HATUA ZA KATALYSIS YA ENZYMATIVE

1. Uundaji wa tata ya enzyme-substrate

Enzymes zina maalum ya juu na hii ilifanya iwezekanavyo kuweka hypothesis kulingana na ambayo kituo cha kazi cha enzyme kinasaidia substrate, i.e. inalingana nayo kama "ufunguo wa kufunga". Baada ya mwingiliano wa substrate ya "ufunguo" na kituo cha kazi cha "lock", mabadiliko ya kemikali ya substrate katika bidhaa hufanyika.

Baadaye, toleo jingine la hypothesis hii lilipendekezwa - kituo cha kazi ni muundo rahisi kuhusiana na substrate. Substrate, inayoingiliana na kituo cha kazi cha enzyme, husababisha mabadiliko katika muundo wake, na kusababisha kuundwa kwa tata ya enzyme-substrate. Katika kesi hii, substrate pia inabadilisha muundo wake, ambayo hutoa ufanisi wa juu wa mmenyuko wa enzymatic.

2. Mlolongo wa matukio wakati wa catalysis ya enzymatic

a. hatua ya muunganisho na mwelekeo wa substrate kuhusiana na kituo cha kazi cha enzyme

b. malezi ya tata ya enzyme-substrate

v. deformation ya substrate na malezi ya tata ya enzyme-bidhaa isiyo imara

d) mtengano wa kiwanja cha enzyme-bidhaa na kutolewa kwa bidhaa za mmenyuko kutoka kwa kituo kinachofanya kazi cha kimeng'enya na kutolewa kwa kimeng'enya.

3. Jukumu la tovuti hai katika catalysis ya enzymatic

Sehemu ndogo tu ya kimeng'enya hugusana na substrate, kutoka kwa mabaki 5 hadi 10 ya asidi ya amino, ambayo huunda kituo cha kazi cha kimeng'enya. Mabaki ya asidi ya amino yaliyobaki yanahakikisha upatanisho sahihi wa molekuli ya kimeng'enya kwa ajili ya mmenyuko bora wa kemikali. Katika kituo cha kazi cha enzyme, substrates hupangwa ili vikundi vya kazi vya substrates zinazoshiriki katika mmenyuko ziko karibu na kila mmoja. Mpangilio huu wa substrates hupunguza nishati ya uanzishaji, ambayo huamua ufanisi wa kichocheo wa enzymes.

Kuna njia 2 kuu za catalysis ya enzymatic:

1.kichocheo cha msingi wa asidi

2.covalent catalysis

Wazo la kichocheo cha msingi wa asidi huelezea shughuli ya enzymatic kwa ushiriki wa vikundi vya asidi (wafadhili wa protoni) na / au vikundi vya kimsingi (wapokeaji wa protoni) katika mmenyuko wa kemikali. Mabaki ya asidi ya amino yanayounda tovuti hai yana vikundi vya utendaji vinavyoonyesha sifa za asidi na besi. Hizi ni cysteine, tyrosine, serine, lysine, asidi glutamic, asidi aspartic, na histidine.

Mfano wa kichocheo cha msingi wa asidi ni uoksidishaji wa pombe na kimeng'enya cha pombe dehydrogenase.

Kichocheo cha covalent kinatokana na mashambulizi ya vikundi vya "-" na "+" vya kituo cha kazi cha enzyme na molekuli za substrate na kuundwa kwa dhamana ya ushirikiano kati ya substrate na coenzyme. Mfano ni athari za serine proteases (pripsin, chemotrypsin) kwenye hidrolisisi ya vifungo vya peptidi wakati wa usagaji chakula cha protini. Kifungo cha ushirikiano huundwa kati ya substrate na mabaki ya serine amino asidi ya tovuti hai ya kimeng'enya.

Enzymes huchukua jukumu muhimu katika kimetaboliki. Wanaharakisha athari kwa kuongeza viwango vyao vya viwango.

Hebu tuchunguze maelezo ya nishati ya mmenyuko wa kawaida (Mchoro 12.I), ambayo hufanyika katika suluhisho kwa utaratibu wa mgongano. A + V -> R.

Elimu ya bidhaa R hutokea ikiwa nishati ya molekuli zinazogongana za vitu vya awali A na V inazidi thamani ya kizuizi cha nishati. Kwa wazi, majibu haya yanaweza kuharakishwa ikiwa kwa namna fulani nishati ya uanzishaji imepunguzwa & .E ZKG

Mpango wa jumla wa mmenyuko wa enzymatic, kama unavyojulikana, ni pamoja na uundaji wa tata ya enzyme-substrate, katikati ya kazi ambayo vifungo vya zamani vimevunjwa na vifungo vipya vinaundwa na kuonekana kwa bidhaa.

Mifano mbalimbali za kinadharia za utaratibu wa hatua ya kimeng'enya zinapendekeza mbinu tofauti za kupunguza kizuizi cha mmenyuko katika changamano cha enzyme-substrate. Kama matokeo ya urekebishaji wa substrate kwenye enzyme, kuna kupungua kidogo kwa entropy ya reagents kwa kulinganisha na hali yao ya bure. Kwa yenyewe, hii inawezesha mwingiliano zaidi wa kemikali kati ya vikundi vilivyo hai katika tata ya enzyme-substrate, ambayo lazima ielekezwe madhubuti. Pia inachukuliwa kuwa nishati ya ziada ya sorption, ambayo hutolewa wakati wa kufungwa kwa substrate,

Mchele. 12.1.

haibadiliki kabisa kuwa joto. Nishati ya sorption inaweza kuhifadhiwa kwa sehemu katika sehemu ya protini ya kimeng'enya, na kisha kuzingatia dhamana iliyoshambuliwa katika eneo la viambatisho vya enzyme-substrate.

Kwa hivyo, inadaiwa kuwa nishati ya unyonyaji hutumiwa katika uundaji wa muundo wa chini wa entropy uliosisitizwa kwa nguvu katika tata ya enzyme-substrate na kwa hivyo huchangia kuongeza kasi ya athari. Hata hivyo, majaribio ya majaribio ya kugundua kasoro nyumbufu ambazo zingeweza kuhifadhiwa katika globule ya protini ya kimeng'enya bila kusambaza kwenye joto kwa muda mrefu wa kutosha kati ya vitendo vya kichocheo (10 10 -3 s) hazikufaulu. Aidha, ni muhimu kwa

kichocheo, mwelekeo wa kuheshimiana na muunganiko wa dhamana inayoweza kupasuka ya substrate na vikundi hai katikati ya kimeng'enya hutokea kwa hiari, kutokana na uhamaji wa intramolecular wa tofauti, ikiwa ni pamoja na kazi, vikundi vya enzyme na substrate. Ukaribu kama huo hauitaji uundaji wa mawasiliano yoyote yasiyofaa kwa nguvu. Hitimisho hili linafuata kutokana na uchanganuzi wa mwingiliano usio na maana katika vituo hai vya idadi ya vimeng'enya (α-chymotrypsin, lisozimu, ribonuclease, carboxypeptidase). Kwa hivyo, mvutano wa conformation katika tata ya enzyme-substrate yenyewe sio chanzo cha lazima cha nishati na nguvu ya kuendesha gari ya catalysis.

Katika mifano mingine, inapendekezwa kuwa uhamisho usio na uharibifu wa nishati ya vibration ya joto kutoka kwa tabaka za nje za protini hadi kwenye kifungo kilichoshambuliwa katika kituo cha kazi hutokea kwenye globule ya protini. Hata hivyo, hakuna ushahidi mkubwa kwa hili, isipokuwa kwa taarifa kwamba enzyme inapaswa "kupangwa" ili muundo wake utoe uenezi madhubuti wa mabadiliko ya mabadiliko ya mabadiliko bila kupoteza joto juu ya digrii fulani za uhuru.

Mbali na ukosefu wa ushahidi wa majaribio, drawback ya kawaida ya mifano hii ni kwamba hawazingatii kwa uwazi jambo muhimu - uhamaji wa protini wa intramolecular.

Hatua ya kusonga mbele katika suala hili imefanywa katika dhana ya ulegezaji wa conformational ya catalysis ya enzymatic. Inazingatia mwonekano wa bidhaa kama matokeo ya mabadiliko ya kufuatana mfululizo katika tata ya enzyme-substrate, inayosababishwa na mabadiliko ya awali katika hali ya elektroniki katika kituo cha kazi cha enzyme. Hapo awali, ndani ya muda mfupi (10 | 2 - 10 13 s), mwingiliano wa kielektroniki-mtetemo hutokea, unaoathiri tu vifungo vya pekee vya kemikali vya substrate na vikundi vya kazi vya enzyme, lakini si sehemu nyingine ya globule ya protini.

Matokeo yake, hali ya conformational isiyo ya usawa imeundwa, ambayo hupunguza kwa usawa mpya na uundaji wa bidhaa. Mchakato wa utulivu ni polepole na unaelekezwa, ikiwa ni pamoja na hatua za kupasuka kwa bidhaa na utulivu wa molekuli ya bure ya enzyme kwa hali ya awali ya usawa. Uratibu wa mmenyuko wa enzymatic unaambatana na uratibu wa utulivu wa conformational. Joto, kwa upande mwingine, huathiri uhamaji wa upatanishi, na sio idadi ya migongano hai ya molekuli za vitendanishi vya bure, ambayo haifanyiki katika tata ya enzyme-substrate ambayo tayari imeundwa.

Kwa sababu ya tofauti kubwa za viwango, mtu anaweza kuzingatia mwingiliano wa haraka wa kielektroniki katika kituo amilifu, ambao hufanyika kwa umbali mfupi, na mabadiliko ya polepole ya nguvu ya upatanisho katika sehemu ya protini.

Katika hatua ya kwanza ya kichocheo, asili ya stochastic ya mienendo ya globule ya protini ya kimeng'enya na uenezaji wa substrate kwenye kituo kinachofanya kazi husababisha kuundwa kwa usanidi uliowekwa madhubuti, ikiwa ni pamoja na vikundi vya kazi vya enzyme na vifungo vya kemikali. substrate. Kwa mfano, katika kesi ya hidrolisisi ya dhamana ya peptidi, mmenyuko unahitaji mashambulizi ya wakati mmoja ya substrate na makundi mawili ya kituo cha kazi - nucleophilic na electrophilic.

Mfano 12.1. Katika mtini. 12.2 inaonyesha nafasi ya jamaa ya dhamana ya peptidi inayoweza kupasuka ya mkatetaka na minyororo ya kando. ser- 195, gis-51. Atomi ya mabaki ya ser-195 iko katika umbali wa 2.8 A dhidi ya carbonyl kaboni C 1, na protoni ya kikundi cha hidroksili, bila kuvunja kifungo cha hidrojeni na atomi ya N. gis-51, iko umbali wa 2.0 A juu ya atomi ya nitrojeni ya kikundi kinachoweza kupasuka. Wakati huu na usanidi huu tu hutokea, kitendo cha kemikali cha catalysis hutokea. Hapo awali, hii inalingana na mgongano wa wakati mmoja wa molekuli kadhaa, ambayo haiwezekani sana katika suluhisho.

Swali linatokea: kuna uwezekano gani wa uundaji wa hiari wa usanidi tendaji kama huu katika muundo ulio na muundo mwingi kwa sababu ya mabadiliko ya mabadiliko ya vikundi kadhaa ambayo hufanyika kulingana na sheria za utengamano mdogo?

Mahesabu yanaonyesha kuwa kuna uwezekano dhahiri wa kupiga kwa wakati mmoja kwa vikundi kadhaa kwenye "kijibu"

Mchele. 12.2.

eneo la radius fulani, ambapo wanageuka kuwa karibu na kila mmoja kwa umbali mfupi. Uwezekano huu unategemea hasa mgawo wa uenezi na idadi ya digrii za uhuru wa vikundi vya kazi "vinatafuta" kila mmoja katika nafasi iliyofungwa. Kwa mfano, katika hidrolisisi ya dhamana ya peptidi, ni muhimu kuunda mwelekeo mzuri kwa makundi mawili ya kituo cha kazi kuhusiana na mikoa fulani ya substrate. Kila moja ya vikundi ina digrii tatu za uhuru, na kwa kuzingatia mitetemo ya molekuli ya substrate, jumla ya idadi ya digrii za uhuru. N - 6 - 7. Hii ni ya kawaida kwa michakato ya enzymatic.

Inabadilika kuwa chini ya hali ya kawaida wakati wa wastani wa uundaji wa usanidi amilifu kama huo ni t ~

10 2 - 1Cyc, ambayo inaambatana na nyakati za mauzo ya kimeng'enya chini ya hali ya kueneza kwa substrate. Katika suluhisho la mmenyuko sawa, wakati huu ni mrefu zaidi hata na coefficients muhimu ya uenezi. Sababu ni kwamba, mara moja katika eneo dogo katika mazingira yenye muundo msongamano, vikundi vya utendaji "hupata" kila mmoja na kukaribiana kwa umbali mfupi kabla ya "kutawanyika" kwa mwelekeo tofauti, kama inavyotokea katika suluhisho. Wakati huo huo, thamani ya m - 10 ~ 2 - 1CHc ni kubwa zaidi kuliko nyakati za kupumzika za vikundi vya watu binafsi, ambayo ni matokeo ya hali mbaya sana ya majibu kuendelea. Kuongezeka kwa idadi ya vikundi vya kazi na mawasiliano muhimu ya wakati mmoja kati yao husababisha kuongezeka kwa wakati wa kufikia usanidi wa kazi wa multicenter. Kiwango cha jumla cha catalysis ya enzymatic imedhamiriwa haswa na wakati wa kuunda muundo unaohitajika juu ya muunganisho wa moja kwa moja wa vikundi vinavyolingana katika kituo amilifu. Mwingiliano wa kielektroniki unaofuata hutokea kwa kasi zaidi na usipunguze kiwango cha jumla cha catalysis.

Kuna idadi ya vipengele vya enzymes vinavyowezesha mabadiliko ya substrate katika kituo cha kazi. Kama sheria, mazingira madogo ya tovuti yenye mabaki ya asidi ya amino ni ya hydrophobic zaidi kuliko kati ya maji inayozunguka. Hii inapunguza thamani ya mzunguko wa dielectri wa kituo kinachofanya kazi (k

Mkusanyiko wa juu wa ndani wa dipole za bondi za peptidi huunda sehemu za umeme katikati amilifu na mkazo wa mpangilio wa maelfu na mamia ya maelfu ya volti kwa kila sentimita. Kwa hivyo, vikundi vya polar vilivyoelekezwa huunda uwanja wa umeme wa intraglobular unaoathiri mwingiliano wa Coulomb kwenye kituo cha kazi.

Taratibu za mabadiliko ya elektroniki zenyewe katika usanidi amilifu zinahitaji utumiaji wa njia za kemia ya quantum kwa utaftaji wao. Kuingiliana kwa obiti za elektroni kunaweza kusababisha ugawaji wa wiani wa elektroni, kuonekana kwa malipo ya ziada kwenye orbital ya antibonding ya dhamana iliyoshambuliwa kwenye substrate na kudhoofika kwake.

Hii ndio hasa kinachotokea wakati wa hidrolisisi ya dhamana ya peptidi katika tata ya tetrahedral (ona Mchoro 12.2). Msongamano wa elektroni kutoka kwa Ofoj-cep-195 hadi obiti ya kinga-kingaza katika kifungo cha peptidi hutokea kutokana na mwingiliano wa jozi pekee ya elektroni 0 [95 5 na elektroni za n-elektroni za C1 za kifungo cha peptidi. Katika kesi hii, jozi isiyosafishwa ya nitrojeni ya kikundi cha amine inafukuzwa kutoka kwa peptidi

Mchele. 12.3.

dhamana N = C ", ambayo inapoteza tabia yake mara mbili na, kwa sababu hiyo, ni dhaifu.

Wakati huo huo, uvimbe wa wiani wa elektroni kutoka 0.95 pia hupunguza dhamana ya H-O ^. Lakini basi mwingiliano wa kimeng'enya H na kikundi cha amini cha N na upanuzi wake na mpito wa protoni kutoka 0 "[h5 hadi. gis-57. Kwa upande wake, hii huongeza tena mwingiliano wa Oj9 5 na kikundi cha peptidi, nk.

Kwa hivyo, hali ya kipekee huundwa katika tata ya tetrahedral wakati athari kadhaa za monomolecular zinaendelea wakati huo huo, zikiharakisha kila mmoja. Usogeaji unaosawazishwa wa chaji na protoni kati ya ser- 195, gis-57, dhamana ya peptidi inahakikisha ufanisi wa juu wa mchakato. Kitendo cha kichocheo huleta pamoja athari tatu tofauti za bimolekuli katika mfumo mmoja wa ushirika, na kusababisha kupasuka kwa dhamana ya peptidi - tukio ambalo haliwezekani kupata suluhu. Marekebisho ya asili ya upatanisho yanaonyeshwa kwenye mfumo na, kwa sababu hiyo, kimeng'enya kimeachiliwa na atomi ni protoni. 0} 95 .

Kanuni ya malezi ya mfumo wa kufungwa wa polyfunctional wa vikundi vya atomiki katika usanidi wa kazi pia unafanywa katika complexes nyingine za enzyme-substrate (Mchoro 12.3).

Katika kichocheo cha enzymatic, asili ya hatua nyingi ya mabadiliko ya substrate, ambayo haiwezekani katika suluhisho, hutolewa kutokana na kozi yao ya ushirikiano wa synchronous katika mfumo mmoja wa polyfunctional.

Uingizwaji wa hatua za uanzishaji za mfuatano zisizofaa na mchakato ulioratibiwa husababisha kupungua kwa nishati ya uanzishaji wa mmenyuko mzima. Kumbuka tena kwamba, kwa kusema madhubuti, maana ya kimwili ya dhana ya "nishati ya uanzishaji" katika michakato ya enzymatic hailingani na ile ya majibu katika ufumbuzi unaoendelea kulingana na utaratibu wa migongano hai ya molekuli za bure.

Mlolongo wa matukio katika catalysis ya enzymatic inaweza kuelezewa na mpango ufuatao. Kwanza, tata ya enzyme ya substrate huundwa. Katika kesi hiyo, kuna mabadiliko katika conformations ya molekuli ya enzyme na molekuli substrate, mwisho ni fasta katika kituo cha kazi katika Configuration strained. Hivi ndivyo tata iliyoamilishwa inavyoundwa, au hali ya muda mfupi, ni muundo wa kati wa nishati ya juu, ambayo ni nguvu chini ya utulivu kuliko misombo ya awali na bidhaa. Mchango muhimu zaidi kwa athari ya jumla ya kichocheo hufanywa na mchakato wa uimarishaji wa hali ya mpito - mwingiliano kati ya mabaki ya asidi ya amino ya protini na substrate katika usanidi uliosisitizwa. Tofauti kati ya maadili ya nishati ya bure kwa vitendanishi vya awali na hali ya mpito inalingana na nishati ya uanzishaji ya bure (ΔG #). Kasi ya majibu inategemea thamani (ΔG #): jinsi ilivyo chini, ndivyo kasi ya majibu inavyoongezeka, na kinyume chake. Kimsingi, DG ni "kizuizi cha nishati" ambacho lazima kishindwe ili mwitikio ufanyike. Kuimarisha hali ya mpito kunapunguza "kizuizi" hiki au nishati ya kuwezesha. Katika hatua inayofuata, mmenyuko wa kemikali yenyewe hutokea, baada ya hapo bidhaa zilizoundwa hutolewa kutoka kwa tata ya enzyme-bidhaa.

Kuna sababu kadhaa za shughuli ya juu ya kichocheo cha enzymes, ambayo hupunguza kizuizi cha nishati ya mmenyuko.

1. Kimeng'enya kinaweza kufunga molekuli za sehemu ndogo zinazoathiriwa kwa njia ambayo vikundi vyake tendaji vitakuwa karibu na kila kimoja na kutoka kwa vikundi vya kichocheo vya kimeng'enya (athari. muunganiko).

2. Wakati tata ya enzyme ya substrate inapoundwa, substrate ni fasta na mwelekeo wake ni mojawapo kwa kuvunja na kuunda vifungo vya kemikali (athari. mwelekeo).

3. Kufunga kwa substrate husababisha kuondolewa kwa shell yake ya hydration (ipo kwenye vitu vilivyoharibiwa katika maji).

4. Athari ya substrate iliyosababishwa na vinavyolingana na enzyme.

5. Uimarishaji wa hali ya muda mfupi.

6. Makundi fulani katika molekuli ya enzyme yanaweza kutoa kichocheo cha asidi-msingi(uhamisho wa protoni kwenye substrate) na catalysis ya nucleophili(malezi ya vifungo vya covalent na substrate, ambayo inaongoza kwa kuundwa kwa miundo ya tendaji zaidi kuliko substrate).

Mfano mmoja wa kichocheo cha msingi wa asidi ni hidrolisisi ya vifungo vya glycosidi katika molekuli ya mureini kwa kutumia lisozimu. Lisozimu ni enzyme iliyopo katika seli za wanyama na mimea mbalimbali: katika maji ya machozi, mate, protini ya kuku, maziwa. Lysozyme kutoka kwa mayai ya kuku ina uzito wa Masi ya Da 14 600, ina mnyororo mmoja wa polypeptide (mabaki 129 ya amino asidi) na ina madaraja 4 ya disulfide, ambayo inahakikisha utulivu wa juu wa enzyme. Uchunguzi wa muundo wa X-ray wa molekuli ya lisozimu ilionyesha kuwa ina vikoa viwili vinavyounda "pengo" ambalo kituo cha kazi iko. Hexosaccharide hufunga pamoja na "pengo" hili, na kwa ajili ya kufungwa kwa kila pete sita za sukari za murein, enzyme ina tovuti yake (A, B, C, D, E na F) (Mchoro 6.4).

Molekuli ya mureini huhifadhiwa katika kituo amilifu cha lisozimu hasa kutokana na vifungo vya hidrojeni na mwingiliano wa haidrofobu. Katika maeneo ya karibu ya tovuti ya hidrolisisi ya dhamana ya glycosidic, kuna mabaki 2 ya asidi ya amino ya tovuti inayofanya kazi: asidi ya glutamic, ambayo inachukua nafasi ya 35 katika polypeptide, na asidi aspartic, nafasi ya 52 katika polypeptide (Mtini. 6.5).

Minyororo ya upande wa mabaki haya iko kwenye nyuso tofauti za "pengo" katika maeneo ya karibu ya dhamana ya glycosidic iliyoshambuliwa - takriban kwa umbali wa 0.3 nm. Mabaki ya glutamati yapo katika mazingira yasiyo ya polar na hayana ionized, na mabaki ya aspartate iko katika mazingira ya polar, kundi lake la carboxyl limetolewa na linashiriki kama kipokezi cha hidrojeni katika mtandao changamano wa vifungo vya hidrojeni.

Mchakato wa hidrolisisi unafanywa kama ifuatavyo. Kikundi cha protoni cha kaboksili cha mabaki ya Glu-35 hutoa protoni yake kwa atomi ya oksijeni ya glycosidic, ambayo husababisha kukatika kwa dhamana kati ya atomi hii ya oksijeni na C 1 -atomi ya pete ya sukari iliyoko kwenye tovuti D (hatua ya asidi ya jumla. kichocheo). Matokeo yake, bidhaa huundwa ambayo inajumuisha pete za sukari ziko katika mikoa E na F, ambayo inaweza kutolewa kutoka kwa tata na enzyme. Uundaji wa pete ya sukari iko kwenye tovuti D imepotoshwa, ikichukua conformation viti nusu, ambamo atomu tano kati ya sita zinazounda pete ya sukari ziko karibu katika ndege moja. Muundo huu unalingana na muundo wa hali ya mpito. Katika kesi hiyo, C 1 -atomu inageuka kuwa chaji chanya na bidhaa ya kati inaitwa ion carbonium (carbocation). Nishati ya bure ya hali ya mpito hupungua kwa sababu ya uimarishaji wa ioni ya kaboni na kikundi cha carboxyl kilichoharibiwa cha mabaki ya Asp-52 (Mchoro 6.5).

Katika hatua inayofuata, molekuli ya maji huingia kwenye mmenyuko, ambayo inachukua nafasi ya mabaki ya disaccharide inayoenea kutoka kwa eneo la kituo cha kazi. Protoni ya molekuli ya maji huenda kwa Glu-35, na ioni ya hidroksili (OH -) hadi atomi ya C 1 ya ioni ya kaboni (hatua ya catalysis ya msingi ya jumla). Kama matokeo, kipande cha pili cha polysaccharide iliyopasuka huwa bidhaa ya mmenyuko (mwenyekiti wa kiti) na huacha eneo la kituo kinachofanya kazi, na kimeng'enya kinarudi katika hali yake ya asili na iko tayari kutekeleza mmenyuko unaofuata wa disaccharide cleavage (Mchoro 6.5). )

Catalysis Je! ni mchakato wa kuharakisha mmenyuko wa kemikali chini ya ushawishi wa vichocheo ambavyo vinashiriki kikamilifu ndani yake, lakini mwisho wa majibu kubaki bila kubadilika kwa kemikali. Kichocheo huharakisha uanzishwaji wa usawa wa kemikali kati ya vifaa vya kuanzia na bidhaa za majibu. Nishati inayohitajika kuanza mmenyuko wa kemikali inaitwa nishati ya uanzishaji... Inahitajika ili molekuli zinazoshiriki katika majibu ziweze kwenda katika hali tendaji (ya kazi). Utaratibu wa utendaji wa kimeng'enya ni kupunguza nishati ya kuwezesha. Hii inafanikiwa kwa kugawanya majibu katika hatua au hatua tofauti kutokana na ushiriki wa enzyme yenyewe. Kila hatua mpya ina nishati ya chini ya uanzishaji. Mgawanyiko wa mmenyuko katika hatua unawezekana kwa sababu ya malezi ya tata ya enzyme na vitu vya awali, kinachojulikana kama substrates. S). Mchanganyiko kama huo huitwa enzyme-substrate ( ES) Zaidi ya hayo, tata hii imeunganishwa na malezi ya bidhaa ya majibu (P) na enzyme isiyobadilika ( E).

E + SESE + P

Kwa hivyo, enzyme ni biocatalyst, ambayo, kupitia uundaji wa enzyme - tata ya substrate, huvunja majibu katika hatua tofauti na nishati ya chini ya uanzishaji na hivyo huongeza kasi ya majibu.

4. Mali ya enzymes.

Enzymes zote ni za asili ya protini.

Enzymes zina uzito mkubwa wa Masi.

Zinayeyuka kwa urahisi katika maji; zinapoyeyushwa, huunda miyeyusho ya colloidal.

Enzymes zote ni thermolabile, i.e. hatua bora 35 - 45 о С

Kulingana na mali zao za kemikali, ni elektroliti za amphoteric.

Enzymes ni maalum sana substrate.

Enzymes kwa hatua yao zinahitaji madhubuti defined pH thamani (pepsin 1.5 - 2.5).

Enzymes zina shughuli ya juu ya kichocheo (harakisha kasi ya majibu kwa 10 6 - 10 mara 11).

Vimeng'enya vyote vinaweza kubadilika vinapofunuliwa na asidi kali, alkali, alkoholi, na chumvi za metali nzito.

Umaalumu wa hatua ya enzyme:

Kulingana na maalum ya hatua, enzymes imegawanywa katika vikundi viwili: na maalum kabisa na kwa maalum ya jamaa.

Umaalumu wa jamaa hutokea wakati kimeng'enya huchochea aina moja ya mmenyuko kwa zaidi ya mkatetaka mmoja unaofanana na muundo. Kwa mfano, pepsin huvunja protini zote kutoka kwa vyanzo vya wanyama. Enzymes hizi hufanya kazi kwa aina maalum ya dhamana ya kemikali, katika kesi hii dhamana ya peptidi. Kitendo cha enzymes hizi huenea juu ya idadi kubwa ya substrates, ambayo inaruhusu mwili kufanya na idadi ndogo ya enzymes ya utumbo.

Umaalumu kabisa inajidhihirisha wakati kimeng'enya hufanya kazi tu kwenye dutu moja na huchochea tu mabadiliko fulani ya dutu iliyotolewa. Kwa mfano, sucrase huvunja tu sucrose.

Ugeuzaji wa kitendo:

Baadhi ya vimeng'enya vinaweza kuchochea miitikio ya mbele na ya nyuma. Kwa mfano, lactate dehydrogenase, kimeng'enya ambacho huchochea uoksidishaji wa lactate hadi pyruvate na kupunguzwa kwa pyruvate hadi lactate.

Mmenyuko wowote wa kichocheo unahusisha mabadiliko katika viwango vya athari za moja kwa moja na za nyuma kwa sababu ya kupungua kwa nishati yake. Ikiwa mmenyuko wa kemikali unaendelea na kutolewa kwa nishati, basi inapaswa kuanza kwa hiari. Hata hivyo, hii haifanyiki, kwa sababu vipengele vya majibu lazima vihamishwe kwenye hali iliyoamilishwa (ya muda mfupi). Nishati inayohitajika kuhamisha molekuli zinazoitikia kwa hali iliyoamilishwa inaitwa nishati ya uanzishaji.

Hali ya muda mfupi inayojulikana na malezi ya kuendelea na kupasuka kwa vifungo vya kemikali, na kuna usawa wa thermodynamic kati ya nchi za mpito na ardhi. Kiwango cha mmenyuko wa moja kwa moja inategemea hali ya joto na tofauti katika maadili ya nishati ya bure kwa substrate katika majimbo ya muda mfupi na ya chini. Tofauti hii inaitwa nishati ya bure ya majibu.

Kufikia hali ya mpito ya substrate inawezekana kwa njia mbili:

• kwa sababu ya uhamishaji wa nishati kupita kiasi kwa molekuli zinazohusika (kwa mfano, kwa sababu ya ongezeko la joto),
• kwa kupunguza nishati ya uanzishaji ya mmenyuko wa kemikali unaolingana.

Hali za kimsingi na za mpito za viitikio.

Eo, Ek - nishati ya uanzishaji wa mmenyuko bila na mbele ya kichocheo; DG -

tofauti katika nishati ya bure ya majibu.

Enzymes "husaidia" substrates kuchukua hali ya mpito kutokana na nishati ya kumfunga wakati wa malezi enzyme-substrate tata... Kupungua kwa nishati ya uanzishaji wakati wa catalysis ya enzymatic ni kutokana na ongezeko la idadi ya hatua za mchakato wa kemikali. Uingizaji wa idadi ya athari za kati husababisha ukweli kwamba kizuizi cha awali cha uanzishaji kinagawanywa katika vikwazo kadhaa vya chini, ambavyo molekuli za kukabiliana zinaweza kushinda kwa kasi zaidi kuliko moja kuu.

Utaratibu wa mmenyuko wa enzymatic unaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo:

1. kuchanganya enzyme (E) na substrate (S) na kuundwa kwa tata ya enzyme-substrate isiyo imara (ES): E + S → E-S;
2. uundaji wa hali ya mpito iliyoamilishwa: E-S → (ES) *;
3. kutolewa kwa bidhaa za mmenyuko (P) na kuzaliwa upya kwa enzyme (E): (ES) * → P + E.

Ili kuelezea ufanisi wa juu wa enzymes, nadharia kadhaa zimependekezwa kwa utaratibu wa catalysis ya enzymatic. Ya kwanza ni Nadharia ya E. Fisher (nadharia ya "template" au "rigid matrix"). Kwa mujibu wa nadharia hii, enzyme ni muundo mgumu, kituo cha kazi ambacho ni "mold" ya substrate. Ikiwa substrate inakaribia kituo cha kazi cha kimeng'enya kama "ufunguo wa kufuli", mmenyuko wa kemikali utafanyika. Nadharia hii inaelezea vyema aina mbili za umaalum wa substrate ya vimeng'enya - kabisa na ustadi maalum, lakini inabadilika kuwa haiendani katika kuelezea maalum ya kikundi (jamaa) ya vimeng'enya.

Nadharia ya rack kulingana na mawazo ya GK Euler, ambaye alisoma hatua ya enzymes ya hidrolitiki. Kwa mujibu wa nadharia hii, enzyme hufunga kwa molekuli ya substrate kwa pointi mbili, hivyo kunyoosha dhamana ya kemikali, ugawaji wa wiani wa elektroni na kuvunja dhamana ya kemikali, ikifuatana na kuongeza maji. Sehemu ndogo ina usanidi "uliotulia" kabla ya kuunganishwa kwenye kimeng'enya. Baada ya kujifunga kwenye kituo cha kazi, molekuli ya substrate hupitia kunyoosha na deformation (iko katikati ya kazi kama kwenye rack). Kadiri urefu wa vifungo vya kemikali kwenye sehemu ndogo, ndivyo unavyovunjika na kupunguza nguvu ya uanzishaji wa mmenyuko wa kemikali.

Hivi karibuni, imeenea nadharia ya "mawasiliano yaliyotokana" D. Koshland, ambayo inaruhusu lability ya juu ya conformational ya molekuli ya enzyme, kubadilika na uhamaji wa kituo cha kazi. Substrate huleta mabadiliko ya upatanishi katika molekuli ya kimeng'enya kwa njia ambayo kituo amilifu huchukua mwelekeo wa anga unaohitajika kwa ajili ya kufunga mkatetaka, yaani, mkatetaka unakaribia kituo amilifu kama "mkono kwa glavu".

Kulingana na nadharia ya mawasiliano iliyochochewa, utaratibu wa mwingiliano kati ya enzyme na substrate ni kama ifuatavyo.

1. kimeng'enya hutambua na "kushika" molekuli ya substrate kulingana na kanuni ya ukamilishano. Katika mchakato huu, molekuli ya protini inasaidiwa na harakati ya joto ya atomi zake;
2. mabaki ya asidi ya amino ya kituo cha kazi huhamishwa na kurekebishwa kuhusiana na substrate;
3. makundi ya kemikali yameunganishwa kwa ushirikiano kwenye kituo cha kazi - kichocheo cha ushirikiano.