सब्सट्रेटचे उत्पादनामध्ये रूपांतर करण्याच्या रासायनिक अभिक्रियेमध्ये एन्झाइमच्या सक्रिय केंद्राच्या कार्यात्मक गटांच्या भूमिकेद्वारे एन्झाइमॅटिक कॅटॅलिसिसची यंत्रणा निर्धारित केली जाते. एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिसच्या 2 मुख्य यंत्रणा आहेत: ऍसिड-बेस कॅटॅलिसिस आणि सहसंयोजक उत्प्रेरक.

1. ऍसिड-बेस कॅटॅलिसिस

ऍसिड-बेस कॅटॅलिसिसची संकल्पना रासायनिक अभिक्रियामध्ये ऍसिडिक गट (प्रोटॉन दाता) आणि/किंवा मूलभूत गट (प्रोटॉन स्वीकारणारे) यांच्या सहभागाने एन्झाइमॅटिक क्रियाकलाप स्पष्ट करते. ऍसिड-बेस कॅटॅलिसिस ही एक सामान्य घटना आहे. अमिनो आम्ल अवशेष जे सक्रिय केंद्र बनवतात त्यामध्ये कार्यात्मक गट असतात जे ऍसिड आणि बेस दोन्हीचे गुणधर्म प्रदर्शित करतात.

ऍसिड-बेस कॅटॅलिसिसमध्ये समाविष्ट असलेल्या अमीनो ऍसिडमध्ये प्रामुख्याने Cys, Tyr, Ser, Lys, Glu, Asp आणि His यांचा समावेश होतो. प्रोटोनेटेड स्वरूपातील या अमीनो ऍसिडचे रॅडिकल्स ऍसिड (प्रोटॉन दाता) असतात, डिप्रोटोनेटेड स्वरूपात ते बेस (प्रोटॉन स्वीकारणारे) असतात. सक्रिय साइट फंक्शनल ग्रुप्सचा हा गुणधर्म एंजाइमांना अद्वितीय जैविक उत्प्रेरक बनवतो, जे अम्लीय किंवा मूलभूत गुणधर्म प्रदर्शित करू शकतात अशा गैर-जैविक उत्प्रेरकांच्या विरूद्ध. सहसंयोजक उत्प्रेरक सब्सट्रेट रेणूंद्वारे एनजाइमच्या सक्रिय केंद्राच्या न्यूक्लियोफिलिक (नकारात्मक चार्ज केलेले) किंवा इलेक्ट्रोफिलिक (सकारात्मक चार्ज केलेले) गटांच्या आक्रमणावर आधारित आहे ज्यामध्ये सब्सट्रेट आणि कोएन्झाइम किंवा एमिनोच्या कार्यात्मक गटामध्ये सहसंयोजक बंध तयार होतो. एंझाइमच्या सक्रिय केंद्राचे ऍसिड अवशेष (सामान्यतः एक).

ट्रिप्सिन, किमोट्रिप्सिन आणि थ्रोम्बिन सारख्या सेरीन प्रोटीसेसची क्रिया, सहसंयोजक उत्प्रेरक प्रक्रियेचे एक उदाहरण आहे, जेव्हा सब्सट्रेट आणि एन्झाइमच्या सक्रिय साइटच्या सेरीन अमीनो ऍसिड अवशेषांमध्ये सहसंयोजक बंध तयार होतो.

25. पूरकता म्हणजे परस्परसंवादी रेणूंच्या स्थानिक आणि रासायनिक पत्रव्यवहाराचा संदर्भ. लिगँडमध्ये प्रवेश करण्याची क्षमता असणे आवश्यक आहे आणि सक्रिय साइटच्या स्वरूपाशी अवकाशीयपणे एकरूप होणे आवश्यक आहे. हा योगायोग पूर्ण होऊ शकत नाही, परंतु प्रथिनांच्या संरचनात्मक क्षमतेमुळे, सक्रिय केंद्र लहान बदल करण्यास सक्षम आहे आणि लिगँडमध्ये "समायोजित" आहे. याव्यतिरिक्त, लिगँडचे कार्यशील गट आणि सक्रिय केंद्र बनविणारे अमीनो ऍसिड रॅडिकल्स यांच्यामध्ये, बंध तयार होणे आवश्यक आहे जे सक्रिय केंद्रामध्ये लिगँड धारण करतात. लिगँड आणि प्रथिनांचे सक्रिय केंद्र यांच्यातील बंध एकतर सहसंयोजक नसलेले (आयनिक, हायड्रोजन, हायड्रोफोबिक) किंवा सहसंयोजक असू शकतात.

एंजाइमची उच्च विशिष्टता आहे या वस्तुस्थितीमुळे आम्हाला 1890 मध्ये एक गृहितक मांडण्याची परवानगी मिळाली, त्यानुसार एन्झाइमचे सक्रिय केंद्र सब्सट्रेटला पूरक आहे, म्हणजे. "लॉकची किल्ली" प्रमाणे त्याच्याशी संबंधित आहे. सक्रिय केंद्र ("लॉक") सह सब्सट्रेट ("की") च्या परस्परसंवादानंतर, उत्पादनामध्ये सब्सट्रेटचे रासायनिक रूपांतर होते. सक्रिय केंद्र एक स्थिर, काटेकोरपणे निर्धारित रचना मानली गेली.

सब्सट्रेट, एंझाइमच्या सक्रिय केंद्राशी संवाद साधून, त्याच्या स्वरूपामध्ये बदल घडवून आणतो, ज्यामुळे एंजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्स तयार होतो, जो सब्सट्रेटच्या रासायनिक बदलांसाठी अनुकूल असतो. त्याच वेळी, सब्सट्रेट रेणू देखील त्याचे स्वरूप बदलते, जे एन्झाईमॅटिक प्रतिक्रियेची उच्च कार्यक्षमता सुनिश्चित करते. या "प्रेरित पत्रव्यवहार गृहीतकाची" नंतर प्रायोगिकरित्या पुष्टी केली गेली.

26. एंजाइम जे समान रासायनिक अभिक्रिया उत्प्रेरित करतात, परंतु प्राथमिक प्रथिनांच्या संरचनेत भिन्न असतात, त्यांना म्हणतात. isoenzymes, किंवा isoenzymes. ते मूलत: समान यंत्रणेसह समान प्रकारच्या प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करतात, परंतु गतिज मापदंड, सक्रियकरण परिस्थिती आणि अपोएन्झाइम आणि कोएन्झाइम यांच्यातील कनेक्शनच्या वैशिष्ट्यांमध्ये एकमेकांपासून भिन्न असतात. आयसोएन्झाइम्सच्या स्वरूपाचे स्वरूप भिन्न आहे, परंतु बहुतेकदा या आयसोएन्झाइम्स एन्कोडिंग जनुकांच्या संरचनेतील फरकांमुळे. परिणामी, आयसोएन्झाइम्स प्रथिने रेणूच्या प्राथमिक संरचनेत आणि त्यानुसार, भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमध्ये भिन्न असतात. आयसोएन्झाइम्स निर्धारित करण्याच्या पद्धती भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमधील फरकांवर आधारित आहेत. त्यांच्या संरचनेत, आयसोएन्झाइम्स प्रामुख्याने ऑलिगोमेरिक प्रथिने असतात. एन्झाइम लैक्टेट डिहायड्रोजनेज(LDH) लैक्टेट (लॅक्टिक ऍसिड) च्या पायरुवेट (पायरुव्हिक ऍसिड) च्या उलट करता येण्याजोग्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करते.

यात 2 प्रकारचे 4 उपयुनिट असतात: M आणि H. या उपयुनिट्सच्या संयोगाने लैक्टेट डिहायड्रोजनेजचे 5 आयसोफॉर्म तयार होतात. LDH 1 आणि LDH 2 हृदयाच्या स्नायू आणि मूत्रपिंडांमध्ये, LDH4 आणि LDH5 - कंकाल स्नायू आणि यकृतामध्ये सर्वाधिक सक्रिय असतात. इतर ऊतींमध्ये या एन्झाइमचे विविध प्रकार असतात. LDH isoforms इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलतेमध्ये भिन्न असतात, ज्यामुळे LDH isoforms ची ऊतक ओळख निश्चित करणे शक्य होते.

क्रिएटिन किनेज (CK) क्रिएटिन फॉस्फेटची निर्मिती उत्प्रेरित करते:

KK रेणू हा एक डायमर आहे ज्यामध्ये दोन प्रकारचे सबयुनिट्स असतात: M आणि B. या सबयुनिट्समधून, 3 आयसोएन्झाइम तयार होतात - BB, MB, MM. BB isoenzyme प्रामुख्याने मेंदूमध्ये, MM हा कंकालच्या स्नायूंमध्ये आणि MB हृदयाच्या स्नायूमध्ये आढळतो. KK isoforms मध्ये भिन्न इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता असते. CK क्रियाकलाप साधारणपणे 90 IU/l पेक्षा जास्त नसावा. मायोकार्डियल इन्फेक्शनच्या बाबतीत रक्ताच्या प्लाझ्मामध्ये सीके क्रियाकलापांचे निदान मूल्य आहे (एमबी आयसोफॉर्मच्या पातळीत वाढ झाली आहे). MM isoform चे प्रमाण दुखापत दरम्यान वाढू शकते आणि कंकाल स्नायूंना नुकसान होऊ शकते. बीबी आयसोफॉर्म रक्त-मेंदूच्या अडथळ्यामध्ये प्रवेश करू शकत नाही, म्हणून स्ट्रोकच्या वेळीही ते रक्तात व्यावहारिकदृष्ट्या ओळखले जाऊ शकत नाही आणि त्याचे निदान मूल्य नाही.

27. एंझाइमॅटिव्ह कॅटॅलिसिस (बायोकॅटलिसिस), बायोकेमिकलचे प्रवेग. प्रथिने मॅक्रोमोलिक्युल्सच्या सहभागासह r-tions म्हणतात एंजाइम(एंझाइम्स). F.k. - विविधता उत्प्रेरक

मायकेलिस-मेंटेन समीकरण: - एन्झाइम गतीशास्त्राचे मूलभूत समीकरण, सब्सट्रेट आणि एन्झाइमच्या एकाग्रतेवर एन्झाइमद्वारे उत्प्रेरित केलेल्या प्रतिक्रियेच्या दराच्या अवलंबनाचे वर्णन करते. सर्वात सोपी गती योजना ज्यासाठी Michaelis समीकरण वैध आहे:

समीकरण असे दिसते:

,

कुठे: - कमाल प्रतिक्रिया दर, समान; - मायकेलिस स्थिर, सब्सट्रेट एकाग्रतेच्या समान ज्यावर प्रतिक्रिया दर अर्धा कमाल आहे; - सब्सट्रेट एकाग्रता.

Michaelis constant: दर स्थिरांकांमधील संबंध

हे देखील एक स्थिर आहे ( K मी).

28. "एंझाइमॅटिक क्रियाकलाप प्रतिबंध"- काही पदार्थांच्या उपस्थितीत उत्प्रेरक क्रियाकलाप कमी होणे - अवरोधक. इनहिबिटरमध्ये अशा पदार्थांचा समावेश असावा ज्यामुळे एन्झाइम क्रियाकलाप कमी होतो. उलट करण्यायोग्य अवरोधककमकुवत नॉन-सहसंयोजक बंधांसह एंझाइमशी बांधले जाते आणि काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, एन्झाइमपासून सहजपणे वेगळे केले जाते. उलट करण्यायोग्य अवरोधक आहेत स्पर्धात्मक आणि गैर-स्पर्धात्मक. स्पर्धात्मक प्रतिबंधाच्या दिशेनेएन्झाईमच्या सक्रिय साइटला जोडणार्‍या आणि एन्झाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीस प्रतिबंध करणार्‍या इनहिबिटरमुळे होणार्‍या एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दरात उलट करण्यायोग्य घट समाविष्ट आहे. जेव्हा इनहिबिटर हे सब्सट्रेटचे स्ट्रक्चरल अॅनालॉग असते तेव्हा या प्रकारचा प्रतिबंध पाळला जातो, परिणामी सब्सट्रेट आणि इनहिबिटर रेणूंमध्ये एंझाइमच्या सक्रिय केंद्रातील स्थानासाठी स्पर्धा होते. अस्पर्धात्मकएंझाइमॅटिक प्रतिक्रियेचा प्रतिबंध म्हणतात ज्यामध्ये इनहिबिटर सक्रिय साइट व्यतिरिक्त इतर साइटवर एन्झाइमशी संवाद साधतो. गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक हे सब्सट्रेटचे स्ट्रक्चरल अॅनालॉग नाहीत. अपरिवर्तनीय प्रतिबंधइनहिबिटर रेणू आणि एन्झाइम दरम्यान सहसंयोजक स्थिर बंध तयार होण्याच्या बाबतीत निरीक्षण केले जाते. बहुतेकदा, एंझाइमचे सक्रिय केंद्र सुधारित केले जाते परिणामी, एंजाइम उत्प्रेरक कार्य करू शकत नाही. अपरिवर्तनीय अवरोधकांमध्ये हेवी मेटल आयन समाविष्ट आहेत, जसे की पारा (Hg 2+), चांदी (Ag +) आणि आर्सेनिक (3+ म्हणून). एंजाइमच्या सक्रिय केंद्राच्या विशिष्ट गटांना अवरोधित करणारे पदार्थ - विशिष्टआणि. डायसोप्रोपिल फ्लोरोफॉस्फेट (DFP). आयोडीन एसीटेट आणि पी-क्लोरोमेकुरिबेन्झोएट प्रथिनांमधील सिस्टीन अवशेषांच्या SH गटांवर सहज प्रतिक्रिया देतात. हे अवरोधक म्हणून वर्गीकृत आहेत विशिष्टयेथे अस्पर्धात्मकप्रतिबंधामध्ये, इनहिबिटर केवळ एन्झाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सला बांधतो आणि मुक्त एन्झाइमशी नाही.

आकार KI= [इ]. [I]/, जो एन्झाइम-इनहिबिटर कॉम्प्लेक्सचा पृथक्करण स्थिरांक आहे, त्याला अवरोध स्थिरांक म्हणतात.

क्वाटरनरी अमोनियम बेस एसिटाइलकोलिनेस्टेरेसला प्रतिबंधित करतात, जे एसिटाइलकोलीनचे कोलीन आणि एसिटिक ऍसिडमध्ये हायड्रोलिसिस उत्प्रेरित करतात.

पदार्थ म्हणतात antitimetabolites.हे संयुगे, नैसर्गिक सब्सट्रेट्सचे स्ट्रक्चरल अॅनालॉग्स असल्याने, एकीकडे, एन्झाईम्सच्या स्पर्धात्मक प्रतिबंधास कारणीभूत ठरतात आणि दुसरीकडे, स्यूडोसबस्ट्रेट्स सारख्याच एन्झाईम्सद्वारे वापरले जाऊ शकतात. सल्फोनामाइड औषधे (पॅरा-एमिनोबेंझोइक ऍसिडचे अॅनालॉग) संसर्गजन्य रोगांवर उपचार करण्यासाठी वापरली जातात.

ज्या औषधाची क्रिया अपरिवर्तनीय एन्झाइम प्रतिबंधावर आधारित आहे त्याचे उदाहरण म्हणजे औषध ऍस्पिरिन.

एंझाइम सायक्लोऑक्सीजेनेसचा प्रतिबंध, जो अॅराकिडोनिक ऍसिडपासून प्रोस्टॅग्लॅंडिनच्या निर्मितीस उत्प्रेरित करतो.

29. एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियांच्या दराचे नियमन 3 स्वतंत्र स्तरांवर केले जाते:

1. एंजाइम रेणूंची संख्या बदलणे;

1. सब्सट्रेट आणि कोएन्झाइम रेणूंची उपलब्धता;
2. एंजाइम रेणूच्या उत्प्रेरक क्रियाकलापात बदल.

1. सेलमधील एंजाइम रेणूंची संख्या 2 प्रक्रियांच्या गुणोत्तराने निर्धारित केली जाते - एंजाइम प्रोटीन रेणूचे संश्लेषण आणि विघटन.

2. प्रारंभिक सब्सट्रेटची एकाग्रता जितकी जास्त असेल तितकी चयापचय मार्गाची गती जास्त असेल. चयापचय मार्गाचा मार्ग मर्यादित करणारा आणखी एक पॅरामीटर उपस्थिती आहे पुनर्जन्मित coenzymes. चयापचय मार्गांचा वेग बदलण्यात सर्वात महत्वाची भूमिका म्हणजे दिलेल्या चयापचय मार्गाच्या एक किंवा अधिक मुख्य एन्झाइमच्या उत्प्रेरक क्रियाकलापांचे नियमन. चयापचय नियंत्रित करण्याचा हा एक अत्यंत प्रभावी आणि जलद मार्ग आहे. एंजाइम क्रियाकलापांचे नियमन करण्याचे मुख्य मार्ग आहेत: अॅलोस्टेरिक नियमन; प्रथिने-प्रथिने परस्परसंवादाद्वारे नियमन; एंजाइम रेणूचे फॉस्फोरिलेशन/डिफोस्फोरिलेशन द्वारे नियमन; आंशिक (मर्यादित) प्रोटीओलिसिसद्वारे नियमन.

विशिष्ट मर्यादेपर्यंत तापमान वाढल्याने एन्झाईमॅटिकच्या दरावर परिणाम होतो

प्रतिक्रिया, कोणत्याही रासायनिक अभिक्रियावर तापमानाच्या प्रभावासारखीच. जसजसे तापमान वाढते तसतसे रेणूंची हालचाल वेगवान होते, ज्यामुळे अभिक्रियाकांमधील परस्परसंवादाची शक्यता वाढते. याव्यतिरिक्त, तापमान प्रतिक्रिया करणार्‍या रेणूंची उर्जा वाढवू शकते, ज्यामुळे प्रतिक्रिया देखील वेगवान होते. तथापि, एंजाइमांद्वारे उत्प्रेरित केलेल्या रासायनिक अभिक्रियेच्या दराचे स्वतःचे तापमान इष्टतम असते, जे एंझाइमॅटिक क्रियाकलाप कमी होण्यासोबत असते.

बहुतेक मानवी एन्झाइम्ससाठी, इष्टतम तापमान 37-38 डिग्री सेल्सियस असते.

एन्झाईम्सची क्रिया द्रावणाच्या pH वर अवलंबून असते ज्यामध्ये एंजाइमॅटिक प्रतिक्रिया येते. प्रत्येक सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य एक pH मूल्य आहे ज्यावर त्याची जास्तीत जास्त क्रिया पाळली जाते. इष्टतम पीएच मूल्यापासून विचलनामुळे एंजाइमॅटिक क्रियाकलाप कमी होतो.

एंजाइमच्या क्रियाकलापावरील पीएचचा प्रभाव दिलेल्या प्रोटीनच्या अमीनो ऍसिड अवशेषांच्या कार्यात्मक गटांच्या आयनीकरणाशी संबंधित आहे, जे एंजाइमच्या सक्रिय केंद्राची इष्टतम रचना सुनिश्चित करते. जेव्हा पीएच इष्टतम मूल्यांमधून बदलतो, तेव्हा प्रथिने रेणूच्या कार्यात्मक गटांचे आयनीकरण बदलते. मानवी शरीरातील बहुतेक एन्झाईम्सचा इष्टतम pH हा न्यूट्रलच्या जवळ असतो, जो शारीरिक pH मूल्याशी जुळतो

30. अॅलोस्टेरिकएन्झाईम्स असे एन्झाईम असतात ज्यांची क्रिया केवळ सब्सट्रेट रेणूंच्या संख्येद्वारेच नव्हे तर इतर पदार्थांद्वारे देखील नियंत्रित केली जाते. प्रभावक. अॅलोस्टेरिक रेग्युलेशनमध्ये गुंतलेले प्रभावक हे सेल्युलर चयापचय असतात ज्याचे ते नियमित करतात.

ऍलोस्टेरिक एन्झाईम्स चयापचय प्रक्रियेत महत्वाची भूमिका बजावतात, कारण ते पेशीच्या अंतर्गत स्थितीतील अगदी थोड्या बदलांवर अत्यंत त्वरीत प्रतिक्रिया देतात. खालील परिस्थितींमध्ये त्यांचे खूप महत्त्व आहे: अॅनाबॉलिक प्रक्रियेदरम्यान, कॅटाबॉलिक प्रक्रियेदरम्यान, अॅनाबॉलिक आणि कॅटाबॉलिक मार्गांच्या समन्वयासाठी. एटीपी आणि एडीपी हे अॅलोस्टेरिक इफेक्टर्स आहेत जे विरोधी म्हणून काम करतात; समांतर आणि परस्पर जोडलेले चयापचय मार्ग समन्वयित करण्यासाठी (उदाहरणार्थ, न्यूक्लिक अॅसिडच्या संश्लेषणासाठी वापरल्या जाणार्‍या प्युरीन आणि पायरीमिडाइन न्यूक्लियोटाइड्सचे संश्लेषण).

एंजाइम क्रियाकलाप कमी (प्रतिबंध) कारणीभूत प्रभावक म्हणतात नकारात्मकप्रभावक किंवा अवरोधक. एंजाइम क्रियाकलाप वाढविणारे (सक्रियीकरण) कारणीभूत प्रभावक म्हणतात सकारात्मकप्रभावक किंवा सक्रिय करणारा. विविध चयापचय अनेकदा अॅलोस्टेरिक प्रभावक म्हणून काम करतात.

अॅलोस्टेरिक एंजाइमची रचना आणि कार्य करण्याची वैशिष्ट्ये:सहसा ही ऑलिगोमेरिक प्रथिने असतात ज्यात अनेक प्रोटोमर्स असतात किंवा डोमेन स्ट्रक्चर असते; त्यांच्याकडे एक अलॉस्टेरिक केंद्र असते, उत्प्रेरक सक्रिय केंद्रापासून अवकाशीयदृष्ट्या दूर असते; प्रभावक एंझाइमला अलॉस्टेरिक (नियामक) केंद्रांमध्ये नॉन-कोव्हॅलेंटली जोडतात; उत्प्रेरक केंद्रांप्रमाणे अॅलोस्टेरिक केंद्रे , लिगँड्सच्या संबंधात भिन्न विशिष्टता प्रदर्शित करू शकते: ते निरपेक्ष आणि समूह असू शकते. अॅलोस्टेरिक केंद्र ज्या प्रोटोमरवर स्थित आहे तो एक नियामक प्रोटोमर आहे. अॅलोस्टेरिक एन्झाईम्समध्ये सहकार्याची मालमत्ता असते; या चयापचय मार्गातील मुख्य प्रतिक्रियांना अॅलोस्टेरिक एन्झाईम उत्प्रेरित करतात.

अंतिम उत्पादन एंझाइमचे अॅलोस्टेरिक अवरोधक म्हणून कार्य करू शकते जे बहुतेकदा या चयापचय मार्गाच्या प्रारंभिक टप्प्याला उत्प्रेरित करते:

मध्यवर्ती चयापचय मार्गांमध्ये, पूर्ववर्ती चयापचय मार्गातील मुख्य एन्झाइमचे सक्रिय करणारे असू शकतात.

एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिसमधील घटनांचा क्रम खालील चित्राद्वारे वर्णन केला जाऊ शकतो. प्रथम, एक सब्सट्रेट-एंझाइम कॉम्प्लेक्स तयार होतो. या प्रकरणात, एंझाइम रेणू आणि सब्सट्रेट रेणूच्या रचनांमध्ये बदल होतो, नंतरचे सक्रिय केंद्रामध्ये तणावपूर्ण कॉन्फिगरेशनमध्ये निश्चित केले जाते. अशा प्रकारे सक्रिय कॉम्प्लेक्स तयार होते, किंवा संक्रमण अवस्था, ही एक उच्च-ऊर्जा इंटरमीडिएट रचना आहे जी मूळ संयुगे आणि उत्पादनांपेक्षा ऊर्जावानपणे कमी स्थिर आहे. एकूण उत्प्रेरक प्रभावामध्ये सर्वात महत्वाचे योगदान संक्रमण स्थितीच्या स्थिरीकरणाच्या प्रक्रियेद्वारे केले जाते - प्रथिने आणि सब्सट्रेटच्या अमीनो ऍसिड अवशेषांमधील परस्परसंवाद, जे तणावपूर्ण कॉन्फिगरेशनमध्ये आहे. प्रारंभिक अभिक्रियाकांसाठी मुक्त ऊर्जा मूल्ये आणि संक्रमण स्थितीमधील फरक सक्रियतेच्या मुक्त उर्जेशी संबंधित आहे (ΔG #). प्रतिक्रिया दर मूल्यावर अवलंबून असतो (ΔG #): तो जितका लहान असेल तितका अधिक प्रतिक्रिया दर आणि उलट. मूलत:, डीजी एक "ऊर्जा अडथळा" दर्शवतो ज्यावर प्रतिक्रिया येण्यासाठी मात करणे आवश्यक आहे. संक्रमण स्थिती स्थिर केल्याने हा "अडथळा" किंवा सक्रियकरण ऊर्जा कमी होते. पुढील टप्प्यावर, रासायनिक प्रतिक्रिया स्वतःच उद्भवते, ज्यानंतर परिणामी उत्पादने एंजाइम-उत्पादन कॉम्प्लेक्समधून सोडली जातात.

एंजाइमच्या उच्च उत्प्रेरक क्रियाकलापांची अनेक कारणे आहेत, ज्यामुळे प्रतिक्रियेतील ऊर्जा अडथळा कमी होतो.

1. एंजाइम प्रतिक्रियाशील सब्सट्रेट्सच्या रेणूंना अशा प्रकारे बांधू शकतो की त्यांचे प्रतिक्रियाशील गट एकमेकांच्या जवळ आणि एन्झाइमच्या उत्प्रेरक गटांमधून स्थित असतील (प्रभाव सामंजस्य).

2. सब्सट्रेट-एंझाइम कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीसह, सब्सट्रेटचे निर्धारण आणि रासायनिक बंध तोडण्यासाठी आणि तयार करण्यासाठी इष्टतम अभिमुखता प्राप्त होते (प्रभाव अभिमुखता).

3. सब्सट्रेटच्या बंधनामुळे त्याचे हायड्रेशन शेल काढून टाकले जाते (पाण्यात विरघळलेल्या पदार्थांवर अस्तित्वात आहे).

4. सब्सट्रेट आणि एन्झाइम दरम्यान प्रेरित पत्रव्यवहाराचा प्रभाव.

5. संक्रमण स्थितीचे स्थिरीकरण.

6. एंजाइम रेणूमधील काही गट प्रदान करू शकतात ऍसिड-बेस उत्प्रेरक(सब्सट्रेटमधील प्रोटॉनचे हस्तांतरण) आणि न्यूक्लियोफिलिक उत्प्रेरक(सब्सट्रेटसह सहसंयोजक बंधांची निर्मिती, ज्यामुळे सब्सट्रेटपेक्षा अधिक प्रतिक्रियाशील संरचना तयार होतात).

ऍसिड-बेस कॅटॅलिसिसचे एक उदाहरण म्हणजे लाइसोझाइमद्वारे म्युरिन रेणूमधील ग्लायकोसिडिक बंधांचे हायड्रोलिसिस. लायसोझाइमविविध प्राणी आणि वनस्पतींच्या पेशींमध्ये एक सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य आहे: अश्रू द्रव, लाळ, चिकन प्रथिने, दूध. कोंबडीच्या अंड्यांमधील लायसोझाइमचे आण्विक वजन 14,600 Da असते, त्यात एक पॉलीपेप्टाइड साखळी असते (129 एमिनो ऍसिडचे अवशेष) आणि त्यात 4 डायसल्फाइड ब्रिज असतात, जे एंझाइमची उच्च स्थिरता सुनिश्चित करतात. लायसोझाइम रेणूच्या क्ष-किरण संरचनात्मक विश्लेषणात असे दिसून आले की त्यामध्ये दोन डोमेन असतात ज्यामध्ये एक "अंतर" बनते ज्यामध्ये सक्रिय केंद्र स्थित आहे. या "अंतर" वर हेक्सोसेकेराइड बांधतात, आणि म्युरीन (A, B, C, D, E आणि F) (चित्र 6.4) च्या सहा साखर रिंगांपैकी प्रत्येकाला बांधण्यासाठी एन्झाइमची स्वतःची साइट असते.

मुख्यतः हायड्रोजन बाँड्स आणि हायड्रोफोबिक परस्परसंवादामुळे म्युरीन रेणू लाइसोझाइमच्या सक्रिय साइटवर ठेवला जातो. ग्लायकोसिडिक बाँडच्या हायड्रोलिसिसच्या जागेच्या अगदी जवळ, सक्रिय केंद्राचे 2 अमीनो ऍसिड अवशेष आहेत: ग्लूटामिक ऍसिड, पॉलीपेप्टाइडमध्ये 35 वे स्थान व्यापलेले आणि एस्पार्टिक ऍसिड, पॉलीपेप्टाइडमध्ये 52 वे स्थान (चित्र 6.5) .

या अवशेषांच्या बाजूच्या साखळ्या "क्लेफ्ट" च्या विरुद्ध पृष्ठभागांवर आक्रमण केलेल्या ग्लायकोसिडिक बाँडच्या अगदी जवळ स्थित आहेत - अंदाजे 0.3 nm अंतरावर. ग्लूटामेट अवशेष हे ध्रुवीय नसलेल्या वातावरणात असतात आणि ते आयनीकृत नसतात आणि एस्पार्टेट अवशेष ध्रुवीय वातावरणात असतात; त्याचा कार्बोक्झिल गट डिप्रोटोनेटेड असतो आणि हायड्रोजन बंधांच्या जटिल नेटवर्कमध्ये हायड्रोजन स्वीकारणारा म्हणून भाग घेतो.

हायड्रोलिसिस प्रक्रिया खालीलप्रमाणे केली जाते. ग्लू-35 अवशेषांचा प्रोटोनेटेड कार्बोक्झिल गट ग्लायकोसिडिक ऑक्सिजन अणूला त्याचे प्रोटॉन प्रदान करतो, ज्यामुळे हा ऑक्सिजन अणू आणि साइट डी (सामान्य ऍसिड कॅटालिसिसचा टप्पा) मधील साखर रिंगचा C 1 अणू यांच्यातील बंध तुटतो. ). परिणामी, एक उत्पादन तयार केले जाते ज्यामध्ये ई आणि एफ भागात असलेल्या साखरेच्या रिंगांचा समावेश होतो, जे एंजाइमसह कॉम्प्लेक्समधून सोडले जाऊ शकते. D क्षेत्रामध्ये असलेल्या साखरेच्या अंगठीची रचना विकृत होते, ती रचना घेते अर्ध्या खुर्च्या, ज्यामध्ये साखरेचे रिंग बनवणारे सहा अणूंपैकी पाच अणू व्यावहारिकपणे एकाच समतलात असतात. ही रचना संक्रमण स्थितीच्या स्वरूपाशी संबंधित आहे. या प्रकरणात, C 1 अणू सकारात्मक चार्ज केला जातो आणि मध्यवर्ती उत्पादनास कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) म्हणतात. एएसपी-52 अवशेष (चित्र 6.5) च्या डिप्रोटोनेटेड कार्बोक्सिल गटाद्वारे कार्बोनियम आयनच्या स्थिरीकरणामुळे संक्रमण स्थितीची मुक्त ऊर्जा कमी होते.

पुढच्या टप्प्यावर, पाण्याचा रेणू अभिक्रियामध्ये प्रवेश करतो आणि सक्रिय केंद्राच्या प्रदेशातून डिसॅकराइड अवशेषांची जागा घेतो. पाण्याच्या रेणूचा प्रोटॉन Glu-35 वर जातो आणि हायड्रॉक्सिल आयन (OH -) कार्बनियम आयनच्या C 1 अणूकडे जातो (सामान्य मूलभूत उत्प्रेरकाची अवस्था). परिणामी, क्लीव्हड पॉलिसेकेराइडचा दुसरा तुकडा एक प्रतिक्रिया उत्पादन (चेअर कॉन्फॉर्मेशन) बनतो आणि सक्रिय केंद्र क्षेत्र सोडतो आणि एंजाइम त्याच्या मूळ स्थितीत परत येतो आणि पुढील डिसॅकराइड क्लीव्हेज प्रतिक्रिया (चित्र 6.5) पार पाडण्यासाठी तयार होतो. .

एन्झाईम्सच्या कृतीची यंत्रणा दोन स्थानांवर विचारात घेतली जाऊ शकते: रासायनिक अभिक्रियांच्या उर्जेतील बदलांच्या दृष्टिकोनातून आणि सक्रिय केंद्रातील घटनांच्या दृष्टिकोनातून.

A. रासायनिक अभिक्रिया दरम्यान ऊर्जा बदलते

कोणतीही रासायनिक प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक्सच्या दोन मूलभूत नियमांनुसार पुढे जाते: उर्जेच्या संवर्धनाचा नियम आणि एन्ट्रॉपीचा नियम. या नियमांनुसार, रासायनिक प्रणाली आणि त्याच्या वातावरणाची एकूण ऊर्जा स्थिर राहते, तर रासायनिक प्रणाली क्रम कमी करते (एंट्रॉपी वाढवते). रासायनिक अभिक्रियेची उर्जा समजून घेण्यासाठी, अभिकर्मकांमध्ये प्रवेश करणा-या आणि बाहेर पडणा-या अभिकर्मकांचे उर्जा संतुलन जाणून घेणे पुरेसे नाही; दिलेल्या रासायनिक अभिक्रियेच्या प्रक्रियेदरम्यान ऊर्जा बदल आणि एन्झाईम्सची भूमिका लक्षात घेणे आवश्यक आहे. या प्रक्रियेची गतिशीलता. कार्बोनिक ऍसिडची विघटन प्रतिक्रिया विचारात घ्या:

H2CO3 → H20 + CO2.

कार्बोनिक ऍसिड कमकुवत आहे; जर कार्बोनिक ऍसिडच्या रेणूंची उर्जा एका विशिष्ट पातळीपेक्षा जास्त असेल तर त्याच्या विघटनाची प्रतिक्रिया सामान्य परिस्थितीत पुढे जाईल, ज्याला सक्रियकरण ऊर्जा Ea (चित्र 2-10) म्हणतात.

क्रियाशील ऊर्जा ही पदार्थाच्या रेणूंना प्रतिक्रिया देण्यासाठी आवश्यक असलेली गतिज ऊर्जा आहे.

जेव्हा हा उर्जा अडथळा गाठला जातो, तेव्हा रेणूमध्ये बदल घडतात, ज्यामुळे रासायनिक बंधांचे पुनर्वितरण होते आणि नवीन संयुगे तयार होतात. Ea असलेले रेणू संक्रमण स्थितीत असल्याचे म्हटले जाते. प्रारंभिक अभिक्रियाक H2CO3 आणि अंतिम संयुगे H2O आणि CO2 मधील ऊर्जेच्या फरकाला अभिक्रिया DG चे मुक्त ऊर्जा बदल म्हणतात. H2O आणि CO2 रेणू H2CO3 पेक्षा अधिक स्थिर पदार्थ आहेत, म्हणजे. कमी ऊर्जा आहे आणि सामान्य परिस्थितीत व्यावहारिकपणे प्रतिक्रिया देत नाही. या प्रतिक्रियेच्या परिणामी बाहेर पडणारी ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात वातावरणात पसरते.

अधिक रेणूंमध्ये ऊर्जा पातळी Ea पेक्षा जास्त असेल, रासायनिक अभिक्रियाचा दर जास्त असेल. आपण गरम करून रासायनिक अभिक्रियाचा दर वाढवू शकता. यामुळे प्रतिक्रिया देणाऱ्या रेणूंची ऊर्जा वाढते. तथापि, उच्च तापमान सजीवांसाठी विनाशकारी आहे, म्हणून रासायनिक अभिक्रिया वेगवान करण्यासाठी पेशींमध्ये एन्झाइमचा वापर केला जातो. Ea ची पातळी कमी करून एंजाइम सेलमध्ये अस्तित्वात असलेल्या इष्टतम परिस्थितीत उच्च दराने प्रतिक्रिया देतात. अशाप्रकारे, एन्झाईम्स ऊर्जा अडथळ्याची उंची कमी करतात, परिणामी प्रतिक्रियाशील रेणूंची संख्या वाढते आणि त्यामुळे प्रतिक्रिया दर वाढतो.

एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिसच्या यंत्रणेमध्ये, अस्थिर इंटरमीडिएट कंपाऊंड्सची निर्मिती निर्णायक महत्त्वाची असते - एंजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्स ES, जे अस्थिर संक्रमण कॉम्प्लेक्स EP मध्ये रूपांतरित होते, जे जवळजवळ त्वरित मुक्त एंझाइम आणि प्रतिक्रिया उत्पादनात विघटित होते.

अशा प्रकारे, जैविक उत्प्रेरक (एंझाइम) मुक्त ऊर्जा बदलत नाहीत.

एंजाइम, रासायनिक अभिक्रियासाठी उत्प्रेरकाचे कार्य करते, उत्प्रेरकाच्या सामान्य नियमांचे पालन करते आणि त्यात गैर-जैविक उत्प्रेरकांचे सर्व गुणधर्म असतात, परंतु एंझाइमच्या संरचनात्मक वैशिष्ट्यांशी संबंधित विशिष्ट गुणधर्म देखील असतात.

एंजाइम आणि गैर-जैविक उत्प्रेरक यांच्यातील समानता अशी आहे की:

एन्झाईम्स ऊर्जावान संभाव्य प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करतात;

· रासायनिक प्रणालीची ऊर्जा स्थिर राहते;

उत्प्रेरक प्रक्रियेदरम्यान, प्रतिक्रियेची दिशा बदलत नाही;

प्रतिक्रिया दरम्यान एन्झाईम्सचा वापर केला जात नाही.

एंजाइम आणि गैर-जैविक उत्प्रेरक यांच्यातील फरक असे आहेत:

एनजाइमॅटिक प्रतिक्रियांचा दर नॉन-प्रथिने उत्प्रेरकांद्वारे उत्प्रेरित केलेल्या प्रतिक्रियांपेक्षा जास्त असतो;

एंजाइम अत्यंत विशिष्ट आहेत;

· एंजाइमॅटिक प्रतिक्रिया सेलमध्ये घडते, म्हणजे. 37 डिग्री सेल्सियस तापमानात, सतत वातावरणाचा दाब आणि शारीरिक पीएच;

एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेची गती समायोजित केली जाऊ शकते.

एंजाइमच्या कृतीची यंत्रणा

सर्वसाधारण शब्दात, हे सर्व एंजाइम आणि सब्सट्रेटच्या पूरक परस्परसंवादावर येते. या प्रकरणात, सब्सट्रेटचे कार्यात्मक गट त्यांच्या एंझाइमच्या संबंधित कार्यात्मक गटांशी संवाद साधतात. सब्सट्रेट विशिष्टतेची उपस्थिती दोन गृहितकांनी स्पष्ट केली आहे:

1. फिशरचा सिद्धांत(“कठोर मॅट्रिक्स”, “की-लॉक” चे मॉडेल) – एन्झाइमचे सक्रिय केंद्र सब्सट्रेटच्या कॉन्फिगरेशनशी काटेकोरपणे जुळते आणि ते जोडल्यावर बदलत नाही. हे मॉडेल परिपूर्ण विशिष्टतेचे स्पष्टीकरण देते, परंतु समूह विशिष्टतेचे नाही.

2. 1958 मध्ये, डॅनियल कोशलँड यांनी “की-लॉक” मॉडेलमध्ये बदल करण्याचा प्रस्ताव दिला. एन्झाईम्स साधारणपणे कठोर नसतात, परंतु लवचिक रेणू असतात. एंजाइमची सक्रिय साइट सब्सट्रेट बांधल्यानंतर रचना बदलू शकते. सक्रिय साइटचे अमीनो आम्ल बाजूचे गट एक स्थान गृहीत धरतात जे एन्झाइमला त्याचे उत्प्रेरक कार्य करण्यास अनुमती देतात. काही प्रकरणांमध्ये, सब्सट्रेट रेणू सक्रिय साइटवर बंधनकारक झाल्यानंतर रचना देखील बदलतात. की-लॉक मॉडेलच्या विपरीत, प्रेरित-फिट मॉडेल केवळ एंजाइमची विशिष्टताच नाही तर संक्रमण स्थितीचे स्थिरीकरण देखील स्पष्ट करते. या मॉडेलला "ग्लोव्ह हँड" म्हणतात.

एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियांचे गतीशास्त्र. तापमान, पर्यावरणाचा pH, एंझाइम सांद्रता आणि सब्सट्रेटवर एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियांच्या दराचे अवलंबन. इष्टतम पीएच आणि तापमान, शारीरिक आणि नैदानिक ​​​​निदानविषयक महत्त्व संकल्पना. मायकेलिस स्थिरांक आणि त्याचे नैदानिक ​​​​आणि निदान महत्त्व निश्चित करणे.

एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेचे गतीशास्त्र (म्हणजे, त्याच्या स्थितीवर प्रतिक्रिया दराचे अवलंबन) प्रामुख्याने निर्धारित केले जाते. उत्प्रेरक गुणधर्म.

एन्झाईम किनेटीक्स प्रतिक्रिया करणार्‍या पदार्थांच्या (एंझाइम्स, सब्सट्रेट्स) रासायनिक स्वरूपाच्या प्रभावाचे नमुने आणि त्यांच्या परस्परसंवादाच्या परिस्थितीचा अभ्यास करतात (एकाग्रता, पीएच, तापमान, ऍक्टिव्हेटर्स किंवा इनहिबिटरची उपस्थिती) एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियांच्या दरावर. एन्झाईमॅटिक प्रतिक्रियांच्या गतीशास्त्राचा अभ्यास करण्याचे मुख्य उद्दिष्ट म्हणजे अशी माहिती मिळवणे जे एंजाइमच्या कृतीची आण्विक यंत्रणा स्पष्ट करण्यात मदत करू शकते.

एन्झाईम्सच्या प्रमाणात एंजाइमॅटिक प्रतिक्रिया दराचे अवलंबन:

जेव्हा अतिरिक्त सब्सट्रेटच्या परिस्थितीत एंजाइमॅटिक प्रतिक्रिया केली जाते, तेव्हा प्रतिक्रिया दर एंझाइमच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असेल. अशा प्रतिक्रियेच्या ग्राफिकल अवलंबनास सरळ रेषेचे स्वरूप असते. तथापि, एंजाइमचे प्रमाण निरपेक्षपणे निर्धारित करणे अनेकदा अशक्य असते, म्हणून सराव मध्ये ते सशर्त मूल्ये वापरतात जे एंजाइमची क्रिया दर्शवितात: एक आंतरराष्ट्रीय युनिट क्रियाकलाप (IU) एन्झाइमच्या प्रमाणाशी संबंधित आहे जे एंझाइमॅटिक प्रतिक्रियेसाठी अनुकूल परिस्थितीत 1 मिनिटांत 1 μmol सब्सट्रेटचे रूपांतरण उत्प्रेरित करते. प्रत्येक एंझाइमसाठी इष्टतम परिस्थिती वैयक्तिक असतात आणि सक्रियक आणि अवरोधकांच्या अनुपस्थितीत वातावरणाच्या तापमानावर, सोल्यूशनच्या पीएचवर अवलंबून असतात.

तांदूळ. प्रतिक्रियेच्या वेळेवर (अवधी) उत्पादन संचयन (A) आणि सब्सट्रेट नुकसान (B) चे अवलंबन. एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेचा दर उत्पादनाच्या एकाग्रतेतील बदल किंवा प्रति युनिट वेळेनुसार निर्धारित केला जातो.

एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेचा कालावधी प्रतिक्रियेच्या वेळेनुसार उत्पादनाच्या नॉनलाइनर संचय (किंवा सब्सट्रेटचे नुकसान) द्वारे दर्शविले जाते.

एंझाइम क्रियाकलापाचे एकक: 1 कॅटल (कॅट), उत्प्रेरकाच्या प्रमाणाशी संबंधित आहे जे 1 s मध्ये सब्सट्रेटचे 1 तीळ रूपांतरित करते. उत्प्रेरकांची संख्या सूत्राद्वारे निर्धारित केली जाते:

एंजाइमॅटिक क्रियाकलाप ME चे आंतरराष्ट्रीय एकक खालील समानतेद्वारे कॅथलशी संबंधित आहे:

1 मांजर = 1 mol S/c = 60 mol S/min = 60x10 6 µmol/min = 6x10 7 ME,

1 ME = 1 µmol/min = 1/60 µmol/s = 1/60 µkat = 16.67 nkat.

वैद्यकीय व्यवहारात, क्रियाकलापांची आंतरराष्ट्रीय एकके - ME - बहुतेकदा एन्झाइम क्रियाकलापांचे मूल्यांकन करण्यासाठी वापरली जातात. दिलेल्या टिश्यूच्या इतर प्रथिनांमधील एंजाइम रेणूंच्या संख्येचा अंदाज घेण्यासाठी, एंजाइमची विशिष्ट क्रिया (sp. ac.) निर्धारित केली जाते, संख्यात्मकदृष्ट्या द्रव्यमानाने विभाजित केलेल्या ऊतक नमुन्यातील एंजाइम क्रियाकलाप युनिट्स (पीएमई) च्या संख्येइतकी असते. (मिग्रॅ) या ऊतकातील प्रथिने:

एंजाइमच्या शुद्धीकरणाचा न्याय करण्यासाठी विशिष्ट क्रियाकलाप वापरला जातो: कमी परदेशी प्रथिने, विशिष्ट क्रियाकलाप जास्त.

माध्यमाच्या तपमानावर एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दराचे अवलंबन

तपमान काही मर्यादेपर्यंत वाढवल्यास कोणत्याही रासायनिक अभिक्रियेवर तापमानाच्या प्रभावाप्रमाणेच एन्झाइमॅटिक अभिक्रियाच्या दरावर परिणाम होतो. जसजसे तापमान वाढते तसतसे रेणूंची हालचाल वेगवान होते, ज्यामुळे अभिक्रियाकांमधील परस्परसंवादाची शक्यता वाढते. याव्यतिरिक्त, तापमान प्रतिक्रिया करणार्‍या रेणूंची उर्जा वाढवू शकते, ज्यामुळे प्रतिक्रिया देखील वेगवान होते. तथापि, एन्झाईम्सद्वारे उत्प्रेरित केलेल्या रासायनिक अभिक्रियाच्या दराचे स्वतःचे तापमान इष्टतम असते, ज्याच्या जास्त प्रमाणात प्रथिने रेणूच्या थर्मल विकृतीमुळे एन्झाइमॅटिक क्रियाकलाप कमी होते.

बहुतेक मानवी एन्झाइम्ससाठी, इष्टतम तापमान 37-38 डिग्री सेल्सियस असते. तथापि, थर्मोस्टेबल एंजाइम देखील निसर्गात अस्तित्वात आहेत. उदाहरणार्थ, गरम पाण्याच्या झऱ्यांमध्ये राहणार्‍या सूक्ष्मजीवांपासून वेगळे केलेले Taq पॉलिमरेज तापमान 95 °C पर्यंत वाढल्यावर निष्क्रिय होत नाही. पॉलिमरेझ चेन रिअॅक्शन (PCR) पद्धतीचा वापर करून रोगांचे आण्विक निदान करण्यासाठी हे एन्झाइम वैज्ञानिक आणि व्यावहारिक औषधांमध्ये वापरले जाते.

तांदूळ. तापमानावर एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रिया दर (V) चे अवलंबन.

माध्यमाच्या pH वर एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दराचे अवलंबन

प्रत्येक सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य एक pH मूल्य आहे ज्यावर त्याची जास्तीत जास्त क्रिया पाळली जाते. इष्टतम पीएच मूल्यापासून विचलनामुळे एंजाइमॅटिक क्रियाकलाप कमी होतो.

एंजाइमच्या क्रियाकलापावरील पीएचचा प्रभाव दिलेल्या प्रोटीनच्या अमीनो ऍसिड अवशेषांच्या कार्यात्मक गटांच्या आयनीकरणाशी संबंधित आहे, जे एंजाइमच्या सक्रिय केंद्राची इष्टतम रचना सुनिश्चित करते. जेव्हा पीएच इष्टतम मूल्यांमधून बदलतो, तेव्हा प्रथिने रेणूच्या कार्यात्मक गटांचे आयनीकरण बदलते. उदाहरणार्थ, जेव्हा वातावरण अम्लीकरण केले जाते, तेव्हा मुक्त अमीनो गट (NH 3 +) प्रोटोनेटेड असतात आणि जेव्हा क्षारीकरण होते, तेव्हा कार्बोक्झिल गटांमधून एक प्रोटॉन काढून टाकला जातो (COO -). यामुळे एंझाइम रेणू आणि सक्रिय केंद्राची रचना बदलते; परिणामी, सक्रिय केंद्राशी सब्सट्रेट, कोफॅक्टर्स आणि कोएन्झाइम्सची जोड विस्कळीत होते. याव्यतिरिक्त, वातावरणाचा पीएच आयनीकरण किंवा सब्सट्रेटच्या स्थानिक संस्थेच्या डिग्रीवर परिणाम करू शकतो, जो सक्रिय साइटसाठी सब्सट्रेटच्या आत्मीयतेवर देखील परिणाम करतो. इष्टतम पीएच मूल्यापासून महत्त्वपूर्ण विचलनासह, प्रथिने रेणूचे विकृतीकरण एंजाइमॅटिक क्रियाकलापांच्या संपूर्ण नुकसानासह होऊ शकते.

वेगवेगळ्या एन्झाइम्ससाठी इष्टतम pH मूल्य भिन्न असते. अम्लीय पर्यावरणीय परिस्थितीत कार्य करणारी एन्झाईम्स (उदाहरणार्थ, पोटातील पेप्सिन किंवा लायसोसोमल एन्झाईम्स) एक रचना प्राप्त करतात ज्यामुळे एन्झाईम अम्लीय pH मूल्यांवर कार्य करते हे सुनिश्चित करते. तथापि, मानवी शरीरातील बहुतेक एन्झाईम्सचा इष्टतम pH हा न्यूट्रलच्या जवळ असतो, जो शारीरिक pH मूल्याशी सुसंगत असतो.

सब्सट्रेटच्या प्रमाणात एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दराचे अवलंबन

जर एंजाइमची एकाग्रता स्थिर राहिली, फक्त सब्सट्रेटचे प्रमाण बदलत असेल, तर एन्झाईमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दराचा आलेख हायपरबोलाद्वारे वर्णन केला जातो.

सब्सट्रेटचे प्रमाण जसजसे वाढते तसतसे प्रारंभिक गती वाढते. जेव्हा एंझाइम सब्सट्रेटसह पूर्णपणे संतृप्त होते, म्हणजे. एंजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सची जास्तीत जास्त संभाव्य निर्मिती दिलेल्या एंजाइम एकाग्रतेवर होते आणि उत्पादन निर्मितीचा उच्चतम दर साजरा केला जातो. सब्सट्रेट एकाग्रतेमध्ये आणखी वाढ झाल्याने उत्पादनाच्या निर्मितीमध्ये वाढ होत नाही, म्हणजे. प्रतिक्रिया दर वाढत नाही. ही स्थिती कमाल प्रतिक्रिया गती Vmax शी संबंधित आहे.

अशा प्रकारे, एंजाइम एकाग्रता उत्पादनाच्या निर्मितीमध्ये मर्यादित घटक आहे. या निरीक्षणाने 1913 मध्ये एल. मायकेलिस आणि एम. मेंटेन या शास्त्रज्ञांनी विकसित केलेल्या एन्झाइम गतीशास्त्राचा आधार बनला.

एंजाइमॅटिक प्रक्रिया खालील समीकरणाद्वारे व्यक्त केली जाऊ शकते:

जेथे k 1 हा एन्झाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीसाठी स्थिर दर आहे; k -1 हा रिव्हर्स रिअॅक्शनचा दर स्थिरांक आहे, एन्झाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सचे विघटन; k 2 प्रतिक्रिया उत्पादनाच्या निर्मितीसाठी स्थिर दर आहे.

दर स्थिरांकांचे खालील गुणोत्तर (k -1 + k 2)/k 1 याला मायकेलिस स्थिरांक म्हणतात आणि K m दर्शविला जातो.

प्रतिक्रिया दर एंझाइम-सबस्ट्रेट ES कॉम्प्लेक्सच्या एकाग्रतेच्या प्रमाणात आहे आणि ES निर्मितीचा दर सब्सट्रेट एकाग्रता आणि मुक्त एन्झाइमच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असतो. ES ची एकाग्रता ES च्या निर्मिती आणि क्षय दराने प्रभावित होते.

जेव्हा सर्व एंजाइम रेणू सब्सट्रेटसह जटिल असतात तेव्हा उच्चतम प्रतिक्रिया दर दिसून येतो, म्हणजे. एंजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्स ES मध्ये, म्हणजे [ई] = .

सब्सट्रेट एकाग्रतेवर एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दराचे अवलंबन खालील समीकरणाद्वारे व्यक्त केले जाते

V कमाल [S]

K m + [S]

या समीकरणाला मायकेलिस-मेंटेन समीकरण म्हणतात.

ज्या स्थितीत प्रतिक्रिया दर कमाल अर्धा आहे, K m = [S] अशा प्रकारे, मायकलिस स्थिरांक संख्यात्मकदृष्ट्या सब्सट्रेट एकाग्रतेच्या समान असतो ज्यावर अर्धा कमाल दर गाठला जातो.

मायकेलिस-मेंटेन समीकरण हे एन्झाइम गतीशास्त्राचे मूलभूत समीकरण आहे, जे सब्सट्रेटच्या एकाग्रतेवर एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दराच्या अवलंबित्वाचे वर्णन करते.

जर सब्सट्रेटची एकाग्रता K m (S >> K m) पेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त असेल, तर K m ने सब्सट्रेट एकाग्रतेत वाढ केल्याचा व्यावहारिकरित्या बेरीज (K m + S) वर कोणताही परिणाम होत नाही आणि ते सब्सट्रेटच्या बरोबरीचे मानले जाऊ शकते. एकाग्रता परिणामी, प्रतिक्रिया दर कमाल गतीच्या बरोबरीचा होतो: V = V कमाल. या परिस्थितीत, प्रतिक्रियेला शून्य क्रम आहे, म्हणजे. सब्सट्रेट एकाग्रतेवर अवलंबून नाही. आम्ही असा निष्कर्ष काढू शकतो की V max हे सब्सट्रेट एकाग्रतेपासून स्वतंत्र, दिलेल्या एन्झाइम एकाग्रतेसाठी स्थिर मूल्य आहे.

जर सब्सट्रेट एकाग्रता K m (S.) पेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी असेल<< K m), то сумма (K m + S) примерно равна К m , следовательно, V = V max [S]/K m , т.е. в данном случае скорость реакции прямо пропорциональна концентрации субстрата (реакция имеет первый порядок).

तांदूळ. सब्सट्रेट एकाग्रतेवर प्रतिक्रिया दर (V) चे अवलंबन S.

V max आणि K m ही एन्झाइमच्या कार्यक्षमतेची गतीशील वैशिष्ट्ये आहेत.

· V max एंझाइमच्या उत्प्रेरक क्रियाकलापाचे वैशिष्ट्य दर्शविते आणि एंझाइमॅटिक प्रतिक्रिया mol/l च्या दराचे परिमाण आहे, म्हणजे. दिलेल्या एन्झाइम एकाग्रतेवर आणि जादा सब्सट्रेटच्या परिस्थितीत उत्पादन निर्मितीची जास्तीत जास्त शक्यता निर्धारित करते. K m दिलेल्या सब्सट्रेटसाठी दिलेल्या एन्झाइमची आत्मीयता दर्शवते आणि ते स्थिर मूल्य आहे जे एंझाइमच्या एकाग्रतेवर अवलंबून नाही. कमी

· किमी, दिलेल्या सब्सट्रेटसाठी एन्झाईमची आत्मीयता जितकी जास्त असेल, प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर जितका जास्त असेल आणि त्याउलट, किमी जितका जास्त असेल तितका प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर कमी असेल, सब्सट्रेटसाठी एन्झाइमची आत्मीयता कमी असेल.

कोणतीही प्रतिक्रिया येण्यासाठी, प्रतिक्रिया करणारे रेणू एकमेकांच्या संपर्कात आले पाहिजेत. तथापि, रेणूंची प्रत्येक टक्कर त्यांच्या परस्परसंवादासह होत नाही; प्रतिक्रिया तेव्हाच घडते जेव्हा रेणूंना गतीज उर्जेचा पुरेसा पुरवठा असेल. कोणत्याही पदार्थाच्या रेणूंचा संच हा वेगवेगळ्या गतिज ऊर्जा असलेल्या रेणूंचा सांख्यिकीय संच असतो. सक्रिय (संक्रमण) स्थिती प्राप्त करण्यासाठी आवश्यक ऊर्जा, किंवा दिलेल्या तापमानावरील रेणूंच्या सरासरी ऊर्जेच्या तुलनेत अतिरिक्त उर्जेला सक्रियता ऊर्जा (Ea) म्हणतात. एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियांच्या बाबतीत, एनजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीमुळे उर्जा अडथळा कमी होतो आणि सक्रियकरण ऊर्जा जितकी कमी होईल तितक्या वेगाने प्रतिक्रिया पुढे जातील, कारण कमी उर्जा असलेले रेणू संवाद साधू शकतात.

एंजाइमॅटिक आणि नॉन-एंझाइमॅटिक प्रतिक्रियांमध्ये, संक्रमण स्थिती प्राप्त करण्यासाठी, प्रारंभिक पदार्थांचे रेणू सक्रिय केले जातात, उच्च ऊर्जा राखीव प्राप्त करतात, त्यानंतरच ते प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये परिवर्तन करू शकतात, परंतु (ईए) एन्झाइमेटिकच्या बाबतीत प्रतिक्रिया कमी आहे.

अशा प्रकारे, एन्झाइमॅटिक प्रतिक्रियांचे उच्च दर शेवटी उत्प्रेरक प्रतिक्रियांच्या सक्रियतेच्या उर्जेमध्ये घट झाल्याचा परिणाम आहेत. हे तंतोतंत आहे कारण जैविक उत्प्रेरक सक्रियतेची ऊर्जा कमी करतात जी एंजाइमॅटिक प्रतिक्रिया तुलनेने कमी तापमानात उच्च वेगाने पुढे जातात.

एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिस दरम्यान सक्रियकरण उर्जा कमी होणे या प्रतिक्रियांच्या मल्टीस्टेज स्वरूपाशी काही संबंध आहे. ते एका टप्प्यात घडत नाहीत, परंतु टप्प्याटप्प्याने, अनेक मध्यवर्ती प्रतिक्रियांद्वारे. या प्रकरणात, प्रतिक्रियेचा सक्रियता अडथळा प्रत्येक मध्यवर्ती प्रतिक्रियेसाठी अनेक खालच्या अडथळ्यांमध्ये विभागलेला असतो, जे प्रतिक्रिया करणार्‍या रेणूंना एका मोठ्या अडथळ्यापेक्षा पार करणे सोपे असते.

एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिसमध्ये एकसंध आणि विषम उत्प्रेरक दोन्हीची वैशिष्ट्ये आहेत, दोन टप्प्यांमधील इंटरफेसमध्ये उद्भवतात. एंजाइमच्या उत्प्रेरक क्रियेमध्ये, 3 अवस्था ओळखल्या जाऊ शकतात: 1) सब्सट्रेट रेणू (एस) एंझाइम (ई) ला जोडणे, 2) सब्सट्रेटचे परिवर्तन, 3) अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादनांचे वेगळे करणे (पी) एन्झाइम एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेची सर्वात सोपी योजना खालीलप्रमाणे लिहिली आहे.

E + S ⇆ ES → E + P

सर्वात वेगवान सामान्यत: प्रतिक्रियेचा पहिला टप्पा असतो, सर्वात मंद दुसरा असतो. प्रतिक्रियेच्या पहिल्या टप्प्यावर, एंजाइम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्स (ЈS, FSK) तयार होते, परिणामी सब्सट्रेट रेणूची रचना आणि गुणधर्म बदलतात आणि त्याचे संक्रमण फॉर्म तयार होतात. उत्प्रेरक प्रतिक्रियेमध्ये त्याच्या परिवर्तनाच्या प्रक्रियेला गती देण्यासाठी ही मुख्य आवश्यकता आहे.

FSC ची निर्मिती उच्च उत्प्रेरक क्रियाकलापांसाठी पूर्व शर्ती तयार करते. हे स्थापित केले गेले आहे की एफएससीच्या निर्मिती दरम्यान, एन्झाइम आणि सब्सट्रेटचे रेणू केवळ एकमेकांच्या जवळ येत नाहीत तर एका विशिष्ट मार्गाने एकमेकांशी संबंधित देखील असतात. सब्सट्रेटची रचना आणि एंजाइमच्या सक्रिय केंद्रादरम्यान, स्टेरिक पत्रव्यवहाराव्यतिरिक्त, एक टोपोकेमिकल पत्रव्यवहार देखील आहे, जो एंजाइमच्या ओळख गट (बाइंडिंग झोन) आणि सब्सट्रेटच्या ओळख गटांचा परस्परसंवाद सुनिश्चित करतो. एंझाइम आणि सब्सट्रेटचे बंधन सहसा बहुपॉइंट असते आणि एंझाइमची विशिष्टता जितकी जास्त असेल तितके ओळखण्याचे अधिक बिंदू.

एन्झाईमॅटिक रिअॅक्शन्सच्या दरात वाढ होण्यात काही विशिष्ट योगदान देणारा एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे एन्झाईमद्वारे सब्सट्रेटच्या मल्टीपॉईंट बांधणीच्या परिणामी रेणूंच्या प्रतिक्रियांच्या संपर्काच्या वेळेत वाढ होते. पूर्णपणे रासायनिक अभिक्रियेच्या बाबतीत टक्कर दरम्यान रेणूंचा संपर्क ज्या कालावधीत टिकतो तो काळ रेणूंच्या थर्मल कंपनांच्या कालावधीइतका असतो (10 13 -10 12 s). या काळात, रासायनिक अभिक्रिया घडण्याची नेहमीच वेळ नसते.

एंझाइमला सब्सट्रेटच्या इष्टतम बांधणीसह, एक उत्पादक एन्झाईम-सबस्ट्रेट कॉम्प्लेक्स तयार होते, म्हणजे, एक कॉम्प्लेक्स जे मध्यवर्ती टप्प्यांच्या मालिकेद्वारे, प्रतिक्रिया उत्पादन(चे) तयार करते. या प्रक्रिया एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियेच्या दुसऱ्या टप्प्यावर होतात. एंजाइमसह सब्सट्रेटच्या परस्परसंवादाच्या दरम्यान, सब्सट्रेटमधील तुटलेल्या बंधांमध्ये (विकृतीकरण किंवा अस्थिरता) तणाव निर्माण होतो, म्हणजेच, तुटलेले बंध हे एंझाइमच्या तुलनेत कमी स्थिर होतात. मुक्त सब्सट्रेट.

सभोवतालच्या द्रावणाच्या तुलनेत सक्रिय केंद्र वातावरणाच्या जास्त हायड्रोफोबिसिटीमुळे देखील एन्झाईम्सच्या प्रभावाखाली प्रतिक्रिया दरात वाढ होते; अशा वातावरणात, चार्ज केलेल्या सब्सट्रेटचे विघटन दिसून येते, ज्यामुळे बंध तुटले जातात. .

एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियांचे एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे सब्सट्रेटचे परिवर्तन पॉलीफंक्शनल कॅटॅलिसिस म्हणून पुढे जाते. पॉलीफंक्शनॅलिटी एंजाइमच्या प्रोटीन भागाच्या अमीनो ऍसिडच्या अवशेषांच्या विविधतेद्वारे आणि सक्रिय केंद्रातील कोफॅक्टर्सच्या गटांद्वारे सुनिश्चित केली जाते; सब्सट्रेटचे बदलणारे रासायनिक बंधन एकाच वेळी किंवा एंजाइमच्या अनेक गटांद्वारे अनुक्रमिक हल्ल्यांच्या मालिकेमुळे प्रभावित होते. परिणामी, ट्रान्सफॉर्मिंग बॉण्डचे ध्रुवीकरण होते आणि नंतर ते फुटते.

एंजाइमच्या सक्रिय साइट्समधील बरेच गट सामान्यीकृत ऍसिड किंवा बेस म्हणून कार्य करतात, सब्सट्रेटवर कार्य करतात, ते सक्रिय करतात आणि त्यामुळे उत्प्रेरक दर वाढतात. ब्रॉन्स्टेडच्या मते, सामान्यीकृत ऍसिड हे कोणतेही प्रोटॉन दाता असतात आणि बेस हे प्रोटॉन स्वीकारणारे असतात. सामान्यीकृत ऍसिड-बेस कॅटालिसिस विशेषतः प्रभावी आहे. ते 10-100 पटीने वेग वाढवते. ग्लूटामाइन, एस्पर्गन, हिस्टिडाइन, लाइसिन, टायरोसिन इत्यादी अमिनो आम्लांचे साइड रॅडिकल्स सक्रिय केंद्रामध्ये सामान्यीकृत आम्ल-बेस उत्प्रेरक म्हणून कार्य करतात. प्रोटोनेटेड स्वरूपात ते आम्ल उत्प्रेरक असतात, अनप्रोटोनेटेड स्वरूपात ते मूलभूत असतात.

एंजाइमचे न्यूक्लियोफिलिक गट न्यूक्लियोफिलिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियांमधून जातात, ज्यामुळे सहसंयोजक मध्यवर्ती - सहसंयोजक उत्प्रेरक तयार होतात. न्यूक्लियोफिलिक गट बदललेल्या गटाची जागा घेतो आणि एक सहसंयोजक मध्यवर्ती तयार होतो; ते अस्थिर आहे आणि सहजपणे प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये मोडते. हिस्टिडाइनचा इमिडाझोल गट एक मजबूत न्यूक्लियोफाइल आहे, म्हणून सक्रिय साइटमध्ये हिस्टिडाइनचे रासायनिक बदल एन्झाईम्सच्या निष्क्रियतेस कारणीभूत ठरतात. न्यूक्लियोफिलिक गटांमध्ये ओएच ग्रुप सेरीन आणि एसएच ग्रुप सिस्टीन देखील समाविष्ट आहेत. इलेक्ट्रोफिलिक गटांची उदाहरणे म्हणजे धातूचे आयन, उदाहरणार्थ Zn 2+

एंजाइममध्ये धातू जे कार्य करतात त्यापैकी एक म्हणजे ते इलेक्ट्रोफिलिक एजंट म्हणून कार्य करतात. अशा प्रकारे, Zn 2+ आयन असलेल्या कार्बोक्सीपेप्टिडेज A च्या सक्रिय मध्यभागी, नंतरचा एक इलेक्ट्रोफिलिक एजंट आहे जो सब्सट्रेटच्या पेप्टाइड बॉन्डमधून इलेक्ट्रॉन्स काढून घेतो, त्याचे हायड्रोलिसिस सुलभ करतो.

३.५. एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियांचे प्रकार.सहभागींच्या संख्येवर आधारित, एंजाइमॅटिक प्रतिक्रिया एकल-सब्सट्रेट आणि ड्युअल-सब्सट्रेट प्रतिक्रियांमध्ये विभागल्या जातात. मोठ्या संख्येने सब्सट्रेट्ससह प्रतिक्रिया अत्यंत दुर्मिळ आहेत. एंजाइमॅटिक प्रतिक्रियांचा सर्वात सामान्य प्रकार म्हणजे दोन उत्पादनांच्या निर्मितीसह दोन-सबस्ट्रेट प्रतिक्रिया: A + B ⇆ C + D. सर्व ज्ञात प्रतिक्रियांपैकी अंदाजे 60%, विशेषत: समूह हस्तांतरण प्रतिक्रिया, या प्रकारच्या असतात.

एकल-सबस्ट्रेट - एकल-उत्पादन प्रतिक्रिया दुर्मिळ आहेत; त्यांची उदाहरणे isomerization प्रतिक्रिया आहेत, विशेषत: ग्लूकोज-1-फॉस्फेट ⇆ ग्लूकोज-6-फॉस्फेट. तथापि, अनेक प्रतिक्रिया त्यांच्या गुणधर्मांमध्ये एकल-सबस्ट्रेट प्रतिक्रियांच्या जवळ असतात. हे अशा प्रकरणांमध्ये दिसून येते जेव्हा दोनपैकी फक्त एका सब्सट्रेटची एकाग्रता बदलते. उदाहरणार्थ, हायड्रोलाइटिक प्रतिक्रिया एकल-सब्सट्रेट म्हणून मानल्या जाऊ शकतात, कारण 2 रा सब्सट्रेट - पाणी - ची एकाग्रता स्थिर मानली जाऊ शकते; प्रतिक्रिया दरम्यान ती नगण्यपणे कमी होते.

सिंगल सब्सट्रेट रिअॅक्शन या मूलत: युनिमोलेक्युलर रासायनिक प्रतिक्रिया (A-P) असतात. त्यापैकी बहुतेक 1ल्या ऑर्डरच्या प्रतिक्रियांशी संबंधित आहेत, कारण प्रतिक्रिया दर केवळ एका अभिक्रियाकर्त्याच्या एकाग्रतेच्या प्रमाणात आहे. प्रतिक्रियेचा क्रम सब्सट्रेटच्या एकाग्रतेवर अवलंबून असलेल्या स्वरूपाद्वारे निर्धारित केला जातो. मोनोमोलेक्युलर प्रतिक्रियेचा दर थराच्या एकाग्रतेवर अवलंबून नसू शकतो (जर ते जास्त असेल तर) प्रतिक्रिया क्रम शून्य असेल (V=ko, जेथे k 0 हा शून्य-क्रम प्रतिक्रियेचा दर स्थिर आहे).

प्रथम-क्रम प्रतिक्रियांमध्ये द्विमोलेक्युलर (दोन-सबस्ट्रेट) प्रतिक्रियांचा देखील समावेश असेल. हायड्रोलिसिस प्रतिक्रियांच्या बाबतीत असे घडते जेव्हा एका सब्सट्रेटची एकाग्रता दुसर्‍याच्या एकाग्रतेच्या तुलनेत खूप जास्त असते. बहुतेक द्विमोलेक्युलर प्रतिक्रिया या 2ऱ्या क्रमाच्या प्रतिक्रिया असतात कारण त्यांचा दर दोन अभिक्रियाकांच्या एकाग्रतेच्या प्रमाणात किंवा कमी सामान्यपणे, सब्सट्रेट एकाग्रतेच्या वर्गाच्या प्रमाणात असतो.

3.6. एंजाइम आणि आयसोएन्झाइम्सचे अनेक आण्विक प्रकार.

एंजाइमचे एकाधिक आण्विक रूप (MMEF) हे एन्झाईम्सचा समूह म्हणून समजले जातात जे एका जैविक प्रजातीमध्ये समान उत्प्रेरक कार्य करतात, परंतु रचना आणि अनेक भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमध्ये भिन्न असतात. एमएमएफएफ वेगळे करण्यासाठी, इलेक्ट्रोफोरेसीस पद्धतीचे विविध प्रकार बहुतेकदा वापरले जातात, त्यानंतर समान एन्झाइमॅटिक क्रियाकलाप असलेल्या झोनची विशिष्ट ओळख करून दिली जाते. इलेक्ट्रोफेरोग्राममध्ये, एमएमएफएफ क्रियाकलापांचे क्षेत्र एनोडिक गतिशीलता कमी करण्याच्या क्रमाने अरबी अंकांद्वारे नियुक्त केले जातात.

सर्व MMFF सहा वर्गांमध्ये विभागलेले आहेत.

1. अनुवांशिकदृष्ट्या स्वतंत्र प्रथिने. हे वेगवेगळ्या जनुकांवर संश्लेषित केलेले एन्झाइम आहेत. बहुकोशिकीय जीवांमध्ये, ते सहसा वेगवेगळ्या इंट्रासेल्युलर, ऊतक स्थानिकीकरणाद्वारे दर्शविले जातात: उदाहरणार्थ, पायरुवेट किनेज, एनोलेज, स्नायू आणि यकृताच्या ऊतींमधील फ्रक्टोज डायफॉस्फेट अल्डोलेस, मालेट डिहाइड्रोजनेज आणि माइटोकॉन्ड्रिया आणि साइटोसोलमधील अनेक एमिनोट्रान्सफेरेसेस.

2. हेटरोपॉलिमर्सदोन किंवा अधिक पॉलीपेप्टाइड साखळ्यांचे (संकर) सहसंयोजक रीतीने जोडलेले आहेत. एलडीएच, अल्कोहोल डिहायड्रोजनेज आणि क्रिएटिन किनेज ही या वर्गातील एन्झाइमच्या आण्विक स्वरूपाची उदाहरणे आहेत.

3. अनुवांशिक रूपे(अॅलेलोझाइम्स). या सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य एन्कोडिंग जनुकांसाठी विषमत्व असलेल्या जीवांमध्ये अॅलेलोझाईम आढळतात. या वर्गात उत्परिवर्ती स्वरूपाच्या एन्झाइम्सचा समावेश होतो. हा एन्झाईम्सच्या आण्विक स्वरूपाचा एक खूप मोठा वर्ग आहे, उदाहरणार्थ, ग्लूकोज -6-फॉस्फेट - मानवी डिहायड्रोजनेज, एडेनोसिन डीमिनेज आणि इतर अनेक.

4. संयुग्मित किंवा व्युत्पन्न प्रथिने. MMFF च्या या वर्गामध्ये प्रथिनांमध्ये (मधून) विशिष्ट गटांच्या सहसंयोजक जोडणीमुळे किंवा काढून टाकल्यामुळे तयार झालेल्या एन्झाईम्सच्या प्रकारांचा समावेश होतो. अशा बदलांमध्ये सामान्यतः एन्झाइमिक क्रियाकलाप आणि एन्झाइमच्या काही भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमधील बदलांसह असतात. बदलामध्ये फॉस्फोरिलेशन - डिफॉस्फोरिलेशन (ग्लायकोजेन फॉस्फोरिलेज, ग्लायकोजेन सिंथेस, फ्रक्टोज डिफॉस्फेटेस), अॅडेनिलेशन - डेडनिलेशन (ग्लूटामाइन सिंथेटेस) यांचा समावेश असू शकतो. ई कोलाय्), सल्फहायड्रिल गटांचे ऑक्सिडेशन (झेंथिन ऑक्सिडेस, लिपॉयल डिहायड्रोजनेज), ग्लायकोसिलेशन (कार्बोहायड्रेट अवशेषांच्या संख्येतील फरक बोवाइन यकृतातील β-ग्लुकुरोनिडेससाठी दर्शविला जातो, पेनिसिलियमविटेलमधील ग्लुकोज ऑक्सिडेस, डीनेस आणि आरनेस आणि बोवाइन ऑक्सिडेस आणि बोवाइन ऑक्सिडेशनचे आरएनएस) ग्लूटामाइन अवशेष (स्ट्रेप्टोमायसेस रेक्टसमधील अल्कधर्मी प्रोटीजमध्ये असमान प्रमाणात अॅमिडेशन आढळले), प्रोटीसेस (अल्डोलेज) द्वारे पेप्टाइड बंधांचे विघटन.

5. सिंगल सबयुनिट ऑलिगोमर्स. एंझाइमची चतुर्थांश रचना असल्यास, चतुर्थांश संरचनेत भिन्न संख्येच्या समान पॉलीपेप्टाइड साखळ्यांच्या संयोगामुळे भिन्न आण्विक रूपे उद्भवू शकतात. अशा प्रकारे, β-ग्लुकोसिडेस मोनो-, डाय-, टेट्रा- आणि ऑक्टॅमरच्या स्वरूपात सक्रिय आहे. MMFF दिसण्याचे कारण म्हणून ऑलिगोमेरिसिटीचे वेगवेगळे अंश ग्लूटामेट डिहायड्रोजनेज, कोलिनेस्टेरेस आणि इतर अनेक एन्झाईम्ससाठी ओळखले गेले आहेत.

6. रचना भिन्न रूपे(अनुरूप). कॉन्फॉर्मर हे प्रथिने आहेत जे समान अमीनो ऍसिड अनुक्रमानुसार भिन्न असतात. रेणूच्या पृष्ठभागावर चार्ज केलेल्या गटांच्या संख्येशी संबंधित प्रथिनांच्या अवकाशीय संरचनेतील फरक, असमान इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलताकडे नेतो. वर्ग 6 मध्ये सर्व अलॉस्टरिकली सुधारित एन्झाइम देखील समाविष्ट असतील.

तर, MMFF हा शब्द एका जैविक प्रजातीमध्ये आढळणाऱ्या आणि कृतीची समान विशिष्टता असलेल्या एन्झाइमच्या गटासाठी सर्वात सामान्य शब्द म्हणून वापरला जाऊ शकतो. त्यांच्या देखाव्याचे कारण विचारात न घेता ते वापरले पाहिजे. isoenzyme किंवा isoenzyme हा शब्द फक्त त्या MMFF ला लागू होतो, ज्यांचे स्वरूप प्राथमिक संरचनेत (वर्ग 1-3) अनुवांशिकदृष्ट्या निर्धारित फरकांशी संबंधित आहे, आणि समान प्राथमिक संरचना असलेल्या इतर कारणांमुळे उद्भवलेल्या फरकांशी नाही. (वर्ग ४-६).

विकृतीकरण, कारणे आणि लक्षणे, औषधात वापर.

प्रथिने बाह्य प्रभावांना संवेदनशील असतात. प्रथिनांच्या अवकाशीय संरचनेचे उल्लंघन याला विकृतीकरण म्हणतात. या प्रकरणात, प्रथिने त्याचे सर्व जैविक आणि भौतिक-रासायनिक गुणधर्म गमावतात. प्रथिनांची "नेटिव्ह" रचना स्थिर करणार्‍या बंधांच्या विघटनासह विकृतीकरण होते. वर नमूद केल्याप्रमाणे, कमकुवत परस्परसंवाद प्रथिनांची रचना स्थिर करण्यात मुख्य भूमिका बजावते, म्हणून विकृतीकरण विविध घटकांमुळे होऊ शकते: गरम करणे, विकिरण, यांत्रिक थरथरणे, थंड करणे, रासायनिक एक्सपोजर. विकृती दरम्यान, एक नियम म्हणून, प्रथिनांची विद्रव्यता देखील बिघडली आहे, कारण संरचनेचे उल्लंघन केल्याने मोठ्या संख्येने हायड्रोफोबिक गटांच्या पृष्ठभागावर देखावा होतो, सामान्यत: प्रथिने रेणूच्या मध्यभागी लपलेले असते.

विकृतीकरणादरम्यान प्रथिनांची प्राथमिक रचना बदलत नाही, ज्यामुळे विकृत प्रथिनेची कार्ये आणि संरचना पुनर्संचयित करण्याची शक्यता दर्शविणे शक्य झाले, जरी बहुतेक प्रकरणांमध्ये विकृतीकरण ही अपरिवर्तनीय प्रक्रिया आहे. प्रयोगशाळेच्या प्रॅक्टिसमध्ये, जैविक द्रवपदार्थांचे डिप्रोटीनीकरण करण्यासाठी विकृतीकरण वापरले जाते. विकृतीकरणास कारणीभूत घटकांना विकृत एजंट म्हणतात. यात समाविष्ट:

1. गरम आणि उच्च-ऊर्जा विकिरण (अतिनील, क्ष-किरण, न्यूट्रॉन इ.). हे बंध तुटण्यासह आण्विक कंपनांच्या उत्तेजनावर आधारित आहे.

2. ऍसिड आणि अल्कालिसची क्रिया; गटांचे पृथक्करण बदला, आयनिक बंधांची संख्या कमी करा.

3. हेवी मेटल आयन. ते प्रथिने गटांसह जटिल संयुगे तयार करतात, जे कमकुवत परस्परसंवादाच्या विघटनासह असतात.

4. कमी करणारे एजंट - डायसल्फाइड पुलांना फाटणे.

5. युरिया, ग्वानिडिनियम क्लोराईड - नवीन हायड्रोजन बंध तयार करतात आणि जुने तोडतात. द्रावणातील प्रथिनांच्या उपस्थितीच्या गुणात्मक विश्लेषणासाठी देखील विकृतीकरणाची घटना वापरली जाऊ शकते. हे करण्यासाठी, अम्लीकरण झाल्यानंतर तपासल्या जाणार्‍या द्रवाच्या उकळत्या नमुना वापरा. परिणामी टर्बिडिटी प्रोटीन विकृतीमुळे होते. सेंद्रिय ऍसिडसह वर्षाव देखील बर्याचदा वापरला जातो: सल्फोसालिसिलिक किंवा ट्रायक्लोरोएसेटिक.

एन्झाइमोलॉजीचा संक्षिप्त इतिहास.

1946 मध्ये जे. समनर, जे. नॉर्थ्रोप आणि स्टॅन्ले यांना नोबेल पारितोषिक प्रदान केल्याने एन्झाइमोलॉजी - एन्झाइम्सचे विज्ञान विकसित होण्याच्या दीर्घ कालावधीचा अंत झाला. या विज्ञानाची सुरुवात मानवजातीच्या विकासाच्या इतिहासाच्या पहाटेपर्यंत जाते, जी त्याच्या जीवनात अनेक तांत्रिक एंजाइमॅटिक प्रक्रियांचा वापर करते: ब्रेड बेकिंग, वाइनमेकिंग, प्राण्यांच्या कातडीची प्रक्रिया इ. या प्रक्रियांमध्ये सुधारणा करण्याची गरज त्यांच्या सखोल अभ्यासासाठी प्रेरणा बनली. सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य प्रक्रियांच्या पहिल्या वैज्ञानिक वर्णनांमध्ये प्राण्यांमधील पचनाचे वर्णन समाविष्ट आहे. त्याचे प्रयोग स्थापित करताना, रेने अँटोइन रीउमर (१६८३-१७५७) फॉकनरने केलेल्या गृहीतकावरून पुढे गेले की शिकार पक्षी न पचलेले अन्न राहतात. रेउमुरने एक लहान वायर कॅप्सूल तयार केले ज्यामध्ये त्याने मांसाचा तुकडा ठेवला आणि तो चकचकीत करण्यासाठी एका बझार्डला दिला. 24 तासांनंतर, पक्ष्याने ही कॅप्सूल थुंकली. त्यात अन्नाचा एक मऊ तुकडा राहिला, जो मात्र खराब झाला नाही. "ही प्रक्रिया केवळ काही प्रकारच्या सॉल्व्हेंटच्या क्रियेचा परिणाम असू शकते," रॉमुरने निष्कर्ष काढला. पडुआ विद्यापीठातील नैसर्गिक इतिहासाचे प्राध्यापक लाझारो स्पॅलान्झानी (१७२९-१७९९) यांनी तत्सम प्रयोग नोंदवले. तथापि, गॅसचे फुगे तयार होत नाहीत या साध्या कारणास्तव त्यांनी पचन प्रक्रियेला आंबायला ठेवा असे मानले नाही.

नंतर, किण्वन प्रक्रियेचा आधुनिक रसायनशास्त्राच्या संस्थापकांपैकी एकाने अधिक तपशीलवार अभ्यास केला, अँटोइन लॉरेंट लॅव्हॉइसियर (1743-1794). वाइनच्या उत्पादनादरम्यान होणाऱ्या अल्कोहोलिक किण्वनाचा अभ्यास करताना त्यांनी शोधून काढले की ग्लुकोजचे अल्कोहोल आणि कार्बन डायऑक्साइडमध्ये रूपांतर होते.

19 व्या शतकाच्या सुरूवातीस. प्रचलित सामान्य मत असा होता की किण्वन हा सेंद्रिय पदार्थाच्या काही विशिष्ट प्रकारांनी, म्हणजे "एंझाइम्स" द्वारे आणलेला रासायनिक बदल होता. 1814 मध्ये, सेंट पीटर्सबर्ग अकादमी ऑफ सायन्सेसचे रशियन शास्त्रज्ञ (जन्मानुसार जर्मन) अभ्यासक कॉन्स्टँटिन गॉटलीब सिगिसमंड किर्चहॉफ (1764-1833) यांनी दाखवून दिले की अंकुरलेल्या अन्नधान्यांमध्ये स्टार्चपासून साखर तयार होणे रासायनिक प्रक्रियेमुळे होते आणि नाही. अंकुरांचा देखावा. 1810 मध्ये, यू. गे-लुसाकने यीस्ट क्रियाकलापांचे मुख्य उत्पादन वेगळे केले - अल्कोहोल आणि कार्बन डायऑक्साइड. जे. बर्झेलियस, रासायनिक उत्प्रेरक सिद्धांताच्या संस्थापकांपैकी एक आणि 1835 मध्ये स्वतः "कॅटॅलिसिस" या शब्दाचे लेखक, या डेटाची पुष्टी करतात, हे लक्षात घेते की डायस्टेस (माल्टमधून अर्क) स्टार्चचे हायड्रोलिसिस खनिज सल्फ्यूरिक ऍसिडपेक्षा अधिक प्रभावीपणे उत्प्रेरित करते. . एंजाइमोलॉजीच्या विकासात महत्त्वाची भूमिका यू लीबिग आणि प्रसिद्ध मायक्रोबायोलॉजिस्ट एल पाश्चर यांच्यातील वादामुळे खेळली गेली, ज्यांचा असा विश्वास होता की किण्वन प्रक्रिया केवळ संपूर्ण जिवंत पेशीमध्येच होऊ शकते. याउलट, जे. लीबिगचा असा विश्वास होता की जैविक प्रक्रिया रसायनांच्या क्रियेमुळे होतात, ज्यांना नंतर एन्झाइम म्हटले गेले. एंझाइम (ग्रीक एन - इन, झाईम - यीस्ट) हा शब्द 1878 मध्ये फ्रेडरिक विल्हेल्म कुह्ने यांनी प्रस्तावित केला होता की ही प्रक्रिया यीस्टमध्ये घडते, यीस्टच्या विरूद्ध, जे किण्वन प्रक्रियेस उत्प्रेरित करते. तथापि, 1897 मध्ये, ई. बुकनरने इथेनॉल तयार करण्यास सक्षम सेल-मुक्त यीस्ट अर्क मिळवला आणि लीबिगच्या मताची पुष्टी केली.

एंझाइमच्या महत्त्वाच्या गुणधर्मांपैकी एक स्पष्ट करण्याचा प्रयत्न, विशिष्टता, 1894 मध्ये जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ आणि बायोकेमिस्ट ई. फिशर यांनी एंझाइम आणि सब्सट्रेट यांच्यातील परस्परसंवादाचे मॉडेल प्रस्तावित केले, ज्याला "की-लॉक" म्हणतात - आकारांची भौमितिक पूरकता. सब्सट्रेट (की) आणि एन्झाइम (लॉक) चे. 1926 मध्ये, जे. समनर यांनी जवळपास 9 वर्षांच्या संशोधनानंतर, युरेस एन्झाइमचे प्रथिन स्वरूप सिद्ध केले. त्याच वर्षांत, जे. नॉर्थ्रोप आणि एम. कुनित्झ यांनी क्रिस्टलीय पेप्सिन, ट्रिप्सिन आणि अभ्यास केलेल्या नमुन्यांमधील प्रथिनांचे प्रमाण यांच्यातील थेट संबंध दर्शविला, ज्यामुळे एन्झाईम्सच्या प्रथिन स्वरूपाचे महत्त्वपूर्ण पुरावे मिळाले, जरी अंतिम अनेक एन्झाईम्सची प्राथमिक रचना आणि कृत्रिम संश्लेषण निश्चित केल्यानंतर पुरावे मिळाले. विसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात एन्झाइम्सबद्दल मूलभूत कल्पना आधीच प्राप्त झाल्या होत्या. 1963 मध्ये, स्वादुपिंडातील RNase च्या अमिनो आम्लाच्या क्रमाचा अभ्यास करण्यात आला. 1965 मध्ये, लाइसोझाइमची अवकाशीय रचना दर्शविली गेली. पुढील वर्षांमध्ये, हजारो एन्झाईम्सचे शुद्धीकरण करण्यात आले आणि एन्झाईम्सच्या कृतीची यंत्रणा, त्यांची स्थानिक रचना आणि एन्झाईम्सद्वारे उत्प्रेरित झालेल्या प्रतिक्रियांचे नियमन यावर भरपूर नवीन डेटा प्राप्त झाला. आरएनए (रिबोझाइम्स) मध्ये उत्प्रेरक क्रियाकलाप शोधला गेला. एन्झाईमॅटिक अ‍ॅक्टिव्हिटीसह अँटीबॉडीज—अबझाइम—मिळवले गेले. हा धडा एन्झाइमोलॉजीची रचना, कृतीची यंत्रणा आणि वैद्यकीय पैलूंबद्दलच्या आधुनिक कल्पनांचा थोडक्यात परिचय करून देतो.

एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिसची वैशिष्ट्ये.

1. उत्प्रेरक च्या प्रथिने निसर्ग

2. अपवादात्मक उच्च कार्यक्षमता. जैविक उत्प्रेरकाची कार्यक्षमता 10 9 - 10 12 ने अजैविक उत्प्रेरकांच्या कार्यक्षमतेपेक्षा जास्त आहे

3. अपवादात्मक उच्च विशिष्टता:

अ) निरपेक्ष, जेव्हा एंजाइम केवळ त्याच्या सब्सट्रेटसह कार्य करते (फ्यूमॅरिक ऍसिडच्या ट्रान्स-आयसोमरसह फ्युमरेझ आणि सीआयएस-आयसोमर्ससह नाही);

b) गट - संबंधित सब्सट्रेट्सच्या अरुंद गटासाठी विशिष्ट (जठरांत्रीय एन्झाइम).

4. सौम्य परिस्थितीत कार्य करते (t=37, pH 7.0, विशिष्ट ऑस्मोलॅरिटी आणि मीठ रचना).

5. बहु-स्तरीय नियमन: पर्यावरणीय परिस्थितीच्या पातळीवर, चयापचय स्तरावर, अनुवांशिक स्तरावर, ऊतक, सेल्युलर, हार्मोन्स आणि मध्यस्थांच्या मदतीने तसेच सब्सट्रेट्स आणि उत्पादनांच्या मदतीने क्रियाकलापांचे नियमन. प्रतिक्रिया जी ते उत्प्रेरित करतात.

6. सहकारिता: एंजाइम संघटना आयोजित करण्यास सक्षम आहेत - 1 ला एन्झाइमचे उत्पादन 2 रा साठी सब्सट्रेट आहे; 2रा चे उत्पादन हे 3 र्यासाठी सब्सट्रेट आहे इ.

याव्यतिरिक्त, एन्झाईम्स अनुकूल आहेत, म्हणजे ते त्यांच्या क्रियाकलाप बदलू शकतात आणि नवीन संघटना तयार करू शकतात.

7. पुढे आणि उलट अशा दोन्ही प्रतिक्रिया उत्प्रेरित करण्यास सक्षम. अनेक एन्झाईम्सच्या प्रतिक्रियेची दिशा अभिनय जनतेच्या गुणोत्तराने निश्चित केली जाते.

8. उत्प्रेरक काटेकोरपणे शेड्यूल केलेले आहे, म्हणजेच ते टप्प्याटप्प्याने होते.

एंजाइमच्या कृतीची विशिष्टता.

एंजाइमची उच्च विशिष्टता ही सब्सट्रेट आणि एन्झाइमच्या रेणूंमधील रचनात्मक आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक पूरकतेमुळे आहे आणि एंजाइमच्या सक्रिय केंद्राची अद्वितीय रचना आहे, जी एखाद्या विशिष्ट घटनेसाठी "ओळख", उच्च आत्मीयता आणि निवडकता सुनिश्चित करते. प्रतिक्रिया

कृतीच्या यंत्रणेवर अवलंबून, सापेक्ष किंवा समूह विशिष्टतेसह आणि परिपूर्ण विशिष्टतेसह एंजाइम वेगळे केले जातात.

काही हायड्रोलाइटिक एन्झाईम्सच्या क्रियेसाठी, सब्सट्रेट रेणूमधील रासायनिक बंधाचा प्रकार सर्वात जास्त महत्त्वाचा असतो. उदाहरणार्थ, पेप्सिन प्राणी आणि वनस्पती उत्पत्तीचे प्रथिने तोडते, जरी ते रासायनिक रचना, रचना आणि शारीरिक गुणधर्मांमध्ये भिन्न असू शकतात. तथापि, पेप्सिन कर्बोदकांमधे आणि चरबीचे विघटन करत नाही. पेप्सिनच्या कृतीची जागा पेप्टाइड बॉन्ड आहे या वस्तुस्थितीद्वारे हे स्पष्ट केले आहे. लिपेसच्या कृतीसाठी, अशी साइट चरबीचा एस्टर बॉन्ड आहे.

म्हणजेच, या एन्झाइम्समध्ये सापेक्ष विशिष्टता असते.

कृतीची परिपूर्ण विशिष्टता केवळ एका सब्सट्रेटचे परिवर्तन उत्प्रेरित करण्याची एन्झाइमची क्षमता असे म्हणतात आणि सब्सट्रेटच्या संरचनेतील कोणतेही बदल ते एन्झाइमच्या क्रियेसाठी अगम्य बनवतात. उदाहरणार्थ: आर्जिनेज, जे आर्जिनिन खंडित करते; urease, जे युरियाचे विघटन उत्प्रेरक करते.

ऑप्टिकली आयसोमेरिक एल- आणि डी-फॉर्म किंवा भौमितिक (सीआयएस- आणि ट्रान्स-) आयसोमर्सच्या अस्तित्वामुळे स्टिरिओकेमिकल विशिष्टतेच्या अस्तित्वाचा पुरावा आहे.

अशा प्रकारे, ऑक्सिडेसेस L आणि D a/k ज्ञात आहेत.

जर कोणतेही संयुग cis- आणि trans-isomers च्या रूपात अस्तित्वात असेल, तर या प्रत्येक फॉर्मसाठी स्वतःचे एंझाइम असते. उदाहरणार्थ, फ्युमरेस केवळ फ्युमॅरिक ऍसिड (ट्रान्स) चे रूपांतरण उत्प्रेरित करते, परंतु सीआयएस आयसोमर, मॅलिक ऍसिडवर कार्य करत नाही.