ЕНЗИМНА АКТИВНОСТ: ЕДИНИЦА, ИЗМЕРВАНЕ, РЕГУЛИРАНЕ И ФАКТОРИ - ХИМИЯ - 2025

На ензимната активност е начин за изразяване на количеството ензим присъства в даден момент. Указва количеството субстрат, трансформирано в продукт, чрез каталитичното действие на ензима за единица време.

То се влияе от условията, при които протича ензимната реакция, поради което обикновено се отнася до температурата, при която се измерва. Но какви са ензимите? Те са биологични катализатори, способни да ускорят скоростта на реакцията, без да претърпят необратима промяна по време на катализирания процес.

Ананас или ананас, плод, който съдържа ензима бромелайн и следователно проявява висока ензимна активност Източник: H. Zell

Ензимите, като цяло, са протеини с изключение на рибозоми, РНК молекули с ензимна активност.

Ензимите увеличават скоростта на реакцията чрез намаляване на енергийната бариера (енергия на активиране); които трябва да изтекат, за да достигнат преходното състояние и по този начин реакцията се проявява.

Молекулите на субстрата, които достигат до преходното състояние, претърпяват структурни промени, които ги водят до появата на продуктовите молекули. Въз основа на функциите, които изпълняват, ензимите се класифицират в шест големи групи: оксиредуктази, трансферази, хидролази, лиази, изомерази и лигази.

Ензимите бромелайн и папаин, например, са протеолитични ензими (хидролази), които се намират съответно в ананас или ананас и папая или папая.

Известно е, че както ананасът, така и папаята улесняват храносмилателния процес, тъй като, действайки на протеолитичните ензими, които съдържат, те помагат за усвояването на протеините от, тоест месото и зърнените храни.

Единица на ензимната активност

Ензимната единица (IU) е количеството ензим, което катализира трансформацията на 1 мкмол субстрат за една минута.

Впоследствие Международната система от единици (SI) определи единицата на ензимната активност като количеството ензим, което превръща 1 мол субстрат в продукт в секунда. Тази единица получи името katal (kat).

1 мол = 10 ⁶ µmol и 1 минута = 60 секунди.

Следователно 1 катал е равен на 60 · 10 ⁶ IU. Тъй като каталът е голяма единица, често се използват по-малки единици, като: микрокатал (µkat), 10 ^-6 катал и нанокатал (πkat), 10 ^-9 катал.

Специфична дейност

Това е броят единици активност на ензима, разделен на милиграмите протеин в тестваната проба. Специфичната активност е пряко свързана със степента на пречистване на ензима.

Как се измерва ензимната активност?

Има няколко метода за определяне на активността на ензим. Изборът на конкретен метод ще зависи от целта на ензимния анализ; приложимостта на метода; достъп до оборудването, необходимо за провеждане на експеримента; разходите за използване на определен метод и т.н.

Съществуват спектрофотометрични, флуорометрични, хемилуминесценционни, калориметрични, радиометрични и хроматографски методи.

Спектрофотометричните методи могат да бъдат колориметрични и да се отчитат в ултравиолетовата (UV) област на електромагнитното излъчване.

-Колориметричен метод

Той се основава на генерирането на хромофор чрез ензимно действие. Ензимната активност може да бъде последвана непрекъснато или прекъснато.

Непрекъсната форма

В непрекъсната форма реагентите се поставят в кювета в спектрофотометъра при желаната дължина на вълната, която съответства на тази, при която хромофорът има своята максимална стойност на оптична плътност; и че в допълнение, няма намеса в друго вещество, което може да се генерира.

Ензимната реакция се инициира чрез добавяне на пробата, съдържаща ензима, активността на която трябва да се определи. Едновременно се стартира хронометърът и от време на време се отбелязва стойността на оптичната плътност.

Тъй като е известна еквивалентността на оптичната плътност с молите на субстрата или продукта на ензимното действие, в зависимост от използваната техника, молите на консумирания субстрат или произведените бенки могат да бъдат изчислени.

Освен това, след като е измерено изминалото време на ензимната реакция, могат да се получат консумираните или произведени бенки в секунда. По този начин ензимната активност се установява в катални единици.

Прекъсната форма

Във формата на партида за определяне на ензимната активност епруветките с реакционните компоненти, с изключение на пробата, съдържаща ензима или друг компонент, се поставят в баня при 37 ° С. След това реакцията започва с добавяне на липсващия компонент.

Времето, посочено от техниката, се оставя да настъпи и реакцията се прекратява чрез добавяне на съединение, което спира реакцията. Оптичната плътност се отчита в този момент и накрая протича по същия начин, както по непрекъснатия начин за определяне на ензимната активност.

-Метод на показанията на ултравиолетова светлина

Коензимният никотинамидадинуклеотид например има две форми: NADH (редуциран) и NAD ⁺ (окислен). По същия начин, коензимът никотинамитинуклеотидфосфат има две форми NADPH и NADP ⁺, редуциран и окислен съответно.

Както редуцираните, така и окислените форми на коензима се отчитат на дължина 260 nm от ултравиолетова светлина; Междувременно само ултравиолетовата светлина се чете на намалени форми.

Следователно, както в окислителните, така и в редукционните реакции, в които участват посочените коензими, те се отчитат при 340 nm.

Определянето на ензимната активност по същество е същото като последваното в непрекъснатата форма на колориметричния метод; с изключение на това, че оптичната плътност при 340 nm се отчита, за да се наблюдава генерирането на NADH или NADPH или да се измери консумацията на тези коензими.

Това ще зависи от това дали измерената реакция е окисляване или редукция. Чрез съответствието между оптичната плътност и бенките на NADH и NADPH, според случая, ензимната активност може да бъде изчислена чрез разделяне на молите на коензима на изминалото време в секунди.

Регулиране на ензимната активност

Контрол на ниво субстрат или продукт

С увеличаването на концентрацията на субстрата ензимната активност се увеличава. Но при определена концентрация на субстрата, активното място или активните места на ензима са наситени, така че ензимната активност става постоянна.

Продуктът на ензимното действие обаче може да взаимодейства и с активните места на ензима, като произвежда инхибиране на ензимната активност.

Продуктът може да действа като конкурентен инхибитор; например, ензимът хексокиназа може да бъде споменат. Този ензим произвежда фосфорилиране на глюкоза, което води до глюкозо-6-фосфат, съединение, което при натрупване инхибира хексокиназата.

Контрол на обратната връзка

Може да се случи група ензими (A, B, C, D, E и F) да действат последователно по метаболитен път. Ензим В използва продукта на Ензим А като субстрат и т.н.

Клетката, в зависимост от нейните метаболитни нужди, може да активира или инхибира последователностите на ензимните дейности. Например, натрупването на продукт от ензим F може да действа чрез инхибиране на ензим А или който и да е от ензимите в последователността.

Алостерични ензими

Ензимът може да бъде съставен от няколко субединици, всяка със съответните си активни места. Но тези субединици не действат независимо, така че активността на една от субединиците може да активира или инхибира действието на останалите.

Въпреки че хемоглобинът не се счита за ензим, той е великолепен модел за феномена на алостеризма. Хемоглобинът се състои от четири протеинови вериги, две α вериги и две β вериги, всяка от които е прикрепена към група хема.

Между субединиците могат да възникнат две явления: хомоалостеризъм и хетероалостеризъм.

Homoalosterism

Свързването на субстрата с една от субединиците повишава афинитета на другите субединици към субстрата, от своя страна увеличава ензимната активност на всяка от останалите субединици.

По същия начин, инхибирането на ензимната активност в една от субединиците предизвиква същия ефект в останалите.

В случай на хемоглобин, свързването на кислород към хемова група на една от протеиновите вериги ще доведе до повишаване на авидността към кислорода в останалите вериги.

По същия начин освобождаването на кислород от групата на хема предизвиква освобождаването на кислород от останалите групи на протеиновите вериги.

Heterolosterism

Свързването на активиращо или инхибиращо вещество, различно от субстрата, към една от субединиците ще предизвика активиране или инхибиране на ензимната активност в другите субединици.

В случай на хемоглобин, свързването на хем групата на Н ⁺, СО ₂ и 2,3-diphosphoglycerate една от субединиците, намалява афинитета на групата хем за кислород, което води до неговото освобождаване. Това освобождаване на кислород се произвежда и в другите вериги на хемоглобина.

Фактори, влияещи върху ензимната активност

-Концентрация на субстрата

Тъй като концентрацията на субстрата се увеличава, ензимната активност също се увеличава. Това се дължи на увеличения достъп на субстратните молекули до активните места на ензима.

Но за дадена концентрация на субстрата, всички активни места на ензима са наситени с него, което води до това, че ензимната активност не се увеличава, дори ако концентрацията на субстрата се повиши.

-pH от ензимната реакция

Ензимите имат оптимално pH, при което афинитетът на ензима към субстрата е най-висок. При това pH се достига максималната стойност на ензимната активност.

Излишната киселинност или базисността на средата може да причини денатурация на ензима, като впоследствие намалява неговата активност.

Профилът на pH на активността на ензимите е разнообразен. Така например, пепсинът има максимална активност между 1-2 рН единици; трипсинът има оптимално pH 8; и папаинът има постоянна активност между рН диапазон между 4 и 8.

-Температура на ензимната реакция

Ензимната активност се увеличава с повишаване на температурата. По принцип ензимната активност се удвоява за всеки 10 градуса на увеличение, докато се достигне оптималната температура за ензимната активност.

Въпреки това, когато оптималната температура е надвишена, ензимната активност има тенденция да намалява с повишаване на температурата на реакцията. Това се дължи на факта, че протеините и следователно ензимите претърпяват денатурация поради прекомерно повишаване на температурата.

-Ионична концентрация на реакцията

По принцип ензимите имат оптимална активност в диапазон от концентрации между 0 и 500 mmol / L. Въпреки това, при по-високи концентрации ензимната активност има тенденция да намалява.

При тези обстоятелства някои йонни взаимодействия в ензимите, необходими за тяхната максимална активност, се блокират.

Препратки

1. Segel, IH (1975). Биохимични изчисления. (^Второ издание). John Wiley & Sons, INC
2. Lehninger, AL (1975). Биохимия. (^Второ издание). Worth Publishers, вкл.
3. Mathews, CK, van Holde, KE и Ahern, KG (2002). Биохимия. (3 ^ра издание). Пиърсън Аддисън Уешли.
4. Wikipedia. (2019). Ензимен анализ. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Гонсалес Хуан Мануел. (SF). Кинетичен ензим. Курс по биомолекули. Възстановено от: ehu.eus