اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على درجة الحرارة. حركية التفاعلات الأنزيمية اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على كمية الإنزيمات

الخواص الحركية للتفاعل الإنزيمي

يدرس أنماط التدفق في زمن العناصر الأنزيمية ، وكذلك آليتها ؛ الفصل حركية الكيميائية.

المحفز تستمر دورة تحويل in-va S (الركيزة) إلى المنتج P تحت تأثير الإنزيم E بتكوين وسيط. كون. X أنا:

أين كي-ثوابت المعدل للمراحل الابتدائية الفردية ، تشكيل مركب الركيزة الإنزيمية X 1 (ES ، مجمع Michaelis).

في فترة زمنية معينة ، يعتمد معدل p-tion على تركيزات الإنزيم والركيزة وتكوين الوسط. هناك حركيات ثابتة وما قبل الثبات والاسترخاء لل p-tions الأنزيمية.

حركية ثابتة.في حالة ثابتة على الوسيط بالاتصالات. (dX أنا/د= 0 ، أنا = 1 ، ... ، ن) ومع وجود فائض من الركيزة ، حيث [S] 0 و [E] 0 هي التركيزات الأولية ، على التوالي. الركيزة والإنزيم ، تتميز حركية العملية بمستوى ثابت وغير متغير من التركيزات بينهما. شركات ، والتعبير عن معدل العملية الخامس 0 ، يسمى السرعة الأولية الثابتة ، لها الشكل (معادلة ميكايليس-مينتين):

(1)

حيث القيم k cat و ك م ->دوال ثوابت المعدل للمراحل الابتدائية وتعطيها المعادلات:

قيمة k cat اتصل حفاز فعال. ثابت معدل العملية ، المعلمة ك م ->ثابت ميكايليس. قيمة k cat تحدد بالكميات الأعلى. المراحل البطيئة التحفيزية. المقاطعات ويطلق عليها أحيانًا. عدد دورات الانزيم (نظام الانزيم) ؛ قطة ك يميز عدد الحفاز. الدورات التي يؤديها نظام الإنزيم لكل وحدة زمنية. نائب. مشترك ، له قيمة k cat. على وجه التحديد. ركائز في حدود 10 2-10 3 ثانية -1. تقع القيم النموذجية لثابت ميكايليس في النطاق 10 -3-10 -4 م.

في تركيزات عالية من الركيزة ، عندما يكون ذلك ، فإن معدل نشوئها لا يعتمد على تركيز الركيزة ويصل إلى قيمة ثابتة ، تسمى. الأعلى. سرعة. بيانيا ، فإن معادلة ميكايليس مينتين هي مبالغة. يمكن جعلها خطية باستخدام طريقة المعادلات المزدوجة (طريقة Lineweaver-Burk) ، أي بناء اعتماد 1 / v على 1 / [S] 0 ، أو طرق أخرى. الشكل الخطي للمعادلة (1) له الشكل:

(2)

يسمح لك بتحديد القيم بيانيا كمو v ماكس (الشكل 1).

أرز. 1. رسم بياني للتحول الخطي لمعادلة ميكايليس-مينتن في مقلوب مزدوج (وفقًا لـ Lineweaver - Burke).

قيمة ك م>مساوٍ عدديًا لتركيز الركيزة ، حيث يكون معدل p-tion متساويًا ، لذلك كمغالبًا ما يكون بمثابة مقياس تقارب الركيزة والإنزيم ، ولكن هذا صحيح فقط إذا

كميات ك م>و تتغير تبعا لقيم الأس الهيدروجيني. هذا يرجع إلى قدرة مجموعات جزيء الإنزيم المشاركة في التحفيز على تغيير حالة التأين ، وبالتالي التحفيز. نجاعة. في أبسط الحالات ، يؤدي التغيير في الرقم الهيدروجيني إلى بروتون أو نزع البروتون لمجموعتين على الأقل من الإنزيم المتضمن في التحفيز المؤين. إذا كان في هذه الحالة شكل واحد فقط من مركب الركيزة الإنزيمية (على سبيل المثال ، ESH) من بين ثلاثة أشكال ممكنة (ES و ESH و ESH 2) قادرًا على التحول إلى منتج محلول ، فسيتم وصف اعتماد المعدل على الرقم الهيدروجيني بواسطة f-loy:

أين و = 1 + / و F" = 1 + + K " ب />-ت. اتصل وظائف الأس الهيدروجيني لـ Michaelis و ك أ ، ك بو K "a، K" b ->ثوابت تأين المجموعة أ وب على التوالي. مجانا مركب إنزيم وركيزة إنزيم. في إحداثيات LG - الرقم الهيدروجيني يظهر هذا الاعتماد في الشكل. 2 ، وظلال منحدرات المماس إلى الفروع الصاعدة والمستقلة للأس الهيدروجيني والتنازلي للمنحنى يجب أن تكون +1 و 0 و -1 على التوالي. من هذا الرسم البياني ، يمكن تحديد القيم RK أالمجموعات المشاركة في التحفيز.

أرز. 2. الاعتماد على العامل الحفاز الثوابت من الأس الهيدروجيني إلى اللوغاريتمي. إحداثيات.

معدل النشوء الأنزيمي لا يخضع دائمًا للمعادلة (1). واحدة من أكثر الحالات شيوعًا - المشاركة في مقاطعة الخيفي. الإنزيمات (انظر منظمات الإنزيم)بالنسبة إلى rykh ، فإن اعتماد درجة تشبع الإنزيم على [S] 0 غير زائدي. شخصية (الشكل 3). ترجع هذه الظاهرة إلى تعاون ربط الركيزة ، أي عندما يزيد ارتباط الركيزة بأحد مواقع جزيء الإنزيم (التعاون الإيجابي) أو يقلل (التعاون السلبي) من تقارب الركيزة في موقع آخر.

أرز. H اعتماد درجة تشبع الإنزيم بالركيزة على تركيز الركيزة بتعاون إيجابي (I) وسالب (II) ، وكذلك في غيابه (III).

حركية قبلية.مع الخلط السريع للإنزيم وحلول الركيزة في الفاصل الزمني من 10 -6 -10 -1 ثانية ، يمكن ملاحظة العمليات العابرة التي تسبق تكوين حالة ثابتة مستقرة. في هذا الوضع قبل الثابت ، عند استخدام فائض كبير من الركيزة ، النظام التفاضلي. ur-tion ، الذي يصف حركية العمليات ، هو خطي. حل هذا النوع من نظام التفاضل الخطي. يتم الحصول على ur-نشوئها من خلال مجموع الشروط الأسية. لذلك ، من أجل الحركية المخطط الموضح أعلاه ، حركيات تراكم المنتج لها الشكل:

اين ا أنا ->, ب ون ->وظائف ثوابت المعدل الأولي ؛ - جذور الخاصية المقابلة. اور نشوئها.

المعاملة بالمثل من يسمى. صفة مميزة وقت المعالجة:

ل p-نشوئها ، التي تتدفق بمشاركة الوسطية. بالاتصالات ، يمكنك الحصول على طابع مميز. مرات.

تسمح لك دراسة حركية المنطقة الأنزيمية في الوضع قبل الثابت بالحصول على فكرة عن الآلية التفصيلية للمحفز. دورة وتحديد ثوابت المعدل للمراحل الأولية للعملية.

تجريبيًا ، تمت دراسة حركية المحلول الأنزيمي في الوضع قبل الثابت باستخدام طريقة النفث المتوقف (انظر الشكل. الطرق الحركية النفاثة) ،السماح بخلط مكونات المنطقة في غضون 1 مللي ثانية.

حركيات الاسترخاء.مع وجود تأثير مزعج سريع على النظام (التغييرات في t-ry ، والضغط ، والمجالات الكهربائية) ، فإن الوقت الذي يستغرقه النظام لتحقيق توازن جديد أو حالة ثابتة يعتمد على سرعة العمليات التي تحدد العامل الحفاز. الدورة الأنزيمية.

نظام المعادلات التي تصف حركية العملية يكون خطيًا إذا كان الإزاحة من موضع التوازن صغيرًا. يؤدي حل النظام إلى تبعيات تراكيز مكونات decomp. مراحل العملية في شكل مجموعة من المصطلحات الأسية ، والتي تتميز الأسس بطابع أوقات الاسترخاء. نتيجة الدراسة هي طيف أوقات الاسترخاء المقابلة لعدد الفترات. بالاتصالات تشارك في العملية. تعتمد أوقات الاسترخاء على ثوابت المعدل للمراحل الأولية للعمليات.

طرق الاسترخاءتجعل الخواص الحركية من الممكن تحديد ثوابت المعدل للمراحل الأولية الفردية لتحول الوسطاء. تختلف طرق دراسة حركية الاسترخاء. القرار: الامتصاص بالموجات فوق الصوتية - 10-6-10-10 ق ، قفزة في درجة الحرارة - 1O -4 -10 -6 s ، طريقة كهربائية. النبضة - 10-4-10-6 ثوانٍ ، قفزة الضغط - 10-2 ثانية. في دراسة حركية المؤثرات الإنزيمية ، وجد التطبيق بطريقة القفزة في درجة الحرارة.

الحركة الكلية للعمليات الأنزيمية.تطوير طرق للحصول على محفزات غير متجانسة عن طريق تجميد الإنزيمات عند التحلل. وسائل الإعلام (انظر إنزيمات مجمدة) استلزم تحليل حركية العمليات مع مراعاة نقل الكتلة للركيزة. تمت دراسة انتظام حركية p-tions نظريًا وتجريبيًا ، مع مراعاة تأثيرات طبقة الانتشار والأنظمة التي تعاني من صعوبات في الانتشار في توزيع الإنزيم داخل المادة الحاملة.

في ظل الظروف التي تتأثر فيها حركية العملية بنقل انتشار الركيزة ، الحفاز. تنخفض كفاءة النظام. عامل الكفاءة يساوي نسبة كثافة تدفق المنتج في ظل ظروف تدفق المنطقة الأنزيمية مع تركيز الركيزة المخفّض للانتشار إلى التدفق ، والذي يمكن تحقيقه في غياب قيود الانتشار. في منطقة الانتشار البحتة ، عندما يتم تحديد معدل العملية من خلال نقل الكتلة للركيزة ، يتناسب عامل الكفاءة للأنظمة ذات تثبيط الانتشار الخارجي عكسياً مع معامل الانتشار:

أين سمك طبقة الانتشار ، D - معامل. انتشار الركيزة.

للأنظمة التي بها تباطؤ في الانتشار في الدرجة الأولى

حيث F تي- وحدة بلا أبعاد (وحدة Thiele).

عند تحليل الحركية الانتظام في مفاعلات التخمير نظريًا واسعًا. وتجربة. تم تطوير نماذج "مثالية" للمفاعلات ، ومفاعل تدفق (مفاعل تدفق للخلط المثالي) ، ومفاعل تدفق بإزاحة مثالية ، ومفاعل غشائي.

حركية العمليات المتعددة الأنزيمية.في الجسم (الخلية) ، لا تعمل الإنزيمات بمعزل عن غيرها ، لكنها تحفز سلاسل تحول الجزيئات. R- نشوئها في أنظمة بولي أنزيمية مع الحركية. يمكن اعتبار وجهات النظر متسقة. عمليات محددة سمة من سمات to-rykh هي إنزيمات كل مرحلة:

أين , Resp. max ، وسرعة المعالجة وثابت Michaelis أناالمرحلة العاشرة من المقاطعة ، على التوالي.

من السمات المهمة لهذه العملية إمكانية تكوين حالة ثابتة مستقرة. يمكن أن يكون شرط حدوثها هو عدم المساواة > v 0 ، حيث v 0 هو معدل المرحلة المحددة ، والتي تتميز بأصغر معدل ثابت وبالتالي تحديد معدل التسلسل بأكمله. معالجة. في الحالة الثابتة ، يكون تركيز المستقلبات بعد المرحلة المحددة أقل من ثابت ميكايليس للإنزيم المقابل.

محدد مجموعة من الأنظمة البولي أنزيمية تتكون من أنظمة تقوم بالأكسدة. - استعادة. p- نشوئها بمشاركة ناقلات الإلكترون البروتين. ناقلات شكل محدد. الهياكل والمجمعات مع تسلسل نقل الإلكترون الحتمية. حركية يعتبر وصف هذه الأنظمة بمثابة متغير حالة مستقل للدوائر مع فك. درجة تعداد الإلكترونات.

طلب. F. r. تستخدم على نطاق واسع في الممارسة البحثية لدراسة آليات عمل أنظمة الإنزيمات والإنزيمات. عمليا مجال مهم من علم الإنزيم الأنزيم الهندسي ،تعمل بمفاهيم F. r. لتحسين التكنولوجيا الحيوية. العمليات.

أشعل.: Poltorak O. M.، Chukhrai E. S.، Physical and Chemical catalysis، M.، 1971؛ Berezin IV ، Martinek K ، أساسيات الكيمياء الفيزيائية للحفز الإنزيمي ، M. ، 1977 ؛ Varfolomeev S.D. ، Zaitsev S.V ، الأساليب الحركية في البحث الكيميائي الحيوي ، M .. 1982. S. D. Varfolomeev.

موسوعة كيميائية. - م: الموسوعة السوفيتية. إد. أنا L. Knunyants. 1988 .

شاهد ما هي "حركيات التفاعل الإنزيمي" في القواميس الأخرى:

المحفز rtion دوري. عملية تتكون من عدد من الحصص الأولية ، يتم وصف سرعاتها بواسطة قانون الكتلة المفعول. يحتوي هذا القانون على شكل بسيط لمخاليط الغاز المثالية ، وخنادق p المثالية ، وطبقات سطحية مثالية ... ... موسوعة كيميائية

حركية التفاعلات الكيميائية ، عقيدة العمليات الكيميائية ، قوانين سريانها في الزمن ، السرعات والآليات. أهم مجالات الكيمياء الحديثة والكيميائية ..... .. ترتبط بدراسة حركية التفاعلات الكيميائية. الموسوعة السوفيتية العظمى

كيماويات حركية- (من اليونانية. kinesis Movement) ، قسم الكيمياء النظرية مكرس لدراسة قوانين الكيمياء. تفاعلات. هناك عدة أنواع من العلاج الكيميائي. التفاعلات ، وقبل كل شيء ، التمييز بين التفاعلات التي تحدث في وسط متجانس (متجانس) من التفاعلات التي ... ... موسوعة طبية كبيرة

- (التحفيز الحيوي) ، تسريع الكيمياء الحيوية. حصص بمشاركة جزيئات البروتين الكبيرة التي تسمى الإنزيمات (الإنزيمات). F. to. نوع من التحفيز ، على الرغم من أن مصطلح التخمير (التخمير) معروف منذ العصور القديمة ، عندما لم يكن هناك مفهوم كيميائي. الحفز. أولا… … موسوعة كيميائية

- (من البادئة اللاتينية re ، بمعنى الفعل العكسي ، والعمل الفعال) ، تحويل بعض في (المركبات الأولية) إلى أخرى (نواتج التفاعل) مع ثبات نوى الذرات (على عكس التفاعلات النووية). التوصيلات الأولية في R. x. اتصلت في بعض الأحيان ... ... موسوعة كيميائية

- (من خميرة لاتينية) (إنزيمات) ، بروتينات تعمل كمحفزات في الكائنات الحية. الأساسية وظائف F. لتسريع التحول إلى ، ودخول الجسم وتشكيله أثناء عملية التمثيل الغذائي (لتجديد الهياكل الخلوية ، لضمان ... موسوعة كيميائية

- (من فارماكون الطب اليوناني و kinetikos في الحركة) ، دراسات حركية. أنماط العمليات التي تحدث مع ليك. CFD في الجسم. الأساسية الدوائية. العمليات: الامتصاص والتوزيع والتمثيل الغذائي والإفراز ... ... موسوعة كيميائية

عند t = 36-38 0 إنزيمات لها أعلى نشاط. تسمى درجة الحرارة هذه درجة الحرارة المثلى:

مع زيادة t 0 إلى المستوى الأمثل ، يزداد نشاط الإنزيمات.

ارتفاع تي يسبب تمسخ الإنزيم.

يقلل انخفاض t من نشاط الإنزيمات.

يؤدي التغيير في t 0 إلى تعطيل الروابط التي تثبت بنية البروتين للأنزيمات (المستوى الثالث ، الرباعي) ، أي يسبب تمسخ.

لوحظ تمسخ عكسي مع تناقص t 0. هذا يسمح لك بتخزين الإنزيمات وسوائل الجسم والدم.

تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تعطيل بنية البروتين للإنزيم بشكل لا رجعة فيه. تستخدم هذه الخاصية في تعقيم المواد والأدوات.

الحمى خاصية وقائية للجسم ، لأن. هناك تمسخ لأنزيمات الكائنات الحية الدقيقة وبالتالي من غير المناسب استخدام خافضات الحرارة.

اعتماد معدل التفاعل على الأس الهيدروجيني

على الرسم البياني ، يبدو هذا الاعتماد وكأنه جرس. في الجزء العلوي من المنحنى توجد نقطة pH مثالية حيث يكون للإنزيم أعلى نشاط. يؤثر الرقم الهيدروجيني على درجة تأين المجموعات الحمضية والقاعدية. عند قيم الأس الهيدروجيني المختلفة ، يمكن أن يكون المركز النشط متأينًا جزئيًا أو غير مؤين ، مما يؤثر على البنية الثلاثية للمركز النشط وتشكيل مركب الركيزة الإنزيمية.

تأثير الرقم الهيدروجيني.

تحتوي الإنزيمات ، مثل جميع البروتينات ، على العديد من المجموعات المصابة إيجابًا وسلبًا (-NH 2 ، -COOH) ، والتي تعد جزءًا من الأحماض الأمينية arg و lys و asp و glu. تعتمد التكلفة الإجمالية على النسبة بين هذه المجموعات. تتغير شحنة إنزيم البروتين اعتمادًا على تركيز أيونات الهيدروجين في الخلية ، والتي تعمل على تحييد (قمع التفكك) لمجموعة الكربوكسيل:

وتشكيل مجموعات موجبة الشحنة:

وبالتالي ، فإن الزيادة في الشحنة الموجبة أو النقص في الشحنة السالبة على سطح الإنزيم ترجع إلى زيادة تركيز أيونات الهيدروجين.

تسمى حالة جزيء البروتين التي تكون فيها الشحنة الكلية للبروتين 0 بالحالة الكهربية المتساوية.

تسمى قيمة الأس الهيدروجيني التي تكون عندها شحنة جزيء البروتين 0 نقطة تساوي الكهرباء (IEP).

تكون معظم الإنزيمات أكثر نشاطًا واستقرارًا حول النقطة الكهربية.

التقلبات الحادة في الأس الهيدروجيني تعزز تمسخ البروتين ، أي انخفاض في النشاط الأنزيمي.

تسمى قيمة الأس الهيدروجيني التي يظهر عندها الإنزيم أقصى نشاط بـ pH الأمثل ، والذي يميز إنزيم معين يتفاعل مع ركيزة معينة.

عادةً ما تحتوي الإنزيمات داخل الخلايا على درجة حموضة مثالية تتوافق مع بيئة محايدة (الرقم الهيدروجيني = 7) بالقرب من قيمة الأس الهيدروجيني العادية لسوائل الجسم. هناك إنزيمات يكون الرقم الهيدروجيني الأمثل لها في بيئة شديدة الحموضة وقلوية للغاية.

تصنيف الانزيمات.

هناك ست فئات من الإنزيمات:

1. Hydrolases - الإنزيمات التي تكسر الركيزة بمشاركة جزيئات الماء.

2. Lyases - الإنزيمات التي تكسر جزيئات الركيزة دون مشاركة الماء ، في حين أن المنتجات ذات الوزن الجزيئي المنخفض غالبا ما تتشكل - CO 2 ، NH 3 ، H 2 O.

3. isomerases - إنزيمات تسبب تحولات أيزومرية في الجزيء.

4. فرازات (ترانسالات) - إنزيمات تنقل المجموعات من جزيء إلى آخر أو من موضع إلى آخر داخل جزيء واحد.

5. Oxidoreductases - الإنزيمات التي تحفز نقل البروتونات والإلكترونات (أي تفاعلات الأكسدة والاختزال).

6. Ligases (التركيبات) - الإنزيمات التي تحفز تخليق الجزيئات الكبيرة من الجزيئات الأصغر.

تسمية الانزيم.

يتكون اسم العمل للإنزيم من اسم الركيزة ونوع التفاعل المحفز والنهاية -aza.

يتكون الاسم المنهجي من اسم الركائز ، واسم نوع التحول الكيميائي المحفز ، والنهاية -aza.

يشير اسم الفئة إلى نوع التفاعل الكيميائي الذي تحفزه الإنزيمات. تنقسم الفئات إلى فئات فرعية - تحدد عمل الإنزيم ، حيث تشير إلى طبيعة المجموعة الكيميائية للركيزة التي يهاجمها الإنزيم. الفئة الفرعية مقسمة إلى فئات فرعية. تحدد الفئات الفرعية عمل الإنزيم ، مع تحديد طبيعة رابطة الركيزة المهاجمة أو طبيعة المتقبل.

I. تحفز Oxidoreductases تفاعلات الأكسدة والاختزال. تسمى أوكسيدوروكتازات أيضًا ديهيدروجينازات أو اختزال. تحمل أوكسيدوروكتازات البروتونات والإلكترونات. تنقسم أوكسيدوروكتازات إلى فئات فرعية:

1. نازعات الهيدروجين الهوائية - نقل البروتونات والإلكترونات إلى الأكسجين.

الإنزيمات المساعدة لأكسيدوروكتازات هي:

NAD - نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد - يحتوي على فيتامين ب 5 - نيكوتيناميد.

NADP - فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد ، يحتوي على فيتامين ب 5.

FAD - فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد ، يحتوي على فيتامين ب 2 - ريبوفلافين.

FMN - فلافين أحادي نيوكليوتيد ، يحتوي على فيتامين ب 2 - ريبوفلافين.

تحفز Oxidoreductases تفاعلات نزع الهيدروجين ، أي القضاء على الهيدروجين.

تؤكسد أوكسيدوروكتازات المجموعات الوظيفية التالية:

OH ، -C \ u003d O ، -NH 2

تعلق أنزيمات ديهيدروجينيز البروتونات والإلكترونات.

تؤكسد نازعات الهيدروجين المعتمدة على NAD المجموعات الوظيفية التالية: هيدروكسيل الكحول (OH) ، مجموعة الألدهيد (COH) ، المجموعة الأمينية (NH 2).

تحفز نازعة الهيدروجين المعتمدة على NAD الأنواع التالية من التفاعلات:

1. نزع الهيدروجين من مجموعات الهيدروكسيل

| نازعة هيدروجين اللاكتات |

COOH أكثر من + NADH + H + CH 3

بيروفات اللاكتات

حمض اللاكتيك

2. نزع الهيدروجين من مجموعات الألدهيد (نزع الهيدروجين من جليسيرالديهيد - 3 - فوسفات)

| + أكثر من + + H 3 ريال عماني 4 | + NADH + H +

CH 2 OPO 3 H 2 CH 2 OPO 3 H 2

حمض جليسيرالديهيد -3 فوسفات 1.3-بيفوسفوجليسيريك

3. نزع الهيدروجين من المجموعات الأمينية

UNSD UNSD

CH 2 + أكثر من CH 2

| | + NADH + H +

CH 2 نازعة هيدروجين الجلوتامات CH2

حمض الجلوتاميك

تعمل إنزيمات الهيدروجين المعتمدة على FAD على أكسدة (نزع الهيدروجين) المجموعات الوظيفية التالية: التخلص من الهيدروجين من المجموعات - CH 2 - CH 2 - مع تكوين رابطة مزدوجة.

UNSD UNSD

| فضح 2 |

CH2 هيدروجيناز سكسينات CH

UNSD UNSD

سكسينات فومارات

2. نازعات الهيدروجين اللاهوائية تنقل البروتونات والإلكترونات ليس إلى أكسجين ، ولكن إلى ركيزة أخرى. تسمى هذه الإنزيمات أيضًا بالأكسجين.

ثانيًا. الترانسالات هي إنزيمات تحفز نقل المجموعات المختلفة من ركيزة إلى أخرى.

الفئات الفرعية Transferase:

1. تقوم ناقلات الأمين (Aminotransferases) بنقل مجموعة أمينية من حمض أميني إلى حمض كيتو. تحفيز تفاعل التحويل.

2. تحفز ترانسفيراز الميثيل نقل مجموعات الميثيل (CH 3 -).

3. تحفز ترانسفيراز الفوسفور نقل بقايا حمض الفوسفوريك. تشتمل فئة فرعية من ناقلات الفوسفات على الكينازات التي تستخدم ATP كمانح لبقايا الفوسفات.

ثالثا. Lyases عبارة عن إنزيمات تحفز تمزق C-O و C-C و C-N والروابط الأخرى ، بالإضافة إلى تفاعلات الانقسام العكسي لمجموعات مختلفة ، دون مشاركة الماء.

1. الكربوكسيلاز - إضافة مجموعة الكربوكسيل (CO 2).

2. ديهيدراتاز - إزالة جزيء الماء من الركيزة.

3. Aldolases - تشق رابطة C-C.

4. Hydratases - إنزيمات الماء على رابطة مزدوجة.

رابعا. الإيزوميرات هي إنزيمات تحفز التحول داخل جزيء واحد.

تحفيز تفاعلات الأزمرة. الفئات الفرعية: طفرات ، توتوميراز ، أزمات عرقية ، إبيميراز ، إيزوميراز.

V. Hydralases هي إنزيمات تحفز على تكسير الروابط في وجود الماء.

السادس. Ligases (synthetases) هي إنزيمات تحفز اتحاد جزيئين باستخدام طاقة رابطة فوسفات ATP.

تأثير المواد منخفضة الجزيئات على نشاط الإنزيمات.

المواد منخفضة الوزن الجزيئي التي تغير معدل التفاعلات الأنزيمية تنقسم إلى مجموعتين:

1. المنشطات - تسريع مسار التفاعل الأنزيمي.

2. مثبطات - تبطئ مجرى التفاعلات الأنزيمية.

المنشطات مقسمة إلى مجموعتين:

1. يمكن أن يكون بمثابة المنشط الإنزيمات المساعدة أو مجموعة الأطراف الاصطناعية(الفيتامينات بشكل رئيسي).

تتميز هذه المجموعة بنفس الأنماط الموصوفة لتفاعل الإنزيم وتتبع الركيزة F + S و A + Ko نفس الأنماط

يحدد K m مقدار إدخال Ko.

2. المنشطات التي هي رابط بين F و S (اتجاه الإنزيم والركيزة) وتضمن تفاعل الإنزيم والركيزة (F A S) ، وتفاعل apoenzyme والعامل المساعد Apof A Ko

غالبًا ما تكون أيونات Me-Co و Mn و Mg و Zn.

أهمية تثبيط نشاط الإنزيم.

1. التثبيط هو أساس عمل الأدوية والعوامل السامة.

2. التثبيط هو أحد مناهج دراسة الفعل الأنزيمي (على سبيل المثال ، هيكل المركز النشط).

المنع من نوعين:

1. لا رجوع فيه

2. عكسها

يحدث التثبيط الذي لا رجوع فيه عندما يكون ارتباط المثبط بالإنزيم لا رجوع فيه.

على سبيل المثال: هذا هو عمل العوامل المؤلكلة (podacetamide) التي تعمل بشكل لا رجعة فيه على مجموعة الإنزيمات thio. ترجع اللارجعة إلى حقيقة أن التوازن يتحول إلى اليمين ، نحو تكوين مشتق تساهمي من الإنزيم:

F-S-H + J-CH 2 CONH 2 F-S-CH 2 -CONH 2 + HJ

لا رجعة فيه هو عمل مركبات الفسفور العضوي السامة ، والتي تسمى سموم الأعصاب ، فهي تثبط أستيل كولينستريز المشارك في انتقال النبضات العصبية.

تثبيط لا رجوع فيه

ترتبط العديد من المثبطات بشكل لا رجعة فيه بـ E أو ES ، وبما أن هذا يؤثر على V max ، فإن هذا التثبيط يعتبر غير تنافسي.

غالبًا ما ترتبط المثبطات من هذا النوع بالإنزيم أو بمركب الركيزة الإنزيمية ، مما يؤدي إلى تغيير التكوين الأصلي بشكل لا رجعة فيه. هذا ما يفسر التأثير السام لمركبات Hg 2+ و Pb 2+ ومركبات الزرنيخ.

يعتمد عمل البنسلين على تثبيط لا رجعة فيه. يثبط البنسلين عمل أحد الإنزيمات المشاركة في تجميع جدار الخلية البكتيرية. الخلايا التي لا تحتوي على جدار خلوي يتم تفكيكها بسهولة.

يعتمد عمل الأسبرين على التعديل التساهمي للإنزيم. يقلل الأسبرين من معدل تخليق البروستاجلاندين ، حيث يعمل كمثبط لمكون انزيمات الأكسدة الحلقية في إنزيم الإندوبيروكسيد. يُعتقد أن حدوث الألم والالتهاب ودرجة الحرارة يرتبط بالبروستاجلاندين.

في حالة التسمم ، يمكن ربط السم أو إزاحته من مركب مثبط الإنزيم بمساعدة المنشطات أو الترياق. وتشمل هذه المركبات المحتوية على SH (سيستين ، ديمركابتوبروبانول) ، وحمض الستريك.

إن التثبيط العكسي من نوعين:

1. تنافسية

2. غير تنافسية

تثبيط تنافسي عكسي - يتم استعادة نشاط الإنزيم بعد إزالة المثبط عن طريق زيادة تركيز الركيزة.

السمة المميزة للمثبط التنافسي هي أن المانع التنافسي يشبه في هيكله الركيزة. يتنافس المثبط التنافسي مع الركيزة على الموقع النشط للإنزيم.

مثال: يحفز إنزيم نازعة الهيدروجين السكسينات تحويل السكسينات إلى فومارات. المانع التنافسي لنزعة هيدروجين السكسينات هو حمض المالونيك ، والذي يحتوي على مجموعة CH2 أقل من السكسينات.

COOH COOH COOH

CH 2 CH CH 2

CH 2 CH COOH

| | حمض المالونيك

UNSD UNSD

السكسينات وحمض المالونيك نظائر هيكلية وتتنافس على الموقع النشط للإنزيم. (هذا تأكيد على أن الموقع النشط ليس تشكيلًا صلبًا ، ومناسبًا للركيزة ، مثل "قفل المفتاح".)

مع التثبيط التنافسي ، لا تعتمد درجة تثبيط الإنزيم على التركيز المطلق للمثبط ، ولكن على نسبة المثبط والركيزة ، إذا كانت هذه النسبة J: S = 1: 50 ، فإن نشاط الإنزيم يثبط بواسطة 50٪.

يتم إزالة تأثير المثبط التنافسي عن طريق زيادة تركيز الركيزة ، لأن تقارب الإنزيم والركيزة أعلى من تقارب الإنزيم والمانع.

تختلف Km F و S و Km F و J وهذا معروف بالتخطيط لـ Michaelis-Menten و Lineever-Burk

Vmax - نفس الشيء

يزيد K · m مع المانع.

يعتمد عمل العديد من عوامل العلاج الكيميائي على التثبيط التنافسي. على سبيل المثال ، مستحضرات السلفانيلاميد المستخدمة لعلاج الأمراض التي تسببها العدوى الميكروبية. تتشابه مستحضرات السلفانيلاميد من الناحية الهيكلية مع حمض بارا أمينوبنزويك. PABA هو مقدمة في التوليف الميكروبيولوجي لحمض الفوليك ، والذي من خلاله يكون الإنزيم ضروريًا لتخليق الأحماض النووية للكائنات الحية الدقيقة. مع إدخال مستحضرات السلفانيلاميد ، لوحظ تثبيط الإنزيم وموت الكائنات الحية الدقيقة.

يعتمد استخدام الفلورويوراسيل ، المستخدم في علاج السرطان ، أيضًا على التثبيط التنافسي.

تثبيط غير تنافسي وقابل للعكس.

لا يمكن القضاء على عمل المانع غير التنافسي عن طريق زيادة تركيز الركيزة.

مثبط غير تنافسي ليسيرتبط بالموقع النشط ، ويمكن أن يرتبط بالإنزيم الحر ، أو بمركب FS ، أو كليهما ، لكن كلا شكلي JF و JFS غير نشطين.

ك م - لا يتغير ، لأن لا يوجد ارتباط موقع نشط.

Vmax - النقصان.

يحدث النوع الأكثر شيوعًا من التثبيط غير التنافسي تحت تأثير الكواشف التي تربط بشكل عكسي مجموعات SH من رابطة الدول المستقلة الموجودة في المركز الحفاز أو بالقرب منه. هذه هي أيونات Cu 2+ و Hg 2+ و Ag + ومشتقاتها مع تكوين مركبتيدات:

يتم منع الإنزيمات التي تتطلب Me أيونات للتنشيط بهذه الطريقة عن طريق العوامل التي تربط هذه الأيونات:

فيرو أو فيروسيانيد.

تنظيم نشاط الانزيم.

استخدام الانزيمات في الصيدلة والطب.

أنواع تنظيم نشاط الإنزيم:

1. تعديل خيفي.

2. تفعيل الزيموجينات.

3. التنظيم بالتعديل الكيميائي.

نهاية العمل -

هذا الموضوع ينتمي إلى:

هيكل وخصائص ووظائف البروتينات

إن توضيح بنية البروتينات هو أحد المشاكل الرئيسية للكيمياء الحيوية الحديثة .. جزيئات البروتين هي مركبات جزيئية عالية .. معظم البروتينات لها مستوى تنظيم لبنية جزيء البروتين ..

إذا كنت بحاجة إلى مواد إضافية حول هذا الموضوع ، أو لم تجد ما كنت تبحث عنه ، فإننا نوصي باستخدام البحث في قاعدة بيانات الأعمال لدينا:

ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:

إذا كانت هذه المادة مفيدة لك ، فيمكنك حفظها على صفحتك على الشبكات الاجتماعية:

عمل الدورة

حركية التفاعلات الأنزيمية

مقدمة

أساس حياة أي كائن حي هو العمليات الكيميائية. تقريبا جميع ردود الفعل في الكائن الحي تستمر بمشاركة المحفزات الحيوية الطبيعية - الإنزيمات.

اقترح Berzelius في عام 1835 لأول مرة أن ردود فعل الكائن الحي تتم بسبب قوة جديدة ، والتي سماها "محفزة". لقد أثبت هذه الفكرة بشكل أساسي من خلال ملاحظة تجريبية: دياستاز من البطاطس يتحلل نشا أسرع من حمض الكبريتيك. في وقت مبكر من عام 1878 ، أطلق كون على المادة التي لها قوة تحفيزية في كائن حي إنزيمًا.

حركية عمل الإنزيم هي فرع من علم الإنزيمات يدرس اعتماد معدل التفاعل المحفز بواسطة الإنزيمات على الطبيعة الكيميائية وظروف تفاعل الركيزة مع الإنزيم ، وكذلك على العوامل البيئية. وبعبارة أخرى ، فإن حركية الإنزيمات تجعل من الممكن فهم طبيعة الآليات الجزيئية لعمل العوامل التي تؤثر على معدل التحفيز الإنزيمي. تم تشكيل هذا القسم عند تقاطع علوم مثل الكيمياء الحيوية والفيزياء والرياضيات. تم إجراء أول محاولة لوصف التفاعلات الأنزيمية رياضيًا بواسطة Duclos في عام 1898.

في الواقع ، يعد هذا القسم الخاص بدراسة الإنزيمات مهمًا جدًا في عصرنا ، خاصة بالنسبة للطب العملي. إنه يمنح علماء الصيدلة أداة لتغيير التمثيل الغذائي للخلايا ، وعددًا كبيرًا من الأدوية والسموم المختلفة - هذه مثبطات إنزيم.

الغرض من هذا العمل هو النظر في مسألة اعتماد معدل التفاعل على عوامل مختلفة ، وكيف يمكن التحكم في معدل التفاعل وكيف يمكن تحديده.

1. حركية ميكايليس مينتين

أظهرت التجارب الأولية على دراسة حركية التفاعلات الأنزيمية أن معدل التفاعل ، خلافًا للتوقعات النظرية ، لا يعتمد على تركيز الإنزيم (E) والركيزة (S) بنفس الطريقة كما في حالة النوع التقليدي. رد فعل من الدرجة الثانية.

كان براون ، وبشكل مستقل عنه ، هنري أول من طرح فرضية حول تكوين مركب الركيزة الإنزيمية أثناء التفاعل. ثم تم تأكيد هذا الافتراض بثلاث حقائق تجريبية:

أ) تشكل غراء مركب غير قابل للذوبان مع الفيبرين (Wurtz ، 1880) ؛

ب) يمكن أن يحمي سكروز الركيزة الإنفرتيز الإنزيم من التمسخ الحراري (أوسوليفان وطومسون ، 1890) ؛

ج) لقد ثبت أن الإنزيمات عبارة عن محفزات محددة من الناحية الفراغية (فيشر ، 1898-1899).

قدموا مفهوم السرعة القصوى وأظهروا ذلك منحنى التشبع(أي اعتماد معدل التفاعل على تركيز الركيزة) هو القطع الزائد متساوي الساقين. لقد أثبتوا أن السرعة القصوى المرصودة هي أحد الخطوط المقاربة للمنحنى ، وأن المقطع مقطوع على محور الإحداثية (في منطقة قيمه السالبة) بالخط المقارب الثاني ، أي ثابت في معادلة المعدل ، يساوي القيمة المطلقة لتركيز الركيزة المطلوب لتحقيق نصف المعدل الأقصى.

اقترح Michaelis و Menten أن معدل التفاعل يتم تحديده من خلال انهيار مجمع ES ، أي ثابت ك 2 . هذا ممكن فقط بشرط أن k 2 هي أصغر ثوابت المعدل. في هذه الحالة ، يتم إنشاء التوازن بين مركب الركيزة الإنزيمية والإنزيم الحر والركيزة بسرعة مقارنة بمعدل التفاعل (التوازن السريع).

يمكن التعبير عن معدل التفاعل الأولي بالصيغة التالية:

ت = ك 2

منذ ثابت تفكك مجمع الركيزة الإنزيم

K S \ u003d [E] [S] / \ u003d ك -1 / ك 1

ثم يمكن التعبير عن تركيز الإنزيم الحر كـ

[E] = K S / [S]

يتم تحديد التركيز الكلي للإنزيم في خليط التفاعل بواسطة الصيغة

[E] t = [E] + [ES] = K S [ES] / [S] + [ES]

يصل التفاعل إلى أقصى معدل له عندما يكون تركيز الركيزة مرتفعًا بدرجة كافية بحيث تكون جميع جزيئات الإنزيم في شكل معقد ES (فائض كبير جدًا من الركيزة). نسبة السرعة الأولية إلى السرعة القصوى الممكنة نظريًا تساوي نسبة [ES] إلى [E] t:

v / V max = / [E] t = / (K S / [S] +) = 1 / (K S + [S] +1)

هذه هي المعادلة الكلاسيكية ميكايليسو مينتين ،والذي كان ، منذ نشره في عام 1913 ، هو المبدأ الأساسي لجميع الدراسات الحركية للإنزيم لعقود ، ومع بعض القيود ، ظل كذلك حتى يومنا هذا.

تبين لاحقًا أن معادلة ميكايليس-مينتين الأصلية كانت بها عدة قيود. انه عادل اي يصف بشكل صحيح حركية التفاعل المحفز بواسطة هذا الإنزيم فقط إذا تم استيفاء جميع الشروط التقييدية التالية:

) يتكون مركب ركيزة إنزيم مستقر حركيًا ؛

) ثابت K S هو ثابت تفكك مركب الركيزة الإنزيمية: هذا صحيح فقط إذا ؛

) لا يتغير تركيز الركيزة أثناء التفاعل ، أي تركيز الركيزة الحرة يساوي تركيزها الأولي ؛

) ينقسم منتج التفاعل بسرعة من الإنزيم ، أي لا تتشكل كمية كبيرة حركيًا من المركب ES ؛

) المرحلة الثانية من التفاعل لا رجوع فيها ؛ بتعبير أدق ، نأخذ في الاعتبار السرعة الأولية فقط ، عندما لا يزال من الممكن إهمال رد الفعل الخلفي (بسبب النقص الفعلي للمنتج) ؛

) جزيء ركيزة واحد فقط يرتبط بكل موقع نشط من الإنزيم ؛

) لجميع المواد المتفاعلة ، يمكن استخدام تركيزاتها بدلاً من الأنشطة.

تعمل معادلة Michaelis-Menten كنقطة انطلاق لأي وصف كمي لعمل الإنزيمات. يجب التأكيد على أن السلوك الحركي لمعظم الإنزيمات أكثر تعقيدًا مما يتبع من المخطط المثالي الذي تقوم عليه معادلة Michaelis-Menten. عند اشتقاق هذه المعادلة ، يُفترض أن هناك مركب ركيزة إنزيم واحد فقط. وفي الوقت نفسه ، في الواقع ، في معظم التفاعلات الأنزيمية ، يتم تكوين ما لا يقل عن اثنين أو ثلاثة من هذه المجمعات ، تنشأ في تسلسل معين.

هنا ، يشير EZ إلى المعقد المقابل لحالة الانتقال الحقيقية ، ويشير EP إلى المعقد بين الإنزيم ومنتج التفاعل. يمكن أيضًا الإشارة إلى أنه في معظم التفاعلات الأنزيمية ، يتم تضمين أكثر من ركيزة واحدة ويتم تكوين منتجين أو أكثر ، على التوالي. في التفاعل مع ركيزتين ، S 1 و S 2 ، يمكن تكوين ثلاثة مجمعات ركيزة إنزيمية ، وهي ES 1 و ES 2 و ES 1 S 2. إذا أنتج التفاعل منتجين ، P 1 و P 2 ، فقد يكون هناك على الأقل ثلاثة مجمعات إضافية EP 1 و EP 2 و EP 1 P 2. في مثل هذه التفاعلات ، هناك العديد من الخطوات الوسيطة ، تتميز كل منها بثابت معدلها الخاص. غالبًا ما يكون التحليل الحركي للتفاعلات الأنزيمية التي تتضمن متفاعلين أو أكثر معقدًا للغاية ويتطلب استخدام أجهزة كمبيوتر إلكترونية. ومع ذلك ، عند تحليل حركية جميع التفاعلات الأنزيمية ، تكون نقطة البداية دائمًا هي معادلة Michaelis-Menten التي تمت مناقشتها أعلاه.

1.1 طبيعة الثابتكفي المعادلة

حركية معادلة التفاعل الأنزيمي

تنص الفرضية الثانية على أن الثابت K S في المعادلة هو ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية.

أثبت Briggs و Haldane في عام 1925 أن معادلة Michaelis-Menten الأصلية صالحة فقط لـ ، أي عندما يتحقق توازن المرحلة الابتدائية E + S ES بسرعة كبيرة مقارنة بمعدل المرحلة التالية. لذلك ، فإن مثل هذه الآليات الحركية (طاعة الشرط الأولي ميكايليس مينتين ووجود مرحلة ابتدائية بطيئة واحدة ، فيما يتعلق بالتوازن في جميع المراحل الأولية الأخرى يتم إنشاؤها بسرعة) تسمى تلبية افتراض "التوازن السريع". ومع ذلك ، إذا كانت k 2 قابلة للمقارنة من حيث الحجم بـ k -1 , يمكن التعبير عن التغيير في تركيز مركب الركيزة الإنزيمية بمرور الوقت من خلال المعادلة التفاضلية التالية:

د / دت \ u003d ك 1 [E] [S] - ك -1 - ك 2

نظرًا لأننا نفكر في معدل التفاعل الأولي ، أي اللحظة التي لا يحدث فيها التفاعل العكسي بعد ، ومرحلة ما قبل الثبات بالفعل ، وبسبب زيادة الركيزة ، فإن كمية مركب الركيزة الإنزيمية المتكونة تساوي كمية المتحلل (مبدأ الثبات ، أو حركية بريجز وهالدين ، أو مبدأ بودنشتاين في الحركية الكيميائية) وصحيح أن

د / دت = 0

باستبدال هذا في المعادلة التفاضلية ، نحصل على تعبير لتركيز الإنزيم الحر:

[E] \ u003d (ك -1 + ك 2) / ك 1 [S]

[E] T = [E] + = [(ك -1 + ك 2) / ك -1 [S] + 1] =

= (ك -1 + ك 2 + ك -1 [S]) / ك 1 [س]

معادلة الحالة الثابتة:

K 1 [S] [E] T / (k -1 + k 2 + k 1 [S])

لأن v = k 2 ، ثم نحصل على ذلك

v = ك 1 ك 2 [S] [E] T / (ك -1 + ك 2 + ك 1 [S]) = ك 2 [S] [E] T / [(ك -1 + ك 2) / ك 1 + [S]]

في هذه الحالة

V ماكس = ك 2 [E] T.

ويساوي السرعة القصوى التي تم الحصول عليها من معادلة Michaelis-Menten. ومع ذلك ، فإن الثابت في مقام معادلة Michaelis-Menten ليس K S , أولئك. ليس ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية ، ولكن ما يسمى بـ ثابت ميكايليس:

ك م = (ك -1 + ك 2) / ك 1

K m يساوي K S فقط إذا.

في هذه الحالة ، يتم التعبير عن الثابت في مقام معادلة السرعة بواسطة الصيغة

ك ك \ u003d ك 2 / ك 1

ويسمى ، وفقًا لفان سليك ، ثابت حركي.

يمكن أيضًا الحصول على معادلة الحالة المستقرة من المعادلة التفاضلية دون افتراض أن d / dt = 0. إذا استبدلنا القيمة [E] = [E] T - في المعادلة التفاضلية ، بعد التحويلات نحصل

= (ك 1 [S] [E] T - د / دت) / (ك 1 [S] + ك -1 + ك 2)

من أجل الحصول على معادلة الحالة المستقرة من هذه المعادلة ، لا يجب أن تكون d / dt = 0. يكفي أن تكون المتباينة d / dt<< k 1 [S] [E] T . Этим объясняется, почему можно достичь хорошего приближения в течение длительного времени при использовании принципа стационарности.

تبدو معادلة الحالة المستقرة المتمايزة كما يلي:

د / دت \ u003d T / (ك 1 [S] + ك -1 + ك 2) 2] (د [S] / دت)

من الواضح أن هذا التعبير لا يساوي 0.

1.2 تحويل معادلة ميكايليس مينتين

معادلة Michaelis-Menten الأصلية هي معادلة زائدية ، حيث يكون أحد الثوابت (V max) هو الخط المقارب للمنحنى. ثابت آخر (K · m) ، يتم تحديد قيمته السالبة بواسطة الخط المقارب الثاني ، يساوي تركيز الركيزة المطلوب لتحقيق V max / 2. وهذا أمر سهل التحقق منه ، لأنه إذا

v = Vmax / 2 ، إذن

Vmax / 2 = Vmax [S] / (Km + [S])

V max / V max = 1 = 2 [S] / (K m + [S]) م + [S] = 2 [S] ، أي [S] = K · m لـ v = V max / 2.

يمكن تحويل معادلة Michaelis-Menten جبريًا إلى أشكال أخرى أكثر ملاءمة للتمثيل الرسومي للبيانات التجريبية. أحد أكثر التحولات شيوعًا هو ببساطة معادلة المقلوب للجانبين الأيسر والأيمن من المعادلة

نتيجة للتحول ، نحصل على التعبير

الذي يحمل الاسم معادلات Lineweaver-Burk. وفقًا لهذه المعادلة ، الرسم البياني المرسوم في الإحداثيات 1 / [S] و 1 / v هو خط مستقيم ، وميله يساوي K m / V max ، والجزء المقطوع على المحور y يساوي إلى 1 / V كحد أقصى. يتمتع هذا الرسم البياني المزدوج المقلوب بميزة أنه يجعل من الممكن تحديد V max بدقة أكبر ؛ على منحنى مرسوم في إحداثيات [S] و v ، V max هي كمية مقاربة ويتم تحديدها بدقة أقل بكثير. المقطع المقطوع على المحور x في مخطط Lineweaver-Burk يساوي -1 / K · م. يمكن أيضًا استخراج معلومات قيمة بشأن تثبيط الإنزيم من هذا الرسم البياني.

تحول آخر لمعادلة Michaelis-Menten وهو أن كلا طرفي معادلة Lineweaver-Burk يتم ضربهما بـ V max * v وبعد بعض التحولات الإضافية نحصل عليها

المؤامرة المقابلة في إحداثيات v و ​​v / [S] تمثل مع ه 4 ، شكل. واحد]. مثل هذا الرسم البياني ( مخطط إيدي هوفستي) لا يجعل من الممكن تحديد قيم V max و K m بسهولة فحسب ، بل يتيح لك أيضًا تحديد الانحرافات المحتملة عن الخطية التي لم يتم اكتشافها في مخطط Lineweaver-Burk.

يمكن أيضًا أن تكون المعادلة خطية في شكل آخر

[S] / v = K · m / V max + [S] / V كحد أقصى

في هذه الحالة ، يجب بناء الاعتماد [S] / v على [S]. منحدر الخط المستقيم الناتج هو 1 / V كحد أقصى ؛ المقاطع المقطوعة على المحاور الإحداثي والإحداثية تساوي (K m / V max) و (- K · m) ، على التوالي. تم تسمية هذا المخطط على اسم المؤلف مخطط هاينز.

أظهر التحليل الإحصائي أن طرق Edie-Hofstee و Haynes تعطي نتائج أكثر دقة من طريقة Lineweaver-Burk. والسبب في ذلك هو أنه في الرسوم البيانية لـ Edie - Hofstee و Haynes ، يتم تضمين كل من المتغيرات التابعة والمستقلة في القيم المرسومة على محوري الإحداثيات.

1.3 تأثير تركيز الركيزة على حركية التفاعل

في كثير من الحالات ، لا يتم استيفاء حالة التركيز المستمر للركيزة. من ناحية أخرى ، لا يتم استخدام فائض من الركيزة في التفاعل في المختبر مع بعض الإنزيمات بسبب تثبيط النشاط الأنزيمي للركيزة في كثير من الأحيان. في هذه الحالة ، يمكن استخدام التركيز الأمثل فقط ، وهذا لا يوفر دائمًا فائضًا من الركيزة اللازمة لتحقيق المعادلات الحركية للآليات التي تمت مناقشتها أعلاه. علاوة على ذلك ، في الخلية في الجسم الحي ، عادة لا يتم تحقيق فائض الركيزة المطلوبة للوفاء بهذا الشرط.

في التفاعلات الأنزيمية حيث لا تكون الركيزة زائدة وبالتالي يتغير تركيزها أثناء التفاعل ، يكون ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية

K S = ([S] 0 - - [P]) [E] T -) /

([S] 0 - تركيز الركيزة عند t = 0). في هذه الحالة ، يتم إعطاء معدل التفاعل الأولي (في الحالة المستقرة) بواسطة

الخامس = V ماكس / (K · م +)

أين هو تركيز الركيزة عند نقطة زمنية معينة.

ومع ذلك ، من الممكن كتابة حل تقريبي لحالتين حيث [S] o =:

) إذا تم استيفاء هذا التفاوت بسبب القيم الكبيرة لـ t ، أي عندما يتم استهلاك أكثر من 5٪ من التركيز الأولي للركيزة أثناء التفاعل ؛

) إذا كان لا يمكن إهمال تركيز الإنزيم مقارنة بتركيز الركيزة وبالتالي يجب مراعاة تركيز مركب الركيزة الإنزيمية.

إذا كان t كبيرًا وكان التركيز ضئيلًا مقارنةً بـ [S] 0 ، فإن معادلة ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية تصبح كما يلي:

K S = ([S] 0 - [P]) ([E] T -) /

بالنسبة لقيمة التركيز ، التي تتغير أثناء التفاعل ، تعمل القيمة ([S] 0 +) / 2 كتقريب مرضٍ. منذ = [S] 0 - [P] ، متوسط ​​السرعة ؛ يمكن التعبير عنها كـ

استبدال هذا التعبير والقيمة التقريبية بـ

v = V max / (K · m +) ،

نحن نحصل:

عند مقارنة القيم المحسوبة على أساس هذا التقريب مع القيم التي تم الحصول عليها من معادلة Michaelis-Menten الدقيقة والمتكاملة ، اتضح أن الخطأ في تحديد K · m هي 1 و 4٪ عند إنفاق 30 و 50٪ من الركيزة ، على التوالي. لذلك ، فإن الخطأ في هذا التقريب لا يكاد يذكر مقارنة بخطأ القياس.

عندما لا يتجاوز استهلاك الركيزة 5٪ من التركيز الأولي ، ولكن تركيز الإنزيم مرتفع جدًا بحيث لا يمكن تجاهله ، مقارنةً بـ [S] 0 ، فإن ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية يكون متساويًا ل:

K s = ([S] 0 -) ([E] T -) /

حله فيما يتعلق يعطي

من بين الحلين المحتملين ، يمكن اختيار الحل السلبي فقط ، لأنه فقط يفي بالشروط الأولية: = 0 عند [S] 0 = 0 أو [E] T = 0. عن طريق القياس مع معادلة النسبة v / V كحد أقصى ، لقد حصلنا على معادلة السرعة الابتدائية. المعادلة التربيعية التي تم الحصول عليها من معادلة ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية ، وجدت أعلى قليلاً ، باستخدام الصيغ v \ u003d k 2 و V max \ u003d k 2 [E] T ، يمكن اختزالها إلى الشكل التالي :

[S] 0 V max / v = K s V max / (V max - v) + [E] T

يجب أن تؤخذ حالتان محددتان في الاعتبار. في الحالة الأولى [S]<

ت = (Vmax / كم) [S] = ك [S]

وهكذا ، حصلنا على رد الفعل الظاهر من الدرجة الأولى و k = V max / K · m - الثابت الحركي الظاهر من الدرجة الأولى. البعد الفعلي هو الوقت -1 ، لكنه مزيج من ثوابت معدل الرتبة الأولى والثانية لعدة مراحل أولية ، أي ك 1 ك 2 [E] T / (ك -1 + ك 2) . تحت ظروف ظاهر من الدرجة الأولى ك هو مقياس لتقدم التفاعل.

حالة مقيدة أخرى: [S] >> كم . هنا ثابت K م لا يكاد يذكر مقارنة بـ [S] ، وبالتالي نحصل على v = V max.

1.4 تكوين مركب منتج إنزيم مستقر حركيًا

إذا تم تكوين مركب منتج إنزيم مستقر حركيًا أثناء التفاعل ، تكون آلية التفاعل على النحو التالي:

بتطبيق افتراض الحالة المستقرة ، يمكننا كتابة المعادلات التفاضلية:

د / دت = ك 1 [E] [S] + ك -2 - (ك -1 + ك 2) = 0 / دت = ك 2 - (ك -2 + ك 3) = 0

من هذه المعادلات يتبع ذلك

= [(ك -2 + ك 3) / ك 2]

[E] = [(k -1 k -2 + k -1 k -3 + k 2 k 3) / k 1 k 2 [S]]

منذ v = k 3

و [E] T = [E] + + =

= [(ك -1 ك -2 + ك -1 ك -3 + ك 2 ك 3) / ك 1 ك 2 [S] + (ك -2 + ك 3) / ك 2 + 1] =

= ((ك -2 + ك 3) + ك 1 ك 2 [S]] / ك 1 ك 2 [س])

نحن نحصل

K 1 k 2 [S] [E] T / (k -2 + k 3 + k 2)] = k 1 k 2 k 3 [S] [E] T / (k -2 + k 3 + k 2) ] =

= [E] T [S] / [(ك -1 ك -2 + ك -1 ك -3 + ك 2 ك 3) / ك 1 (ك -2 + ك 3 + ك 2) + [S]]

هذا هو

V max \ u003d [E] Tm \ u003d (ك -1 ك -2 + ك -1 ك -3 + ك 2 ك 3) / ك 1 (ك -2 + ك 3 + ك 2)

في هذه الحالة ، من الصعب جدًا بالفعل حساب القيم المحددة لثوابت المعدل الفردي ، حيث يمكن قياس نسبتها فقط بشكل مباشر. يصبح الموقف أكثر تعقيدًا عندما تصبح آلية التفاعل الإنزيمي أكثر تعقيدًا ، عندما يشارك أكثر من مركبين في التفاعل ، لأن عدد ثوابت المعدل في المعادلة يكون بطبيعة الحال أكبر بكثير ، كما أن نسبها أكثر تعقيدًا.

ومع ذلك ، يتم تبسيط الموقف إذا كانت الخطوات الأولية اللاحقة ، بعد رد الفعل القابل للانعكاس لتشكيل المجمع الأول ، لا رجوع فيها. الممثلون المهمون للإنزيمات التي تطيع هذه الآلية هم الإنزيمات المحللة للبروتين والإسترات. يمكن كتابة آلية رد الفعل على النحو التالي:

حيث ES` هو وسيط أنزيم أسيل يتحلل عند التعرض للماء. يمكننا الكتابة

V max \ u003d k 2 k 3 [E] 0 / (k 2 + k 3) \ u003d k cat [E] 0m \ u003d k 3 (k -1 + k 2) / (k 2 + k 3) k 1 قطة / ك م \ u003d ك 2 ك 1 / (ك -1 + ك 2) \ u003d ك 2 / ك م '

ثابت ميكايليس لخطوة الأسيلة هو K m "K · s. وكلما زادت النسبة k cat / K · m ، زادت خصوصية الركيزة.

يتم تبسيط تحديد الثوابت إلى حد كبير إذا أجريت التجربة في وجود عامل نووي (N) قادر على منافسة الماء. ثم

k 3 \ u003d k 3 'و P i (i \ u003d 1 ، 2 ، 3) هي منتجات.

vi = k cat، i [S] / (K m + [S]) قطة، 1 = ك 2 (ك 3 + ك 4 [N]) / (ك 2 + ك 3 + ك 4 [N]) قطة ، 2 = ك 2 ك 3 / (ك 2 + ك 3 + ك 4 [N]) قطة ، 3 = ك 2 ك 4 [N] / (ك 2 + ك 3 + ك 4 [N]) م = ك ث ( ك 3 + ك 4 [N]) / (ك 2 + ك 3 + ك 4 [N])

/ v N = K s (k 3 + k 4 [N]) / k 2 k 3 [S] + (k 2 + k 3 + k 4 [N]) / k 2 k 3

بما أنه من المعروف أن K s / k 2 = K m / k cat ، وإذا كان nucleophile غائبًا ،

1 / v = K s / k 2 [S] + (ك 2 + ك 3) / ك 2 ك 3

ولتحديد الثوابت يمكنك استخدام نقطة تقاطع الخطوط في الإحداثيات 1 / v N (و 1 / v) - 1 / [S]. يتقاطع خطان مستقيمان في إحداثيات معكوسة مزدوجة في الربع الثاني. في حالة عدم وجود nucleophile ، يتم تحديد نقطة تقاطع الخط مع المحور الرأسي على أنها 1 / V max و 1 / k cat ، ومع المحور الأفقي على أنه -1 / K · m. إحداثيات نقطة تقاطع سطرين: -1 / ك ث و 1 / ك 3. المسافة بين 1 / V max و 1 / k 3 هي 1 / k 2.

1.5 تحليل المنحنى الحركي للتفاعل الكامل

تشير معادلة Michaelis - Menten في شكلها الأصلي فقط إلى ردود الفعل التي لا رجوع فيها ، أي للتفاعلات التي يتم فيها اعتبار المعدل الأولي فقط ، ولا يظهر التفاعل العكسي بسبب كمية غير كافية من المنتج ولا يؤثر على معدل التفاعل. في حالة حدوث تفاعل لا رجوع فيه ، يمكن بسهولة تحليل المنحنى الحركي الكامل (لفاصل زمني عشوائي t ), دمج معادلة ميكايليس مينتين الأصلية. في هذه الحالة ، لذلك ، يبقى الافتراض أن مركب ركيزة إنزيم واحد فقط يتكون في سياق التفاعل. منذ الفترة الزمنية ر لا توجد قيود ، لا يمكن أن يكون تركيز الركيزة في وقت التحليل مساوياً للتركيز الذي تم إدخاله في البداية. وبالتالي ، من الضروري أيضًا مراعاة التغيير في [S] أثناء سير التفاعل. لنفترض أن S 0 هو التركيز الأولي للركيزة ، (S 0 - y ) - التركيز وقت ر . ثم ، بناءً على معادلة Michaelis-Menten الأصلية (إذا كان y هو مقدار الركيزة المحولة) ، يمكننا الكتابة

dy / dt \ u003d V max (S 0 - y) / (K · m + S 0 - y)

بأخذ المقلوب وقسمة المتغيرات ، نتكامل على y بين 0 و y (يشار إلى V max كـ الخامس):

(2.303 / طن) lg = V / K · m - (1 / K · m) (y / t)

وبالتالي ، بعد رسم اعتماد الجانب الأيسر من المعادلة على y / t (إحداثيات Foster-Niemann) , الحصول على خط مستقيم بميل (-1 / ك م) , قطعة القطع على المحور ص (V / K · م) , وعلى محور الإحداثي - الجزء V. يمكن أيضًا تحويل المعادلة التكاملية إلى شكل خطي بطريقة مختلفة:

ر / 2.3031 lg = y / 2.303 فولت lg + K · m / V.

أو t / y = 2.3031 K · m lg / V y + 1 / V.

إذا كنا ندرس رد فعل عكسي ، فمن الضروري الانتباه إلى الفترة الزمنية التي نتعامل معها. في لحظة خلط الإنزيم مع الركيزة ، تبدأ مرحلة ما قبل الثبات ، وتستمر عدة ميكروثانية أو ملي ثانية ، يتم خلالها تشكيل مجمعات الركيزة الإنزيمية المقابلة للحالة الثابتة. في دراسة التفاعلات العكوسة على فترات زمنية طويلة بما فيه الكفاية ، لا تلعب هذه المرحلة دورًا مهمًا ، حيث لا يستمر التفاعل في هذه المرحلة بأقصى سرعة في أي من الاتجاهات.

بالنسبة للتفاعل الذي يبدأ من اليسار إلى اليمين ، تصل معقدات الركيزة الإنزيمية المشاركة في التفاعل إلى تركيز الحد من المعدل فقط في نهاية المرحلة التمهيدية. حالة شبه ثابتة, حيث تقترب تركيزات معقدات الركيزة الإنزيمية المحددة للمعدل من القيم القصوى للتركيزات في الحالة المستقرة ، وتستمر بضعة أعشار من الثانية أو الثانية. خلال هذه المرحلة ، يكون معدل تكوين المنتج (أو استهلاك الركيزة) خطيًا تقريبًا بمرور الوقت. من الناحية النظرية ، لم يحدث تكوين المنتج هنا بعد ، ولكن من الناحية العملية ، يكون تركيزه منخفضًا جدًا بحيث لا يؤثر معدل التفاعل العكسي على معدل التفاعل المباشر. تسمى هذه المرحلة الخطية معدل التفاعل الأولي ، وحتى الآن أخذناها في الاعتبار فقط.

يتم أيضًا تسريع التفاعل من اليمين إلى اليسار في المرحلة التالية بسبب الزيادة التدريجية في تركيز المنتج. (حالة انتقالية ؛الخطية التي لوحظت حتى الآن تختفي في الوقت المناسب). تستمر هذه المرحلة حتى يصبح معدل التفاعل من اليسار إلى اليمين مساويًا لمعدل التفاعل من اليمين إلى اليسار. هذه هي الدولة توازن ديناميكي،لأن التفاعل يستمر في كلا الاتجاهين بنفس المعدل.

2. العوامل التي يعتمد عليها معدل التفاعل الأنزيمي

.1 اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على درجة الحرارة

مع زيادة درجة حرارة الوسط ، يزداد معدل التفاعل الإنزيمي ، ويصل إلى الحد الأقصى عند درجة حرارة مثالية ، ثم ينخفض ​​إلى الصفر. بالنسبة للتفاعلات الكيميائية ، توجد قاعدة مفادها أنه مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية ، يزداد معدل التفاعل بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات. بالنسبة للتفاعلات الأنزيمية ، يكون معامل درجة الحرارة هذا أقل: لكل 10 درجات مئوية ، يزيد معدل التفاعل بمعامل 2 أو حتى أقل. يشير الانخفاض اللاحق في معدل التفاعل إلى الصفر إلى تمسخ كتلة الإنزيم. تتراوح قيم درجة الحرارة المثلى لمعظم الإنزيمات بين 20-40 درجة مئوية. ترتبط القابلية الحرارية للإنزيمات بتركيبها البروتيني. يتم بالفعل تغيير خصائص بعض الإنزيمات عند درجة حرارة حوالي 40 درجة مئوية ، ولكن يتم تعطيل معظمها عند درجات حرارة أعلى من 40-50 درجة مئوية. عند درجات حرارة قريبة من 0 درجة مئوية ، يحدث تمسخ.

تؤدي زيادة درجة حرارة الجسم (الحمى) إلى تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحفزها الإنزيمات. من السهل حساب أن زيادة درجة حرارة الجسم لكل درجة تزيد من معدل التفاعل بحوالي 20٪. في درجات حرارة عالية تتراوح بين 39-40 درجة مئوية ، يكون الإسراف في استخدام الركائز الذاتية في خلايا الكائن الحي المصاب ضروريًا لتجديد مدخولهم بالطعام. بالإضافة إلى ذلك ، عند درجة حرارة حوالي 40 درجة مئوية ، يمكن تغيير طبيعة بعض الإنزيمات شديدة القابلية للحرارة ، مما يعطل المسار الطبيعي للعمليات الكيميائية الحيوية.

تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى تعطيل قابل للانعكاس للأنزيمات بسبب تغيير طفيف في هيكلها المكاني ، ولكنها كافية لتعطيل التكوين المقابل للمركز النشط وجزيئات الركيزة.

2.2 اعتماد معدل التفاعل على الرقم الهيدروجيني للوسط

بالنسبة لمعظم الإنزيمات ، هناك قيمة معينة للأس الهيدروجيني يكون عندها أقصى نشاط ؛ فوق وتحت قيمة الرقم الهيدروجيني ، يتناقص نشاط هذه الإنزيمات. ومع ذلك ، لا تكون المنحنيات التي تصف اعتماد نشاط الإنزيم على الرقم الهيدروجيني على شكل جرس في جميع الحالات ؛ في بعض الأحيان يمكن التعبير عن هذا الاعتماد بشكل مباشر. يشير اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على الأس الهيدروجيني بشكل أساسي إلى حالة المجموعات الوظيفية للمركز النشط للإنزيم. يؤثر تغيير الرقم الهيدروجيني للوسط على تأين المجموعات الحمضية والأساسية لبقايا الأحماض الأمينية للمركز النشط ، والتي تشارك إما في ربط الركيزة (في منطقة التلامس) أو في تحولها (في المنطقة المحفزة). لذلك ، يمكن أن يحدث التأثير المحدد للرقم الهيدروجيني إما عن طريق تغيير في ألفة الركيزة للإنزيم ، أو عن طريق تغيير النشاط التحفيزي للإنزيم ، أو كليهما.

تحتوي معظم الركائز على مجموعات حمضية أو قاعدية ، لذلك يؤثر الرقم الهيدروجيني على درجة تأين الركيزة. يفضل أن يرتبط الإنزيم بالشكل المتأين أو غير المتأين للركيزة. من الواضح ، عند درجة الحموضة المثلى ، تكون كلتا المجموعتين الوظيفيتين للمركز النشط في الحالة الأكثر تفاعلًا ، وتكون الركيزة في شكل مفضل للربط بواسطة هذه المجموعات من الإنزيم.

عند إنشاء منحنيات تصف اعتماد نشاط الإنزيم على الرقم الهيدروجيني ، يتم إجراء القياسات في جميع قيم الأس الهيدروجيني عادةً في ظل ظروف تشبع الإنزيم بالركيزة ، نظرًا لأن قيمة K m للعديد من الإنزيمات تتغير مع الرقم الهيدروجيني.

يمكن أن يكون للمنحنى الذي يميز اعتماد نشاط الإنزيم على الأس الهيدروجيني شكل بسيط بشكل خاص في تلك الحالات التي يعمل فيها الإنزيم على ركائز أو ركائز متعادلة إلكتروستاتيكيًا لا تلعب فيها المجموعات المشحونة دورًا مهمًا في الفعل التحفيزي. مثال على هذه الإنزيمات هو غراء ، وكذلك إنفرتيز ، الذي يحفز التحلل المائي لجزيئات السكروز المحايدة ويحافظ على نشاط ثابت في نطاق الأس الهيدروجيني 3.0-7.5.

لا تتوافق قيمة الأس الهيدروجيني المقابلة للنشاط الأقصى للإنزيم بالضرورة مع قيمة الأس الهيدروجيني المميزة للبيئة الطبيعية داخل الخلايا لهذا الإنزيم ؛ يمكن أن يكون الأخير أعلى وأدنى من الرقم الهيدروجيني الأمثل. يشير هذا إلى أن تأثير الأس الهيدروجيني على نشاط الإنزيم قد يكون أحد العوامل المسؤولة عن تنظيم النشاط الأنزيمي داخل الخلية. نظرًا لأن الخلية تحتوي على مئات الإنزيمات ، ويتفاعل كل منها بشكل مختلف مع التغيرات في الأس الهيدروجيني ، فربما تكون قيمة الأس الهيدروجيني داخل الخلية أحد العناصر المهمة في النظام المعقد لتنظيم التمثيل الغذائي الخلوي.

2.3 تحديد كمية الإنزيم حسب نشاطه

) قياس العناصر المتكافئة الكلية للتفاعل المحفز ؛

) الحاجة المحتملة للعوامل المساعدة - في أيونات المعادن أو الإنزيمات المساعدة ؛

) اعتماد نشاط الإنزيم على تركيزات الركيزة والعامل المساعد ، أي قيم K · م لكل من الركيزة والعامل المساعد ؛

) قيمة الأس الهيدروجيني المقابلة لأقصى نشاط للإنزيم ؛

) نطاق درجة الحرارة الذي يكون فيه الإنزيم مستقرًا ويحتفظ بنشاط عالي.

بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري أن يكون لديك تحت تصرفك بعض الأساليب التحليلية البسيطة إلى حد ما التي تسمح لك بتحديد معدل اختفاء الركيزة أو معدل ظهور نواتج التفاعل.

كلما أمكن ، يتم إجراء تحليل الإنزيم في ظل ظروف قياسية تحافظ على الرقم الهيدروجيني الأمثل وتحافظ على تركيز الركيزة فوق تركيز التشبع ؛ في هذه الحالة ، فإن المعدل الأولي يتوافق مع الترتيب الصفري للتفاعل فيما يتعلق بالركيزة ويتناسب فقط مع تركيز الإنزيم. بالنسبة للأنزيمات التي تتطلب عوامل مساعدة أو أيونات معدنية أو أنزيمات مساعدة ، يجب أن يتجاوز تركيز هذه العوامل المساعدة أيضًا تركيز التشبع بحيث يكون تركيز الإنزيم هو العامل المحدد للمعدل. بشكل عام ، يمكن إجراء قياس معدل تكوين منتج التفاعل بدقة أكبر من قياس معدل اختفاء الركيزة ، حيث يجب أن تكون الركيزة عمومًا موجودة بتركيزات عالية نسبيًا للحفاظ على حركية الترتيب الصفري. يمكن قياس معدل تكوين منتج (أو منتجات) التفاعل بالطرق الكيميائية أو طرق قياس الطيف الضوئي. الطريقة الثانية هي الأكثر ملاءمة ، لأنها تسمح لك بالتسجيل المستمر لمجرى التفاعل على سوس المسجل.

بموجب اتفاق دولي ، فإن وحدة النشاط الأنزيمي هي كمية الإنزيم القادر على التسبب في تحويل ميكرومول واحد من الركيزة في الدقيقة عند 25 درجة مئوية في ظل الظروف المثلى. نشاط معينالإنزيم هو عدد وحدات النشاط الأنزيمي لكل 1 مجم من البروتين. تُستخدم هذه القيمة كمعيار لنقاء تحضير الإنزيم ؛ يزداد مع تنقية الإنزيم ويصل إلى قيمته القصوى لتحضير نقي بشكل مثالي. تحت عدد من الثوراتفهم عدد جزيئات الركيزة التي تخضع للتحول لكل وحدة زمنية لكل جزيء واحد من الإنزيم (أو لكل مركز نشط واحد) في ظل الظروف التي يكون فيها معدل التفاعل محدودًا بتركيز الإنزيم.

2.4 تنشيط الإنزيم

يمكن تنظيم الإنزيمات من خلال التفاعل معها من مكونات بيولوجية مختلفة أو مركبات غريبة (على سبيل المثال ، الأدوية والسموم) ، والتي تسمى عادة الصفات التعريفيةأو المنظمين الانزيمات.تحت تأثير المعدلات على الإنزيم ، يمكن تسريع التفاعل (المنشطات) أو إبطائه (مثبطات).

يتم تحديد تنشيط الإنزيمات من خلال تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث بعد عمل المعدل. تتكون مجموعة واحدة من المنشطات من مواد تؤثر على منطقة الموقع النشط للإنزيم. وتشمل هذه العوامل المساعدة للإنزيم والركائز. العوامل المساعدة (أيونات المعادن والأنزيمات المساعدة) ليست فقط عناصر هيكلية إلزامية للإنزيمات المعقدة ، ولكنها أيضًا منشطات بشكل أساسي.

أيونات المعادن هي منشطات محددة تمامًا. في كثير من الأحيان ، تتطلب بعض الإنزيمات أيونات ليس من واحد ، ولكن من عدة معادن. على سبيل المثال ، بالنسبة لـ Na + ، K + -ATPase ، التي تنقل الكاتيونات أحادية التكافؤ عبر غشاء الخلية ، فإن أيونات المغنيسيوم والصوديوم والبوتاسيوم ضرورية كمنشطات.

يتم التنشيط بمساعدة أيونات المعادن بواسطة آليات مختلفة. في بعض الإنزيمات ، هم جزء من الموقع التحفيزي. في بعض الحالات ، تسهل أيونات المعادن ربط الركيزة بالمركز النشط للإنزيم ، مما يشكل نوعًا من الجسر. في كثير من الأحيان ، لا يتحد المعدن مع الإنزيم ، ولكن مع الركيزة ، مكونًا مركبًا من الركيزة المعدنية ، وهو الأفضل لعمل الإنزيم.

تشرح خصوصية مشاركة الإنزيمات المساعدة في الارتباط والتحفيز للركيزة تنشيط التفاعلات الأنزيمية بواسطتها. يكون التأثير المنشط للعوامل المساعدة ملحوظًا بشكل خاص عند العمل على إنزيم غير مشبع بعوامل مساعدة.

الركيزة هي أيضًا منشط ضمن حدود التركيز المعروفة. بعد الوصول إلى تركيزات مشبعة من الركيزة ، لا يزيد نشاط الإنزيم. تزيد الركيزة من ثبات الإنزيم وتسهل تكوين الشكل المطلوب للموقع النشط للإنزيم.

أيونات المعادن والإنزيمات المساعدة وسلائفها ونظائرها النشطة ،

يمكن استخدام الركائز في الممارسة العملية كتحضيرات تنشط الإنزيمات.

يمكن تفعيل بعض الإنزيمات عن طريق التعديل الذي لا يؤثر على المركز النشط لجزيئاتها. عدة تعديلات ممكنة:

1) تفعيل سلف غير نشط - طليعة ،أو زيموجين. على سبيل المثال ، تحويل الببسينوجين إلى الببسين ;

2) التنشيط عن طريق ربط أي مجموعة تعديل محددة بجزيء الإنزيم ؛

3) التنشيط عن طريق تفكك بروتين مركب غير نشط - إنزيم نشط.

2.5 تثبيط الإنزيم

هناك كواشف يمكن أن تتفاعل بشكل أكثر أو أقل بشكل محدد مع سلسلة جانبية أو أخرى من البروتينات ، مما يؤدي إلى تثبيط نشاط الإنزيم. هذه الظاهرة تجعل من الممكن دراسة طبيعة المخلفات الجانبية للأحماض الأمينية المتضمنة في هذا التفاعل الأنزيمي. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار العديد من التفاصيل الدقيقة التي تجعل التفسير الواضح للنتائج التي يتم الحصول عليها باستخدام مثبطات محددة أمرًا صعبًا إلى حد ما وغالبًا ما يكون مشكوكًا فيه. بادئ ذي بدء ، لكي يكون التفاعل مع المانع مناسبًا لدراسة طبيعة السلاسل الجانبية المتضمنة في التفاعل ، يجب أن يستوفي المعايير التالية:

) كن محددًا ، أي يجب أن يمنع المانع المجموعات المرغوبة فقط ؛

) يثبط نشاط الإنزيم ، ويجب أن يكتمل هذا التثبيط مع زيادة عدد المجموعات المعدلة ؛

) يجب ألا يسبب الكاشف تمسخًا غير نوعي للبروتين.

هناك مجموعتان من المثبطات: تأثير قابل للعكس ولا رجوع فيه. يعتمد التقسيم على معيار استعادة نشاط الإنزيم بعد غسيل الكلى أو تخفيف قوي لمحلول إنزيم مع مثبط.

وفقًا لآلية العمل ، يتم تمييز التثبيط التنافسي وغير التنافسي وغير التنافسي والركيزة والخيفي.

تثبيط المنافسة

تم اكتشاف التثبيط التنافسي في دراسة التثبيط الناتج عن نظائر الركيزة. هذا هو تثبيط التفاعل الأنزيمي الناجم عن الارتباط بالمركز النشط لإنزيم مثبط مشابه في بنية الركيزة ويمنع تكوين مركب الركيزة الإنزيمية. في التثبيط التنافسي ، يتنافس المانع والركيزة ، المتشابهان في الهيكل ، على الموقع النشط للإنزيم. مركب الجزيئات ، الأكبر حجمًا ، يرتبط بالمركز النشط.

تم تأكيد هذه الأفكار حول آلية التثبيط من خلال التجارب على حركية تفاعلات التثبيط التنافسي. وهكذا ، فقد تبين أنه في حالة التثبيط التنافسي ، لا يؤثر التناظرية الركيزة على معدل تحلل الإنزيم المركب المكون بالفعل ؛ عند استخدام فائض "كبير بلا حدود" من الركيزة ، يتم الحصول على نفس المعدل الأقصى في كل من وجود أو عدم وجود مثبط. على العكس من ذلك ، يؤثر المانع على قيمة ثابت التفكك وثابت ميكايليس. من هذا يمكننا أن نستنتج أن المانع يتفاعل مع مجموعات البروتين المشاركة بطريقة أو بأخرى في ربط الركيزة ، وبالتالي ، نظرًا لتفاعلها مع هذه المجموعات ، تنخفض قوة ارتباط الركيزة (أي عدد جزيئات الإنزيم القادرة على الارتباط الركيزة النقصان).

في وقت لاحق ، تبين أن التثبيط التنافسي الحركي يمكن أن يحدث ليس فقط عن طريق نظائر الركيزة ، ولكن أيضًا عن طريق الكواشف الأخرى ، التي يختلف تركيبها الكيميائي تمامًا عن تركيب الركيزة. في هذه الحالات ، كان من المفترض أيضًا أن هذا الكاشف يتفاعل مع المجموعة المسؤولة عن ربط الركيزة.

هناك احتمالان نظريًا للتثبيط التنافسي:

1) تتداخل مواقع الربط والتحفيز للإنزيم ؛ المانع يرتبط بهم ، لكنه يؤثر فقط على مجموعات مركز الارتباط ؛

2) يتم عزل مركز الارتباط والمركز الحفاز في جزيء الإنزيم مكانيًا ؛ المانع يتفاعل مع موقع الربط.

حيث أنا مثبط ، و K I هو ثابت التفكك لمركب مثبط الإنزيم.

المعدل النسبي (نسبة معدل التفاعل الأنزيمي المقاسة في وجود مثبط (v i) , إلى السرعة القصوى) يساوي

v i / V = ​​/ [E] T.

منذ ذلك الحين بالنسبة للتركيز الكلي للإنزيم هذا صحيح

[E] T = [E] + +

ثم 1 / v i = (K s / V [S]) (1 + [I] / K I) + 1 / V

من الواضح ، إذا [I] = K I , ثم يصبح منحدر الخط المستقيم أكبر بمرتين من اعتماد 1 / v 0 على [S] (v 0 هو معدل التفاعل الأنزيمي في حالة عدم وجود مثبط).

عادة ما يتم تحديد نوع التثبيط بيانيا. من السهل التعرف على التثبيط التنافسي من خلال رسم مخططات Lineweaver-Burk (أي المؤامرات في 1 / v i و 1 / [S]) بتركيزات مختلفة من المثبطات. مع التثبيط التنافسي الحقيقي ، يتم الحصول على مجموعة من الخطوط المستقيمة التي تختلف في ظل زاوية الانحدار وتتقاطع مع المحور y (المحور 1 / v i) في نقطة واحدة. في أي تركيز للمثبط ، من الممكن استخدام مثل هذا التركيز العالي من الركيزة بحيث يكون نشاط الإنزيم في أقصى حد.

مثال على التثبيط التنافسي هو تأثير المواد المختلفة على نشاط نازعة هيدروجين السكسينات. هذا الإنزيم هو جزء من النظام الدوري الأنزيمي - دورة كريبس. الركيزة الطبيعية لها هي السكسينات ، ومثبطها التنافسي هو أوكسالأسيتات ، وهو منتج وسيط من نفس دورة كريبس:

مثبط تنافسي مماثل لسكسينات ديهيدروجينيز هو حمض مالونيك ، والذي يستخدم غالبًا في البحوث البيوكيميائية.

يعتمد عمل العديد من المستحضرات الدوائية والمبيدات الحشرية المستخدمة لتدمير الآفات الزراعية وعوامل الحرب الكيميائية على مبدأ المنع التنافسي.

على سبيل المثال ، مجموعة من الأدوية المضادة لإنزيم الكولينستريز ، والتي تشمل مشتقات قواعد الأمونيوم الرباعية ومركبات الفسفور العضوي ، هي مثبطات تنافسية لإنزيم الكولينستراز فيما يتعلق بركيزة أستيل كولين. يحفز الكولينستريز التحلل المائي لأسيتيل كولين ، وهو وسيط للأنظمة الكولينية (المشابك العصبية والعضلية ، والجهاز السمبتاوي ، وما إلى ذلك). تتنافس مواد Anticholinesterase مع أستيل كولين على الموقع النشط للإنزيم وترتبط به وتوقف النشاط التحفيزي للإنزيم. تعمل أدوية مثل prozerin و physostigmine و sevin على تثبيط الإنزيم بشكل عكسي ، بينما تعمل أدوية الفوسفور العضوي مثل armin و nibufin و chlorophos و soman بشكل لا رجعة فيه ، مما يؤدي إلى فسفرة المجموعة التحفيزية للإنزيم. نتيجة لعملهم ، يتراكم الأسيتيل كولين في تلك المشابك حيث يكون وسيطًا للإثارة العصبية ، أي تسمم الكائن الحي بواسطة الأسيتيل كولين المتراكم. يختفي عمل المثبطات القابلة للعكس تدريجيًا ، نظرًا لأنه كلما زاد تراكم الأسيتيل كولين ، زادت سرعة إزاحته للمثبط من المركز النشط للكولينستريز. سمية المثبطات التي لا رجعة فيها أعلى بما لا يقاس ؛ لذلك ، فهي تستخدم لمكافحة الآفات الزراعية والحشرات المنزلية والقوارض (على سبيل المثال ، الكلوروفوس) وكعوامل حرب كيميائية (على سبيل المثال ، السارين ، سومان ، إلخ).

تثبيط غير تنافسي

في التثبيط غير التنافسي ، لا يؤثر المثبط المحدد على ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية. من ناحية أخرى ، يكون الحد الأقصى لمعدل التفاعل الذي يمكن تحقيقه أقل في وجود المثبط منه في حالة عدم وجوده ، حتى عند وجود فائض كبير بشكل لا نهائي من الركيزة. يثبت وجود المثبط أن المانع يرتبط بالبروتين. يشير ثبات ثابت التفكك في وجود وغياب المانع بدوره إلى أنه ، على عكس الركيزة ، يرتبط المثبط بمجموعة أخرى. من وجهة نظر نظرية ، يمكن تفسير آلية هذا التثبيط بطرق مختلفة.

أ) يختلف موقع الارتباط والموقع الحفاز للإنزيم. في هذه الحالة ، يقلل المانع المرتبط بالمركز الحفاز من نشاط الإنزيم والحد الأقصى الذي يمكن تحقيقه
السرعة دون التأثير على تكوين مركب الركيزة الإنزيمية.

ب) يتداخل موقع الربط والموقع الحفاز
سطح الإنزيم ، والمثبط يرتبط بمجموعات أخرى من البروتين. بسبب ارتباط المثبط بسطح الإنزيم ، تتغير معلومات البروتين وتصبح غير مواتية لتنفيذ التحفيز.

ج) لا يرتبط المثبط بالموقع الحفاز أو موقع الارتباط ، وبالتالي لا يؤثر على تشكيل البروتين. ومع ذلك ، يمكن أن يغير محليًا توزيع الشحنة على منطقة من سطح البروتين. يمكن أن يحدث تثبيط النشاط أيضًا في هذه الحالة إذا ، على سبيل المثال ، أصبح تأين المجموعات الضرورية لإظهار النشاط مستحيلًا ، أو إذا حدث ، على العكس من ذلك ، تأين المجموعات النشطة فقط في شكل غير مؤين. يتم ملاحظة هذه الظاهرة بشكل أساسي عند استخدام الكواشف شديدة الحموضة أو القلوية بشدة.

لا يؤثر المانع والركيزة على ارتباط كل منهما بالأنزيم ، لكن مجمعات الإنزيم التي تحتوي على المثبط تكون غير نشطة تمامًا. في هذه الحالة ، يمكن افتراض المراحل الابتدائية التالية:

v i / V = ​​/ [E] T.

[E] T = [E] + + +

/ v i = (K s / V [S]) (1 + [I] / K I) + (1 / V) (1 + [I] / K I)

إذا كان [I] = K I ، فإن منحدرات الخطوط المستقيمة وإحداثيات نقطة التقاطع مع المحور الرأسي تتضاعف مقارنة بـ 1 / v 0.

المثبطات غير التنافسية ، على سبيل المثال ، السيانيد ، التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحديد الحديديك ، وهو جزء من الموقع التحفيزي لإنزيم الهيمين - السيتوكروم أوكسيديز. يؤدي حصار هذا الإنزيم إلى إيقاف السلسلة التنفسية وتموت الخلية. تشمل مثبطات الإنزيم غير التنافسية أيونات المعادن الثقيلة ومركباتها العضوية. لذلك ، فإن أيونات المعادن الثقيلة من الزئبق والرصاص والكادميوم والزرنيخ وغيرها شديدة السمية. إنها تحجب ، على سبيل المثال ، مجموعات SH المدرجة في الموقع التحفيزي للإنزيم.

المثبطات غير التنافسية هي السيانيد ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحديد ، وهو جزء من الموقع التحفيزي للإنزيم الهيميك - أوكسيديز السيتوكروم. يؤدي حصار هذا الإنزيم إلى إيقاف السلسلة التنفسية وتموت الخلية. من المستحيل إزالة عمل المانع غير التنافسي الذي يحتوي على فائض من الركيزة (كعمل منافس) ، ولكن فقط مع المواد التي تربط المانع - المنشطات.

تستخدم المثبطات غير التنافسية كعوامل دوائية ومواد سامة لمكافحة الآفات في الزراعة وللأغراض العسكرية. في الطب ، يتم استخدام المستحضرات المحتوية على الزئبق والزرنيخ والبزموت ، والتي تثبط بشكل غير تنافسي الإنزيمات في خلايا الجسم أو البكتيريا المسببة للأمراض ، والتي تحدد تأثيرها أو ذاك. في حالة التسمم ، يمكن ربط السم أو إزاحته من مركب مثبط الإنزيم بمساعدة المنشطات. وتشمل هذه المركبات المحتوية على SH (السيستين ، ديمركابتوبروبانول) ، وحمض الستريك ، وحمض إيثيلين أمينيتتراسيتيك ، إلخ.

تثبيط غير تنافسي

يسمى هذا النوع من التثبيط أيضًا التثبيط المضاد للمنافسة في الأدبيات. أو تثبيط مرتبط , ومع ذلك ، فإن مصطلح "تثبيط غير تنافسي" هو الأكثر استخدامًا. تتمثل خاصية هذا النوع من التثبيط في أن المثبط غير قادر على الارتباط بالإنزيم ، ولكنه يرتبط بمركب الركيزة الإنزيمية.

في حالة التثبيط غير التنافسي ، يكون المركب المحتوي على المانع غير نشط:

v i / V = ​​/ [E]

[E] T = [E] + +

/ v i = Ks / V [S] + (1 / V) (1 + [I] / K I)

تثبيط الركيزة

تثبيط الركيزة هو تثبيط تفاعل إنزيمي ناتج عن زيادة في الركيزة. يحدث هذا التثبيط بسبب تكوين مركب الركيزة الإنزيمية غير القادر على الخضوع للتحولات التحفيزية. يعتبر مركب ES 2 غير منتج ويجعل جزيء الإنزيم غير نشط. يحدث تثبيط الركيزة بسبب وجود فائض في الركيزة ، وبالتالي ، يتم إزالتها عندما ينخفض ​​تركيزها.

تثبيط خيفي

يعتبر التنظيم الخيفي مميزًا فقط لمجموعة خاصة من الإنزيمات ذات البنية الرباعية ، والتي لها مراكز تنظيمية لربط المؤثرات الخيفية. تعمل المؤثرات السلبية التي تمنع تحويل الركيزة في الموقع النشط للإنزيم كمثبطات خيفية. على العكس من ذلك ، تعمل المؤثرات الخيفية الإيجابية على تسريع التفاعل الإنزيمي ، وبالتالي يشار إليها باسم المنشطات الخيفية. غالبًا ما تكون المؤثرات الخيفية للإنزيمات عبارة عن مستقلبات مختلفة ، بالإضافة إلى الهرمونات وأيونات المعادن والإنزيمات المساعدة. في حالات نادرة ، تلعب جزيئات الركيزة دور المؤثر الخيفي للإنزيمات.

تتمثل آلية عمل مثبطات الخيف على الإنزيم في تغيير شكل الموقع النشط. يكون الانخفاض في معدل التفاعل الأنزيمي إما نتيجة لزيادة K · m أو انخفاض في الحد الأقصى للمعدل V max عند نفس تركيزات الركيزة المشبعة ، أي الانزيم خاملا جزئيا.

تختلف إنزيمات Allosteric عن الإنزيمات الأخرى في منحنىها المحدد على شكل حرف S لمعدل التفاعل مقابل تركيز الركيزة. هذا المنحنى مشابه لمنحنى تشبع الأكسجين للهيموجلوبين ؛ إنه يشير إلى أن المراكز النشطة للوحدات الفرعية لا تعمل بشكل مستقل ، ولكن بشكل تعاوني ، أي يتم تحديد تقارب كل مركز نشط تالٍ للركيزة من خلال درجة تشبع المراكز السابقة. يتم تحديد العمل المنسق للمراكز من قبل المؤثرات الخيفية.

يتجلى التنظيم الخيفي في شكل تثبيط بواسطة المنتج النهائي للإنزيم الأول في السلسلة. لا يشبه هيكل المنتج النهائي بعد سلسلة من التحولات للمادة الأولية (الركيزة) الركيزة ، لذلك يمكن أن يعمل المنتج النهائي على الإنزيم الأولي للسلسلة فقط كمثبط خيفي (المستجيب). ظاهريًا ، يشبه هذا التنظيم التنظيم بواسطة آلية التغذية الراجعة ويسمح لك بالتحكم في إخراج المنتج النهائي ، في حالة تراكم توقف عمل الإنزيم الأول في السلسلة. على سبيل المثال ، يحفز أسبارتاتي كاربامويل ترانسفيراز (ACTase) أول تفاعل من ستة تفاعلات في تخليق ثلاثي فوسفات السيتدين (CTP). CTP هو مثبط خيفي AKTase. لذلك ، عندما يتراكم CTP ، يحدث تثبيط AKTase ويتوقف تخليق CTP. تم اكتشاف التنظيم الخيفي للأنزيمات بمساعدة الهرمونات. على سبيل المثال ، هرمون الاستروجين هو مثبط خيفي لإنزيم نازعة هيدروجين الجلوتامات ، والذي يحفز نزع أمين حمض الجلوتاميك.

وهكذا ، حتى أبسط معادلة حركية للتفاعل الأنزيمي تحتوي على العديد من المعلمات الحركية ، كل منها يعتمد على درجة الحرارة والبيئة التي يحدث فيها التفاعل.

لا تجعل المثبطات من الممكن فهم جوهر التحفيز الإنزيمي فحسب ، بل هي أيضًا نوع من الأدوات لدراسة دور التفاعلات الكيميائية الفردية ، والتي يمكن إيقافها على وجه التحديد بمساعدة مثبط لإنزيم معين.

3. بعض الأجهزة مفيدة لتحديد معدلات التفاعل الأولية

تؤدي العديد من مشاكل الخواص الحركية الإنزيمية إلى تحديد معدلات التفاعل الأولية (v 0). الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي أن قيم v0 المحددة في اللحظة الأولى من الوقت ستعطي التمثيل الأكثر دقة لنشاط الإنزيمات قيد الدراسة ، نظرًا لأن منتجات التفاعل المتراكمة ليس لديها الوقت بعد لممارسة المثبط التأثير على الإنزيم ، بالإضافة إلى ذلك ، يكون نظام التفاعل في حالة توازن ثابت.

ومع ذلك ، في الممارسة المعملية ، عند استخدام تقنيات القياس الطيفي التقليدية ، أو القياس بالمعايرة ، أو غيرها من التقنيات لتسجيل تقدم مثل هذه التفاعلات ، في أحسن الأحوال ، حتى 15-20 ثانية من الوقت الأولي لإدخال الإنزيم إلى الركيزة ، وخلط نظام التفاعل ، يتم فقد إنشاء الخلية ، وما إلى ذلك. وهذا غير مقبول ، لأنه في هذه الحالة يصل الظل إلى النقطة التي يكون فيها tg ά 2< tg ά 1 . Не компенсируется потеря начального времени и при математической обработке таких кривых при записи выхода v 0 на максимальный уровень (V). Кроме того, протекание реакций без يزداد الخلط المستمر تعقيدًا بسبب التقلبات في تركيزات الكواشف حسب الحجم.

الأجهزة البسيطة المقترحة أدناه لمقياس الطيف الضوئي ، ومقياس الأس الهيدروجيني ، وما شابه ذلك تجعل من الممكن تقليل مصادر الأخطاء المشار إليها بشكل كبير في تحديد v 0.

3.1 جهاز لمقياس الطيف الضوئي

يتكون جهاز مقياس الطيف الضوئي من موزع 1 وخيط تفلون دوار 2 (محرك) وغطاء تثبيت 3.

الموزع عبارة عن ماصة مجهرية ، يتكون أحد طرفيها من إبرة 4 ، والآخر - مع اتساع 5 (لمنع الإنزيم من دخول الطرف المطاطي 6).

غطاء التفلون 3 الذي يغطي الكوفيت الطيفي 7 به فتحتان: واحد (8) في وسط الغطاء ، والثاني (9) فوق منتصف الفجوة بين الجدار المعتم للحاوية 7 والشعاع الضوئي 10. تفلون الأنبوب 11 (القطر الداخلي 1 - 1.5 مم) مثبت في أحد طرفيه في الفتحة 9 ، والآخر - على حافة ثابتة 12 أمام دوار المحرك 13. يتم إدخال خيط تفلون 2 داخل الأنبوب (سمك الخيط 0.5-0.6 مم ). يتم تثبيت أحد طرفي الخيط على الدوار الدوار للمحرك 13 ، والثاني - الذي يتم تمريره في الكوفيت 7 - على شكل حلزوني (لتعزيز الخلط). يتم تحديد موضع الخيط بواسطة غطاء التثبيت 3 ، بغض النظر عن مسافة المحرك ، وهو مناسب عند العمل الذي يتطلب تغييرات متكررة في الصناديق.

مبدأ التشغيل.يتم تعبئة كفيت الكوارتز في مقياس الطيف الضوئي 7 بالركيزة 14 (حوالي 1.5-2.0 مل) ، يتم إدخالها في حامل الكوفيت الحراري لمقياس الطيف الضوئي ، مغلق بغطاء 3 مع خيط تفلون دوار 2 ، مغمور في الركيزة 14 ، ويتم تنفيذ جميع العمليات الإضافية بالفعل في شعاع ضوء مقياس الطيف الضوئي وتسجيلها على المسجل.

في بداية العمل ، يتم خلط الركيزة ، ويكتب قلم المسجل خطًا أفقيًا مسطحًا (أو "صفر"). يتم إدخال الموزع (مع الإنزيم) في الفتحة 8 (يتم غمر الإبرة في محلول الركيزة 14) ، عن طريق الضغط بسرعة على الطرف 6 ، يتم إدخال الإنزيم (عادةً حوالي 0.03-0.05 مل) في الركيزة ، والموزع تم حذفه. ينتهي خلط المكونات في 2.5-3 ثانية ، ويصلح قلم المسجل بداية التفاعل عن طريق انحراف منحنى الكثافة الضوئية (A) مقابل الوقت.

يتيح هذا الجهاز أيضًا إمكانية أخذ عينات من نظام التفاعل لتحليلها ؛ إضافة مثبطات ومنشطات للنظام ؛ تغيير ظروف التفاعل (تغيير الأس الهيدروجيني ، والقوة الأيونية ، وما إلى ذلك) دون الإخلال بتسجيل مسار التفاعل ، وهو أمر مريح للغاية ، على سبيل المثال ، عند دراسة الانقسام ن-NFF "الحمضية" الفوسفاتيز ، حيث انقسام ن- يتم إجراء NFF عند درجة الحموضة 5.0 (أو درجة الحموضة 6-7) ، ويتم تحديد نشاط الإنزيمات من خلال التراكم ن- أيونات النيتروفينولات عند درجة الحموضة 9.5-10.0.

مثل هذا الجهاز مناسب أيضًا لإجراء المعايرة الطيفية للإنزيمات ، إلخ.

3.2 جهاز لمقياس الأس الهيدروجيني

يتكون الجهاز الخاص بمقياس الأس الهيدروجيني من طرف معدل من قطب التدفق 1 وشبه ميكروسيل 2 وموزع 3 ودائرة إلكترونية لتوصيل مقياس الأس الهيدروجيني بالمسجل. بالإضافة إلى ذلك ، يشتمل الجهاز على قطب كهربائي قياسي لمقياس الأس الهيدروجيني (4) ، وغطاء حامل خلية (5) ، وغرفة تدفق ثرموستاتي (6) ، ومحلول ركيزة (7) ، ومغناطيس سلبي (8) ، ومغناطيس نشط ( 9).

يتم استبدال الطرف القياسي لقطب التدفق لمقياس الأس الهيدروجيني (LPU-01) بأنبوب تفلون 1 (القطر الداخلي 1.3-1.5 مم) ، مملوء بخيط الأسبستوس ، ومعالج مسبقًا بمحلول KCl مشبع. يتم التحكم في كثافة تعبئة الخيط بحيث يكون معدل تدفق محلول KCl عبر الأنبوب قريبًا من معدل تدفق القطب الأصلي غير المعدل. هذا الاستبدال للطرف يجعل من الممكن تقليل حجم خلية العمل الأصلية من 20-25 إلى 2 مل ، مما يجعل من الممكن التعامل مع الحد الأدنى من الأحجام (1.5 مل) من محاليل مستحضرات كيميائية حيوية باهظة الثمن.

تتكون الدائرة الإلكترونية لتوصيل عداد الأس الهيدروجيني (LPU-01) بالمُسجل من مصدر طاقة (بطارية تيار مستمر 12 فولت) ، ومقاومة سلك متغيرة R 1 (10-100 أوم) ، والتي تحدد جهد 9 فولت عند D809 zener diode وفقًا لقراءة الفولتميتر ، مقاومة السلك المتغيرة R 2 (15-150 أوم) ، والتي تنظم إعداد "الصفر" (النقطة المرجعية) لقراءات مقياس الأس الهيدروجيني على مقياس المسجل ، والسلك المتغير المقاومة R 3 (35-500 أوم) ، والتي تنظم مقياس التوسع (التضخيم) لقراءات مقياس الأس الهيدروجيني - متر على المسجل. تعمل الدائرة بشكل موثوق حتى ينخفض ​​جهد المصدر إلى أقل من 9 فولت.

مبدأ التشغيل.يتم إدخال 1.5 مل من الركيزة في الخلية (أسطوانة زجاجية 1.7x2.4 سم) ، ويتم تثبيت الخلية على غطاء التثبيت 5. يتم تشغيل التحريك 9 ، ويكتب قلم المسجل كلمة زوجية (أساسية) خط مرجعي. بمساعدة موزع ، يتم إدخال 0.03 مل من محلول الإنزيم في الركيزة ، ويقوم قلم المسجل بإصلاح بداية التفاعل عن طريق انحراف منحنى الأس الهيدروجيني مقابل الوقت (t).

مثل هذا الجهاز لا يحل محل الرقم الهيدروجيني ، ولكن مع الأخذ في الاعتبار إمكانية توسيع مقياس مقياس الأس الهيدروجيني ، فإنه يسمح لك بتسجيل تغييرات طفيفة في الرقم الهيدروجيني 0.004-0.005 بشكل موثوق.

3.3 مساطر Nomogram ، ملائمة لتحديد السرعة الأولية

يتمثل التعقيد الكبير في تحديد السرعة الأولية في طريقة الظل في حساب نسب التغيرات في تركيزات الكواشف (Δ [S]) لكل وحدة زمنية (t) ، أي التعبير v 0 في م / دقيقة من الظروف التي

v 0 = lim Δ [S] / Δt، at، t 0.

من الناحية العملية ، يتكون هذا الإجراء عادةً من ثلاث أو أربع عمليات منفصلة: يتم رسم الظل إلى القسم الأولي من منحنى التفاعل ، ثم عدد وحدات القيمة المسجلة (الكثافة البصرية ، زاوية الدوران ، إلخ) لكل عنصر معين. يتم حساب الفاصل الزمني ، وهذا يؤدي إلى وحدة زمنية ، وأخيرًا ، إعادة حساب قراءات المسجل للتغيير في تركيز الكاشف لمدة دقيقة واحدة (M / min). يتيح النوعان المقترحان من مسطرة الرسم البياني إمكانية تبسيط هذا الإجراء.

مسطرة مستطيلة. v 0 هي النسبة Δ [S] / Δt ، أي tg ά ، حيث هي زاوية ميل المماس لمحور الوقت t. المماس نفسه هو أيضًا وتر المثلث الأيمن المقابل مع الأرجل [S] و t. كلما كان v 0 أكبر ، كلما كان منحدر المماس أكثر انحدارًا. لذلك ، إذا قصرنا أنفسنا على فترة زمنية معينة ، على سبيل المثال دقيقة واحدة ، فسنحصل على سلسلة من المثلثات القائمة الزاوية بقيم مختلفة للساق [S] (في الواقع ، قيم مختلفة لـ v 0) . ومع ذلك ، إذا كانت كلتا الساقين متدرجتين: أفقيًا - بوحدات مرجعية زمنية (دقيقة واحدة) ، وعموديًا - بوحدات تغيير في تركيزات الكاشف ، على سبيل المثال ، بالمليمترات (مم) ، وقم بتطبيق المقاطع الناتجة على تنسيق مناسب من مادة شفافة (زجاج شبكي بسمك 2 مم تقريبًا) ، يمكنك الحصول على مسطرة مناسبة لتحديد معدلات التفاعل الأولية. تتم طباعة جميع الأرقام والأسطر على الجانب الخلفي من المسطرة لإزالة أخطاء اختلاف المنظر عند تحديد v 0.

يتم تقليل إجراء تحديد v 0 في هذه الحالة إلى عمليتين بسيطتين: يتم رسم الظل إلى القسم الأولي من المنحنى الحركي t 2 ودمج نقطة الصفر للضلع الأفقي t للمسطرة مع بداية المماس ، فإن استمرار الظل سوف يتخطى الآن مقياس التركيز [S] عند النقطة التي تحدد قيمة v 0 في M / min (عندما الساق t أفقية ، ولا يلزم إجراء عمليات إضافية.

خط القوس.يمكن تبسيط إجراء تحديد v 0 إلى عملية واحدة إذا تم رسم مقياس التركيز على طول قوس بنصف قطر معين.

يتم تطبيق خط مستقيم 2 ("أساسي") على لوح من مادة شفافة (يتم أيضًا تطبيق جميع الأرقام والخطوط على الجانب الخلفي من المسطرة) ومن نقطة الصفر (t = 0 ، min) لهذا الخط مع نصف القطر يساوي طول الساق t = 1 دقيقة [ ، ارسم قوسًا [S] ، من أعلى إلى أسفل حيث يتم وضع مقياس التغيرات في تركيزات الكاشف (على سبيل المثال ، الركيزة في مم).

تم استخدام أنواع المساطر الموصوفة وجهاز مقياس الطيف الضوئي ومقياس الأس الهيدروجيني لعدد من السنوات لتحديد معدلات التفاعل الأولية (v 0) ، في دراسة خصوصية الركيزة للأنزيمات ، والمعايرة الطيفية ، إلخ.

استنتاج

في هذا البحث ، تم الأخذ في الاعتبار قسم من الأنزيمات يدرس اعتماد معدل التفاعلات الكيميائية المحفزة بواسطة الإنزيمات على عدد من العوامل البيئية. يعتبر مؤسسو هذا العلم هم ميكايليس ومينتن ، الذين نشروا نظريتهم عن الآلية العامة التفاعلات الأنزيمية ، مشتقة معادلة أصبحت المبدأ الأساسي لجميع الدراسات الحركية للإنزيمات ، وهي بمثابة نقطة انطلاق لأي وصف كمي لعمل الإنزيمات. معادلة ميكايليس-مينتين الأصلية هي معادلة زائدية. ساهم Lineweaver و Burke في علم الحركة من خلال تحويل معادلة Michaelis-Menten والحصول على رسم بياني لخط مستقيم يمكن من خلاله تحديد قيمة V max بدقة أكبر.

بمرور الوقت ، يتناقص التغيير في معدل التفاعل الإنزيمي في التفاعل الإنزيمي في ظل الظروف التجريبية. يمكن أن يحدث انخفاض في المعدل بسبب عدد من العوامل: انخفاض في تركيز الركيزة ، وزيادة تركيز المنتج التي يمكن أن يكون لها تأثير مثبط ، والتغيرات في الرقم الهيدروجيني للمحلول ، والتغيرات في يمكن أن تحدث درجة حرارة الوسط. وهكذا ، لكل ارتفاع في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية ، يتضاعف معدل التفاعل أو حتى أقل. تعمل درجة الحرارة المنخفضة بشكل عكسي على تعطيل نشاط الإنزيمات. يشير اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على الرقم الهيدروجيني إلى حالة المجموعات الوظيفية للمركز النشط للإنزيم. يتفاعل كل إنزيم بشكل مختلف مع التغيرات في درجة الحموضة. يمكن إيقاف التفاعلات الكيميائية من خلال العمل عليها بأنواع مختلفة من التثبيط. يمكن تحديد معدل التفاعل الأولي بسرعة وبدقة بمساعدة أجهزة مثل مساطر الرسم البياني وجهاز مقياس الطيف الضوئي ومقياس الأس الهيدروجيني. هذا يسمح بالتمثيل الأكثر دقة لنشاط الإنزيمات المدروسة.

كل هذا يستخدم بنشاط اليوم في الممارسة الطبية.

قائمة المصادر المستخدمة

1. Belyasova N.A. الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية. - مينسك: دار الكتاب ، 2004. - 416 صفحة ، مريض.

Keleti T. أساسيات الخواص الحركية الأنزيمية: Per. من الانجليزية. - م: مير ، 1990. -350 ص ، ص.

3. Knorre D.G. الكيمياء البيولوجية: Proc. للكيماويات ، بيول. والعسل. متخصص. الجامعات. - الطبعة الثالثة ، القس. - م: العالي. المدرسة 2002. - 479 ص: مريض.

4 - كروبيانينكو ف. طريقة المتجهات لتمثيل التفاعلات الأنزيمية. - م: نوكا ، 1990. - 144 ص.

5. Lehninger أ. الكيمياء الحيوية. القواعد الجزيئية لبنية الخلية ووظيفتها: Per. من الانجليزية. - م: مير ، 1974.

6. Stroev E.A. الكيمياء البيولوجية: كتاب مدرسي للصيدلة. in-tov والصيدلة. مزيف. عسل. الرفيق. - م: المدرسة العليا ، 1986. - 479 ص.

سيفرين إ. الكيمياء الحيوية. أ. - الطبعة الخامسة. - م: GEOTAR - ميديا ​​، 2009. - 786 ص.

يدرس هذا القسم من علم الإنزيمات تأثير العوامل المختلفة على معدل التفاعل الإنزيمي. مع الأخذ في الاعتبار المعادلة العامة للحفز الإنزيمي للتفاعل القابل للانعكاس لتحول ركيزة واحدة إلى منتج واحد (1) ،

يجب تسمية العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل التفاعل الأنزيمي: تركيز الركيزة [S] ، وتركيز الإنزيم [E] ، وتركيز منتج التفاعل [P].

يمكن وصف تفاعل بعض الإنزيمات مع ركائزها من خلال منحنى قطعي لاعتماد معدل التفاعل الإنزيمي V على تركيز الركيزة [S] (الشكل 19):

الشكل 19. اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على تركيز الركيزة.

يمكن تمييز ثلاثة أجزاء على هذا المنحنى ، والتي يمكن تفسيرها من خلال مواضع آلية تفاعل الإنزيم مع الركيزة: OA هو جزء من الاعتماد النسبي المباشر لـ V على [S] ، المواقع النشطة للإنزيم تمتلئ تدريجياً بجزيئات الركيزة بتكوين ES معقد غير مستقر ؛ القسم AB - الاعتماد المنحني للخطوط V على [S] ، لم يتحقق التشبع الكامل للمراكز النشطة للإنزيم بجزيئات الركيزة. المركب ES قبل الوصول إلى الحالة الانتقالية غير مستقر ، ولا يزال احتمال التفكك الخلفي إلى E و S مرتفعًا ؛ القسم قبل الميلاد - يتم وصف الاعتماد بواسطة معادلة صفرية ، القسم موازٍ لمحور [S] ، يتحقق التشبع الكامل للإنزيمات النشطة بجزيئات الركيزة ، V = V كحد أقصى.

الشكل المميز للمنحنى موصوف رياضيًا بواسطة معادلة بريجز هالدين:

V = V max ● [S] / Km + [S] (2) ،

حيث Km هو ثابت Michaelis-Menten ، مساويًا عدديًا لتركيز الركيزة الذي يكون فيه معدل التفاعل الإنزيمي يساوي نصف V كحد أقصى.

كلما انخفض K m من الإنزيم ، كلما زادت تقارب الإنزيم مع الركيزة ، زادت سرعة الوصول إلى حالة الانتقال للركيزة ، وتحولت إلى منتج تفاعل. يعد البحث عن قيم Km لكل ركيزة من ركائز الإنزيم مع خصوصية المجموعة أمرًا مهمًا في تحديد الدور البيولوجي لهذا الإنزيم في الخلية.

بالنسبة لمعظم الإنزيمات ، من المستحيل إنشاء منحنى قطعي (الشكل 19). في هذه الحالة ، يتم استخدام طريقة التبادلية المزدوجة (Lineweaver-Burk) ، أي تم رسم تبعية بيانية لـ 1 / [V] على 1 / [S] (الشكل 20). طريقة تكوين مثل هذه المنحنيات في التجربة مريحة للغاية عند دراسة تأثير أنواع مختلفة من المثبطات على نشاط الإنزيمات (انظر النص أدناه).

الشكل 20. قطعة 1 / [V] مقابل 1 / [S] (طريقة Lineweaver-Burk) ،

حيث منطقة القطع y - ، و x - منطقة القطع - ، ظل الزاوية α -.

اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي V على تركيز الإنزيم [E].

يتم أخذ هذا الاعتماد الرسومي (الشكل 21) في الاعتبار عند درجة الحرارة المثلى ودرجة الحموضة للبيئة ، عند تركيزات الركيزة التي تكون أعلى بكثير من تركيز تشبع المواقع النشطة للإنزيم.

أرز. 21. تأثير تركيز الانزيم على معدل التفاعل الانزيمى.

اعتماد معدل التفاعل الإنزيمي على تركيز العامل المساعد أو الإنزيم المساعد.بالنسبة للإنزيمات المعقدة ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن نقص أشكال الإنزيم المساعد من الفيتامينات في نقص فيتامين ، يؤدي انتهاك تناول أيونات المعادن في الجسم بالضرورة إلى انخفاض في تركيز الإنزيمات المقابلة اللازمة لمسار التمثيل الغذائي العمليات. لذلك ، يجب أن نستنتج أن نشاط الإنزيم يعتمد بشكل مباشر على تركيز العامل المساعد أو الإنزيم المساعد.

تأثير تركيز المنتجات على معدل التفاعل الأنزيمي.بالنسبة للتفاعلات العكوسة التي تحدث في جسم الإنسان ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن نواتج التفاعل المباشر يمكن أن يستخدمها الإنزيم كركائز للتفاعل العكسي. لذلك ، يعتمد اتجاه التدفق ولحظة الوصول إلى V max على نسبة تركيزات الركائز الأولية ونواتج التفاعل. على سبيل المثال ، نشاط alanine aminotransferase ، الذي يحفز التحول:

ألانين + ألفا كيتوجلوتارات ↔ بيروفات + جلوتامات

يعتمد في الخلية على نسبة التركيزات:

[ألانين + ألفا كيتوجلوتارات] / [بيروفات + جلوتامات].

آلية عمل الإنزيم. نظريات التحليل الإنزيمي

تزيد الإنزيمات ، مثل المحفزات غير البروتينية ، من معدل التفاعل الكيميائي بسبب قدرتها على خفض طاقة التنشيط لهذا التفاعل. تُحسب طاقة التنشيط للتفاعل الأنزيمي على أنها الفرق بين قيمة الطاقة في نظام التفاعل المستمر الذي وصل إلى حالة الانتقال والطاقة المحددة في بداية التفاعل (انظر الاعتماد الرسومي في الشكل 22).

أرز. 22. الاعتماد الرسومي لحالة الطاقة لتفاعل كيميائي بدون إنزيم (1) وفي وجود إنزيم (2) على وقت التفاعل.

مكنت أعمال ف. هنري ، وعلى وجه الخصوص ، L. Michaelis ، M. Menten في دراسة آلية التفاعلات الأنزيمية العكوسة أحادية الركيزة ، من افتراض أن الإنزيم E يتحد أولاً بشكل عكسي وبسرعة نسبية مع ركائزه S لتشكيل مركب الركيزة الإنزيمية (ES):

E + S.<=>إس (1)

يحدث تكوين ES بسبب الروابط الهيدروجينية ، والتفاعلات الكهروستاتيكية ، والتفاعلات الكارهة للماء ، وفي بعض الحالات روابط تساهمية ، وتنسيق بين الجذور الجانبية لبقايا الأحماض الأمينية للمركز النشط والمجموعات الوظيفية للركيزة. في الإنزيمات المعقدة ، يمكن للجزء غير البروتيني من الهيكل أيضًا أداء وظيفة التلامس مع الركيزة.

ينهار مركب الركيزة الإنزيمية بعد ذلك في تفاعل ثاني أبطأ قابل للانعكاس لتكوين منتج التفاعل P والإنزيم الحر E:

ES<=>EP<=>اي + بي (2)

في الوقت الحاضر ، بفضل عمل العلماء المذكورين أعلاه ، وكذلك Kaylin D. ، Chance B. ، Koshland D. (نظرية "المطابقة المستحثة") ، توجد أحكام نظرية حول أربع نقاط رئيسية في آلية عمل إنزيم على الركيزة يحدد قدرة الإنزيمات على تسريع التفاعلات الكيميائية .التفاعلات:

1. التوجه والقرب . الإنزيم قادر على ربط جزيء الركيزة بطريقة تجعل الرابطة التي يهاجمها الإنزيم لا تقع فقط في المنطقة المجاورة مباشرة للمجموعة الحفازة ، ولكن أيضًا موجهة بشكل صحيح فيما يتعلق بها. يزداد بشكل كبير احتمال أن يصل مجمع ES إلى حالة الانتقال بسبب التوجه والنهج.

2. الإجهاد والتوتر : نوبة مستحثة. يمكن أن يتسبب ارتباط الركيزة في حدوث تغييرات توافقية في جزيء الإنزيم ، مما يؤدي إلى حدوث توتر في بنية الموقع النشط ، وأيضًا تشويه الركيزة المرتبطة إلى حد ما ، وبالتالي تسهيل تحقيق حالة الانتقال بواسطة مجمع ES. هناك ما يسمى بالمراسلات المستحثة بين جزيئات E و S.

تدرس الحركية الإنزيمية معدل التفاعلات المحفزة بواسطة الإنزيمات اعتمادًا على ظروف مختلفة (التركيز ، درجة الحرارة ، الأس الهيدروجيني ، إلخ) لتفاعلها مع الركيزة.

ومع ذلك ، فإن الإنزيمات عبارة عن بروتينات حساسة لتأثير التأثيرات الخارجية المختلفة. لذلك ، عند دراسة معدل التفاعلات الأنزيمية ، يتم أخذ تركيزات المواد المتفاعلة في الاعتبار بشكل أساسي ، ويتم محاولة تقليل تأثير درجة الحرارة ، ودرجة الحموضة للوسط ، والمنشطات ، والمثبطات ، وعوامل أخرى ، ويتم إنشاء ظروف قياسية. أولاً ، هذه هي قيمة الأس الهيدروجيني المثلى للوسيط لهذا الإنزيم. ثانيًا ، يوصى بالحفاظ على درجة الحرارة عند 25 درجة مئوية ، حيثما أمكن ذلك. ثالثًا ، يتحقق التشبع الكامل للإنزيم بالركيزة. هذه النقطة مهمة بشكل خاص ، لأنه عند التركيز المنخفض للركيزة ، لا تشارك جميع جزيئات الإنزيم في التفاعل (الشكل 6.5 ، أ) ، مما يعني أن النتيجة ستكون بعيدة عن الحد الأقصى الممكن. يتم تحقيق أعلى قوة للتفاعل المحفز ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، إذا كان كل جزيء إنزيم متورطًا في التحول ، أي بتركيز عالٍ من مركب الركيزة الإنزيمية (الشكل 6.5 ، الخامس).إذا كان تركيز الركيزة لا يضمن التشبع الكامل للإنزيم (الشكل 6.5 ، ب) ، فإن معدل رد الفعل المستمر لا يصل إلى القيمة القصوى.

أرز. 65.

أ -عند تركيز منخفض من الركيزة ؛ 6 - مع تركيز غير كاف من الركيزة ؛ الخامس -عندما يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة

يُطلق على معدل التفاعل الإنزيمي ، المقاس في ظل الظروف المذكورة أعلاه ، والتشبع الكامل للإنزيم بالركيزة أقصى معدل للتفاعل الأنزيمي (الخامس).

يتم تحديد معدل التفاعل الإنزيمي ، الذي يتم تحديده عندما لا يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة ، الخامس.

يمكن وصف الحفز الأنزيمي بطريقة مبسطة بالمخطط

أين F هو إنزيم ؛ S - الركيزة FS - مركب الركيزة الإنزيمية.

تتميز كل مرحلة من مراحل هذه العملية بسرعة معينة. وحدة قياس معدل التفاعل الأنزيمي هي عدد مولات الركيزة المحولة إلى وحدة زمنية(مثل معدل رد الفعل الطبيعي).

يؤدي تفاعل الإنزيم مع الركيزة إلى تكوين مركب ركيزة إنزيم ، لكن هذه العملية قابلة للعكس. تعتمد معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية على تركيزات المواد المتفاعلة ويتم وصفها بالمعادلات المقابلة:

المعادلة (6.3) صالحة في حالة التوازن ، لأن معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية.

استبدال معدلات ردود الفعل المباشرة (6.1) والعكس (6.2) في المعادلة (6.3) ، نحصل على المساواة:

تتميز حالة التوازن بالمقابل ثابت التوازن K p ،يساوي نسبة ثوابت التفاعلات المباشرة والعكسية (6.5). يسمى مقلوب ثابت التوازن ثابت الركيزة K s ،أو ثابت التفكك لمركب الركيزة الإنزيمية:

من المعادلة (6.6) يتضح أن ثابت الركيزة يتناقص عند التركيز العالي لمركب الركيزة الإنزيمية ، أي باستقرار كبير. لذلك ، يميز ثابت الركيزة تقارب الإنزيم والركيزة ونسبة ثوابت المعدل لتشكيل وتفكك مركب الركيزة الإنزيمية.

تمت دراسة ظاهرة تشبع الإنزيم مع الركيزة بواسطة ليونور ميكايليس ومود ميبتين. بناءً على المعالجة الرياضية للنتائج ، اشتقوا المعادلة (6.7) ، التي حصلت على أسمائهم ، والتي يتضح منها أنه عند التركيز العالي للركيزة وقيمة منخفضة من ثابت الركيزة ، فإن معدل التفاعل الأنزيمي يميل إلى الحد الأقصى. ومع ذلك ، فإن هذه المعادلة محدودة لأنها لا تأخذ في الاعتبار جميع المعلمات:

يمكن أن يخضع مركب الركيزة الإنزيمية أثناء التفاعل لتحولات في اتجاهات مختلفة:

• تتفكك في المواد الأصلية ؛
• إلى منتج يفصل منه الإنزيم دون تغيير.

لذلك ، لوصف التأثير الكلي للعملية الأنزيمية ، المفهوم ثوابت Michaelis K t ،التي تعبر عن علاقة ثوابت المعدل لجميع التفاعلات الثلاثة للحفز الإنزيمي (6.8). إذا تم تقسيم كلا المصطلحين على معدل ثابت لتفاعل تكوين مركب الركيزة الإنزيمية ، فسيتم الحصول على التعبير (6.9):

تأتي نتيجة طبيعية مهمة من المعادلة (6.9): ثابت ميكايليس دائمًا أكبر من ثابت الركيزة بمقدار ك 2 / كيلو فولت

عدديا ك تيساوي هذا التركيز من الركيزة حيث يكون معدل التفاعل نصف أقصى معدل ممكن ويتوافق مع تشبع الإنزيم بالركيزة ، كما في الشكل. 6.5 ، ب.نظرًا لأنه من الناحية العملية ليس من الممكن دائمًا تحقيق التشبع الكامل للإنزيم مع الركيزة ، فهو كذلك ك تتستخدم لمقارنة الخصائص الحركية للأنزيمات.

يعتمد معدل التفاعل الأنزيمي في حالة التشبع غير الكامل للإنزيم مع الركيزة (6.10) على تركيز مركب الركيزة الإنزيمية. معامل التناسب هو ثابت التفاعل لإطلاق الإنزيم والمنتج ، لأن هذا يغير تركيز مركب الركيزة الإنزيمية:

بعد التحولات ، مع مراعاة التبعيات المذكورة أعلاه ، يتم وصف معدل التفاعل الأنزيمي في حالة التشبع غير الكامل للإنزيم مع الركيزة بالمعادلة (6.11) ، أي يعتمد على تركيزات الإنزيم والركيزة وتقاربهم كانساس:

إن الاعتماد الرسومي لمعدل التفاعل الإنزيمي على تركيز الركيزة ليس خطيًا. كما هو واضح من الشكل. 6.6 ، مع زيادة تركيز الركيزة ، لوحظ زيادة في نشاط الإنزيم. ومع ذلك ، عندما يتم الوصول إلى الحد الأقصى من تشبع الإنزيم مع الركيزة ، يصبح معدل التفاعل الأنزيمي أقصى. لذلك ، فإن العامل الذي يحد من معدل التفاعل هو تكوين مركب الركيزة الإنزيمية.

أظهرت الممارسة أن تركيزات الركائز ، كقاعدة عامة ، يتم التعبير عنها بقيم أقل بكثير من الوحدة (10 6-10 3 مول). من الصعب جدًا التعامل مع مثل هذه الكميات في الحسابات. لذلك ، اقترح كل من G. Lineweaver و D. لقد انطلقوا من افتراض أنه بالنسبة للقيم المتساوية ، فإن المعاملة بالمثل متساوية أيضًا:

أرز. 6.6.

بعد تحويل التعبير (6.13) ، يتم الحصول على تعبير يسمى معادلة Lineweaver-Burk (6.14):

الاعتماد الرسومي لمعادلة Lineweaver-Burk هو خطي (الشكل 6.7). يتم تحديد الخصائص الحركية للإنزيم على النحو التالي:

• المقطع المقطوع على المحور ص يساوي 1 / الخامس ؛
• المقطع المقطوع على المحور السيني هو -1 / ك ر.

أرز. 6.7

يُعتقد أن طريقة Lineweaver - Burke تسمح لك بتحديد معدل التفاعل الأقصى بدقة أكبر من الإحداثيات المباشرة. يمكن أيضًا استخراج معلومات قيمة بشأن تثبيط الإنزيم من هذا الرسم البياني.

هناك طرق أخرى لتحويل معادلة ميكايليس مينتين. تستخدم التبعيات الرسومية في دراسة تأثير التأثيرات الخارجية المختلفة على العملية الأنزيمية.