النشاط الأنزيمي: الوحدة ، كيف يتم قياسها ، التنظيم والعوامل

النشاط الأنزيمي هو وسيلة للتعبير عن مقدار الإنزيم الموجود في وقت معين. يشير إلى مقدار الركيزة التي تحولت إلى منتج ، عن طريق العمل الحفاز للإنزيم لكل وحدة زمنية.

يتأثر بالظروف التي يحدث فيها التفاعل الأنزيمي ، ولهذا السبب عادةً ما يشار إلى درجة الحرارة التي يقاس بها. ولكن ما هي الانزيمات؟ إنها محفزات بيولوجية ، قادرة على تسريع سرعة التفاعل دون الخضوع لتغيير لا رجعة فيه أثناء العملية المحفزة.

إنزيمات ، بشكل عام ، هي بروتينات باستثناء الريبوسومات ، جزيئات الحمض النووي الريبي مع النشاط الأنزيمي.

تزيد الإنزيمات سرعة التفاعل عبر تقليل حاجز الطاقة (طاقة التنشيط) ؛ يجب التغلب عليها للوصول إلى حالة الانتقال وبالتالي يحدث رد الفعل.

تخضع جزيئات الركيزة التي تصل إلى حالة الانتقال إلى تغييرات هيكلية ، والتي تؤدي بها إلى إنشاء جزيئات المنتج. بناءً على الوظائف التي يؤدونها ، يتم تصنيف الإنزيمات إلى ست مجموعات كبيرة: الأكسيدريدتاسيس ، الترانساسيز ، الهيدرولاز ، اللازيرات ، الأيزوميراز والأرباط.

على سبيل المثال ، إنزيمات بروميلين وغراء ، هي إنزيمات تحلل البروتينات (hydrolase) توجد في الأناناس أو الأناناس ، والبابايا أو اللبني ، على التوالي.

من المعروف أن كلا من الأناناس والبابايا ، يسهلان العملية الهضمية ، لأنه من خلال عمل الإنزيمات المحللة للبروتين التي تحتويها تساعد على هضم البروتينات القادمة من اللحوم والحبوب.

وحدة النشاط الأنزيمي

وحدة الإنزيمات (UI) هي كمية الإنزيمات التي تحفز تحول 1 ميكرولتر من الركيزة في دقيقة واحدة.

بعد ذلك ، حدد النظام الدولي للوحدات (SI) وحدة النشاط الأنزيمي على أنها كمية الإنزيم الذي يحول 1 مول من الركيزة إلى منتج في الثانية. هذه الوحدة كانت تسمى katal (kat).

1 الخلد = 106 ميكروليت و 1 دقيقة = 60 ثانية.

لذلك ، 1 katal يساوي 60 · 106 وحدة دولية. نظرًا لأن الكاتال وحدة كبيرة ، غالبًا ما يتم استخدام وحدات أصغر ، مثل: microkatal (μkat) و10-6 katal و nanokatal (πkat) و10-9 katal.

نشاط محدد

هو عدد وحدات النشاط الأنزيمي مقسومًا على ملليغرام البروتين في العينة التي تم اختبارها. يرتبط النشاط المحدد ارتباطًا مباشرًا بدرجة تنقية الإنزيم.

كيف يتم قياس النشاط الأنزيمي؟

هناك عدة طرق لتحديد نشاط الإنزيم. يعتمد اختيار طريقة معينة على هدف الفحص الأنزيمي ؛ قابلية تطبيق الأسلوب ؛ الوصول إلى المعدات اللازمة لأداء التجربة ؛ تكلفة استخدام طريقة معينة ، إلخ.

هناك طرق طيفية ، فلوروميتريك ، تلألؤ كيميائي ، طرق مسعرية ، إشعاعية وكروماتوجرافية.

يمكن أن تكون الطرق الطيفية للقياسات اللونية والقراءات في منطقة الضوء فوق البنفسجي للإشعاع الكهرومغناطيسي.

- طريقة القياس

لأنه يقوم على توليد chromophore عن طريق العمل الأنزيمي. يمكن متابعة النشاط الأنزيمي بشكل مستمر أو متقطع.

شكل مستمر

في النموذج المستمر ، توضع الكواشف في كفيت في مقياس الطيف الضوئي في الطول الموجي المرغوب ، والذي يتوافق مع ما لدى الكروموفور أقصى قيمة للكثافة البصرية ؛ وهذا بالإضافة إلى عدم وجود تدخل في مادة أخرى يمكن توليدها.

يبدأ التفاعل الأنزيمي بإضافة العينة التي تحتوي على الإنزيم ، والذي يتم تحديد نشاطه. في وقت واحد ، يتم تشغيل الكرونومتر ، وفي كل مرة يتم تسجيل قيمة الكثافة البصرية.

نظرًا لأن تكافؤ الكثافة الضوئية مع شامات الركيزة أو منتج الحركة الأنزيمية معروف ، اعتمادًا على التقنية المستخدمة ، يمكن حساب شامات الركيزة المستهلكة أو الشامات المنتجة.

بالإضافة إلى ذلك ، حيث تم قياس الوقت المنقضي للتفاعل الأنزيمي ، يمكن الحصول على الشامات المستهلكة أو المنتجة في الثانية. وهكذا ، يتم تأسيس النشاط الأنزيمي في وحدات الكاتال.

شكل متقطع

في شكل متقطع لتحديد النشاط الأنزيمي ، يتم وضع أنابيب الاختبار مع مكونات التفاعل ، باستثناء العينة التي تحتوي على الإنزيم أو مكون آخر ، في حمام 37 درجة مئوية. ثم يبدأ رد الفعل بإضافة المكون المفقود.

يُسمح بحدوث الوقت الذي تشير إليه التقنية ، ويتم إنهاء التفاعل بإضافة مركب يوقف التفاعل. تتم قراءة الكثافة الضوئية في تلك اللحظة ، وتستمر أخيرًا بالطريقة نفسها كما في الشكل المستمر لتحديد النشاط الأنزيمي.

- طريقة القراءات في ضوء الأشعة فوق البنفسجية

على سبيل المثال ، أنزيم النيكوتيناميدادنوكليوتيدو له شكلان: NADH (مخفض) و NAD + (مؤكسد). أيضا ، أنزيم النيكوتيناميدادوكليوتيدوفوسفات له شكلان NADPH و NADP + ، مخفضان ومؤكسدان ، على التوالي.

تتم قراءة كل من الأشكال المخففة والمؤكسدة من أنزيم بطول 260 نانومتر من الضوء فوق البنفسجي ؛ بينما ، يتم قراءة النماذج المخفّضة فقط بطول 340 نانومتر من الضوء فوق البنفسجي.

لذلك ، سواء في تفاعلات الأكسدة أو الاختزال التي تشارك فيها الإنزيمات المحددة ، تتم قراءتها عند 340 نانومتر.

تحديد النشاط الأنزيمي ، في جوهره ، هو نفسه الذي يتبع في الشكل المستمر لطريقة اللونية ؛ إلا أن الكثافة البصرية تُقرأ عند 340 نانومتر لمراقبة توليد NADH أو NADPH ، أو لقياس استهلاك هذه الإنزيمات المساعدة.

هذا يعتمد على ما إذا كان رد الفعل المقاس هو الأكسدة أو الاختزال. بالمراسلة بين الكثافة الضوئية وشامات NADH و NADPH ، حسب الحالة ، يمكن حساب النشاط الأنزيمي بتقسيم الشامات الإنزيمية على الوقت المنقضي بالثواني.

تنظيم النشاط الأنزيمي

السيطرة على الركيزة أو مستوى المنتج

كلما زاد تركيز الركيزة ، زاد النشاط الأنزيمي. ولكن في تركيز معين من الركيزة ، يتم تشبع الموقع النشط أو المواقع النشطة للانزيم ، بحيث يصبح النشاط الأنزيمي ثابتًا.

ومع ذلك ، فإن نتاج الفعل الأنزيمي يمكن أن يتفاعل أيضًا مع المواقع النشطة للإنزيم ، مما ينتج عنه تثبيط للنشاط الإنزيمي.

المنتج يمكن أن يكون بمثابة مثبط تنافسي. على سبيل المثال ، قد يتم ذكر إنزيم hexokinase. ينتج هذا الإنزيم فسفرة الجلوكوز مسببة الجلوكوز 6 فوسفات ، وهو مركب يتراكم يحول دون هيكسوكيناز.

مراقبة ردود الفعل

يمكن أن يحدث أن مجموعة من الإنزيمات (A ، B ، C ، D ، E و F) تعمل بالتتابع في مسار التمثيل الغذائي. يستخدم الإنزيم B منتج الإنزيم A كركيزة وما إلى ذلك.

يمكن للخلية ، وفقًا لمتطلباتها الأيضية ، تنشيط أو منع تسلسل الأنشطة الأنزيمية. على سبيل المثال ، يمكن لتراكم منتج الإنزيم F ، أن يعمل عن طريق تثبيط الإنزيم A أو أي إنزيمات أخرى في التسلسل.

الانزيمات الخافضة

يمكن تكوين الإنزيم بواسطة عدة وحدات فرعية ، ولكل منها مواقعها النشطة. لكن هذه الوحدات الفرعية لا تعمل بشكل مستقل ، وبالتالي فإن نشاط إحدى الوحدات الفرعية يمكن أن ينشط أو يمنع عمل الآخرين.

على الرغم من أن الهيموغلوبين لا يعتبر إنزيمًا ، إلا أنه نموذج رائع لظاهرة alosterism. يتكون الهيموغلوبين من أربع سلاسل بروتينية ، وسلاسلتين ألفا ، وسلاسلين ، يرتبط كل منهما بمجموعة الهيم.

يمكن أن تحدث ظاهرتان بين الوحدات الفرعية: التماثل الجنسي والتماثل.

Homoalosterismo

يؤدي الربط بين الركيزة إلى إحدى الوحدات الفرعية إلى زيادة تقارب الوحدات الفرعية الأخرى في الركيزة ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة النشاط الأنزيمي لكل وحدة فرعية متبقية.

وبالمثل ، فإن تثبيط النشاط الأنزيمي في إحدى الوحدات الفرعية ينتج عنه نفس التأثير في الباقي.

في حالة الهيموغلوبين ، فإن ربط الأكسجين بمجموعة الهيم بإحدى سلاسل البروتين سيؤدي إلى زيادة شغف الأكسجين في السلاسل الأخرى.

وبالمثل ، يتسبب إطلاق الأكسجين من مجموعة الهيم في إطلاق الأكسجين من المجموعات المتبقية من سلاسل البروتين.

Heterolosterismo

إن ربط مادة منشط أو تثبيط ، بخلاف الركيزة ، بإحدى الوحدات الفرعية سيؤدي إلى تنشيط أو تثبيط النشاط الأنزيمي في الوحدات الفرعية الأخرى.

في حالة الهيموغلوبين ، يؤدي الارتباط بمجموعة الهيم من H + و CO 2 و 2،3-diphosphoglycerate إلى إحدى الوحدات الفرعية إلى تقليل تقارب مجموعة الهيم للأكسجين ، مما يتسبب في إطلاقه. يتم إنتاج هذا الإصدار من الأكسجين أيضًا في سلاسل الهيموغلوبين الأخرى.

العوامل التي تؤثر على النشاط الأنزيمي

- تركيز الركيزة

كلما زاد تركيز الركيزة ، زاد النشاط الأنزيمي أيضًا. ويرجع ذلك إلى زيادة وصول جزيئات الركيزة إلى مواقع نشطة من الانزيم.

ولكن ، بالنسبة لتركيز معين من الركيزة ، يتم تشبع جميع المواقع النشطة للانزيم به ، مما يؤدي إلى عدم زيادة النشاط الأنزيمي حتى في حالة زيادة تركيز الركيزة.

-HH من رد الفعل الأنزيمية

تحتوي الإنزيمات على درجة الحموضة المثلى التي تكون فيها نسبة تقارب الإنزيم للركيزة هي الحد الأقصى. في هذا الرقم الهيدروجيني يتم الوصول إلى الحد الأقصى لقيمة النشاط الأنزيمي.

يمكن أن تؤدي الحموضة الزائدة أو قاعدية الوسط إلى تغيير طبيعة الإنزيم ، مما يقلل من نشاطه وفقًا لذلك.

يختلف الرقم الهيدروجيني للنشاط الأنزيمي. على سبيل المثال ، يحتوي نشاط البيبسين كحد أقصى بين 1-2 وحدات الأس الهيدروجيني ؛ التربسين لديه الرقم الهيدروجيني الأمثل من 8 ؛ والغراء لديه نشاط ثابت بين مجموعة من درجة الحموضة بين 4 و 8.

درجة حرارة رد الفعل الأنزيمية

يزيد النشاط الأنزيمي مع زيادة درجة الحرارة. بشكل عام ، يتضاعف النشاط الأنزيمي لكل 10 درجات من الزيادة ، حتى يصل إلى درجة الحرارة المثلى للنشاط الأنزيمي.

ومع ذلك ، عند تجاوز درجة الحرارة المثلى ، يميل النشاط الأنزيمي إلى الانخفاض مع زيادة درجة حرارة التفاعل. وذلك لأن البروتينات ، وبالتالي الإنزيمات ، تعاني من تمسخ بسبب زيادة مفرطة في درجة الحرارة.

- التركيز الأيوني للتفاعل

بشكل عام ، يكون للأنزيمات نشاط مثالي في نطاق تركيز يتراوح بين 0 و 500 مليمول / لتر. ومع ذلك ، بالنسبة للتركيزات الأعلى ، يميل النشاط الأنزيمي إلى الانخفاض.

في ظل هذه الظروف ، يتم حظر بعض التفاعلات الأيونية في الإنزيمات ، الضرورية لنشاطها الأقصى.