ENZIMAKTIVITÁS: EGYSÉG, MÉRÉS, SZABÁLYOZÁS ÉS TÉNYEZŐK - KÉMIA - 2026

Az enzimatikus aktivitás egy adott időpontban jelenlévő enzim mennyiségének kifejezésére szolgál. Az enzim katalitikus hatása alapján jelzi, hogy a termék átalakult-e a szubsztrátum mennyiségére egységnyi idő alatt.

Azon körülmények befolyásolják az enzimatikus reakciót, ezért általában arra a hőmérsékletre utal, amelyen mérik. De mi az enzimek? Biológiai katalizátorok, amelyek képesek felgyorsítani a reakció sebességét anélkül, hogy a katalizált folyamat során visszafordíthatatlan változáson menne keresztül.

Ananász vagy ananász, gyümölcs, amely a bromelain enzimet tartalmazza, ezért magas enzimaktivitással rendelkezik. Forrás: H. Zell

Az enzimek általában fehérjék, kivéve a riboszómákat, az enzimatikus aktivitású RNS molekulákat.

Az enzimek növelik a reakció sebességét az energiagát (aktivációs energia) csökkentésével; ennek az átmeneti állapot eléréséig le kell járnia, és így a reakció bekövetkezik.

Az átmeneti állapotba jutó szubsztrátmolekulák szerkezeti változásokon mennek keresztül, amelyek a termékmolekulák kialakulásához vezetnek. Az elvégzett funkciók alapján az enzimeket hat nagy csoportba sorolják: oxi-reduktázok, transzferázok, hidrolázok, lázok, izomerázok és ligázok.

A bromelain és a papain enzimek proteolitikus enzimek (hidrolázok), amelyek az ananászban vagy az ananászban találhatók, illetve a papaya vagy a papaya.

Ismert, hogy mind az ananász, mind a papaya megkönnyíti az emésztés folyamatát, mivel az általuk tartalmazott proteolitikus enzimek hatására elősegítik a fehérjék, azaz a húsok és a gabonafélék emésztését.

Az enzimaktivitás egysége

Az enzim egység (NE) az az enzimmennyiség, amely egy perc alatt katalizálja 1 μmol szubsztrát átalakulását.

Ezt követően az Egységek Nemzetközi Rendszere (SI) az enzimaktivitási egységet úgy határozta meg, hogy az enzim mennyisége az, amely másodpercenként 1 mol szubsztrátot termékké alakítja. Ez az egység katal (kat) nevet kapott.

1 mol = 10 ⁶ nmol és 1 perc = 60 másodperc.

Ezért az 1 katalitás egyenlő 60 · 10 ⁶ NE-vel. Mivel a katalt egy nagy egység, kisebb egységek gyakran használják, mint például: a microkatal (μkat), 10 ^-6 katalt, és a nanokatal (πkat), 10 ^-9 katalt.

Specifikus tevékenység

Az enzimaktivitási egységek száma osztva a vizsgált mintában levő milligramm fehérje mennyiségével. A fajlagos aktivitás közvetlenül kapcsolódik az enzim tisztítási fokához.

Hogyan mérik az enzimaktivitást?

Az enzim aktivitásának meghatározására számos módszer létezik. Egy adott módszer megválasztása az enzimvizsgálat céljától függ; a módszer alkalmazhatósága; a kísérlet végrehajtásához szükséges felszereléshez való hozzáférés; egy adott módszer használatának költségei stb.

Vannak spektrofotometriás, fluorometrikus, kemilumineszcens, kalorimetrikus, radiometrikus és kromatográfiás módszerek.

A spektrofotometriás módszerek kolorimetrikusak és az elektromágneses sugárzás ultraibolya (UV) tartományában olvashatók.

-Colorimetrikus módszer

Ennek alapja egy kromofór enzimatikus hatás által történő előállítása. Az enzimaktivitás folyamatosan vagy szakaszosan követhető.

Folyamatos forma

Folyamatos formában a reagenseket egy küvettába helyezzük a spektrofotométerben a kívánt hullámhosszon, amely megegyezik azzal, amelynél a kromofór maximális optikai sűrűség értéke van; és ezenkívül nincs zavarás egy másik anyaggal, amely keletkezhet.

Az enzimatikus reakciót az enzimet tartalmazó minta hozzáadásával indítják, amelynek aktivitását meg kell határozni. Ezzel egyidejűleg elindul a stopper, és időről időre feljegyezzük az optikai sűrűség értékét.

Mivel az optikai sűrűség ekvivalenciája a szubsztrát molekuláival vagy az enzimatikus hatás termékével, az alkalmazott technikától függően kiszámítható az elfogyasztott szubsztrát vagy az előállított mól molekulái.

Ezenkívül, mivel meghatározták az enzimatikus reakció eltelt idejét, a másodpercenként elfogyasztott vagy előállított anyagokat meg lehet szerezni. Így az enzimatikus aktivitást katal-egységekben állapítják meg.

Szakaszos alak

Az enzimatikus aktivitás meghatározására szolgáló szakaszos formában a reakció komponenseit tartalmazó kémcsöveket - az enzimet vagy más komponenst tartalmazó minta kivételével - 37 ° C-os fürdőbe helyezzük. A reakciót ezután elindítják a hiányzó komponens hozzáadásával.

Hagyjuk, hogy a technika jelzi az időtartamot, és a reakciót egy, a reakciót leállító vegyület hozzáadásával fejezzük be. Az optikai sűrűség abban a pillanatban leolvasásra kerül, és végül ugyanúgy jár, mint a folyamatos módon az enzimatikus aktivitás meghatározása.

-Mérési módszer ultraibolya fényben

A koenzim-nikotinamidadinukleotid például két formában van: NADH (redukált) és NAD ⁺ (oxidált). Hasonlóképpen, a koenzim nikotinamicinukleotidfoszfát két formája: NADPH és NADP ⁺, redukált és oxidált.

A koenzim redukált és oxidált formáit egyaránt leolvashatjuk, az ultraibolya fénytől 260 nm-en; eközben csak a redukált formákat lehet leolvasni 340 nm hosszon az ultraibolya fénytől.

Ezért mind az oxidációs, mind a redukciós reakciókban, amelyekben a megnevezett koenzimek részt vesznek, 340 nm-en leolvashatók.

Az enzimatikus aktivitás meghatározása lényegében ugyanaz, mint amelyet a kolorimetrikus módszer folyamatos formájában követünk; azzal a különbséggel, hogy a 340 nm hullámhosszon az optikai sűrűséget a NADH vagy NADPH képződésének megfigyelésére vagy ezen koenzimek fogyasztásának mérésére kell leolvasni.

Ez attól függ, hogy a mért reakció oxidációval vagy redukcióval jár-e. Az optikai sűrűség és a NADH és a NADPH móljai közötti megfelelés segítségével - az esettől függően - az enzimatikus aktivitást úgy lehet kiszámítani, hogy a koenzim mólait elosztjuk a másodpercben eltelt idővel.

Az enzimaktivitás szabályozása

Ellenőrzés az aljzat vagy a termék szintjén

Ahogy a szubsztrátum koncentrációja növekszik, az enzimaktivitás nő. De a szubsztrát bizonyos koncentrációján az enzim aktív vagy aktív helyei telítettek, így az enzim aktivitása állandó lesz.

Az enzimatikus hatás terméke azonban kölcsönhatásba léphet az enzim aktív helyeivel, gátolva az enzimatikus aktivitást.

A termék kompetitív inhibitorként működhet; például megemlíthető a hexokináz enzim. Ez az enzim előállítja a glükóz foszforilációját, így glükóz-6-foszfátot eredményez, amely vegyület felhalmozódásakor gátolja a hexokinázt.

Visszajelzés ellenőrzése

Előfordulhat, hogy egy enzimcsoport (A, B, C, D, E és F) szekvenciálisan működik egy anyagcserében. A B enzim az A enzim termékét használja szubsztrátumként és így tovább.

A sejt, anyagcseréjétől függően, képes aktiválni vagy gátolni az enzimatikus tevékenységek sorrendjét. Például az F enzimtermék felhalmozódása az A enzim vagy a szekvencia bármelyik enzimének gátlásával hathat.

Alloszterikus enzimek

Egy enzim több alegységből állhat, amelyek mindegyike rendelkezik a megfelelő aktív helyekkel. De ezek az alegységek nem működnek egymástól függetlenül, tehát az egyik alegység aktivitása aktiválhatja vagy gátolhatja a többi működését.

Noha a hemoglobint nem tekintik enzimnek, csodálatos modellje az alloszterizmus jelenségének. A hemoglobin négy fehérje láncból, két α-láncból és két β-láncból áll, amelyek mindegyike egy hemcsoporthoz kapcsolódik.

Az alegységek között két jelenség fordulhat elő: homoalosterizmus és heteroalosterizmus.

Homoalosterism

A szubsztrátnak az egyik alegységhez történő kötődése növeli a többi alegység affinitását a szubsztráthoz, viszont növeli a fennmaradó alegységek enzimatikus aktivitását.

Hasonlóképpen, az enzimatikus aktivitás gátlása az egyik alegységben ugyanazt a hatást eredményezi a többi részben.

A hemoglobin esetében az oxigénnek a fehérje láncok egyikének hemcsoportjához való kötődése megnöveli a fennmaradó láncok oxigénkészségét.

Hasonlóképpen, az oxigén felszabadulása a hem csoportból az oxigén felszabadulását okozza a protein láncok fennmaradó csoportjaiból.

Heterolosterism

A szubsztráton kívüli aktiváló vagy gátló anyag kötődése az alegységek egyikéhez az enzimatikus aktivitás aktiválását vagy gátlását okozza a többi alegységben.

A hemoglobin esetében a H ⁺, CO ₂ és 2,3-difoszfo-glicerát hemcsoportjához való kötődés az alegységek egyikéhez csökkenti a hem csoport affinitását az oxigénhez, okozva annak felszabadulását. Ez az oxigénkibocsátás a hemoglobin többi láncában is keletkezik.

Az enzimaktivitást befolyásoló tényezők

-A szubsztrátum koncentrációja

Ahogy a szubsztrát koncentrációja növekszik, az enzimaktivitás is növekszik. Ennek oka a szubsztrátmolekulák fokozott hozzáférése az enzim aktív helyeihez.

De a szubsztrát adott koncentrációja esetén az enzim összes aktív helye telített ezzel, ami azt eredményezi, hogy az enzimatikus aktivitás még akkor sem növekszik, ha a szubsztrát koncentrációja megemelkedik.

-pH az enzimatikus reakcióból

Az enzimek optimális pH-jával az enzim affinitása a szubsztrátumhoz a legnagyobb. Ezen a pH-nál elérjük az enzimatikus aktivitás maximális értékét.

A tápközeg túlzott savassága vagy lúgossága az enzim denaturálódását idézheti elő, következésképpen csökkentve annak aktivitását.

Az enzimaktivitás pH-profilja változatos. Így például a pepszin maximális aktivitása 1-2 pH egység között van; a tripszin optimális pH-ja 8; és a papain állandó aktivitása a pH-tartomány 4 és 8 között van.

-Az enzimatikus reakció hőmérséklete

Az enzimaktivitás növekszik a hőmérséklet emelkedésével. Az enzimaktivitás általában minden tíz fokos növekedésnél megduplázódik, amíg az enzimaktivitás optimális hőmérséklete el nem éri.

Ha azonban az optimális hőmérsékletet túllépjük, az enzimaktivitás hajlamos csökkenni, amikor a reakció hőmérséklete megemelkedik. Ennek oka az a tény, hogy a fehérjék és enzimek denaturálódnak a hőmérséklet túlzott emelkedése miatt.

-A reakció ionkoncentrációja

Általában az enzimek optimális aktivitást mutatnak 0 és 500 mmol / L közötti koncentrációtartományban. Magasabb koncentrációknál azonban az enzimaktivitás hajlamos csökkenni.

Ilyen körülmények között blokkolódnak az enzimek bizonyos ionos kölcsönhatásai, amelyek a maximális aktivitásukhoz szükségesek.

Irodalom

1. Segel, IH (1975). Biokémiai számítások. (2 ^nd Edition). John Wiley & Sons, Inc.
2. Lehninger, AL (1975). Biokémia. (2 ^nd Edition). Worth Publishers, Inc.
3. Mathews, CK, van Holde, KE és Ahern, KG (2002). Biokémia. (3 ^ra kiadás). Pearson Addison Weshley.
4. Wikipedia. (2019). Enzimvizsgálat. Helyreállítva: en.wikipedia.org
5. González Juan Manuel. (Sf). Kinetikus enzim. Biomolekulák tanfolyam. Helyreállítva: ehu.eus