حركية التفاعلات الأنزيمية. اعتماد معدل التفاعلات الأنزيمية على تركيز الركائز، الإنزيمات، درجة الحرارة ما هو ترتيب التفاعل الأنزيمي حسب الإنزيم

يعتمد معدل التفاعلات الأنزيمية على تركيز المادة الفرعية

استراتيجية. هذا الاعتماد معقد، والذي يوصف بالنسبة لبعض الإنزيمات بمنحنى مكافئ (الشكل 29).

الشكل 29 - اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي

على تركيز الركيزة

يتم تفسير الطبيعة المكافئة للاعتماد من خلال حقيقة أنه عندما يتفاعل الإنزيم مع الركيزة، يتم تشكيل مجمع الإنزيم والركيزة. في البداية، مع زيادة تركيز الركيزة، يزداد تركيز مجمعات الإنزيم والركيزة في خليط التفاعل، والذي يتجلى في زيادة موازية في معدل التفاعل. عند تركيز معين من الركيزة (التشبع)، يحدث نوع من "التشبع" لجميع المراكز النشطة لجزيئات الإنزيم في خليط التفاعل. يصل معدل التفاعل الأنزيمي عند التركيز المشبع إلى الحد الأقصى. مع زيادة أخرى في محتوى الركيزة في خليط التفاعل، فإنه لا يتغير.

من الرسم البياني لاعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على تركيز الركيزة، يتم حساب مؤشرين مهمين:

1. سرعة رد الفعل القصوى (الخامسالأعلى). يتم تعريفه على أنه معدل التفاعل عند التركيز المشبع للركيزة. تعكس قيمة السرعة القصوى القوة التحفيزية للإنزيم. إنزيمات أكبر الخامسالحد الأقصى عبارة عن محفزات أكثر قوة. إنها تحفز تحويل عدد أكبر من جزيئات الركيزة لكل وحدة زمنية. يتم التعبير عن السرعة القصوى بعدد دورات الإنزيم. يتم تقدير رقم الدوران بعدد جزيئات الركيزة المحولة بواسطة الإنزيم لكل وحدة زمنية (s-1). بالنسبة لمعظم الإنزيمات، يكون رقم الدوران ضمن 10 4. في نفس الوقت هناك إنزيمات لها سرعةأكثر بكثير (600000 للكاربانهيدريز) أو أقل من هذه القيمة (100 للكيموتربسين).

2. ميكاليس ثابت (لم). ثابت ميكايليس هو تركيز الركيزة الذي يكون فيه معدل التفاعل نصف الحد الأقصى. ضخامة ليعكس m تقارب الإنزيم للركيزة. كلما زادت هذه القيمة، قل ارتباط الإنزيم بالركيزة. ليتم التعبير عن m في مولات الركيزة. إذن القيمة لم بالنسبة للجلوكوز بالنسبة لإنزيم الجلوكوكيناز هو 10 مليمول وللهيكسوكيناز - 0.01 مليمول. يُظهر الهيكسوكيناز تقاربًا أكبر للجلوكوز مقارنة بالجلوكوكيناز عند نفس تركيز الركيزة، فهو يحفز فسفرة الجلوكوز بمعدل أعلى.

بناءً على التحليل الرياضي لمنحنى اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على تركيز الركيزة، اشتق L. Michaelis وM. Menten (1913) صيغة تسمح للمرء بتقييم العلاقة بين معدل التفاعل، الحد الأقصى للمعدل وثابت ميكايليس. يتم تعريفها حاليًا على أنها معادلة ميكايليس-مينتن.

الخامسس = الخامسالأعلى [ س]/كم + [ س],

أين الخامسس - معدل التفاعل، س- تركيز الركيزة.

الخصائص العامة للإنزيمات

على الرغم من وجود بعض الاختلافات في البنية والوظيفة والتوطين داخل الخلايا، تتميز الإنزيمات بعدد من الخصائص المشتركة. وتشمل هذه اعتماد مظهر نشاطها التحفيزي على درجة الحرارة (القدرة الحرارية) ودرجة الحموضة في البيئة، فضلا عن خصوصية الركيزة.

الخاصية المميزة للإنزيمات هي القابلية للحرارة. ويمكن توضيح هذه الظاهرة من خلال رسم بياني لمعدل التفاعل الأنزيمي مقابل درجة حرارة خليط التفاعل (الشكل 30).

الشكل 30 - اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على درجة الحرارة

وسط التفاعل ( راختيار – درجة الحرارة المثلى. الخامس- سرعة رد الفعل)

كما يتبين من الرسم البياني المعروض، عند درجة حرارة قريبة من 4 درجات مئوية، لا تحدث تفاعلات إنزيمية عمليا. ولهذا السبب، يمكن تخزين الأشياء البيولوجية في البرد لفترة معينة قبل إجراء الدراسات البيوكيميائية. إنه البرد الذي يسمح بحفظ المنتجات الغذائية من التحلل الذاتي (الهضم الذاتي).

ويصاحب الزيادة في درجة الحرارة زيادة في معدل التفاعل الأنزيمي. والسبب في ذلك هو زيادة الطاقة الحركية لجزيئات الركيزة والإنزيم، مما يزيد من معدل التفاعل بينهما. وقد لوحظت ظاهرة مماثلة عند درجة حرارة تتوافق مع درجة الحرارة المثلى للإنزيم. درجة الحرارة المثلى للإنزيميتوافق مع درجة الحرارة التي يصل فيها معدل التفاعل الأنزيمي إلى الحد الأقصى. بالنسبة لإنزيمات الحيوانات ذوات الدم الحار تكون درجة الحرارة عادة 28 درجة مئوية أو 37 درجة مئوية.

تؤدي الزيادة الإضافية في درجة حرارة خليط التفاعل إلى انخفاض تدريجي في معدل التفاعل الأنزيمي. ترجع هذه الظاهرة إلى عملية التمسخ الحراري لسلسلة البروتين متعدد الببتيد. يصاحب تمسخ الطبيعة تغيير في بنية المركز النشط للإنزيم، مما يؤدي إلى انخفاض في تقارب الإنزيم للركيزة. عند درجات حرارة أعلى من 55 درجة مئوية، تفقد معظم الإنزيمات خصائصها التحفيزية تمامًا (غير نشطة). في هذا الصدد، يتم استخدام التسخين إلى 55-56 درجة مئوية على نطاق واسع لإجراء البسترة، مما يزيد من العمر الافتراضي للمنتجات الغذائية (الحليب، وما إلى ذلك).

الرقم الهيدروجيني للبيئة له تأثير كبير على معدل التفاعل الأنزيمي. كما يتبين من الشكل الموضح. 31 رسم بياني، وهو يشبه في شكله رسمًا بيانيًا لاعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على درجة الحرارة.

الشكل 31 - الاعتماد على السرعة ( الخامس) التفاعل الأنزيمي

على الرقم الهيدروجيني للبيئة (الرقم الهيدروجيني الأمثل – الرقم الهيدروجيني الأمثل للإنزيم)

يرتبط الانخفاض الحاد في معدل التفاعل الأنزيمي عند قيم الأس الهيدروجيني القصوى بظاهرة تمسخ سلسلة البولي ببتيد لجزيء البروتين تحت تأثير الأحماض والقلويات. يُظهر الإنزيم أقصى قدر من القوة التحفيزية عند قيمة الرقم الهيدروجيني، والتي يتم تحديدها بواسطة المصطلح الرقم الهيدروجيني الأمثلإنزيم. تتمتع معظم الإنزيمات المعروفة بدرجة حموضة مثالية تتراوح من 5.0 إلى 7.5. وفي الوقت نفسه، هناك العديد من الأمثلة على الإنزيمات التي يتم فيها تحويل قيمة الرقم الهيدروجيني الأمثل إلى منطقة قيم الرقم الهيدروجيني الحمضية أو القلوية. تشمل هذه الإنزيمات:

يرجع سبب وجود اعتماد معدل التفاعلات الأنزيمية على الرقم الهيدروجيني إلى حقيقة أن قيمة الرقم الهيدروجيني للوسط لها تأثير واضح على درجة التأين للمجموعات الوظيفية للركيزة. ميزات تأين جزيء حمض السكسينيك عند حموضة مختلفة للبيئة (pH):

وفي الوقت نفسه، يؤثر الرقم الهيدروجيني للبيئة أيضًا على درجة تأين جذور الأحماض الأمينية التي تشكل المركز النشط للإنزيم:

إذا تم تثبيت تكوين مجمع الإنزيم والركيزة بسبب التفاعلات الكهروستاتيكية، يصبح دور الرقم الهيدروجيني في توفير الظروف المثلى لمسار التفاعل الأنزيمي واضحًا (الشكل 24).

يعتمد معدل التفاعلات المحفزة بواسطة الإنزيمات، والتي لا تكون التفاعلات الكهروستاتيكية مع الركائز ذات أهمية، بدرجة أقل على الرقم الهيدروجيني للوسط. في التين. ويبين الشكل 32 اعتماد معدل التحلل المائي للبروتين بواسطة غراء. في تفاعل هذا الإنزيم مع الركيزة، تصبح التفاعلات الكارهة للماء ذات أهمية أساسية. كما يتبين من الرسم البياني المعروض، غراء عموما ليس لديه الرقم الهيدروجيني الأمثل محددة بوضوح.

الشكل 32 - تأثير الرقم الهيدروجيني على معدل التحلل المائي للبروتين بواسطة الغراء.

الانزيمات لديها معينة النوعيةفيما يتعلق بالركائز. تشير الخصوصية إلى قدرة الإنزيمات على تحفيز تحويل واحد أو مجموعة من الركائز المتشابهة هيكليا. هناك عدة أنواع من خصوصية الانزيم.

· الخصوصية المطلقة.ويشير إلى قدرة الإنزيم على تحفيز تحويل ركيزة واحدة فقط. تشمل الإنزيمات ذات الخصوصية المطلقة إنزيمات أرجيناز وإنزيمات تقييد اليوريكاز وما إلى ذلك.

· الخصوصية النسبية. ويعني قدرة الإنزيم على تحفيز تحويل مجموعة من الركائز المتشابهة في البنية (ما يسمى بالإنزيمات المحللة للبروتين تحلل البروتينات المختلفة، واسترات الليباز من الجلسرين والأحماض الدهنية الأعلى، وفسفوريات هيكسوكيناز السكريات الأحادية المختلفة). في هذه الحالة، يتم تحديد الخصوصية من خلال حقيقة أن الإنزيم يؤثر فقط على نوع معين من الروابط (الإنزيمات المحللة للبروتين تحلل الرابطة الببتيدية، ويتحلل الليباز رابطة الإستر، وما إلى ذلك).

· الخصوصية المجسمة . يشير هذا المصطلح إلى قدرة الإنزيم على تحفيز تحويل أيزومر فراغي واحد من الركيزة. وهكذا، فإن الإنزيمات المشاركة في تحويل السكريات الأحادية تظهر خصوصية فيما يتعلق بها د- الأيزومرات الفراغية والإنزيمات المشاركة في تحويل الأحماض الأمينية إلى أجزائها ل-أيزومرات ستيريو.

نشاط الانزيم

خصوصية الإنزيمات كمحفزات هي أنها قادرة على تغيير خصائصها الحفزية تحت تأثير العوامل الخارجية المختلفة. مقياس قوة العمل التحفيزي للإنزيمات هو نشاط. إن قدرة الإنزيمات على تغيير نشاطها في ظل ظروف مختلفة أمر منطقي بيولوجيًا كبيرًا. تسمح هذه الخاصية للخلية الحية بتكييف حالة العمليات الأيضية مع الاحتياجات المباشرة للخلايا، والتي يمكن أن تتغير بشكل كبير تحت تأثير العوامل الخارجية المختلفة.

يلعب تحديد نشاط الإنزيم دورًا مهمًا في توصيفها. هناك بعض المبادئ العامة لقياس نشاط الإنزيم. يمكن تحديد نشاط الإنزيم على النحو التالي:

· إما بمعدل التراكم في خليط التفاعل حيث يوجد إنزيم منتج التفاعل؛

· أو بمعدل اختفاء ركيزة التفاعل الأنزيمي من خليط التفاعل.

كل من هذه الأساليب متكافئة ويمكن استخدامها في الممارسة العملية. ومع ذلك، عند تحديد نشاط الإنزيم، يجب مراعاة الشروط التالية: في خليط التفاعل الذي يتم فيه تحديد نشاط الإنزيم،

· يجب أن تتوافق درجة الحرارة مع درجة الحرارة المثلى للإنزيم.

· يجب أن يتوافق الرقم الهيدروجيني للوسط مع الرقم الهيدروجيني الأمثل لهذا الإنزيم؛

· يجب أن لا يقل تركيز الركيزة عن التشبع؛

· يجب أن تكون العوامل المساعدة موجودة، إذا كان هذا الإنزيم موجوداً.

يجب أن تكون منشطات الإنزيمات موجودة.

وبالتالي، يتم تحديد نشاط الإنزيم في ظل الظروف المثلى. في ظل هذه الظروف، يتناسب نشاط الإنزيم مع محتواه في عينة الاختبار وبالتالي يمكن استخدامه لتقدير تركيزه بشكل غير مباشر.

يتم التعبير عن نشاط الانزيم كميا في وحدات النشاط. وحدة واحدة من نشاط الإنزيم (U) هي نشاط الإنزيم الذي، تحت تأثيره، يتكون 1 ميكرومول من منتج التفاعل (أو يختفي 1 ميكرومول من الركيزة) في الدقيقة. في نظام SI، وحدة النشاط الأنزيمي هي كاتال (كات). يتوافق 1 كاتال مع نشاط الإنزيم الذي يتكون فيه مول واحد من منتج التفاعل (يختفي مول واحد من الركيزة) في الثانية.

تُستخدم قيمة النشاط المحددة أيضًا لوصف الإنزيمات. تعكس هذه الوحدة نشاط الإنزيم لكل وحدة كتلة ويتم التعبير عنها ببروتين μmol/min mg. تُستخدم وحدات نشاط محددة لتقييم نقاء مستحضرات الإنزيم. كلما زاد النشاط المحدد، كلما كان تحضير الإنزيم أكثر نقاءً.

تدرس حركية الإنزيم تأثير العوامل المختلفة (تركيزات S و E، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والضغط، والمثبطات والمنشطات) على معدل التفاعلات الأنزيمية. الهدف الرئيسي من دراسة حركية التفاعلات الأنزيمية هو الحصول على معلومات تسمح بفهم أعمق لآلية عمل الإنزيمات.

المنحنى الحركي يسمح لك بتحديد معدل التفاعل الأولي V 0 .

منحنى تشبع الركيزة.

اعتماد معدل التفاعل على تركيز الإنزيم.

اعتماد معدل التفاعل على درجة الحرارة.

اعتماد معدل التفاعل على الرقم الهيدروجيني.

يقع الرقم الهيدروجيني الأمثل لعمل معظم الإنزيمات ضمن النطاق الفسيولوجي 6.0-8.0. ينشط البيبسين عند درجة الحموضة 1.5-2.0، وهو ما يتوافق مع حموضة عصير المعدة. أرجيناز، وهو إنزيم خاص بالكبد، ينشط عند 10.0. يرتبط تأثير الرقم الهيدروجيني على معدل التفاعل الأنزيمي بحالة ودرجة تأين المجموعات الأيونية في جزيئات الإنزيم والركيزة. يحدد هذا العامل تكوين البروتين، وحالة المركز النشط والركيزة، وتكوين مركب الإنزيم والركيزة، وعملية التحفيز نفسه.

الوصف الرياضي لمنحنى تشبع الركيزة، ثابت ميكايليس .

المعادلة التي تصف منحنى تشبع الركيزة اقترحها ميكايليس ومينتون وتحمل أسمائهما (معادلة ميكاليس-مينتن): الخامس = (الخامس الأعلى *[ س])/(كم+[ س]) حيث Km هو ثابت ميكايليس. من السهل حساب ذلك عندما تكون V = V MAX /2 Km = [S]، أي. Km هو تركيز الركيزة الذي يكون فيه معدل التفاعل ½ V MAX. لتبسيط تحديد V MAX وKm، يمكن إعادة حساب معادلة Michaelis-Menten. 1/V = (كم+[S])/(V الأعلى *[س])، 1/فولت = كم/(فولت الأعلى *[س]) + 1/الخامس الأعلى ,

1/ الخامس = كم/ الخامس الأعلى *1/[ س] + 1/ الخامس الأعلىمعادلة لاينويفر-بورك. المعادلة التي تصف مخطط Lineweaver-Burk هي معادلة الخط المستقيم (y = mx + c)، حيث 1/V MAX هو تقاطع الخط المستقيم على المحور y؛ Km/V MAX - ظل زاوية ميل الخط المستقيم؛ تقاطع الخط المستقيم مع محور الإحداثي السيني يعطي القيمة 1/كم. تسمح لك مخططات Lineweaver-Burk بتحديد الكيلومترات من عدد صغير نسبيًا من النقاط. يُستخدم هذا الرسم البياني أيضًا عند تقييم تأثير المثبطات، كما سيتم مناقشته أدناه. تختلف قيمة الكيلومتر بشكل كبير: من 10 -6 مول/لتر للإنزيمات النشطة للغاية، إلى 10 -2 للإنزيمات منخفضة النشاط.

تقديرات الكيلومترات لها قيمة عملية. عند تركيزات الركيزة أكبر 100 مرة من Km، سيعمل الإنزيم بالسرعة القصوى القريبة، وبالتالي فإن السرعة القصوى V MAX ستعكس كمية الإنزيم النشط الموجود. يستخدم هذا الظرف لتقدير محتوى الإنزيم في المستحضر. بالإضافة إلى ذلك، Km هي إحدى خصائص الإنزيم الذي يستخدم لتشخيص الاعتلالات الإنزيمية.

تثبيط نشاط الانزيم.

من السمات المميزة والمهمة للغاية للإنزيمات تعطيلها تحت تأثير مثبطات معينة.

مثبطات - هذه هي المواد التي تسبب تثبيط جزئي أو كامل للتفاعلات المحفزة بواسطة الإنزيمات.

قد يكون تثبيط النشاط الأنزيمي لا رجعة فيه أو يمكن عكسه، وقد يكون تنافسيًا أو غير تنافسي.

تثبيط لا رجعة فيه - هذا هو التعطيل المستمر للإنزيم، الناتج عن الارتباط التساهمي لجزيء مثبط في الموقع النشط أو في مركز خاص آخر يغير شكل الإنزيم. يتم استبعاد تفكك هذه المجمعات المستقرة مع تجديد الإنزيم الحر عمليا. وللتغلب على عواقب هذا التثبيط، يجب على الجسم تصنيع جزيئات إنزيمية جديدة.

تثبيط عكسي – يتميز بتركيبة متوازنة للمثبط مع الإنزيم بسبب الروابط غير التساهمية، ونتيجة لذلك تكون هذه المجمعات قادرة على الانفصال مع استعادة نشاط الإنزيم.

يعتمد تصنيف المثبطات إلى تنافسية وغير تنافسية على ما إذا كان يتم إضعافها ( تثبيط المنافسة ) أو لم تضعف ( تثبيط غير تنافسي ) تأثيرها المثبط عند زيادة تركيز الركيزة.

مثبطات تنافسية - هذه عادة مركبات يشبه تركيبها بنية الركيزة. وهذا يسمح لهم بالارتباط في نفس الموقع النشط مثل الركائز، مما يمنع الإنزيم من التفاعل مع الركيزة الموجودة بالفعل في مرحلة الارتباط. بعد الارتباط، يمكن تحويل المانع إلى منتج أو البقاء في الموقع النشط حتى يحدث التفكك.

تثبيط تنافسي عكسي يمكن تمثيلها كرسم تخطيطي:

E↔ E-I → E + P 1

S (غير نشط)

يتم تحديد درجة تثبيط الإنزيم من خلال نسبة تركيز الركيزة والإنزيم.

المثال الكلاسيكي لهذا النوع من التثبيط هو تثبيط نشاط هيدروجيناز السكسينات (SDH) بواسطة المالات، والذي يزيح السكسينات من موقع الركيزة ويمنع تحوله إلى فومارات:

يؤدي الارتباط التساهمي للمثبط بالموقع النشط إلى تعطيل نشاط الإنزيم (تثبيط لا رجعة فيه). مثال تثبيط المنافسة التي لا رجعة فيها قد يكون بمثابة تعطيل نشاط إيزوميراز ثلاثي الفوسفات مع فوسفات 3-كلورواسيتول. هذا المثبط هو نظير هيكلي للركيزة، فوسفات ثنائي هيدروكسي أسيتون، ويرتبط بشكل لا رجعة فيه ببقايا حمض الجلوتاميك في الموقع النشط:

تعمل بعض المثبطات بشكل أقل انتقائية، وتتفاعل مع مجموعة وظيفية محددة في المركز النشط للإنزيمات المختلفة. وبالتالي، فإن ربط اليودواسيتات أو أميده بمجموعة SH من الحمض الأميني السيستين، الموجود في المركز النشط للإنزيم والمشاركة في التحفيز، يؤدي إلى فقدان كامل لنشاط الإنزيم:

R-SH + JCH 2 COOH → HJ + R-S-CH 2 COOH

لذلك، تعمل هذه المثبطات على تعطيل جميع الإنزيمات التي تحتوي على مجموعات SH المشاركة في التحفيز.

يرجع التثبيط الذي لا رجعة فيه للهيدروليز تحت تأثير غازات الأعصاب (السارين والسومان) إلى ارتباطها التساهمي ببقايا السيرين في المركز النشط.

لقد وجدت طريقة التثبيط التنافسي تطبيقًا واسعًا في الممارسة الطبية. يمكن أن تكون أدوية السلفوناميد، ومضادات حمض أمينوبنزويك، بمثابة مثال على المثبطات التنافسية الأيضية. ترتبط بإنزيم ثنائي هيدروبتيرات، وهو إنزيم بكتيري يحول أمينوبنزوات p إلى حمض الفوليك، الضروري لنمو البكتيريا. تموت البكتيريا نتيجة تحول السلفانيلاميد المرتبط إلى مركب آخر وعدم تكوين حمض الفوليك.

مثبطات غير تنافسية عادة ما ترتبط بجزيء الإنزيم في موقع مختلف عن موقع ربط الركيزة، ولا تتنافس الركيزة بشكل مباشر مع المثبط. نظرًا لأن المانع والركيزة يرتبطان بمراكز مختلفة، فمن الممكن تكوين كل من مجمع E-I ومجمع S-E-I. يتحلل مركب S-E-I أيضًا ليشكل منتجًا، ولكن بمعدل أبطأ من E-S، وبالتالي فإن التفاعل سوف يتباطأ ولكنه لا يتوقف. وبالتالي يمكن أن تحدث التفاعلات المتوازية التالية:

E↔ E-I ↔ S-E-I → E-I + P

التثبيط غير التنافسي القابل للعكس نادر نسبيًا.

تسمى المثبطات غير التنافسية تفارغي على عكس المنافسين ( متساوي ).

يمكن دراسة التثبيط العكسي كميًا باستخدام معادلة ميكايليس-مينتن.

مع التثبيط التنافسي، يظل V MAX ثابتًا وتزداد الكيلومترات.

مع التثبيط غير التنافسي، ينخفض ​​V MAX بينما يبقى الكيلومتر دون تغيير.

إذا قام منتج التفاعل بتثبيط الإنزيم الذي يحفز تكوينه، تسمى طريقة التثبيط هذه تثبيط الرجعية أو منع ردود الفعل . على سبيل المثال، يمنع الجلوكوز الجلوكوز 6 فوسفات، الذي يحفز التحلل المائي للجلوكوز 6 فوسفات.

تكمن الأهمية البيولوجية لهذا التثبيط في تنظيم مسارات استقلابية معينة (انظر الدرس التالي).

الجزء العملي

مهمة للطلاب

1. دراسة تمسخ البروتينات تحت تأثير محاليل الأحماض المعدنية والعضوية وعند التسخين.

2. كشف أنزيم NAD في الخميرة.

3. تحديد نشاط الأميليز في البول (مصل الدم).

9. معايير الإجابة على المشاكل، أسئلة الاختبار المستخدمة للتحكم في المعرفة في الفصل (يمكن استخدامها كملحق)

10. طبيعة ونطاق العمل التعليمي والبحثي المحتمل حول الموضوع

(أشير على وجه التحديد إلى طبيعة وشكل UIRS: إعداد العروض التقديمية المجردة، وإجراء البحوث المستقلة، وألعاب المحاكاة، وإعداد التاريخ الطبي باستخدام الأدبيات الأحادية وأشكال أخرى)

تدرس حركية الإنزيمات معدل التفاعلات المحفزة بواسطة الإنزيمات اعتمادًا على الظروف المختلفة (التركيز، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة، وما إلى ذلك) لتفاعلها مع الركيزة.

ومع ذلك، فإن الإنزيمات عبارة عن بروتينات حساسة لتأثيرات التأثيرات الخارجية المختلفة. لذلك، عند دراسة معدل التفاعلات الأنزيمية، يأخذون في الاعتبار بشكل أساسي تركيزات المواد المتفاعلة، ويحاولون تقليل تأثير درجة الحرارة ودرجة الحموضة البيئية والمنشطات والمثبطات والعوامل الأخرى وإنشاء ظروف قياسية. أولاً، هذه هي قيمة الرقم الهيدروجيني للبيئة المثالية لإنزيم معين. ثانياً، ينصح بالمحافظة على درجة حرارة 25 درجة مئوية قدر الإمكان. ثالثا، يتم تحقيق التشبع الكامل للانزيم مع الركيزة. هذه النقطة مهمة بشكل خاص لأنه عند تركيزات الركيزة المنخفضة، لا تشارك جميع جزيئات الإنزيم في التفاعل (الشكل 6.5، أ)، مما يعني أن النتيجة ستكون بعيدة عن الحد الأقصى الممكن. يتم تحقيق أعظم قوة للتفاعل المحفز، مع تساوي العوامل الأخرى، إذا شارك كل جزيء إنزيم في التحول، أي. بتركيزات عالية من مركب الإنزيم والركيزة (الشكل 6.5، الخامس).إذا كان تركيز الركيزة لا يضمن التشبع الكامل للإنزيم (الشكل 6.5، ب)، فإن معدل التفاعل لا يصل إلى قيمته القصوى.

أرز. 65.

أ -بتركيز منخفض من الركيزة؛ 6 - مع عدم كفاية تركيز الركيزة. الخامس -عندما يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة

يسمى معدل التفاعل الأنزيمي الذي يتم قياسه عند استيفاء الشروط المذكورة أعلاه ويكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة الحد الأقصى لمعدل التفاعل الأنزيمي (الخامس).

تتم الإشارة إلى معدل التفاعل الأنزيمي، الذي يتم تحديده عندما لا يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة الخامس.

يمكن تبسيط التحفيز الإنزيمي من خلال الرسم البياني التالي:

حيث F هو انزيم. S - الركيزة. FS - مجمع الانزيم الركيزة.

وتتميز كل مرحلة من هذه العملية بسرعة معينة. وحدة قياس معدل التفاعل الأنزيمي هي عدد مولات الركيزة المحولة لكل وحدة زمنية(نفس سرعة التفاعل الطبيعي).

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

في حالة التوازن تكون المعادلة (6.3) صحيحة حيث أن معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متساوية.

بتعويض قيم سرعة التفاعلات الأمامية (6.1) والعكسية (6.2) في المعادلة (6.3) نحصل على المساواة:

تتميز حالة التوازن بأنها مناسبة ثابت التوازن K p،تساوي نسبة ثوابت التفاعلات الأمامية والعكسية (6.5). يسمى مقلوب ثابت التوازن ثابت الركيزة Ks,أو ثابت تفكك مجمع الإنزيم والركيزة:

يتضح من المعادلة (6.6) أن ثابت الركيزة يتناقص عند التركيزات العالية لمركب الإنزيم-الركيزة، أي. مع استقرار كبير. وبالتالي، فإن ثابت الركيزة يميز تقارب الإنزيم والركيزة ونسبة ثوابت معدل تكوين وتفكك مجمع الإنزيم والركيزة.

تمت دراسة ظاهرة تشبع الإنزيم بالركيزة بواسطة ليونور ميكايليس ومود ميبتن. وبناء على المعالجة الرياضية للنتائج استنتجوا المعادلة (6.7) التي أخذت أسمائها والتي يتضح منها أنه عند تركيز الركيزة العالي وقيمة ثابتة الركيزة المنخفضة فإن معدل التفاعل الأنزيمي يميل إلى الحد الأقصى . ومع ذلك، فإن هذه المعادلة محدودة لأنها لا تأخذ في الاعتبار جميع المعلمات:

يمكن أن يخضع مجمع الإنزيم والركيزة أثناء التفاعل لتحولات في اتجاهات مختلفة:

• تنأى إلى المواد الأم.
• يتحول إلى منتج يتم فصل الإنزيم منه دون تغيير.

لذلك، لوصف العمل الشامل للعملية الأنزيمية، المفهوم ثوابت ميكايليس كيلوطن،والذي يعبر عن العلاقة بين ثوابت المعدل لجميع التفاعلات الثلاثة للحفز الأنزيمي (6.8). إذا تم تقسيم كلا المصطلحين على ثابت معدل التفاعل لتكوين مركب الإنزيم والركيزة، نحصل على التعبير (6.9):

هناك نتيجة طبيعية مهمة تتبع من المعادلة (6.9): ثابت ميكايليس يكون دائمًا أكبر من ثابت الركيزة بالكمية ك 2 / ك ف

عدديا ك ريساوي تركيز الركيزة الذي يكون فيه معدل التفاعل نصف السرعة القصوى الممكنة ويتوافق مع تشبع الإنزيم بالركيزة، كما في الشكل 1. 6.5، ب.نظرًا لأنه من الناحية العملية ليس من الممكن دائمًا تحقيق التشبع الكامل للإنزيم بالركيزة، فهو على وجه التحديد ك ريستخدم للتوصيف المقارن للخصائص الحركية للإنزيمات.

يعتمد معدل التفاعل الأنزيمي عندما لا يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة (6.10) على تركيز مركب الإنزيم-الركيزة. معامل التناسب هو ثابت التفاعل لتحرير الإنزيم والمنتج، حيث أن هذا يغير تركيز مركب الإنزيم والركيزة:

بعد التحولات، مع الأخذ في الاعتبار التبعيات المذكورة أعلاه، يتم وصف معدل التفاعل الأنزيمي عندما لا يكون الإنزيم مشبعًا تمامًا بالركيزة بالمعادلة (6.11)، أي. يعتمد على تركيزات الإنزيم والركيزة وتقاربها ك س:

إن الاعتماد الرسومي لمعدل التفاعل الأنزيمي على تركيز الركيزة ليس خطيًا. كما هو واضح من الشكل . 6.6، مع زيادة تركيز الركيزة، لوحظ زيادة في نشاط الانزيم. ومع ذلك، عندما يتم تحقيق أقصى تشبع للإنزيم مع الركيزة، يصبح معدل التفاعل الأنزيمي هو الحد الأقصى. لذلك، فإن العامل المحدد لمعدل التفاعل هو تكوين مركب إنزيم-ركيزة.

وقد أظهرت الممارسة أن تركيزات الركيزة، 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 G. Lineweaver و D. Burke التعبير عن الاعتماد الرسومي لمعدل التفاعل الأنزيمي ليس في الإحداثيات المباشرة، ولكن في الإحداثيات العكسية. لقد انطلقوا من افتراض أنه بالنسبة للكميات المتساوية تكون معكوساتها متساوية أيضًا:

أرز. 6.6.

بعد تحويل التعبير (6.13)، نحصل على تعبير يسمى معادلة لاينويفر-بورك (6.14):

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

• القطعة المقطوعة على المحور الإحداثي تساوي 1/الخامس؛
• القطعة المقطوعة على محور الإحداثي السيني تساوي -1 / إلى ر.

أرز. 6.7.

يُعتقد أن طريقة Lineweaver-Burk تجعل من الممكن تحديد الحد الأقصى لمعدل التفاعل بشكل أكثر دقة من الإحداثيات المباشرة. يمكن أيضًا الحصول على معلومات قيمة بخصوص تثبيط الإنزيم من هذا الرسم البياني.

هناك طرق أخرى لتحويل معادلة ميكايليس-مينتن. تُستخدم التبعيات الرسومية لدراسة تأثير التأثيرات الخارجية المختلفة على العملية الأنزيمية.

يدرس هذا الفرع من علم الإنزيمات تأثير العوامل المختلفة على معدل التفاعل الأنزيمي. بالنظر إلى المعادلة العامة للتحفيز الأنزيمي للتفاعل العكسي لتحويل 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 الركيزة الخاصة بها من خلال منحنى زائدي لاعتماد معدل التفاعل الأنزيمي V على تركيز الركيزة [S] (الشكل 19):

الشكل 19. اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على تركيز الركيزة.

في هذا المنحنى، يمكن تمييز ثلاثة أقسام، والتي يمكن تفسيرها من خلال أحكام آلية تفاعل الإنزيم مع الركيزة: OA - قسم من الاعتماد التناسبي المباشر لـ V على [S]، المراكز النشطة للإنزيم تمتلئ تدريجياً بجزيئات الركيزة مع تكوين ES معقد غير مستقر ؛ القسم AB - الاعتماد المنحني لـ V على [S]، لم يتم بعد تحقيق التشبع الكامل للمراكز النشطة للإنزيم مع جزيئات الركيزة. مجمع ES غير مستقر قبل الوصول إلى الحالة الانتقالية، ولا يزال احتمال التفكك العكسي إلى E وS مرتفعًا؛ القسم BC - يتم وصف الاعتماد بمعادلة ذات ترتيب صفري، ويكون القسم موازيًا للمحور [S]، وقد تم تحقيق التشبع الكامل للإنزيمات النشطة مع جزيئات الركيزة، V = V max.

يتم وصف الشكل المميز للمنحنى رياضياً بواسطة معادلة بريجز هالدين:

V=V كحد أقصى ● [S]/ كم + [S] (2)،

حيث Km هو ثابت Michaelis-Menten، ويساوي عدديًا تركيز الركيزة الذي يساوي فيه معدل التفاعل الأنزيمي نصف V كحد أقصى.

كلما انخفض K m للإنزيم، كلما زاد تقارب الإنزيم للركيزة، كلما تم تحقيق الحالة الانتقالية للركيزة بشكل أسرع، ويتحول إلى منتج تفاعل. يعد العثور على قيم Km لكل ركيزة إنزيمية خاصة بمجموعة معينة أمرًا مهمًا في تحديد الدور البيولوجي لهذا الإنزيم في الخلية.

بالنسبة لمعظم الإنزيمات، من المستحيل بناء منحنى زائدي (الشكل 19)، في هذه الحالة، يتم استخدام طريقة المقلوب المزدوج (Lineweaver-Burk)، أي. يتم رسم الاعتماد الرسومي لـ 1/[V] على 1/[S] (الشكل 20). تعتبر طريقة بناء مثل هذه المنحنيات في التجربة مريحة للغاية عند دراسة تأثير أنواع مختلفة من المثبطات على نشاط الإنزيم (انظر المزيد في النص).

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

حيث y هو قسم القطع - و x هو قسم 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 المثالية ودرجة الحموضة للبيئة، عند تركيزات الركيزة أعلى بكثير من تركيز التشبع للمراكز النشطة للإنزيم.

أرز. 21. تأثير تركيز الإنزيم على معدل التفاعل الأنزيمي.

اعتماد معدل التفاعل الأنزيمي على تركيز العامل المساعد أو الإنزيم المساعد.بالنسبة للإنزيمات المعقدة، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن نقص أشكال الإنزيم المساعد للفيتامينات في حالة نقص الفيتامين وانتهاك تناول أيونات المعادن في الجسم يؤدي بالضرورة إلى انخفاض في تركيز الإنزيمات المقابلة اللازمة للدورة من العمليات الأيضية. لذلك، ينبغي أن نستنتج أن نشاط الإنزيم يعتمد بشكل مباشر على تركيز العامل المساعد أو الإنزيم المساعد.

تأثير تركيز المنتج على معدل التفاعل الأنزيمي.بالنسبة للتفاعلات العكسية التي تحدث في جسم الإنسان، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن منتجات التفاعل المباشر يمكن أن يستخدمها الإنزيم كركائز للتفاعل العكسي. ولذلك، فإن اتجاه التدفق ولحظة الوصول إلى Vmax يعتمدان على نسبة تركيزات الركائز الأولية ومنتجات التفاعل. على سبيل المثال، نشاط ناقلة أمين الألانين الذي يحفز التحول:

ألانين + ألفا كيتوجلوتارات ↔ بيروفات + غلوتامات

يعتمد في الخلية على نسبة التركيز :

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

آلية عمل الإنزيم. نظريات التحفيز الإنزيمي

تعمل الإنزيمات، مثل المحفزات غير البروتينية، على زيادة معدل التفاعل الكيميائي بسبب قدرتها على تقليل طاقة التنشيط لهذا التفاعل. يتم حساب طاقة التنشيط للتفاعل الأنزيمي على أنها الفرق بين قيمة الطاقة في نظام التفاعل المستمر الذي وصل إلى الحالة الانتقالية والطاقة المحددة في بداية التفاعل (انظر الاعتماد الرسومي في الشكل 22).

أرز. 22. الاعتماد الرسومي لحالة الطاقة للتفاعل الكيميائي بدون إنزيم (1) وبوجود إنزيم (2) على زمن التفاعل.

إن عمل V. Henry، وعلى وجه الخصوص، L. Michaelis، M. Menten في دراسة آلية التفاعلات الأنزيمية القابلة للانعكاس أحادية الركيزة، جعل من الممكن افتراض أن الإنزيم E يتحد أولاً بشكل عكسي وبسرعة نسبيًا مع الركيزة S ليشكل إنزيم- مجمع الركيزة (ES):

ه+س<=>اي اس (1)

يحدث تكوين ES بسبب روابط الهيدروجين، والتفاعلات الكهروستاتيكية، الكارهة للماء، وفي بعض الحالات روابط تساهمية، وروابط التنسيق بين الجذور الجانبية لبقايا الأحماض الأمينية للمركز النشط والمجموعات الوظيفية للركيزة. في الإنزيمات المعقدة، يمكن أيضًا تنفيذ وظيفة التلامس مع الركيزة بواسطة الجزء غير البروتيني من البنية.

يتفكك بعد ذلك مركب الإنزيم-الركيزة في تفاعل ثانٍ أبطأ وقابل للانعكاس لإنتاج منتج التفاعل P والإنزيم الحر E:

إس<=>الجيش الشعبي<=>إي + بي (2)

حاليًا، وبفضل عمل العلماء المذكورين أعلاه، وكذلك Keilin D., Chance B., Koshland D. (نظرية "المراسلات المستحثة")، هناك أحكام نظرية حول أربع نقاط رئيسية في آلية العمل إنزيم على الركيزة، والذي يحدد قدرة الإنزيمات على تسريع التفاعلات الكيميائية:

1. التوجه والنهج . الإنزيم قادر على ربط جزيء الركيزة بطريقة تجعل الرابطة التي يهاجمها الإنزيم لا تقع فقط على مقربة من المجموعة الحفزية، ولكنها أيضًا موجهة بشكل صحيح فيما يتعلق بها. يزداد احتمال وصول مجمع ES إلى الحالة الانتقالية من خلال التوجه والقرب بشكل كبير.

2. الإجهاد والتوتر : المراسلات المستحثة. يمكن أن يتسبب الارتباط بالركيزة في حدوث تغييرات توافقية في جزيء الإنزيم، مما يؤدي إلى التوتر في بنية المركز النشط، كما يؤدي أيضًا إلى تشويه الركيزة المرتبطة إلى حد ما، مما يسهل تحقيق الحالة الانتقالية بواسطة مجمع ES. ينشأ ما يسمى بالمراسلات المستحثة بين الجزيئات E وS.

يعتمد معدل التفاعلات الأنزيمية على تركيز الإنزيم والركيزة ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة ووجود المنشطات والمثبطات.

في ظل ظروف الركيزة الزائدة، ومعدل التفاعل يتناسب طرديا تركيز الانزيم (الشكل 3.2).

أرز. 3.2. اعتماد معدل التفاعل على تركيز الإنزيم.

الاعتماد على سرعة رد الفعل تركيز الركيزة مبين في الشكل 3.3.

أرز. 3.3. اعتماد معدل التفاعل على تركيز الركيزة.

هناك 3 أقسام على الرسم البياني. بتركيز منخفض من الركيزة (القسم أ) يتناسب معدل التفاعل بشكل مباشر مع تركيز الركيزة ويخضع لحركيات الدرجة الأولى. الموقع على ب(رد فعل النظام المختلط) يتم انتهاك هذا الاعتماد. الموقع على جمعدل التفاعل هو الحد الأقصى ولا يعتمد على تركيز الركيزة.

يتميز التفاعل الأنزيمي بتكوين مركب إنزيم-ركيزة، والذي يتحلل ليشكل الإنزيم الحر ومنتج التفاعل.

في هذه المعادلة، k 1 هو ثابت المعدل لتكوين مركب الإنزيم-الركيزة، وk 2 هو ثابت تفكك مركب الإنزيم-الركيزة لتكوين إنزيم حر وركيزة، وk 3 هو ثابت معدل التفكك من مجمع الإنزيم الركيزة إلى الإنزيم الحر ومنتج التفاعل.

اقترح ميكايليس ومينتن معادلة تصف اعتماد معدل التفاعل على تركيز الركيزة.

v هو معدل التفاعل عند تركيز ركيزة معين؛ Ks – ثابت تفكك مجمع الإنزيم والركيزة. Vmax - أقصى سرعة للرد.

Ks=k -2 /k 1 أي نسبة ثابت التفاعل العكسي إلى ثابت التفاعل الأمامي.

ومع ذلك، تصف هذه المعادلة القسم فقط أعلى الرسم البياني ولا يأخذ في الاعتبار تأثير منتجات التفاعل على معدل العملية الأنزيمية.

استبدل هالدين وبريجز ثابت التفكك في المعادلة بثابت ميكايليس (Km).

ميكاليس ثابتعدديا يساوي تركيز الركيزةحيث يكون معدل التفاعل نصف الحد الأقصى. يميز ثابت ميكايليس تقارب الإنزيم والركيزة. يتميز الانجذاب العالي للإنزيم للركيزة بقيمة منخفضة بالكيلومترات والعكس صحيح.

إن استخدام الرسم البياني الذي اقترحه ميكايليس ومينتن أمر غير مريح. للحصول على تمثيل رسومي أكثر ملاءمة، قام G. Lineweaver وD. Burke بتحويل معادلة هالدين وبريجز باستخدام طريقة المقلوبات المزدوجة، بناءً على مبدأ أنه إذا كانت هناك مساواة بين كميتين، فإن المقلوبات ستكون متساوية أيضًا.

تمثيل رسومي لاعتماد معدل التفاعل على الرقم الهيدروجيني لديه شكل الجرس. تسمى قيمة الرقم الهيدروجيني التي يظهر عندها الإنزيم أقصى نشاط الرقم الهيدروجيني الأمثل(الشكل 5.4 أ) . بالنسبة لمعظم الإنزيمات، فإن الرقم الهيدروجيني الأمثل هو 6-8. الاستثناء هو البيبسين، الأمثل هو 2.0. عندما يتغير الرقم الهيدروجيني في اتجاه أو آخر من المستوى الأمثل، ينخفض ​​معدل التفاعل بسبب تأين المجموعات الوظيفية للإنزيم والركيزة، مما يعطل تكوين مجمع الإنزيم والركيزة.

أرز. 3.4. اعتماد معدل التفاعل على الرقم الهيدروجيني (A) ودرجة الحرارة (B).

يزداد معدل التفاعل الكيميائي مرتين مع الزيادة درجة حرارة بمقدار 10 درجات مئوية. ومع ذلك، بسبب الطبيعة البروتينية للإنزيم، مع زيادة أخرى في درجة الحرارة، يحدث تمسخ طبيعة الإنزيم. تسمى درجة الحرارة التي يصل عندها معدل التفاعل إلى الحد الأقصى درجة الحرارة المثلى(الشكل 3.4.ب) . بالنسبة لمعظم الإنزيمات، درجة الحرارة المثلى هي 37-40 درجة مئوية. الاستثناء هو الميوكيناز العضلي، الذي يمكنه تحمل التسخين حتى 100 درجة مئوية.

منشطات الانزيمات– هذه هي المواد 1) التي تشكل المركز النشط للإنزيم (Co 2+، Mg 2+، Zn 2+، Fe 2+، Ca 2+)؛ 2) تسهيل تكوين مجمع الإنزيم الركيزة (Mg 2+)؛ 3) الحد من مجموعات SH (الجلوتاثيون، السيستين، المركابتويثانول)؛ 4) تثبيت البنية الأصلية لإنزيم البروتين. عادة ما يتم تنشيط التفاعلات الأنزيمية بواسطة الكاتيونات (في الجدول الدوري من 19 إلى 30). الأنيونات أقل نشاطًا، على الرغم من أن أيونات الكلور وأنيونات بعض الهالوجينات الأخرى يمكنها تنشيط البيبسين والأميلاز وأدينيلات سيكلاز. يمكن أن تكون البروتينات منشطات: صميم البروتين A-I (LCAT)، صميم البروتين C-II (LPL).

آلية عمل المنشطات:

1) المشاركة في تكوين المركز النشط للإنزيمات.

2) تسهيل ربط الركيزة والإنزيم؛

3) المشاركة في تكوين البنية الأصلية للإنزيم.

مثبطات– المواد التي تسبب تثبيط جزئي أو كامل للتفاعلات المحفزة بواسطة الإنزيمات.

وتصنف المثبطات إلى غير محددو محدد. لا يرتبط عمل المثبطات غير المحددة بآلية عمل الإنزيمات. تسبب هذه المثبطات تمسخ بروتين الإنزيم (الحرارة والأحماض والقلويات وأملاح المعادن الثقيلة وما إلى ذلك).

مثبطات محددة تؤثر على آلية عمل الإنزيمات. تنقسم مثبطات محددة إلى مجموعتين: عكسها ولا رجعة فيها. تسبب المثبطات غير العكوسة تغييرًا أو تعديلًا دائمًا لا رجعة فيه للمجموعات الوظيفية للإنزيم من خلال الارتباط المحكم أو التساهمي. تشمل هذه المجموعة: 1) مثبطات معدنيةالإنزيمات (HCN، RCN، HF، CO، وما إلى ذلك). ترتبط هذه المركبات بالمعادن ذات التكافؤ المتغير (Cu أو Fe)، ونتيجة لذلك تتعطل عملية نقل الإلكترون على طول سلسلة الإنزيمات التنفسية. لذلك تسمى هذه المثبطات بالسموم التنفسية. 2) مثبطات الإنزيمات التي تحتوي على مجموعات SH(أسيتات أحادية، ثنائي يودو أسيتات، يودو أسيتاميد، مركبات الزرنيخ والزئبق). 3) مثبطات الإنزيمات التي تحتوي على مجموعة OH في المركز النشط (مركبات الفسفور العضوي، المبيدات الحشرية). تمنع هذه المثبطات، في المقام الأول، نشاط إنزيم الكولينستراز، وهو الإنزيم الذي يلعب دورًا أساسيًا في نشاط الجهاز العصبي.

تفريغيمكن قياس التثبيط باستخدام معادلة ميكايليس-مينتين. تنقسم المثبطات العكسية إلى تنافسية وغير تنافسية.

مثبطات تنافسية- هذه مواد مشابهة في بنيتها للركيزة. يرتبط المثبط بالموقع النشط للإنزيم ويمنع تكوين مركب الإنزيم والركيزة.

المثال الكلاسيكي للتثبيط التنافسي هو تثبيط هيدروجيناز السكسينات بواسطة حمض المالونيك. يحفز إنزيم هيدروجيناز السكسينات أكسدة حمض السكسينيك (السكسينات) عن طريق نزع الهيدروجين إلى حمض الفوماريك.

إذا تمت إضافة حمض المالونيك (مثبط) إلى الوسط، فنتيجة لتشابهه الهيكلي مع السكسينات الركيزة الحقيقية، فإنه سوف يتفاعل مع الموقع النشط لتشكيل مركب مثبط الإنزيم، لكن التفاعل لن يحدث.

يتم القضاء على تأثير المانع عن طريق زيادة تركيز الركيزة. مع التثبيط التنافسي، تتغير حركية التفاعلات الأنزيمية: تزداد الكيلومترات، ويظل V max ثابتًا(الشكل 3.5).

أرز. 3.5. تأثير المثبطات التنافسية على معدل التفاعل الأنزيمي

لقد وجدت طريقة التثبيط التنافسي تطبيقًا في الممارسة الطبية باعتبارها أ مضادات الأيض.

على سبيل المثال، تستخدم أدوية السلفوناميد لعلاج بعض الأمراض المعدية التي تسببها البكتيريا. تشبه هذه الأدوية من الناحية الهيكلية حمض بارا أمينوبنزويك، الذي تستخدمه الخلية البكتيرية لتصنيع حمض الفوليك الضروري لحياة البكتيريا. بسبب هذا التشابه الهيكلي، يمنع السلفوناميد عمل الإنزيم عن طريق إزاحة حمض بارا أمينوبنزويك من المجمع مع الإنزيم الذي يصنع حمض الفوليك.

مثبطات غير تنافسية –المواد التي لا تشبه هيكليا الركائز. لا ترتبط المثبطات غير التنافسية بالموقع النشط، بل بموقع آخر في جزيء الإنزيم، على سبيل المثال، في المركز التفارغي. يؤدي هذا إلى تغيير شكل المركز النشط بطريقة تؤدي إلى تعطيل تفاعل الركيزة معه.

للتثبيط غير التنافسي: يتناقص V max، لكن K m لا يتغير(الشكل 3.6).