ENZYMAKTIVITET: ENHET, MÅLING, REGULERING OG FAKTORER - KJEMI - 2025

Den enzymatiske aktiviteten er en måte å uttrykke mengden enzym til stede på et gitt tidspunkt. Indikerer mengden substrat transformert til produkt ved katalytisk virkning av enzymet per tidsenhet.

Det påvirkes av forholdene der den enzymatiske reaksjonen finner sted, og det er derfor den vanligvis refererer til temperaturen den måles ved. Men hva er enzymer? De er biologiske katalysatorer som er i stand til å akselerere reaksjonshastigheten uten å gjennomgå en irreversibel forandring under den katalyserte prosessen.

Ananas eller ananas, frukt som inneholder enzymet bromelain, og som derfor viser høy enzymatisk aktivitet Kilde: H. Zell

Enzymer er generelt proteiner med unntak av ribosomer, RNA-molekyler med enzymatisk aktivitet.

Enzymer øker reaksjonshastigheten ved å redusere energibarrieren (aktiveringsenergi); som må utgå for å nå overgangstilstanden, og dermed oppstår reaksjonen.

Substratmolekylene som når overgangstilstanden gjennomgår strukturelle forandringer, noe som fører til at de gir opphav til produktmolekylene. Basert på funksjonene de utfører, er enzymer klassifisert i seks store grupper: oksyreduktaser, transferaser, hydrolaser, lyaser, isomeraser og ligaser.

Enzymene bromelain og papain er for eksempel proteolytiske enzymer (hydrolaser) som finnes i henholdsvis ananas eller ananas, og papaya eller papaya.

Det er kjent at både ananas og papaya letter fordøyelsesprosessen, ettersom de virker proteolytiske enzymer de inneholder, hjelper de med å fordøye proteinene fra, det vil si kjøtt og korn.

Enhet enzymaktivitet

Enzymenheten (IU) er mengden enzym som katalyserer transformasjonen av 1 umol substrat på ett minutt.

Deretter definerte International System of Units (SI) enheten for enzymaktivitet som mengden enzym som omdanner 1 mol substrat til produkt per sekund. Denne enheten fikk navnet katal (kat).

1 mol = 10 ⁶ µmol og 1 minutt = 60 sekunder.

Derfor er 1 katal lik 60 · 10 ⁶ IE. Ettersom katal er en stor enhet, brukes ofte mindre enheter, for eksempel: mikrokatal (µkat), ^10-6 katal og nanokatal (πkat), ^10-9 katal.

Spesifikk aktivitet

Det er antall enheter enzymaktivitet delt på milligram protein i prøven som testes. Den spesifikke aktiviteten er direkte relatert til renselsesgraden av enzymet.

Hvordan måles enzymaktivitet?

Det er flere metoder for å bestemme aktiviteten til et enzym. Valget av en bestemt metode vil avhenge av målet med enzymanalysen; anvendeligheten av metoden; tilgang til utstyret som er nødvendig for å gjennomføre eksperimentet; kostnadene ved å bruke en bestemt metode, etc.

Det er spektrofotometriske, fluorometriske, kjemiluminescens, kalorimetriske, radiometriske og kromatografiske metoder.

Spektrofotometriske metoder kan være kolorimetriske og leses i det ultrafiolette (UV) området for elektromagnetisk stråling.

-Kolorimetrisk metode

Det er basert på generering av en kromofor ved enzymatisk handling. Enzymaktivitet kan følges kontinuerlig eller diskontinuerlig.

Kontinuerlig form

I kontinuerlig form blir reagensene plassert i en kyvette i spektrofotometeret med den ønskede bølgelengde, som tilsvarer den som kromoforen har sin maksimale optiske tetthetsverdi på; og at det i tillegg ikke er noen interferens med et annet stoff som kan genereres.

Den enzymatiske reaksjonen initieres ved tilsetning av prøven som inneholder enzymet, hvis aktivitet skal bestemmes. Samtidig startes stoppeklokken, og fra tid til annen noteres den optiske tetthetsverdien.

Ettersom ekvivalensen av den optiske tettheten med molene underlag eller produktet av den enzymatiske virkning er kjent, kan avhengighet av den anvendte teknikk beregnes.

Siden den forløpne tiden for den enzymatiske reaksjonen er blitt målt, kan videre molene som konsumeres eller produseres per sekund oppnås. Dermed blir den enzymatiske aktiviteten etablert i katal enheter.

Diskontinuerlig form

I batchformen for å bestemme den enzymatiske aktiviteten, plasseres prøverørene med reaksjonskomponentene, bortsett fra prøven som inneholder enzymet eller en annen komponent, i et bad ved 37 ° C. Reaksjonen startes deretter med tilsetning av den manglende komponenten.

Tiden indikert med teknikken tillates å skje, og reaksjonen avsluttes ved tilsetning av en forbindelse som stopper reaksjonen. Den optiske tettheten leses i det øyeblikket, og fortsetter til slutt på samme måte som på kontinuerlig måte å bestemme den enzymatiske aktiviteten.

-Metode av avlesninger i ultrafiolett lys

Koenzymet nikotinamidadinukleotid har for eksempel to former: NADH (redusert) og NAD ⁺ (oksidert). På samme måte har koenzymet nikotinamityinukleotidfosfat to former henholdsvis NADPH og NADP ⁺ , redusert og oksidert.

Både de reduserte og oksyderte formene av koenzymet leses i en lengde på 260 nm fra ultrafiolett lys; i mellomtiden leses bare de reduserte formene i en lengde på 340 nm fra ultrafiolett lys.

Derfor leses de både ved oksidasjons- eller reduksjonsreaksjoner hvor de nevnte koenzymene deltar, ved 340 nm.

Bestemmelsen av den enzymatiske aktiviteten er i hovedsak den samme som fulgt i den kontinuerlige formen av den kolorimetriske metoden; bortsett fra at den optiske tettheten ved 340 nm blir lest for å observere generasjonen av NADH eller NADPH, eller for å måle forbruket av disse koenzymene.

Dette vil avhenge av om den målte reaksjonen er oksidasjon eller reduksjon. Ved bruk av korrespondansen mellom den optiske tettheten og molene av NADH og NADPH, som tilfellet kan være, kan den enzymatiske aktiviteten beregnes ved å dele molene av koenzymet med den forløpne tiden i sekunder.

Regulering av enzymaktivitet

Kontroll på underlag eller produktnivå

Når konsentrasjonen av underlaget øker, øker enzymaktiviteten. Men ved en viss konsentrasjon av underlaget er det aktive setet eller de aktive stedene til enzymet mettet, slik at enzymaktiviteten blir konstant.

Produktet av den enzymatiske virkningen kan imidlertid også interagere med de aktive stedene til enzymet, og gi en hemming av den enzymatiske aktiviteten.

Produktet kan fungere som en konkurrerende hemmer; for eksempel kan enzymet heksokinase nevnes. Dette enzymet produserer fosforylering av glukose som gir opphav til glukose-6-fosfat, en forbindelse som, når akkumulert, hemmer heksokinase.

Tilbakemeldingskontroll

Det kan hende at en gruppe enzymer (A, B, C, D, E og F) virker sekvensielt i en metabolsk bane. Enzym B bruker produktet av enzym A som underlag, og så videre.

Avhengig av metabolske krav, kan cellen aktivere eller hemme sekvensene av enzymatiske aktiviteter. For eksempel kan akkumulering av enzym F-produkt virke ved å hemme enzym A eller et hvilket som helst annet av enzymene i sekvensen.

Allosteriske enzymer

Et enzym kan bestå av flere underenheter, hver med sine respektive aktive steder. Men disse underenhetene virker ikke uavhengig, så aktiviteten til en av underenhetene kan aktivere eller hemme resten av handlingen.

Selv om hemoglobin ikke regnes som et enzym, er det en fantastisk modell for fenomenet allosterisme. Hemoglobin består av fire proteinkjeder, to α-kjeder og to β-kjeder, hver av dem er knyttet til en heme-gruppe.

To fenomener kan oppstå mellom underenhetene: homoalosterisme og heteroalosterisme.

Homoalosterism

Binding av underlaget til en av underenhetene øker affiniteten til de andre underenhetene for underlaget, og øker igjen den enzymatiske aktiviteten til hver av de gjenværende underenhetene.

På samme måte gir hemming av den enzymatiske aktiviteten i en av underenhetene den samme effekten i resten.

I tilfelle av hemoglobin vil binding av oksygen til en hemmegruppe i en av proteinkjedene føre til en økning i aviditeten for oksygen i de gjenværende kjedene.

På samme måte forårsaker frigjøring av oksygen fra en hemmegruppe frigjøring av oksygen fra de resterende gruppene av proteinkjedene.

Heterolosterism

Bindingen av et aktiverende eller inhiberende stoff, annet enn underlaget, til en av underenhetene vil forårsake en aktivering eller hemming av den enzymatiske aktiviteten i de andre underenhetene.

Når det gjelder hemoglobin, reduserer binding til hemmegruppen av H ⁺ , CO ₂ og 2,3-difosfoglycerat til en av underenhetene affiniteten til hemmegruppen for oksygen, og forårsaker dens frigjøring. Denne frigjøringen av oksygen produseres også i de andre kjedene av hemoglobin.

Faktorer som påvirker enzymaktivitet

-Konsentrasjon av underlaget

Når substratkonsentrasjonen øker, øker også enzymaktiviteten. Dette skyldes økt tilgang av substratmolekylene til de aktive stedene til enzymet.

Men for en gitt konsentrasjon av underlaget er alle de aktive setene i enzymet mettet med det, noe som forårsaker at den enzymatiske aktiviteten ikke øker selv om konsentrasjonen av underlaget økes.

-pH fra den enzymatiske reaksjonen

Enzymer har en optimal pH hvor enzymets affinitet for underlaget er høyest. Ved denne pH oppnås den maksimale verdien av den enzymatiske aktiviteten.

Overskuddets surhet eller basalitet av mediet kan forårsake en denaturering av enzymet, og følgelig redusere dets aktivitet.

PH-profilen for enzymaktivitet er variert. Således har for eksempel pepsin en maksimal aktivitet mellom 1-2 pH-enheter; trypsin har en optimal pH på 8; og papain har en konstant aktivitet mellom et pH-område mellom 4 og 8.

-Temperatur av den enzymatiske reaksjonen

Enzymaktivitet øker når temperaturen øker. Generelt dobler enzymaktivitet for hver 10 graders økning, inntil den optimale temperaturen for enzymaktivitet er nådd.

Når den optimale temperaturen overskrides, har imidlertid enzymaktiviteten en tendens til å synke når temperaturen i reaksjonen øker. Dette skyldes det faktum at proteiner, og derfor enzymer, gjennomgår denaturering på grunn av en overdreven temperaturøkning.

-Jonisk konsentrasjon av reaksjonen

Generelt har enzymer optimal aktivitet i et konsentrasjonsområde, mellom 0 og 500 mmol / L. For høyere konsentrasjoner har imidlertid enzymaktiviteten en tendens til å avta.

Under disse omstendighetene blokkeres visse ioniske interaksjoner i enzymer, nødvendige for deres maksimale aktivitet.

referanser

1. Segel, IH (1975). Biokjemiske beregninger. (2 ^nd Edition). John Wiley & Sons, INC
2. Lehninger, AL (1975). Biokjemi. (2 ^nd Edition). Verdt forlag, inkl.
3. Mathews, CK, van Holde, KE og Ahern, KG (2002). Biokjemi. (3 ^ra Edition). Pearson Addison Weshley.
4. Wikipedia. (2019). Enzymanalyse. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
5. González Juan Manuel. (SF). Kinetisk enzym. Biomolekyler-kurs. Gjenopprettet fra: ehu.eus