نشاط الإنزيم: الوحدة والقياس والتنظيم والعوامل - كيمياء - 2026

على النشاط الأنزيمي هو وسيلة للتعبير عن كمية الانزيم الحاضر في وقت معين. يشير إلى كمية الركيزة التي تحولت إلى منتج ، من خلال العمل التحفيزي للإنزيم لكل وحدة زمنية.

يتأثر بالظروف التي يحدث فيها التفاعل الأنزيمي ، وهذا هو السبب في أنه يشير عادة إلى درجة الحرارة التي يتم قياسه فيها. لكن ما هي الانزيمات؟ إنها محفزات بيولوجية ، قادرة على تسريع سرعة التفاعل دون الخضوع لتغيير لا رجوع فيه أثناء العملية المحفزة.

الأناناس أو الأناناس ، فاكهة تحتوي على إنزيم البروميلين ، وبالتالي تعرض نشاطًا إنزيميًا عاليًا المصدر: H. Zell

الإنزيمات بشكل عام هي بروتينات باستثناء الريبوسومات وجزيئات الحمض النووي الريبي ذات النشاط الإنزيمي.

تزيد الإنزيمات من سرعة التفاعل عن طريق تقليل حاجز الطاقة (طاقة التنشيط) ؛ يجب أن تنتهي صلاحيته للوصول إلى الحالة الانتقالية وبالتالي يحدث التفاعل.

تخضع جزيئات الركيزة التي تصل إلى الحالة الانتقالية لتغييرات هيكلية ، مما يؤدي بها إلى ظهور جزيئات المنتج. بناءً على الوظائف التي تؤديها ، يتم تصنيف الإنزيمات إلى ست مجموعات كبيرة: أوكسي ريدوكتازات ، ترانسالات ، هيدروليسات ، لياز ، إيزوميراز ، وليغازات.

إن إنزيمات البروميلين والباباين ، على سبيل المثال ، هي إنزيمات محللة للبروتين (هيدرولازات) موجودة في الأناناس أو الأناناس ، والبابايا أو البابايا ، على التوالي.

من المعروف أن كلاً من الأناناس والبابايا يسهلان عملية الهضم ، لأنه من خلال العمل على الإنزيمات المحللة للبروتين التي تحتويها ، يساعدان على هضم البروتينات من اللحوم والحبوب.

وحدة نشاط الانزيم

وحدة الإنزيم (IU) هي كمية الإنزيم التي تحفز تحويل 1 ميكرو مول من الركيزة في دقيقة واحدة.

بعد ذلك ، حدد النظام الدولي للوحدات (SI) وحدة نشاط الإنزيم على أنها كمية الإنزيم التي تحول 1 مول من الركيزة إلى منتج في الثانية. حصلت هذه الوحدة على اسم كاتال (كات).

1 مول = 10 ⁶ ميكرو مول و 1 دقيقة = 60 ثانية.

لذلك ، 1 كاتال يساوي 60 × 10 ⁶ وحدة دولية. كما كاتال هي وحدة كبيرة، وغالبا ما تستخدم وحدات أصغر، مثل: مكروكاتال (μkat)، و 10 ^-6 كاتال، وnanokatal (πkat)، و 10 ^-9 كاتال.

نشاط معين

هو عدد وحدات نشاط الإنزيم مقسومًا على مليجرامات البروتين في العينة قيد الاختبار. يرتبط النشاط المحدد ارتباطًا مباشرًا بدرجة تنقية الإنزيم.

كيف يتم قياس نشاط الانزيم؟

هناك عدة طرق لتحديد نشاط الإنزيم. يعتمد اختيار طريقة معينة على الهدف من فحص الإنزيم ؛ قابلية تطبيق الطريقة ؛ الوصول إلى المعدات اللازمة لإجراء التجربة ؛ تكلفة استخدام طريقة معينة ، إلخ.

هناك طرق طيفية ، قياس الفلور ، التلألؤ الكيميائي ، قياس السعرات الحرارية ، القياس الإشعاعي والكروماتوغرافي.

يمكن أن تكون طرق قياس الطيف الضوئي قياسًا لونيًا وقراءتها في منطقة الأشعة فوق البنفسجية (UV) للإشعاع الكهرومغناطيسي.

طريقة القياس اللوني

وهو يقوم على توليد chromophore بعمل إنزيمي. يمكن متابعة نشاط الإنزيم بشكل مستمر أو غير مستمر.

شكل مستمر

في الشكل المستمر ، يتم وضع الكواشف في كفيت في مقياس الطيف الضوئي عند الطول الموجي المطلوب ، والذي يتوافق مع الطول الموجي الذي يكون فيه حامل اللون له أقصى قيمة لكثافة بصرية ؛ وأنه بالإضافة إلى ذلك ، لا يوجد تداخل مع مادة أخرى قد تتولد.

يبدأ التفاعل الأنزيمي بإضافة العينة المحتوية على الإنزيم ، والذي يتم تحديد نشاطه. في نفس الوقت ، يتم تشغيل ساعة الإيقاف ، ومن وقت لآخر ، يتم تسجيل قيمة الكثافة البصرية.

نظرًا لأن تكافؤ الكثافة الضوئية مع مولات الركيزة أو ناتج الإجراء الأنزيمي معروف ، اعتمادًا على التقنية المستخدمة ، يمكن حساب مولات الركيزة المستهلكة أو المولات المنتجة.

علاوة على ذلك ، منذ أن تم قياس الوقت المنقضي للتفاعل الأنزيمي ، يمكن الحصول على الشامات المستهلكة أو المنتجة في الثانية. وبالتالي ، يتم إنشاء النشاط الأنزيمي في الوحدات القاتلة.

شكل متقطع

في نموذج الدُفعات لتحديد النشاط الأنزيمي ، توضع أنابيب الاختبار مع مكونات التفاعل ، باستثناء العينة المحتوية على الإنزيم أو مكون آخر ، في حوض استحمام عند 37 درجة مئوية. يبدأ التفاعل بعد ذلك بإضافة المكون المفقود.

يُسمح بحدوث الوقت الذي تشير إليه التقنية ، وينتهي التفاعل بإضافة مركب يوقف التفاعل. تتم قراءة الكثافة الضوئية في تلك اللحظة ، وتستمر في النهاية بنفس الطريقة كما في الطريقة المستمرة لتحديد النشاط الأنزيمي.

- طريقة القراءات في الأشعة فوق البنفسجية

على سبيل المثال ، يحتوي الإنزيم المساعد نيكوتيناميد أدينوكليوتيد على شكلين: NADH (مخفض) و NAD ⁺ (مؤكسد). وبالمثل ، فإن أنزيم النيكوتين النوكليوتيد فوسفات له شكلين NADPH و NADP ⁺ ، مخفض ومؤكسد ، على التوالي.

تتم قراءة كل من الأشكال المختصرة والمؤكسدة للأنزيم المساعد بطول 260 نانومتر من الأشعة فوق البنفسجية ؛ في هذه الأثناء ، تتم قراءة الأشكال المختصرة فقط بطول 340 نانومتر من الضوء فوق البنفسجي.

لذلك ، في كل من تفاعلات الأكسدة أو الاختزال التي تشارك فيها الإنزيمات المساعدة المسماة ، تتم قراءتها عند 340 نانومتر.

تحديد النشاط الأنزيمي ، في جوهره ، هو نفسه الذي تم اتباعه في الشكل المستمر لطريقة القياس اللوني ؛ فيما عدا أنه تتم قراءة الكثافة الضوئية عند 340 نانومتر لمراقبة توليد NADH أو NADPH ، أو لقياس استهلاك هذه الإنزيمات المساعدة.

سيعتمد هذا على ما إذا كان التفاعل المقاس هو الأكسدة أو الاختزال. عن طريق التطابق بين الكثافة الضوئية ومولات NADH و NADPH ، حسب الحالة ، يمكن حساب النشاط الأنزيمي بقسمة مولات الإنزيم على الوقت المنقضي بالثواني.

تنظيم نشاط الانزيم

السيطرة على مستوى الركيزة أو المنتج

مع زيادة تركيز الركيزة ، يزداد نشاط الإنزيم. ولكن عند تركيز معين من الركيزة ، فإن الموقع النشط أو المواقع النشطة للإنزيم تكون مشبعة ، بحيث يصبح نشاط الإنزيم ثابتًا.

ومع ذلك ، يمكن أن يتفاعل ناتج الفعل الأنزيمي أيضًا مع المواقع النشطة للإنزيم ، مما يؤدي إلى تثبيط النشاط الأنزيمي.

يمكن أن يعمل المنتج كمثبط للمنافسة ؛ على سبيل المثال ، يمكن ذكر إنزيم هيكسوكيناز. ينتج هذا الإنزيم فسفرة الجلوكوز مما يؤدي إلى ارتفاع الجلوكوز 6 فوسفات ، وهو مركب ، عند تراكمه ، يثبط هيكسوكيناز.

مراقبة ردود الفعل

يمكن أن يحدث أن مجموعة من الإنزيمات (A ، B ، C ، D ، E ، F) تعمل بالتتابع في مسار التمثيل الغذائي. يستخدم الإنزيم ب منتج الإنزيم أ كركيزة ، وهكذا.

يمكن للخلية ، اعتمادًا على متطلباتها الأيضية ، تنشيط أو تثبيط تسلسل الأنشطة الأنزيمية. على سبيل المثال ، يمكن أن يعمل تراكم منتج إنزيم F عن طريق تثبيط إنزيم A أو أي إنزيمات أخرى في التسلسل.

إنزيمات خيفي

يمكن أن يتكون الإنزيم من عدة وحدات فرعية ، لكل منها مواقع نشطة خاصة بها. لكن هذه الوحدات الفرعية لا تعمل بشكل مستقل ، لذا فإن نشاط إحدى الوحدات الفرعية يمكن أن ينشط أو يثبط عمل الباقي.

على الرغم من أن الهيموجلوبين لا يعتبر إنزيمًا ، إلا أنه نموذج رائع لظاهرة التباين. يتكون الهيموغلوبين من أربع سلاسل بروتينية ، وسلاسل ألفا وسلسلتين ، كل منها مرتبط بمجموعة الهيم.

يمكن أن تحدث ظاهرتان بين الوحدات الفرعية: homoalosterism و heteroalosterism.

Homoalosterism

يزيد ارتباط الركيزة بإحدى الوحدات الفرعية من تقارب الوحدات الفرعية الأخرى للركيزة ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة النشاط الأنزيمي لكل من الوحدات الفرعية المتبقية.

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

في حالة الهيموجلوبين ، سيؤدي ارتباط الأكسجين بمجموعة الهيم لإحدى سلاسل البروتين إلى زيادة الرغبة في الأكسجين في السلاسل المتبقية.

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

التغاير

سيؤدي ارتباط مادة نشطة أو مثبطة ، بخلاف الركيزة ، بإحدى الوحدات الفرعية إلى تنشيط أو تثبيط النشاط الأنزيمي في الوحدات الفرعية الأخرى.

في حالة الهيموغلوبين ، فإن الارتباط بمجموعة الهيم من H ⁺ و CO ₂ و 2،3-diphosphoglycerate بإحدى الوحدات الفرعية ، يقلل من تقارب مجموعة الهيم للأكسجين ، مما يتسبب في إطلاقه. ينتج هذا الإطلاق من الأكسجين أيضًا في سلاسل الهيموجلوبين الأخرى.

العوامل المؤثرة على نشاط الانزيم

-تركيز الركيزة

مع زيادة تركيز الركيزة ، يزداد نشاط الإنزيم أيضًا. هذا يرجع إلى زيادة وصول جزيئات الركيزة إلى المواقع النشطة للإنزيم.

ولكن بالنسبة لتركيز معين من الركيزة ، فإن جميع المواقع النشطة للإنزيم تكون مشبعة بها ، مما يتسبب في عدم زيادة النشاط الأنزيمي حتى لو زاد تركيز الركيزة.

- درجة الحموضة الناتجة عن التفاعل الأنزيمي

تحتوي الإنزيمات على درجة حموضة مثالية تكون عندها تقارب الإنزيم للركيزة أعلى. عند هذا الرقم الهيدروجيني ، يتم الوصول إلى القيمة القصوى للنشاط الأنزيمي.

يمكن أن تتسبب الحموضة الزائدة أو قاعدية الوسط في حدوث تمسخ للإنزيم ، وبالتالي تقليل نشاطه.

يتنوع ملف تعريف الأس الهيدروجيني لنشاط الإنزيم. وهكذا ، على سبيل المثال ، يكون للبيبسين أقصى نشاط يتراوح بين 1-2 وحدات أس هيدروجيني ؛ التربسين لديه درجة الحموضة المثلى 8 ؛ ولغراء نشاط ثابت بين نطاق الأس الهيدروجيني بين 4 و 8.

- درجة حرارة التفاعل الأنزيمي

يزيد نشاط الإنزيم مع زيادة درجة الحرارة. بشكل عام ، يتضاعف نشاط الإنزيم مع كل 10 درجات زيادة ، حتى يتم الوصول إلى درجة الحرارة المثلى لنشاط الإنزيم.

ومع ذلك ، عند تجاوز درجة الحرارة المثلى ، يميل نشاط الإنزيم إلى الانخفاض مع زيادة درجة حرارة التفاعل. هذا يرجع إلى حقيقة أن البروتينات ، وبالتالي الإنزيمات ، تخضع للتمسخ بسبب الزيادة المفرطة في درجة الحرارة.

- تركيز أيوني للتفاعل

بشكل عام ، تتمتع الإنزيمات بالنشاط الأمثل في نطاق تركيز يتراوح بين 0 و 500 مليمول / لتر. ومع ذلك ، بالنسبة للتركيزات الأعلى ، يميل نشاط الإنزيم إلى الانخفاض.

في ظل هذه الظروف ، يتم حظر بعض التفاعلات الأيونية في الإنزيمات اللازمة لأقصى نشاط لها.

المراجع

1. سيجل ، IH (1975). الحسابات البيوكيميائية. (الطبعة ^{الثانية}). جون وايلي وأولاده ، INC
2. لينينجر ، آل (1975). الكيمياء الحيوية. (الطبعة ^{الثانية}). وورث للنشر ، المؤتمر الوطني العراقي.
3. ماثيوز ، سي كيه ، فان هولدي ، كيه إي وأهيرن ، كي جي (2002). الكيمياء الحيوية. (3 ^RA الطبعة). بيرسون أديسون وشلي.
4. ويكيبيديا. (2019). مقايسة الانزيم تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. غونزاليس خوان مانويل. (سادس). الانزيم الحركي. دورة الجزيئات الحيوية. تم الاسترجاع من: ehu.eus