פעילות אנזים: יחידה, מדידה, ויסות וגורמים - כִּימִיָה - 2025

הפעילות האנזימטית היא דרך להביע את כמות אנזים נוכחים בזמן נתון. מציין את כמות המצע שהופך למוצר, על ידי הפעולה הקטליטית של האנזים ליחידת זמן.

זה מושפע מהתנאים שבהם התגובה האנזימטית מתרחשת, וזו הסיבה שבדרך כלל היא מתייחסת לטמפרטורה בה היא נמדדת. אבל מהם אנזימים? מדובר בזרזים ביולוגיים, המסוגלים להאיץ את מהירות התגובה מבלי לעבור שינוי בלתי הפיך במהלך התהליך המוזז.

אננס או אננס, פרי המכיל את האנזים ברומלין, ולכן מפגין פעילות אנזימטית גבוהה מקור: H. Zell

אנזימים באופן כללי הם חלבונים למעט ריבוזומים, מולקולות RNA עם פעילות אנזימטית.

אנזימים מגבירים את מהירות התגובה על ידי הפחתת מחסום האנרגיה (אנרגיית הפעלה); יש לפוג כדי להגיע למצב המעבר וכך התגובה מתרחשת.

מולקולות המצע המגיעות למצב המעבר עוברות שינויים מבניים, מה שמביא אותם להוליד את מולקולות המוצר. על סמך הפונקציות שהם ממלאים, אנזימים מסווגים לשש קבוצות גדולות: אוקירידדוקזות, טרנספרזות, הידרולזות, ליאזות, איזומרזות וליגזות.

האנזימים ברומלין ופפאין, למשל, הם אנזימים פרוטאוליטיים (הידרולאזים) הנמצאים באננס או באננס ובפפאיה או בפפאיה בהתאמה.

ידוע כי אננס וגם פפאיה מקלים על תהליך העיכול, מכיוון שפעולת האנזימים הפרוטאוליטיים שהם מכילים הם עוזרים לעכל את החלבונים, כלומר בשרים ודגנים.

יחידת פעילות האנזים

יחידת האנזים (IU) היא כמות האנזים המזרז את הטרנספורמציה של 1 מיקרומול מצע בדקה אחת.

בהמשך, מערכת היחידות הבינלאומית (SI) הגדירה את יחידת פעילות האנזים ככמות האנזים שממיר 1 מול מצע למוצר בשנייה. יחידה זו קיבלה את השם קטאל (kat).

שומה 1 = 10 ⁶ מיקרול ודקה = 60 שניות.

לפיכך, קטאל 1 שווה ל- 60 · 10 ⁶ IU. ככל katal היא יחידה גדולה, יחידות קטנות משמשים לעתים קרובות, כגון: microkatal (μkat), 10 ^-6 katal, ואת nanokatal (πkat), 10 ^-9 katal.

פעילות ספציפית

זהו מספר יחידות פעילות האנזים המחולק על ידי מיליגרם החלבון במדגם הנבדק. הפעילות הספציפית קשורה ישירות למידת הטיהור של האנזים.

כיצד נמדדת פעילות האנזים?

ישנן מספר שיטות לקביעת פעילותו של אנזים. הבחירה בשיטה מסוימת תהיה תלויה במטרה של ניתוח האנזים; תחולת השיטה; גישה לציוד הדרוש לביצוע הניסוי; עלות השימוש בשיטה מסוימת וכו '.

ישנן שיטות ספקטרופוטומטריות, פלואורומטריות, כימילומינזנטיות, קלוריומטריות, רדיומטריות וכרומטוגרפיות.

שיטות ספקטרופוטומטריות יכולות להיות קולורימטריות ולקרוא באזור האולטרה סגול (UV) של קרינה אלקטרומגנטית.

שיטה קולורימטרית

זה מבוסס על יצירת כרומופור על ידי פעולה אנזימטית. ניתן לעקוב אחר פעילות האנזים ברציפות או ברציפות.

צורה מתמשכת

בצורה רציפה, הריגנטים ממוקמים בקובט בספקטרופוטומטר באורך הגל הרצוי, התואם לזה בו יש לכרומופור ערך הצפיפות האופטי המרבי; וכי בנוסף, אין הפרעה לחומר אחר שעלול להיווצר.

התגובה האנזימטית מתחילה על ידי הוספת הדגימה המכילה את האנזים אשר יש לקבוע את פעילותו. במקביל, שעון העצר מתחיל, ומדי פעם מצוין ערך הצפיפות האופטית.

מכיוון שידוע על שקילות הצפיפות האופטית עם שומות המצע או תוצר הפעולה האנזימטי, בהתאם לטכניקה המשמשת, ניתן לחשב את שומות המצע הנצרך או את השומות המיוצרות.

יתר על כן, מאז שנמדד הזמן שחלף של התגובה האנזימטית, ניתן להשיג את השומות שנצרכו או מיוצרים בשנייה. כך, הפעילות האנזימטית נקבעת ביחידות קטליות.

צורה לא רציפה

בצורה האצווה לקביעת הפעילות האנזימטית, צינורות המבחן עם מרכיבי התגובה, למעט הדגימה המכילה את האנזים או מרכיב אחר, מונחים באמבט על 37 מעלות צלזיוס. לאחר מכן התחיל התגובה עם הוספת הרכיב החסר.

הזמן שמצוין בטכניקה מותר להתרחש, והתגובה מסתיימת על ידי הוספת תרכובת שעוצרת את התגובה. הצפיפות האופטית נקראת באותו הרגע ולבסוף מתבצעת באותו אופן כמו בדרך הרציפה לקביעת הפעילות האנזימטית.

-שיטת קריאות באור אולטרה סגול

הקואנזים ניקוטין-אדדינוקלוטיד למשל, יש שתי צורות: NADH (מופחת), ו- NAD ⁺ (מחומצן). בדומה, לקו-אנזים ניקוטין-אנמיוטינוקוטיפוספט יש שתי צורות NADPH ו- NADP ⁺ , מופחתות ומחמצן בהתאמה.

שתי הצורות המופחתות והמחומצנות של הקואנזים נקראות באורך של 260 ננומטר מאור אולטרה סגול; בינתיים, רק הצורות המוקטנות נקראות באורך של 340 ננומטר מהאור האולטרה סגול.

לפיכך, הן בתגובות החמצון או ההפחתה בהן לוקחים חלק הקואנזימים הנקראים, הם נקראים בגובה 340 ננומטר.

קביעת הפעילות האנזימטית, במהותה, זהה לזו שבאה בעקבותיה בצורה הרציפה של השיטה הקולורימטרית; פרט לכך שהצפיפות האופטית בגובה 340 ננומטר נקראת כדי לראות את הדור של NADH או NADPH, או כדי למדוד את הצריכה של קואנזימים אלה.

זה יהיה תלוי אם התגובה הנמדדת היא חמצון או הפחתה. באמצעות ההתאמה בין הצפיפות האופטית לשומות NADH ו- NADPH, לפי העניין, ניתן לחשב את הפעילות האנזימטית על ידי חלוקת שומות הקואנזים בזמן שחלף תוך שניות.

ויסות פעילות האנזים

שליטה ברמת המצע או במוצר

ככל שריכוז המצע עולה, פעילות האנזים עולה. אך בריכוז מסוים של המצע, האתר הפעיל או האתרים הפעילים של האנזים רוויים, כך שפעילות האנזים הופכת קבועה.

עם זאת, תוצר הפעולה האנזימטית יכול גם לקיים אינטראקציה עם האתרים הפעילים של האנזים, ולייצר עכבה של הפעילות האנזימטית.

המוצר יכול לשמש כמעכב תחרותי; לדוגמה, ניתן להזכיר את האנזים הקסוקינאז. אנזים זה מייצר זרחן של גלוקוז המוליד גלוקוז-6-פוספט, תרכובת שכאשר מצטברת מעכבת את הקסוקינאז.

בקרת משוב

זה יכול לקרות שקבוצה של אנזימים (A, B, C, D, E ו- F) פועלים ברצף במסלול מטבולי. אנזים B משתמש במוצר של אנזים A כמצע, וכן הלאה.

התא, בהתאם לדרישות המטבוליות שלו, יכול להפעיל או לעכב את רצפי הפעילות האנזימטית. לדוגמא, הצטברות מוצר אנזים F יכולה לפעול על ידי עיכוב האנזים A או כל אחד מהאנזימים שנמצאים ברצף.

אנזימים אלוסטריים

אנזים יכול להיות מורכב מכמה יחידות משנה, שכל אחת מהן כוללת את האתרים הפעילים שלה. אך תת-יחידות אלה אינן פועלות באופן עצמאי, ולכן הפעילות של אחת מהיחידות-משנה יכולה להפעיל או לעכב את פעולת השאר.

למרות שהמוגלובין אינו נחשב לאנזים, הוא מהווה מודל מרהיב לתופעה של אלוסטרליזם. המוגלובין מורכב מארבע שרשראות חלבון, שתי שרשרות α ושתי שרשראות β, שכל אחת מהן קשורה לקבוצת heme.

שתי תופעות יכולות להתרחש בין תת-היחידות: הומו-אלסטרוסטריזם והטרו-אלסטרואיזם.

הומואלוסטריזם

כריכת המצע לאחת מיחידות המשנה מגבירה את הזיקה של תת-היחידות האחרות למצע, ובכך מגדילה את הפעילות האנזימטית של כל אחת מיחידות המשנה הנותרות.

באופן דומה, עיכוב הפעילות האנזימטית באחת מהיחידות המשונות מייצר את אותה השפעה בשאר.

במקרה של המוגלובין, קשירת חמצן לקבוצת heme של אחת משרשראות החלבון תגרום לעלייה בשכירות לחמצן בשרשראות הנותרות.

באופן דומה, שחרור חמצן מקבוצת heme גורם לשחרור חמצן מהקבוצות הנותרות של שרשראות החלבון.

הטרולוסטרוליזם

קשירה של חומר מפעיל או מעכב, שאינו המצע, לאחת מיחידות המשנה תגרום להפעלה או לעיכוב של הפעילות האנזימטית בשתי היחידות האחרות.

במקרה של המוגלובין, הכריכה לקבוצת ההם של H ⁺ , CO ₂ ו- 2,3-diphosphoglycerate לאחת מיחידות המשנה, מורידה את הזיקה של קבוצת heme לחמצן, וגורמת לשחרורו. שחרור חמצן זה מיוצר גם בשרשראות האחרות של המוגלובין.

גורמים המשפיעים על פעילות האנזים

ריכוז המצע

ככל שריכוז המצע עולה, גם פעילות האנזים עולה. זה נובע מגישה מוגברת של מולקולות המצע לאתרים הפעילים של האנזים.

אולם, עבור ריכוז נתון של המצע, כל האתרים הפעילים של האנזים רווים בו, מה שגורם לכך שהפעילות האנזימטית לא תגבר גם אם ריכוז המצע מוגבר.

-PH מהתגובה האנזימטית

לאנזימים יש pH אופטימלי בו הזיקה של האנזים לתשתית היא הגבוהה ביותר. ב- pH זה מגיע לערך המרבי של הפעילות האנזימטית.

עודף החומציות או הבסיסיות של המדיום יכולים לגרום לדנאטציה של האנזים, ובכך להפחית את פעילותו.

פרופיל ה- pH של פעילות האנזים מגוון. כך למשל לפפסין פעילות מרבית בין 1-2 יחידות pH; לטריפסין יש pH אופטימלי של 8; ולפפאין יש פעילות קבועה בטווח pH בין 4 ל 8.

-טמפרטורת התגובה האנזימטית

פעילות האנזים עולה ככל שהטמפרטורה עולה. באופן כללי, פעילות האנזים מוכפלת עבור כל 10 מעלות עלייה, עד להגיע לטמפרטורה האופטימלית לפעילות האנזים.

עם זאת, כאשר חורג מהטמפרטורה האופטימלית, פעילות האנזים נוטה לרדת ככל שטמפרטורת התגובה עולה. זה נובע מהעובדה שחלבונים, ולכן אנזימים, עוברים denatur בגלל עלייה מוגזמת בטמפרטורה.

-ריכוז איוני של התגובה

באופן כללי, לאנזימים פעילות אופטימלית בטווח ריכוז, בין 0 ל 500 מ"מ / ל. עם זאת, עבור ריכוזים גבוהים יותר, פעילות האנזים נוטה לרדת.

בנסיבות אלה, אינטראקציות יוניות מסוימות באנזימים, הנחוצות לפעילותן המרבית, נחסמות.

הפניות

1. סגל, IH (1975). חישובים ביוכימיים. ( המהדורה ^השנייה ). ג'ון וויילי ובניו, INC
2. Lehninger, AL (1975). בִּיוֹכִימִיָה. ( המהדורה ^השנייה ). מפרסם שווה, כולל
3. Mathews, CK, van Holde, KE ו- Ahern, KG (2002). בִּיוֹכִימִיָה. ( מהדורה 3 ^Ra ). פירסון אדיסון וושלי.
4. ויקיפדיה. (2019). Assay אנזים. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. גונזלס חואן מנואל. (sf). אנזים קינטי. קורס ביומולקולות. התאושש מ: ehu.eus