش ها را بسیار موثرتر می کند.

ب) دارای ویژگی عمل بالایی است.

ج) تحت شرایط فیزیولوژیکی تحت تنظیم هستند.

د) تحت شرایط ملایم عمل کند.

ساختار آنزیم ها

آنزیم ها می توانند پروتئین های ساده و پیچیده (مجموعه) باشند که ممکن است شامل لیپیدها، کربوهیدرات ها، یون های فلزی، بازهای نیتروژنی و مشتقات ویتامین باشد. در بدن، آنزیم ها می توانند هم در حالت محلول و هم به صورت مجتمع های نامحلول عمل کنند یا بخشی از غشاهای بیولوژیکی باشند.

ویژگی متمایزآنزیم وجود دارد مرکز فعال. مرکز فعال -این ترکیبی منحصر به فرد از بقایای اسید آمینه نزدیک در فضا است که ارائه می دهد:

الف) شناخت مولکول بستر،

ب) اتصال سوبسترا به آنزیم،

ج) اجرای یک تبدیل کاتالیزوری (در مورد یک آنزیم پیچیده، کوآنزیمی که بخشی از مرکز فعال است نیز در عمل کاتالیز شرکت می کند).

محل فعال زمانی رخ می دهد که پروتئین تا می شود و ترکیب اصلی (فعال) خود را به خود می گیرد. ساختار مرکز فعال ممکن است در اثر تعامل با بستر تغییر کند. با توجه به بیان مجازی D. Koshland، بستر مانند یک دست به یک دستکش به مرکز فعال نزدیک می شود.

یک مولکول آنزیم، به خصوص اگر از چندین زیر واحد تشکیل شده باشد، ممکن است حاوی بیش از یک مکان فعال باشد.

دو منطقه در مرکز فعال وجود دارد. اولین ناحیه مسئول شناسایی و اتصال بستر است. به آن محل اتصال بستر یا محل لنگر می گویند. بخش دوم، بخش کاتالیزوری نامیده می شود که شامل بقایای اسیدهای آمینه است که در عمل کاتالیز شرکت می کنند.

آنزیم ها پروتئین هایی هستند که از نظر وزن مولکولی و پیچیدگی ساختاری بسیار متفاوت هستند. نمونه ای از یک آنزیم مولکولی کوچک ریبونوکلئاز است که از یک زیر واحد با وزن مولکولی 13700 دا تشکیل شده است. (توالی اسید آمینه ریبونوکلئاز مشخص شده است. در سال 1969، ریبونوکلئاز در آزمایشگاه B. Merrifield در نیویورک سنتز شد.) بسیاری از آنزیم ها از چندین زیر واحد تشکیل شده اند، برای مثال لاکتات دهیدروژناز از چهار زیر واحد از دو نوع تشکیل شده است. تا به امروز، چندین مجتمع چند آنزیمی شناخته شده است که از ده ها زیر واحد مختلف و چندین نوع کوآنزیم تشکیل شده است. به عنوان مثال، کمپلکس پیروات دهیدروژناز از 60 زیر واحد از سه نوع و پنج نوع کوفاکتور تشکیل شده است. وزن مولکولی چنین کمپلکسی بسته به منبع آنزیم 2.3 * 10 6 - 10 * 10 6 Da است. مولکول آنزیم ممکن است کوچکتر از مولکول سوبسترا باشد. به عنوان مثال: مولکول های آنزیم های آمیلاز و ریبونوکلئاز کوچکتر از مولکول های زیرلایه های آنها - نشاسته و RNA هستند.

بخش پروتئینی آنزیم های پیچیده از نظر کاتالیزوری غیر فعال است و نامیده می شود آپوآنزیم. اتصال یک آپوآنزیم به یک جزء غیر پروتئینی منجر به تشکیل یک آنزیم فعال کاتالیزوری (هولوآنزیم) می شود:

بسیاری از آنزیم ها حاوی یون فلزی هستند که می تواند عملکردهای مختلفی را انجام دهد:

الف) در اتصال بستر و فرآیند تبدیل کاتالیزوری آن شرکت می کند.

ب) تقویت اتصال کوآنزیم به مولکول آنزیم.

ج) تثبیت ساختار سوم آنزیم (به عنوان مثال، Ca2+ در آمیلاز).

د) با اتصال به سوبسترا، تشکیل یک بستر واقعی که آنزیم بر روی آن عمل می کند.

بسیاری از کوآنزیم ها مشتقات ویتامین ها هستند، بنابراین اختلالات متابولیک ناشی از کمبود ویتامین در اثر کاهش فعالیت آنزیم های خاص ایجاد می شود.

برخی از آنزیم ها همراه با یک مرکز فعال حاوی مرکز آلوستریک (تنظیمی) -ناحیه ای از گلبول پروتئین، خارج از مرکز فعال، جایی که موادی که فعالیت آنزیمی را تنظیم می کنند، می توانند به آن متصل شوند. به این مواد آلوستریک می گویند عوامل موثر (فعال کننده ها یا مهار کننده های آلوستریک). در نتیجه اتصال عامل به مرکز آلوستریک، تغییر در ساختار پروتئین رخ می دهد که منجر به تغییر در آرایش فضایی باقی مانده اسیدهای آمینه در مرکز فعال و در نهایت، تغییر در فعالیت آنزیمی می شود.

آنزیم هایی که در یک ارگانیسم وجود دارند و واکنش شیمیایی مشابهی را کاتالیز می کنند، اما با ساختارهای پروتئین اولیه متفاوت، ایزوآنزیم نامیده می شوند. ایزوآنزیم ها در خواص فیزیکوشیمیایی مانند وزن مولکولی، پایداری حرارتی، ویژگی بستر و تحرک الکتروفورتیک با یکدیگر متفاوت هستند. ماهیت ظاهر ایزوآنزیم ها متفاوت است، اما اغلب به دلیل تفاوت در ساختار ژن های کد کننده این ایزوآنزیم ها یا زیر واحدهای آنها است. به عنوان مثال، آنزیم لاکتات دهیدروژناز (LDH) که واکنش برگشت پذیر اکسیداسیون لاکتات به پیروات را کاتالیز می کند، دارای چهار زیرواحد از دو نوع M و H است (شکل 1). برای تشخیص بیماری های قلبی و کبدی، مطالعه طیف ایزوآنزیم LDH در سرم خون ضروری است، زیرا LDH 1 و LDH 2 در عضله قلب و کلیه ها فعال هستند و LDH 4 و LDH 5 ماهیچه های اسکلتیو کبد

شکل 1 ساختار ایزوآنزیم های مختلف LDH.

اندازه گیری فعالیت آنزیم

فعالیت آنزیم با اندازه گیری سرعت واکنش های کاتالیز شده تعیین می شود. سرعت واکنش های آنزیمی با کاهش غلظت سوبسترا یا افزایش غلظت محصول در واحد زمان اندازه گیری می شود:

v = -ΔΣ S /Δτ، v = ΔC P /Δτ،

کجا ΔС S- تغییر در غلظت مولی بستر (mol/l)

ΔC P- تغییر در غلظت مولی محصول واکنش (مول در لیتر)،

Δτ - تغییر زمان (دقیقه، ثانیه).

توصیه می شود مطالعات سینتیکی در غلظت اشباع بستر انجام شود در غیر این صورتآنزیم فرصتی برای نشان دادن حداکثر فعالیت نخواهد داشت.

واحدهای فعالیت آنزیمی:

واحد بین المللی آنزیم (U)- این مقدار آنزیمی است که تبدیل 1 میکرومول از سوبسترا را در 1 دقیقه در دمای 25 درجه سانتیگراد و pH بهینه محیط کاتالیز می کند.

واحد SI آنزیم است نورد (کات)- این مقدار آنزیمی است که تبدیل یک مول از بستر را در 1 ثانیه کاتالیز می کند. محاسبه آن آسان است که:

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

اغلب تعریف می شود فعالیت خاصآماده سازی آنزیمی با تقسیم فعالیت یک نمونه از آماده سازی آنزیمی، بیان شده در (U)، بر وزن نمونه بر حسب میلی گرم:

ضربان = U/وزن دارو (میلی گرم)

هنگامی که آنزیم ها خالص می شوند، فعالیت ویژه افزایش می یابد. با افزایش فعالیت خاص، می توان در مورد اثربخشی مراحل تصفیه و خلوص آماده سازی آنزیم قضاوت کرد.

برای ارزیابی فعالیت آنزیم‌های همگن و با خالص‌سازی بالا، تعداد واحدهای بین‌المللی (U) آنزیم در نمونه بر مقدار ماده آنزیمی (μmol) در این نمونه تقسیم می‌شود تا محاسبه شود. فعالیت مولی(سرعت). توسط معنای فیزیکیفعالیت مولی تعداد مولکول های سوبسترا است که در یک دقیقه یا 1 ثانیه بر روی یک مولکول آنزیم تبدیل می شوند. به عنوان مثال: برای اوره آز، که هیدرولیز اوره را تسریع می کند، فعالیت مولی 30000، تریپسین - 102، گلوکز اکسیداز - 17000 سیکل در ثانیه است.

خواص آنزیم ها

4.1. مکانیسم عمل.آنزیم‌ها تعادل واکنش‌های کاتالیز شده را به سمت تشکیل محصولات تغییر نمی‌دهند، بنابراین ثابت تعادل واکنش ثابت می‌ماند. مانند همه کاتالیزورها، آنزیم ها فقط زمان لازم برای رسیدن به این تعادل را کاهش می دهند. در بیشتر موارد، آنزیم ها واکنش ها را بین 10 7 - 10 14 برابر سرعت می بخشند. اثربخشی کاتالیز آنزیمی مبتنی بر کاهش شدید انرژی فعال سازی واکنش به دلیل تبدیل بستر به محصول از طریق حالت های گذار است.

4.2. خاص بودن عمل. ویژگی اتصال به سوبسترا و مسیر واکنش آنزیمی توسط آپوآنزیم تعیین می شود. ویژگی عمل آنزیم ها متابولیسم جهت دار در بدن را تعیین می کند.

گفته می شود که آنزیم ها دارند ویژگی باریک بستر، اگر روی محدوده بسیار کمی از بسترها عمل کنند. گاهی اوقات می توانیم در مورد آن صحبت کنیم ویژگی مطلق بستر،به عنوان مثال، کاتالاز تنها یک واکنش را کاتالیز می کند - تجزیه پراکسید هیدروژن:

بیشتر آنزیم ها با ویژگی نسبی (گسترده، گروهی) بسترهنگامی که آنها گروهی از واکنش های مشابه را کاتالیز می کنند. به عنوان مثال، الکل دهیدروژناز تبدیل الکل ها به آلدئید را کاتالیز می کند و متانول، اتانول، پروپانول و سایر الکل ها می توانند به عنوان سوبسترا عمل کنند. یک واقعیت جالب این است که الکل دهیدروژناز می تواند الکل های غیر خطی را اکسید کند گروه الکلکه بخشی از مولکول های پیچیده است، به ویژه، این آنزیم می تواند تبدیل رتینول به شبکیه را کاتالیز کند. به طور طبیعی، آنزیم هایی که دارای ویژگی سوبسترای وسیع هستند، تبدیل سوبستراها را با کارایی های متفاوت کاتالیز می کنند.

آنزیم ها نیز وقفی دارند ویژگی استریوشیمیایی: مرکز فعال آنها مولکول های بستر را با پیکربندی فضایی تشخیص می دهد. به عنوان مثال، اکسیدازهای اسید آمینه L فقط در برابر اسیدهای آمینه L فعال هستند و هیچ تاثیری بر روی آنالوگ های D آنها ندارند. برای دآمیناسیون اکسیداتیو اسیدهای آمینه D، موجودات زنده دارای اکسیدازهای اسید آمینه D هستند که روی اسیدهای آمینه L عمل نمی کنند. این توانایی مرکز فعال برای اتصال به استریو ایزومرهای خاصی از بستر است که زیربنای عملکرد آنزیم هایی مانند راسمازها است که برخی از استریو ایزومرها را به برخی دیگر تبدیل می کنند.

ویژگی مسیرهای تبدیلاین است که یک سوبسترا تحت تأثیر آنزیم های مختلف می تواند به محصولاتی تبدیل شود که از نظر ساختار و نقش در متابولیسم متفاوت هستند.

در اینجا یک مثال است: L-آمینو اسید اکسیدازروی اسیدهای آمینه L تأثیر می گذارد و آنها را با تشکیل آمونیاک و پراکسید هیدروژن به اسیدهای آلفا کتو تبدیل می کند.

L-آمینو اسید دکربوکسیلازبه لایه های مشابه متصل می شود، اما واکنش متفاوتی را کاتالیز می کند: دکربوکسیلاسیون با تشکیل آمین های بیوژنیک و آزاد شدن دی اکسید کربن.

مثال دیگر امکان تبدیل گلوکز-6 فسفات تحت اثر آنزیم های مختلف، در امتداد یکی از مسیرهای متابولیکی ممکن است:

4.3. پایداری حرارتی .

مانند بسیاری از پروتئین ها، هنگامی که دما افزایش می یابد، آنزیم ها دچار دناتوره شدن حرارتی می شوند که منجر به اختلال در ساختار بومی آنزیم و تغییر در ساختار مرکز فعال می شود. آنزیم های پستانداران در دمای بالاتر از 40 درجه سانتی گراد شروع به دناتوره شدن قابل توجهی می کنند.

در رابطه با موارد فوق، توصیه می شود که آماده سازی آنزیمی در آن ذخیره شود دمای پایین. یکی از بهترین راه‌ها برای حفظ آنزیم‌ها، لیوفیلیزه کردن آن‌ها (خشک شدن در دمای زیر 70 درجه سانتی‌گراد در خلاء)، تبدیل آن‌ها به حالت نیمه دناتوره شده با استفاده از نمک‌های آمونیوم و قرار دادن آن‌ها در یخچال است.

4.4. وابستگی سرعت واکنش به دماسرعت واکنش های آنزیمی، مانند هر واکنش شیمیایی، به دما بستگی دارد. هنگامی که دما 10 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، سرعت واکنش طبق قانون وانت هاف 2-4 برابر افزایش می یابد. با این حال، در دمای بالاتر از 40 درجه سانتیگراد، دناتوره شدن آنزیم ها قابل توجه است که منجر به کاهش فعالیت کل می شود (شکل 2):

برنج. 2. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی به دما.

4.5. وابستگی سرعت واکنش به pHوابستگی سرعت واکنش آنزیمی به pH به شکل زنگ است (شکل 3). مقادیر pH که در آن بالاترین سرعت واکنش آنزیمی مشاهده می شود، بهینه (pH-optimum) نامیده می شوند. ماهیت منحنی ها و مقدار pH بهینه به ماهیت گروه های باردار بستر و گروه های باردار آنزیم (به ویژه آنهایی که در مرکز فعال هستند) بستگی دارد. pH بهینه برای اکثر آنزیم ها در محدوده 6.0 تا 8.0 قرار دارد (شکل 3).

برنج. 3. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی به pH.

با این حال، استثنائاتی وجود دارد، به عنوان مثال، پپسین در pH 1.5 - 2.0 و آلکالین فسفاتاز در pH 10.0 - 10.5 بیشترین فعالیت را دارند (شکل 4).

برنج. 4. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی (v) به pH محیط.

در مقادیر شدید pH (بسیار کم یا بسیار بالا)، ساختار سوم مولکول آنزیم مختل می شود و منجر به از دست دادن فعالیت آنزیمی می شود.

اطلاعات مرتبط