उत्प्रेरक क्षमता की गणना कैसे करें

एंजाइम जैविक प्रणालियों में प्रोटीन होते हैं जो प्रतिक्रियाओं के साथ गति में मदद करते हैं जो अन्यथा एंजाइम की सहायता के बिना कहीं अधिक धीरे-धीरे होते हैं। जैसे, वे एक प्रकार के उत्प्रेरक हैं। अन्य, गैर-जैविक उत्प्रेरक उद्योग और अन्य जगहों में एक भूमिका निभाते हैं (उदाहरण के लिए, रासायनिक उत्प्रेरक गैस से चलने वाले इंजनों की क्षमताओं को बढ़ाने के लिए गैसोलीन के दहन में सहायता करते हैं)। एंजाइम, हालांकि, उत्प्रेरक क्रिया के अपने तंत्र में अद्वितीय हैं। वे अभिकारकों (रासायनिक प्रतिक्रिया के इनपुट) या उत्पादों (आउटपुट) की ऊर्जा अवस्थाओं को बदले बिना किसी प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा को कम करके काम करते हैं। इसके बजाय, वे वास्तव में उत्पादों के रूप में "रिटर्न" प्राप्त करने के लिए "निवेश" करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कम करके रिएक्टेंट्स से उत्पादों तक एक आसान रास्ता बनाते हैं।

एंजाइमों की भूमिका और इस तथ्य को देखते हुए कि इनमें से कई प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले प्रोटीनों को मानव चिकित्सीय उपयोग के लिए सहयोजित किया गया है (एक उदाहरण है लैक्टेज, वह एंजाइम जो दूध शर्करा के पाचन में सहायता करता है जिसे लाखों लोगों के शरीर उत्पादन करने में विफल रहते हैं), यह आश्चर्य की बात नहीं है कि जीवविज्ञानियों ने यह आकलन करने के लिए औपचारिक उपकरणों के साथ आते हैं कि विशिष्ट एंजाइम दिए गए, ज्ञात परिस्थितियों में अपना काम कितनी अच्छी तरह करते हैं - अर्थात, उनके उत्प्रेरक का निर्धारण करते हैं दक्षता।

एंजाइमों का एक महत्वपूर्ण गुण उनकी विशिष्टता है। एंजाइम, आम तौर पर बोलते हुए, मानव शरीर के भीतर हर समय प्रकट होने वाली सैकड़ों जैव रासायनिक चयापचय प्रतिक्रियाओं में से केवल एक को उत्प्रेरित करने का काम करते हैं। इस प्रकार किसी दिए गए एंजाइम को एक ताला के रूप में माना जा सकता है, और जिस विशिष्ट यौगिक पर यह कार्य करता है, जिसे सब्सट्रेट कहा जाता है, की तुलना एक कुंजी से की जा सकती है। एंजाइम का वह भाग जिसके साथ एक सब्सट्रेट इंटरैक्ट करता है, एंजाइम की सक्रिय साइट के रूप में जाना जाता है।

एंजाइम, सभी प्रोटीनों की तरह, अमीनो एसिड के लंबे तार होते हैं, जिनमें से मानव प्रणालियों में लगभग 20 होते हैं। इसलिए एंजाइमों की सक्रिय साइटों में आमतौर पर अमीनो एसिड अवशेष, या रासायनिक रूप से अपूर्ण भाग होते हैं किसी दिए गए अमीनो एसिड का, जो एक प्रोटॉन या अन्य परमाणु "लापता" हो सकता है और एक शुद्ध विद्युत आवेश को ले जा सकता है a परिणाम।

एंजाइम, गंभीर रूप से, उन प्रतिक्रियाओं में परिवर्तित नहीं होते हैं जो वे उत्प्रेरित करते हैं - कम से कम प्रतिक्रिया समाप्त होने के बाद नहीं। लेकिन वे प्रतिक्रिया के दौरान ही अस्थायी परिवर्तन से गुजरते हैं, प्रतिक्रिया को आगे बढ़ने की अनुमति देने में एक आवश्यक कार्य। लॉक-एंड-की सादृश्य को और आगे ले जाने के लिए, जब एक सब्सट्रेट किसी दिए गए प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक एंजाइम "ढूंढता है" और एंजाइम के सक्रिय को बांधता है साइट ("कुंजी सम्मिलन"), एंजाइम-सब्सट्रेट परिसर परिवर्तन ("कुंजी मोड़") से गुजरता है जिसके परिणामस्वरूप एक नवगठित की रिहाई होती है उत्पाद।

किसी दी गई प्रतिक्रिया में सब्सट्रेट, एंजाइम और उत्पाद की बातचीत को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

यहाँ, इ एंजाइम का प्रतिनिधित्व करता है, रों सब्सट्रेट है, और पी उत्पाद है। इस प्रकार, आप इस प्रक्रिया की कल्पना कर सकते हैं जैसे कि मॉडलिंग क्ले की एक गांठ के समान है (रों) पूरी तरह से गठित कटोरा बनना (पी) एक मानव शिल्पकार के प्रभाव में (इ). शिल्पकार के हाथों को "एंजाइम" की सक्रिय साइट के रूप में माना जा सकता है जो इस व्यक्ति का प्रतीक है। जब ढेलेदार मिट्टी व्यक्ति के हाथों से "बंधी" हो जाती है, तो वे कुछ समय के लिए एक "जटिल" बन जाती हैं, जिसके दौरान मिट्टी को जिस हाथ से जोड़ा जाता है, उसकी क्रिया से एक अलग और पूर्व निर्धारित आकार में ढाला जाता है (तों). फिर, जब कटोरा पूरी तरह से आकार में हो जाता है और आगे काम करने की आवश्यकता नहीं होती है, हाथ (इ) कटोरा छोड़ो (पी), और प्रक्रिया पूरी हो गई है।

अब उपरोक्त आरेख में तीरों पर विचार करें। आप देखेंगे कि बीच का कदम इ + रों तथा तों तीर दोनों दिशाओं में घूम रहे हैं, जिसका अर्थ है कि, जिस तरह एंजाइम और सब्सट्रेट एक साथ बंध सकते हैं a एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स, यह कॉम्प्लेक्स एंजाइम और उसके सब्सट्रेट को उनके में छोड़ने के लिए दूसरी दिशा में अलग कर सकता है मूल रूप।

के बीच यूनिडायरेक्शनल तीर तों तथा पीदूसरी ओर, यह दर्शाता है कि उत्पाद पी इसके निर्माण के लिए जिम्मेदार एंजाइम के साथ कभी भी अनायास नहीं जुड़ता है। यह एंजाइमों की पहले से विख्यात विशिष्टता के आलोक में समझ में आता है: यदि कोई एंजाइम किसी दिए गए सब्सट्रेट से बंधता है, तो यह करता है परिणामी उत्पाद से भी बंधता नहीं है या फिर वह एंजाइम दो सबस्ट्रेट्स के लिए विशिष्ट होगा और इसलिए विशिष्ट नहीं है सब। इसके अलावा, एक सामान्य ज्ञान के दृष्टिकोण से, किसी दिए गए एंजाइम के लिए किसी दिए गए प्रतिक्रिया को अधिक अनुकूल तरीके से काम करने का कोई मतलब नहीं होगा। दोनों निर्देश; यह एक ऐसी कार की तरह होगी जो चढ़ाई और ढलान दोनों पर समान आसानी से लुढ़कती है।

पिछले अनुभाग में सामान्य प्रतिक्रिया को तीन अलग-अलग प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाओं के योग के रूप में सोचें, जो हैं:

इन व्यक्तिगत प्रतिक्रियाओं में से प्रत्येक की अपनी दर स्थिर होती है, यह एक माप है कि दी गई प्रतिक्रिया कितनी जल्दी आगे बढ़ती है। ये स्थिरांक विशेष प्रतिक्रियाओं के लिए विशिष्ट हैं और प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किए गए हैं और विभिन्न सब्सट्रेट-प्लस-एंजाइम और एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स-प्लस-उत्पाद के ढेरों के लिए सत्यापित verified समूह। उन्हें कई तरह से लिखा जा सकता है, लेकिन आम तौर पर, प्रतिक्रिया 1 के लिए स्थिर दर) ऊपर के रूप में व्यक्त किया जाता है क₁, वह २) as क_-1, और वह 3) as क₂ (यह कभी-कभी लिखा जाता है क_{बिल्ली}).

कुछ समीकरणों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक कैलकुस में गोता लगाने के बिना, आप शायद देख सकते हैं कि जिस वेग पर उत्पाद जमा होता है, वी, इस प्रतिक्रिया के लिए स्थिर दर का एक कार्य है, क₂, और की एकाग्रता तों वर्तमान, के रूप में व्यक्त [तों]. दर स्थिर और जितना अधिक सब्सट्रेट-एंजाइम कॉम्प्लेक्स मौजूद होता है, उतनी ही तेजी से प्रतिक्रिया का अंतिम उत्पाद जमा होता है। इसलिए:

हालांकि, याद रखें कि उत्पाद बनाने वाले के अलावा दो अन्य प्रतिक्रियाएं पी एक ही समय में हो रहे हैं। इनमें से एक का गठन है तों इसके घटकों से इ तथा रों, जबकि दूसरी विपरीत दिशा में समान प्रतिक्रिया है। इस सारी जानकारी को एक साथ लेकर, और यह समझते हुए कि formation के गठन की दर तों इसके गायब होने की दर के बराबर होना चाहिए (दो विरोधी प्रक्रियाओं द्वारा), आपके पास

दोनों पदों को से विभाजित करना क₁ पैदावार

चूंकि सभी "क"इस समीकरण में पद अचर हैं, उन्हें एक स्थिरांक में जोड़ा जा सकता है, क_म:

यह उपरोक्त समीकरण को लिखने की अनुमति देता है

क_म माइकलिस स्थिरांक के रूप में जाना जाता है। इसे एक माप के रूप में माना जा सकता है कि अनबाउंड बनने और नए उत्पाद बनने के संयोजन के माध्यम से एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स कितनी तेजी से गायब हो जाता है।

उत्पाद निर्माण के वेग के लिए सभी तरह से वापस समीकरण पर जा रहे हैं, वी = क₂[तों], प्रतिस्थापन देता है:

कोष्ठक में अभिव्यक्ति, क₂/क_म, को विशिष्टता स्थिरांक_ के रूप में जाना जाता है, _ को गतिज दक्षता भी कहा जाता है। इस अजीब बीजगणित के बाद, आपके पास अंत में एक अभिव्यक्ति है जो किसी दिए गए प्रतिक्रिया की उत्प्रेरक दक्षता, या एंजाइम दक्षता का आकलन करती है। आप एंजाइम की सांद्रता, सब्सट्रेट की सांद्रता और उत्पाद निर्माण के वेग से सीधे स्थिरांक की गणना कर सकते हैं: