Enzyme: Danh pháp, Bản chất hóa học và Cơ chế

Enzyme: Danh pháp, Bản chất hóa học và Cơ chế!

Một trong những chức năng quan trọng nhất của protein trong tế bào sống là hoạt động như enzyme.

Từ Enzyme enzyme được giới thiệu lần đầu tiên bởi Kuhne vào năm 1878. Nó có nguồn gốc từ enzyme gốc từ tiếng Hy Lạp (Gr. En-in, zyme-leaven), có nghĩa là trong tiếng Anh men.

Năm 1896, Buchner đã thành công trong việc chiết xuất từ ​​các tế bào nấm men một chất có hoạt tính trong quá trình lên men. Chất này sau đó được gọi là zymase và đại diện cho một phần của hệ thống enzyme liên quan đến quá trình lên men. Năm 1926, Giáo sư JB Sumner đã phân lập từ hạt mít, bằng acetone, enzyme urease ở dạng tinh thể.

Định nghĩa:

Một enzyme có thể được định nghĩa là một chất xúc tác sinh học phức tạp được tạo ra bởi một sinh vật sống trong các tế bào của nó để điều chỉnh các quá trình sinh lý khác nhau của cơ thể. Các enzyme hoạt động bên ngoài các tế bào sống được gọi là exoenzyme, ví dụ, các enzyme có trong nước ép tiêu hóa, lysozyme của nước mắt. Enzyme hoạt động bên trong các tế bào sống được gọi là endozyme, ví dụ, enzyme của chu trình Krebs, enzyme glycolysis, v.v.

Chất mà enzyme hoạt động được gọi là chất nền cơ bản và nói chung, chính enzyme này được đặt tên theo chất nền bằng cách thêm hậu tố, 'ase' vào chất nền. Do đó, ví dụ, protease là một nhóm enzyme hoạt động dựa trên protein, lipase là một nhóm enzyme hoạt động dựa trên các chất lipid và maltase là tên của enzyme hoạt động trên maltose.

Đôi khi tên của một enzyme chỉ ra bản chất của phản ứng mà nó mang lại. Ví dụ, invertase phá vỡ sucrose thành glucose và fructose, mang lại sự đảo ngược (đây là quá trình trong đó nguyên liệu thô cho thấy một loại quay quang học tạo ra các sản phẩm cuối cho thấy loại quay quang ngược lại).

Danh pháp:

Việc xem xét kỹ danh pháp enzyme cho thấy trong nhiều trường hợp, nó vừa không nhất quán vừa gây hiểu lầm. Ngoài ra các trường hợp không thiếu nơi các nhà hóa sinh khác nhau đặt tên khác nhau cho cùng một loại enzyme. Sự bất thường này đã được Ủy ban quốc tế về Enzyme loại bỏ trong báo cáo năm 1961.

Ủy ban đã công nhận rằng mỗi enzyme nên bao gồm: (1) tên của chất nền và (2) một từ kết thúc bằng 'ase' chỉ định một loại phản ứng xúc tác như trong succinic dehydrogenase, pyruvate transaminase. Danh pháp này là chính xác và có hệ thống, mặc dù trong một số trường hợp, nó dài và xoắn lưỡi. Đó là lý do tại sao các tên tầm thường được giữ lại với hình phạt chính thức nhưng chỉ liên quan đến tên hệ thống của họ.

Hệ thống phân loại enzyme hiện đại được giới thiệu bởi Liên minh hóa sinh quốc tế (IUB) vào năm 1961. Nó nhóm các enzyme thành sáu loại sau đây.

1. Oxidoreductase:

Chúng tham gia vào các phản ứng oxy hóa và khử hoặc chuyển electron. Oxidoreductase có ba loại. Oxydase, dehydrogenase và reductase, ví dụ, cytochrom oxydase (oxy hóa cytochrom), succine dehydrogenase, nitrate reductase.

2. Chuyển nhượng:

Họ chuyển một nhóm từ phân tử này sang phân tử khác, ví dụ, glutamate-pyruvate transaminase (chuyển nhóm amin từ glutamate sang pyruvate trong quá trình tổng hợp alanine). Việc chuyển nhóm hóa học không xảy ra ở trạng thái tự do.

3. Thủy phân:

Chúng phá vỡ các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ hơn với sự trợ giúp của các nhóm phân tử nước và hydroxyt. Hiện tượng được gọi là thủy phân. Enzyme tiêu hóa thuộc nhóm này, ví dụ, amylase (thủy phân tinh bột), sucrase và lactase.

4. Lyase:

Các enzyme gây ra sự phân tách, loại bỏ các nhóm mà không bị thủy phân, thêm các nhóm vào liên kết đôi hoặc đảo ngược, ví dụ, histidine decarboxylase (phá vỡ histidine thành histamine và CO 2 ), aldolase (fructose-1, 6-diphosphate để dihydroxy acetone ).

5. Đồng phân:

Các enzyme gây ra sự sắp xếp lại cấu trúc phân tử để thay đổi đồng phân. Chúng có ba loại, đồng phân (aldose thành nhóm ketose của ngược lại như glucose 6-phosphate thành fructose 6-phosphate), epimeraes (thay đổi vị trí của một thành phần hoặc nhóm carbon như xylulose phosphate thành ribulose phosphate) và đột biến vị trí của nhóm bên như glucose-phosphate thành glucose-l-phosphate).

6. Dây chằng:

(Tổng hợp). Các enzyme xúc tác liên kết hai hóa chất với sự trợ giúp của năng lượng thu được từ ATP, ví dụ, phosphenol pyruvate PEP carboxylase (kết hợp phosphenol pyruvate với carbon dioxide tạo thành oxaloacetate kèm theo quá trình thủy phân ATP.)

Hệ thống danh pháp enzyme hiện đại do Liên minh hóa sinh quốc tế (IUB) giới thiệu đã đưa ra một phương pháp đưa ra bốn số cho bất kỳ enzyme nào, số thứ nhất chỉ ra lớp chính mà enzyme rơi vào, lớp thứ hai và thứ ba chỉ ra lớp con và lớp con tương ứng và thứ tư là số sê-ri của enzyme trong phân lớp cụ thể của nó; bốn số được phân tách bằng điểm.

Do đó malic dehydrogenase được cho số hoa hồng enzyme (Ec. Số 1) 1.1.1.37. 1 đầu tiên chỉ ra rằng enzyme là Oxidoreductase, 1 thứ hai chỉ ra rằng enzyme tác động lên nhóm các nhà tài trợ CH-OH và thứ ba chỉ ra rằng trong phản ứng mà enzyme thúc đẩy, NAD hoặc NADP hoạt động như một phân tử chấp nhận, 37 là số cuối cùng trong số sê-ri được cung cấp cho enzyme đặc biệt này là nhóm được đặc trưng bởi các thuộc tính mà 1.1.1 chỉ ra.

Bản chất hóa học của Enzyme:

Tất cả các enzyme đều có protein trong tự nhiên (Sumner, 1926) ngoại trừ các enzyme RNA được phát hiện gần đây. Một số enzyme cũng có thể chứa một nhóm phi protein.

Trên cơ sở sự khác biệt về bản chất hóa học, các enzyme có thể được mô tả như sau:

(i) Các enzyme đơn giản:

Một số enzyme là các protein đơn giản, tức là khi thủy phân, chúng chỉ mang lại axit amin. Các enzyme tiêu hóa như pepsin, trypsin và chymotrypsin có bản chất này.

(ii) Các enzyme liên hợp:

Nó là một enzyme được hình thành từ hai phần - một phần protein gọi là apoenzyme (ví dụ flavoprotein) và một phần phi protein có tên là cofactor. Enzym liên hợp hoàn chỉnh, bao gồm một apoenzyme và một đồng yếu tố, được gọi là holoenzyme.

Có thể có một hoạt động enzyme chỉ khi cả hai thành phần (apoenzyme và cofactor) có mặt cùng nhau. Đồng yếu tố đôi khi là một ion kim loại hóa trị hai đơn giản (e. £., Ca, Mg, Zn, Co, v.v.) và đôi khi là một hợp chất hữu cơ phi protein. Tuy nhiên, một số enzyme yêu cầu cả hai loại đồng yếu tố. Nếu đồng yếu tố liên kết chặt chẽ với apoenzyme, nó được gọi là nhóm giả.

Ví dụ, cytochromes là các enzyme sở hữu porphyrin như các nhóm giả của chúng. Nếu, thay vì liên kết ít nhiều vĩnh viễn với apoenzyme, đồng yếu tố chỉ gắn vào apoenzyme tại thời điểm phản ứng, nó được gọi là coenzyme.

(iii) Enzyme kim loại:

Các cofactors kim loại tham gia vào các phản ứng enzyme là cả cation đơn trị (K + ) và hóa trị hai (Mg ++, Mn ++, Cu ++ ). Chúng có thể được giữ lỏng lẻo bởi enzyme, hoặc trong một số trường hợp, đi vào thành phần của chính phân tử. Nếu kim loại tạo thành một phần của phân tử, như sắt của hemoglobin hoặc cytochrom là, các enzyme được gọi là enzyme metallico.

(iv) Isoenzyme (Isozyme):

Đã có lúc người ta tin rằng một sinh vật chỉ có một loại enzyme duy nhất cho một bước nhất định của phản ứng trao đổi chất. Sau đó người ta đã phát hiện ra rằng một chất nền có thể được tác động bởi một số biến thể của một loại enzyme sản xuất cùng một sản phẩm.

Nhiều dạng phân tử của một enzyme xảy ra trong cùng một sinh vật và có hoạt tính cơ chất tương tự được gọi là isoenzyme hoặc isozyme. Hơn 100 enzyme được biết là có isoenzyme. Do đó a-amylase của endosperm lúa mì có 16 isozyme, lactic dehydrogenase có 5 isoenzyme ở người, trong khi rượu dehydrogenase có 4 isozyme trong ngô. Isoenzyme khác nhau về hoạt động tối ưu và ức chế.

Isozyme được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất là lactic dehydrogenase (LDH) xảy ra ở năm dạng có thể có trong các cơ quan của hầu hết các động vật có xương sống theo quan sát bằng cách tách điện di gel tinh bột. Hai loại LDH cơ bản khác nhau xảy ra. Một loại, bị ức chế mạnh bởi nồng độ pyruvate tương đối thấp, chiếm ưu thế trong tim và được gọi là LDH tim.

Loại khác, ít bị ức chế bởi pyruvate, xảy ra ở nhiều cơ xương và do đó được gọi là LDH cơ. LDH tim bao gồm 4 tiểu đơn vị giống hệt nhau, được gọi là tiểu đơn vị H. LDH cơ bao gồm 4 tiểu đơn vị M giống hệt nhau. Hai loại tiểu đơn vị H và M có thành phần axit amin khác nhau, động học enzyme và đặc tính miễn dịch. Các tiểu đơn vị trong các kết hợp khác nhau tạo ra 5 isoenzyme.

Do đó, chúng rất hữu ích cho sinh vật trong việc thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau.

Cơ chế hoạt động của enzyme:

Enzym thúc đẩy một phản ứng nhất định, nhưng bản thân nó vẫn không thay đổi ở cuối phản ứng. Năm 1913, Michaelis và Menten đã đề xuất rằng một phức hợp enzyme - cơ chất trung gian được hình thành trong quá trình hoạt động của enzyme. Sơ đồ sau đây có thể được viết để minh họa khái niệm:

Enzyme là chất xúc tác sinh học làm tăng tốc độ phản ứng bằng cách thay đổi tính chất động học. Do đó, enzyme (E) thực hiện vai trò xúc tác của nó trên cơ chất (S) bằng cách tạo phức hợp enzyme - cơ chất (ES) bằng phản ứng thuận nghịch trong đó K 1 là hằng số tốc độ cho sự hình thành ES và K 2 là tốc độ hằng số cho sự phân ly ES đến E và S.

Sau khi hình thành ES, cơ chất (S) được chuyển đổi thành các sản phẩm, do đó làm cho enzyme (E) có sẵn để kết hợp với nhiều chất nền hơn. Tốc độ chuyển đổi ES thành các sản phẩm của phản ứng có thể được biểu thị bằng hằng số K 3 .

Mỗi phản ứng xúc tác enzyme có một giá trị K m đặc trưng, ​​đó là hằng số Michalies-Menten, là thước đo xu hướng của enzyme và cơ chất kết hợp với nhau.

Theo cách này, giá trị K m là một chỉ số về ái lực của enzyme đối với cơ chất cụ thể của nó. Ái lực của enzyme đối với cơ chất của nó càng lớn, giá trị K m càng thấp.

Enzyme làm giảm năng lượng kích hoạt:

Năng lượng kích hoạt là lượng năng lượng tối thiểu cần có của một phân tử để tham gia phản ứng. Tác dụng của enzyme là làm giảm các yêu cầu năng lượng kích hoạt, do đó thúc đẩy tốc độ phản ứng đáng kể ở nhiệt độ thấp hơn mức có thể.

Các trang web xúc tác:

Enzyme lớn hơn nhiều so với các phân tử cơ chất. Do đó, trong cơ chất enzyme, cơ chất chỉ tiếp xúc với một diện tích rất nhỏ trên bề mặt enzyme. Phần này của enzyme bao gồm dư lượng axit amin và các liên kết peptide tiếp xúc vật lý với chất nền nhưng cần thiết cho hoạt động xúc tác tạo thành một vị trí hoạt động, hiện được gọi là vị trí xúc tác.

Không bao gồm vị trí xúc tác, phần còn lại của phân tử enzyme có thể cần thiết để duy trì cấu trúc ba chiều chính xác của vị trí xúc tác hoặc nó có thể ở đó mà không có bất kỳ vai trò chức năng nào.

Cấu trúc của một vị trí xúc tác đã được nghiên cứu trong một số enzyme. Nó là một kẽ hở trên enzyme như trong papain và ribonuclease hoặc một hố sâu như trong anhydrase carbonic. Dù hình dạng của vị trí xúc tác có thể là gì, người ta tin rằng chất nền chính xác liên kết với vị trí xúc tác tạo ra phức hợp vị trí xúc tác cơ chất.

Thuật ngữ ràng buộc sản xuất thường được áp dụng cho phức tạp này. Trong liên kết sản xuất, cả enzyme và cơ chất đều cho thấy những thay đổi về hình dạng với việc giảm năng lượng kích hoạt để chất nền được chuyển đổi thành sản phẩm.

Các lý thuyết về hành động của enzyme:

1. Giả thuyết khóa và khóa:

Phức hợp enzyme-cơ chất lần đầu tiên được đưa ra giả thuyết bởi Emil Fischer vào khoảng năm 1884, giả định một sự kết hợp cứng và khóa giữa hai bên. Phần của enzyme mà cơ chất (hoặc cơ chất) kết hợp khi nó trải qua quá trình chuyển đổi thành sản phẩm được gọi là vị trí hoạt động.

Nếu vị trí hoạt động cứng và đặc hiệu cho một chất nền nhất định, thì độ đảo ngược của phản ứng sẽ không xảy ra, vì cấu trúc của sản phẩm khác với cấu trúc của chất nền và sẽ không phù hợp.

2. Lý thuyết cảm ứng-Fit:

Trái ngược với vị trí hoạt động được sắp xếp cứng nhắc của Fischer, Daniel E. Koshland (1973) đã tìm thấy bằng chứng cho thấy vị trí hoạt động của enzyme có thể được tạo ra bằng cách tiếp cận gần với chất nền (hoặc sản phẩm) để trải qua sự thay đổi về hình dạng cho phép kết hợp tốt hơn giữa hai người.

Ý tưởng này hiện được biết đến rộng rãi như là lý thuyết phù hợp cảm ứng và được minh họa dưới đây. Rõ ràng, cấu trúc của chất nền cũng bị thay đổi trong nhiều trường hợp phù hợp cảm ứng, do đó cho phép phức hợp enzyme - cơ chất chức năng hơn.

Thuộc tính của Enzyme:

1. Bản chất xúc tác của enzyme đã được thảo luận chi tiết trước đó.

2. Khả năng đảo ngược:

Về mặt lý thuyết, tất cả các phản ứng kiểm soát enzyme đều có thể đảo ngược. Tuy nhiên, độ đảo ngược phụ thuộc vào yêu cầu năng lượng, tính sẵn có của chất phản ứng, nồng độ của sản phẩm cuối và pH. Nếu tiềm năng hóa học của chất phản ứng rất cao so với các sản phẩm, phản ứng có thể chỉ tiến hành theo hướng hình thành sản phẩm, vì quy luật hóa học của hành động khối lượng. Hầu hết các phản ứng decarboxyl hóa và thủy phân là không thể đảo ngược.

Enzyme tương tự tạo điều kiện cho chuyển động tiến và lùi của một phản ứng nếu chỉ có khả năng về mặt nhiệt động. Một ví dụ thuyết phục được nhìn thấy trong con đường hô hấp và quang hợp. Các enzyme của glycolysis và pentose phosphate con đường hòa tan glucose. Một số enzyme này hoạt động theo hướng ngược lại trong quang hợp và tạo glucose từ carbon dioxide và nước.

3. Độ nhạy nhiệt:

Tất cả các enzyme đều nhạy cảm với nhiệt hoặc thermolabile. Hầu hết các enzyme hoạt động tối ưu trong khoảng 25 ° -35 ° C. Chúng trở nên không hoạt động ở nhiệt độ đóng băng và biến tính ở 50 ° -55 ° C. Tuy nhiên, tảo nhiệt và vi khuẩn là một ngoại lệ. Enzyme của họ vẫn hoạt động ngay cả ở 80 ° C. Enzyme của hạt và bào tử cũng không bị biến tính ở 60 ° -70 ° C.

4. Nhạy cảm với pH:

Mỗi enzyme hoạt động ở một độ pH cụ thể, ví dụ: pepsin (2 pH), sucename (4-5 pH), trypsin (8, 5 pH). Sự thay đổi độ pH làm cho các enzyme không hiệu quả.

5. Tính cụ thể của hành động:

Enzyme cho thấy tính đặc hiệu đối với các chất nền mà chúng thực hiện vai trò xúc tác của chúng. Tính chất độc đáo này của các enzyme được quyết định bởi: (1) cấu hình cấu trúc của phân tử cơ chất, (2) cấu tạo của enzyme và (3) các vị trí hoạt động hoặc xúc tác trên enzyme. Độ đặc hiệu cơ chất của enzyme có hai loại: độ đặc hiệu nhóm và độ đặc hiệu âm thanh nổi.

Enzyme thường thể hiện tính đặc hiệu của nhóm, tức là chúng chỉ tấn công một nhóm các hợp chất liên quan đến hóa học. Tính đặc hiệu của nhóm có thể là tính đặc hiệu của nhóm tương đối, trong trường hợp đó, enzyme hoạt động trên một số cơ chất tương đồng.

Do đó, hexokinase chuyển nhóm phốt phát từ ATP thành ít nhất 23 hexose hoặc các dẫn xuất của chúng như glucose, mannose, fructose và glucosamine. Một số enzyme đặc hiệu của nhóm thể hiện tính đặc hiệu nhóm tuyệt đối, có nghĩa là enzyme chỉ hoạt động trên một hợp chất duy nhất chứ không phải là tương đồng của nó. Mannose, glucokinase và fructokinase có liên quan đến sự phosphoryl hóa các hexose, mannose, glucose và fructose tương ứng.

Enzyme cũng cho thấy tính đặc trưng của âm thanh nổi đối với chất nền và nó được thể hiện bằng cả hai loại đồng phân quang học và hình học.

(i) Nếu enzyme cho thấy tính đặc hiệu quang học, nó hoạt động trên đồng phân dextro (D) hoặc laevo (L) của các hợp chất. Do đó, D. aminoacid oxyase chỉ oxy hóa D. amino-acid và L. aminoacid oxyase chỉ phản ứng với L. aminoaxit.

(ii) Tính đặc hiệu hình học được thể hiện đối với các đồng phân cis và trans. Axit fumaric và malic là hai đồng phân hình học. Fumaric hydratase chỉ tác dụng với axit fumaric trans-isome chứ không phải trên axit malic cis-isome.

6. Ức chế enzyme:

Các chất hoặc hợp chất làm giảm tốc độ phản ứng xúc tác enzyme được gọi là chất ức chế và hiện tượng được mô tả là ức chế enzyme. Có ba loại ức chế.

(i) Ức chế cạnh tranh:

Khi một hợp chất cạnh tranh với chất nền cho vị trí hoạt động của protein enzyme và do đó làm giảm hoạt động xúc tác của enzyme đó, hợp chất được coi là chất ức chế cạnh tranh. Sự ức chế bởi các chất tương tự cấu trúc như vậy (được gọi là chất chống dị ứng), được đảo ngược bằng cách thêm nhiều chất nền vào hỗn hợp phản ứng, được gọi là ức chế cạnh tranh.

Ví dụ, succinate dehydrogenase dễ dàng oxy hóa axit succinic thành axit fumaric. Nếu tăng nồng độ axit malonic, gần giống với axit succinic trong cấu trúc, được thêm vào, hoạt động succinic dehydrogenase giảm rất nhiều.

Sự ức chế bây giờ có thể được đảo ngược bằng cách tăng lần lượt nồng độ của axit succinic cơ chất. Lượng ức chế trong loại ức chế này có liên quan đến (i) nồng độ chất ức chế, (ii) nồng độ cơ chất và ái lực tương đối của chất ức chế và cơ chất. Tác dụng ức chế là có thể đảo ngược.

Liệu một chất ức chế có cạnh tranh hay không có thể được tìm ra bằng cách xây dựng Âm mưu Lineiveaver- Burk. Các chất ức chế cạnh tranh làm thay đổi K m của enzyme vì chúng chiếm các vị trí hoạt động. Tuy nhiên, chúng không làm thay đổi vận tốc V tối đa hoặc tối đa của phản ứng.

(ii) Ức chế không cạnh tranh:

Loại ức chế không thể đảo ngược bằng cách tăng nồng độ cơ chất được gọi là ức chế không cạnh tranh. Chất ức chế kết hợp khá mạnh với một vị trí trên enzyme khác với vị trí hoạt động và tác dụng này không được khắc phục bằng cách đơn giản là tăng nồng độ cơ chất.

Lượng ức chế trong loại ức chế này có liên quan đến (a) nồng độ chất ức chế và (b) chất ức chế ái lực với enzyme. Nồng độ cơ chất không có tác dụng đối với hệ thống này và các chất ức chế không cạnh tranh làm thay đổi V max và không phải là K m của enzyme.

Cyanide, azide và kim loại nặng như bạc, thủy ngân, chì, v.v ... là một số ví dụ về các chất ức chế không cạnh tranh kết hợp với hoặc phá hủy các nhóm sulfhydryl thiết yếu hoặc thành phần kim loại của enzyme.

(iii) Ức chế phản hồi (sản phẩm cuối):

Khi sản phẩm cuối của phản ứng dùng để ngăn chặn sự hình thành một trong những tiền chất của chính nó bằng cách ức chế hoạt động của enzyme xúc tác cho phản ứng đó, sự ức chế được gọi là ức chế phản hồi.

Sự ức chế chuyển đổi A thành B bằng X sẽ là một sự ức chế như vậy. Ở đây X, sản phẩm cuối cùng của phản ứng, phục vụ ngăn chặn sự hình thành một trong những tiền chất của chính nó (B) bằng cách ức chế hoạt động của enzyme a 'xúc tác sự thay đổi từ A đến B.

Trong trường hợp này, enzyme 'a' có thể được gọi là máy tạo nhịp tim vì toàn bộ chuỗi được điều chỉnh một cách hiệu quả bởi nó. Một ví dụ thực tế là sự hình thành cytidine triphosphate (CTP) từ axit aspartic và carbamyl phosphate trong E. coli.

Khi nồng độ CTP quan trọng được tạo ra, triphosphate làm chậm quá trình hình thành của chính nó bằng cách ức chế enzyme, aspartate transcarbamylase (ATCase), xúc tác cho quá trình tổng hợp nhịp tim của chính nó. Khi nồng độ triphosphate được hạ xuống đủ bằng cách sử dụng trao đổi chất, sự ức chế được giải phóng và quá trình tổng hợp của nó được đổi mới.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hành động của enzyme và động học của enzyme:

1. Nồng độ enzyme:

Tốc độ của một phản ứng sinh hóa tăng lên cùng với sự gia tăng nồng độ enzyme lên đến một điểm gọi là điểm giới hạn hoặc điểm bão hòa. Ngoài ra, tăng nồng độ enzyme có ít tác dụng.

2. Nồng độ chất nền:

Phân tích toán học thỏa đáng đầu tiên về ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến tốc độ phản ứng của phản ứng xúc tác enzyme được thực hiện bởi Michaelis và Menten (1913). Với nồng độ enzyme cố định, sự gia tăng cơ chất sẽ dẫn đến sự gia tăng rất nhanh về tốc độ hoặc tốc độ phản ứng.

Tuy nhiên, khi nồng độ cơ chất tiếp tục tăng, tốc độ tăng phản ứng bắt đầu chậm lại cho đến khi, với nồng độ cơ chất lớn, không có sự thay đổi nào nữa về vận tốc được quan sát. Vận tốc của phản ứng thu được ở nồng độ cơ chất cao này được định nghĩa là vận tốc tối đa (V m ) của phản ứng xúc tác enzyme trong các điều kiện quy định và tốc độ phản ứng ban đầu thu được với nồng độ cơ chất dưới mức bão hòa được gọi là V.

Nồng độ cơ chất cần thiết để mang lại một nửa vận tốc tối đa (V m / 2) có thể dễ dàng xác định từ hình trên và là một hằng số quan trọng trong động học enzyme. Nó định nghĩa hằng số Michaelis hoặc K m . Nói cách khác, K được định nghĩa là nồng độ cơ chất khi V = V m -Under xác định cẩn thận các điều kiện về nhiệt độ, pH và cường độ ion của bộ đệm, hằng số K m này xấp xỉ hằng số phân ly của phức hợp enzyme-cơ chất. Đối ứng của K m hoặc 1 / K m, gần đúng với ái lực của một enzyme đối với cơ chất của nó.

Động học của hành động enzyme:

Hằng số K của Michaelis có tầm quan trọng đáng kể vì nó cung cấp phương thức hoạt động của enzyme xúc tác cho phản ứng. Cần lưu ý rằng ở nồng độ cơ chất thấp, mối quan hệ của vận tốc với chất nền gần như tuyến tính và tuân theo động học bậc 1, tức là tốc độ của phản ứng A Bút> B tỷ lệ thuận với nồng độ cơ chất [A].

V = K '[A] thấp [chất nền]

Trong đó V là vận tốc quan sát được của phản ứng ở nồng độ [A] và K 'là hằng số tốc độ riêng. Tuy nhiên, ở nồng độ cơ chất cao, tốc độ của phản ứng là tối đa và không phụ thuộc vào chất nền [A]; do đó nó tuân theo động học không thứ tự.

V m = K 'Bão hòa [Chất nền]

Phương trình Michaelis-Menten mô tả mối quan hệ này và cũng giải thích thỏa đáng đường cong, như sau:

V = Vm [S] / K m + [S]

Trong đó V = tốc độ phản ứng ban đầu ở nồng độ cơ chất đã cho [S]

K m = Michaelis hằng số, mol / lít.

V m = Vận tốc tối đa ở nồng độ cơ chất bão hòa

[S] = Nồng độ chất nền tính bằng mol / lít

Việc xác định K m của phản ứng enzyme bằng phương trình Michaelis-Menten trong thực tế là khó khăn. Một kết quả của phương trình này được gọi là đồ thị Line-weaver-Burk thường được sử dụng để xác định như vậy.

1. Nhiệt độ:

Một enzyme hoạt động trong một phạm vi hẹp của nhiệt độ. Nhiệt độ tại đó enzyme cho thấy hoạt động cao nhất của nó được gọi là nhiệt độ tối ưu. Hoạt động của enzyme giảm trên và dưới nhiệt độ này. Là chất xúc tác, chúng cho thấy khả năng phản ứng tăng lên với nhiệt độ nhưng bản chất protein của chúng khiến chúng dễ bị biến tính nhiệt trên nhiệt độ tối ưu.

2. pH:

Độ pH mà tại đó hoạt động enzyme tối đa xảy ra thay đổi đáng kể từ enzyme này sang enzyme khác. Điều này được gọi là độ pH tối ưu. Bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào về một trong hai hướng có xu hướng làm giảm đáng kể hoạt động của enzyme. Vì enzyme là protein, sự thay đổi pH thường ảnh hưởng đến đặc tính ion của các nhóm axit amin và axit cacboxylic trên bề mặt protein và do đó ảnh hưởng rõ rệt đến bản chất xúc tác của enzyme.

3. Hydrat hóa:

Enzyme hoạt động tối đa dưới hoạt động động học tăng cường của chất nền khi pha liên tục cao hơn. Đó là lý do tại sao các hạt có hàm lượng nước thấp đăng ký một hoạt động enzyme tối thiểu mặc dù các chất có rất nhiều trong đó. Tuy nhiên, khi nảy mầm, hoạt động của enzyme tăng mạnh và điều này là do sự hấp thụ nước và do đó thúc đẩy hoạt động động học của các phân tử cơ chất.

Coenzyme:

Trong sinh lý tế bào, nhiều phản ứng enzyme được hoàn thành với sự có mặt của coenzyme. Đây là những hợp chất có chức năng như enzyme, tức là chúng tăng tốc độ phản ứng sinh học, nhưng chúng không phải là protein như enzyme thực sự.

Định nghĩa:

Một coenzyme có thể được định nghĩa là một loại đồng yếu tố cụ thể, nghĩa là một hợp chất hữu cơ không protein hoặc một phân tử chất mang hoạt động kết hợp với một loại enzyme cụ thể.

Nếu đồng yếu tố liên kết chặt chẽ với apoenzyme, nó được gọi là nhóm giả; và nếu, thay vì liên kết ít nhiều vĩnh viễn với apoenzyme, đồng yếu tố hữu cơ chỉ gắn vào protein enzyme tại thời điểm phản ứng, nó được gọi là coenzyme.

Trong các quá trình tế bào đôi khi các nguyên tử hydro hoặc electron được loại bỏ khỏi một hợp chất và chuyển sang một hợp chất khác. Trong tất cả các trường hợp như vậy, một enzyme cụ thể xúc tác cho việc loại bỏ, nhưng một coenzyme cụ thể cũng phải có mặt để thực hiện việc chuyển giao. Các coenzyme tạm thời tham gia hoặc chấp nhận nhóm nguyên tử bị loại bỏ và sau đó có thể bàn giao chúng cho một hợp chất chấp nhận khác.

Bản chất hóa học của Coenzyme:

Phần lớn các coenzyme là dẫn xuất hóa học của các nucleotide. Cụ thể hơn, trong hầu hết các coenzyme, phần bazơ nitơ của các nucleotide được thay thế bằng một đơn vị hóa học khác. Đơn vị này thường là một dẫn xuất của một loại vitamin cụ thể. Các coenzyme sau đây rất quan trọng trong sinh lý tế bào.

(i) Các dẫn xuất flavin hoặc các nucleotide Flavin (FMN và FAD)

(ii) Dẫn xuất Pyridine hoặc nucleotide Pyridine (NAD và NADP).

(iii) Coenzyme A

(iv) Coenzyme Q

(iv) Tế bào gốc

(vi) Thiamine pyrophosphate

Ở đây chỉ có hai coenzyme được mô tả.

1. Nucleotide Flavin hoặc Flavoprotein:

Một nhóm lớn các enzyme hô hấp sử dụng làm đồng yếu tố của chúng, một trong hai dẫn xuất của riboflavin (vitamin B 2 ). Chúng là flavin mononucleotide (FMN) và flavin adenine nucleotide (FAD).

Kết cấu:

Riboflavin là một hợp chất bao gồm protein ribose và phần flavin, phần sau là cấu trúc vòng ba phức tạp. Trong các tế bào, một nhóm phốt phát được liên kết với riboflavin dẫn đến một nucleotide giống như phức hợp được gọi là flavin mononucleotide (FMN) hoặc riboflavin monophosphate. Nếu FMN tham gia AMP, một dinucleotide được gọi là flavin adenine dinucleotide (FAD) được hình thành.

Chức năng:

Sự kết hợp của FMN hoặc FAD với apoenzyme được gọi là flavoprotein (FP). Flavoprotein xúc tác loại bỏ ion hydride (H - ) và ion hyd Frozen (H + ) khỏi chất chuyển hóa. Trong các coenzyme này, đó là phần flavin của phân tử cung cấp vị trí cụ thể để gắn hydro tạm thời.

FMN + MH 2 ở giữa các trò chơi điện tử > FADH 2 + M

FMN + MH 2 khi chơi trò chơi điện tử> FMNH 2 + M

Trong phản ứng này, MH, đại diện cho chất nền, FADH, là dạng khử của FAD và FMNH 2 là dạng khử của FMN. Một nguồn hydro quan trọng cho phản ứng này là nucleotide pyridine bị khử.

H + + NADH + FAD Cung điện Từ> NAD + + FADH 2

Trong tất cả các trường hợp, flavoprotein giảm truyền các electron của chúng vào cytochromes.

2. Coenzyme Q:

Enzyme này là một quinone, được gọi là ubiquinone, và chủ yếu được tìm thấy trong ty thể nhưng cũng có trong microsome và nhân tế bào, v.v.

Kết cấu:

Coenzyme Q hoặc ubiquinone bao gồm một quinone với chuỗi bên có chiều dài thay đổi theo nguồn của ty thể. Trong hầu hết các mô động vật, quinone sở hữu 10 đơn vị isoprenosid trong chuỗi bên và được gọi là coenzyme Q 10 .

Chức năng:

Coenzyme Q là thành phần cần thiết của chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể. Nó phục vụ như một chất mang hydro bổ sung giữa các coenzyme flavin (FAD và FMN) và các cytochrome.

Q + FADH 2 Đợi trò chơi-> QH 2 + FAD

Giảm (QH 2 ) chuyển các electron của nó sang cytochrom b trong ty thể.