ფერმენტები არის ბიოლოგიური სისტემების ცილები, რომლებიც ხელს უწყობენ რეაქციების დაჩქარებას, რაც სხვაგვარად უფრო ნელა მოხდებოდა, ვიდრე ფერმენტის დახმარების გარეშე. როგორც ასეთი, ისინი ერთგვარი კატალიზატორია. სხვა, არაბიოლოგიური კატალიზატორები თამაშობენ როლს ინდუსტრიაში და სხვაგან (მაგალითად, ქიმიური კატალიზატორები ხელს უწყობენ ბენზინის წვას გაზზე მომუშავე ძრავების შესაძლებლობების გასაზრდელად). ფერმენტები უნიკალურია კატალიზური მოქმედების მექანიზმით. ისინი მუშაობენ რეაქციის აქტივაციის ენერგიის შემცირებით რეაქტიული ნივთიერებების (ქიმიური რეაქციის საშუალებები) ან პროდუქტების (გამომავალი) ენერგეტიკული მდგომარეობების შეცვლის გარეშე. ამის ნაცვლად, ისინი, ფაქტობრივად, უფრო გლუვ გზას ქმნიან რეაქტიული ნივთიერებებისაგან პროდუქტებამდე, ენერგიის შემცირებით, რაც საჭიროა "ინვესტიციის" ჩასატარებლად, "პროდუქტის სახით" დაბრუნების მისაღებად.
ფერმენტების როლის გათვალისწინებით და იმ ფაქტის გათვალისწინებით, რომ ბუნებრივად წარმოქმნილი ამ ცილებიდან ბევრს აქვს არჩეული ადამიანის თერაპიული გამოყენება (მაგალითად, ლაქტაზა, ფერმენტი, რომელიც ეხმარება რძის შაქრის მონელებას, რომელსაც მილიონობით ადამიანი ვერ გამოიმუშავებს), გასაკვირი არ არის, რომ ბიოლოგებს აქვთ შეიქმნას ფორმალური საშუალებები, რათა შეაფასონ რამდენად სპეციფიკური ფერმენტები ასრულებენ თავიანთ სამუშაოს მოცემულ, ცნობილ პირობებში - ანუ განსაზღვრონ მათი კატალიზური ეფექტურობა
ფერმენტის საფუძვლები
ფერმენტების მნიშვნელოვანი ატრიბუტია მათი სპეციფიკა. ზოგადად რომ ვთქვათ, ფერმენტები ემსახურება მხოლოდ ასის ბიოქიმიური მეტაბოლური რეაქციიდან მხოლოდ ერთის კატალიზაციას, რომელიც ადამიანის ორგანიზმში მუდმივად ვითარდება. ამრიგად, მოცემული ფერმენტი შეიძლება ჩაითვალოს საკეტად და კონკრეტული ნაერთი, რომელზეც მოქმედებს, რომელსაც ეწოდება სუბსტრატი, შეიძლება შედარდეს გასაღებით. ფერმენტის ნაწილი, რომელთანაც სუბსტრატი ურთიერთქმედებს, ცნობილია, როგორც ფერმენტის აქტიური ადგილი.
ფერმენტები, ისევე როგორც ყველა ცილები, შედგება ამინომჟავების გრძელი სიმებისგან, რომელთაგან ადამიანის სისტემაში დაახლოებით 20-ია. ამიტომ ფერმენტების აქტიური ადგილები ჩვეულებრივ შედგება ამინომჟავის ნარჩენებისგან ან ქიმიურად არასრული ნაწილისგან. მოცემული ამინომჟავის, რომელსაც შეიძლება "აკლია" პროტონი ან სხვა ატომი და ჰქონდეს წმინდა ელექტრული მუხტი შედეგი
ფერმენტები, კრიტიკულად, არ იცვლება მათ კატალიზირებულ რეაქციებში - რეაქციის დასრულების შემდეგ მაინც. მაგრამ ისინი რეგულარულად განიცდიან დროებით ცვლილებებს რეაქციის დროს, რაც აუცილებელი ფუნქციაა რეაქციის გაგრძელების საშუალებას. საკეტი და გასაღების ანალოგიის შემდგომი განსახორციელებლად, როდესაც სუბსტრატი "იპოვის" მოცემული რეაქციისთვის საჭირო ფერმენტს და უკავშირდება ფერმენტის აქტიურს ადგილზე ("გასაღების ჩასმა"), ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი განიცდის ცვლილებებს ("გასაღების შემობრუნება"), რაც იწვევს ახლად ჩამოყალიბებული პროდუქტი
ფერმენტის კინეტიკა
სუბსტრატის, ფერმენტისა და პროდუქტის ურთიერთქმედება მოცემულ რეაქციაში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:
E + S ⇌ ES → E + P
Აქ, ე წარმოადგენს ფერმენტს, ს არის სუბსტრატი და პ არის პროდუქტი. ამრიგად, თქვენ შეიძლება წარმოიდგინოთ, რომ ეს პროცესი თავისუფლად ჰგავს თიხის მოდელირებას (ს) ხდება სრულად ჩამოყალიბებული თასი (პ) ადამიანის ხელოსნის გავლენით (ე). ხელოსნის ხელები შეიძლება ვიფიქროთ, როგორც "ფერმენტის" აქტიური ადგილი, რომელსაც ეს ადამიანი განასახიერებს. როდესაც ერთობლივი თიხა ხდება "სავალდებულო" პირის ხელში, ისინი ქმნიან "კომპლექსს" გარკვეული დროის განმავლობაში, რომლის განმავლობაშიც თიხა სხვა და წინასწარ განსაზღვრულ ფორმაში ყალიბდება იმ ხელის მოქმედებით, რომელსაც იგი შეუერთდება (ES). შემდეგ, როდესაც თასი სრულად არის ფორმირებული და შემდგომი მუშაობა აღარ არის საჭირო, ხელები (ე) გაათავისუფლეთ თასი (პ), და პროცესი დასრულებულია.
ახლა გაითვალისწინეთ ისრები ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე. თქვენ შეამჩნევთ, რომ ნაბიჯი შუა ე + ს და ES აქვს ისრები, რომლებიც მოძრაობენ ორივე მიმართულებით, რაც გულისხმობს, რომ ისევე, როგორც ფერმენტსა და სუბსტრატს შეუძლია ერთმანეთთან შეკავშირება და წარმოქმნას ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი, ამ კომპლექსს შეუძლია დაიშალა სხვა მიმართულებით და გაათავისუფლოს ფერმენტი და მისი სუბსტრატი მათ ორიგინალური ფორმები.
ცალმხრივი ისარი შორის ES და პმეორეს მხრივ, აჩვენებს, რომ პროდუქტი პ არასოდეს უერთდება სპონტანურად მის წარმოქმნაზე პასუხისმგებელ ფერმენტს. ამას აზრი აქვს ფერმენტების ადრე სპეციფიკის გათვალისწინებით: თუ ფერმენტი მიერთდება მოცემულ სუბსტრატს, მაშინ ასევე არ უნდა დაერთოს მიღებულ პროდუქტს, თორემ ეს ფერმენტი სპეციფიკური იქნება ორი სუბსტრატისთვის და, შესაბამისად, სპეციფიკური არ იქნება ყველა ასევე, საღი აზრის თვალსაზრისით, აზრი არ ექნება მოცემულ ფერმენტს, რომ მოცემული რეაქცია უფრო ხელსაყრელი იყოს ორივე მიმართულებები; ეს იქნება როგორც მანქანა, რომელიც მოძრაობს როგორც აღმართთან, ისე დაღმართთან თანაბრად მარტივად.
შეაფასეთ მუდმივები
წინა განყოფილების ზოგადი რეაქცია იფიქრეთ, როგორც სამი განსხვავებული კონკურენტული რეაქციის ჯამი, რომლებიც:
1) \; E + S → ES \\ 2) \; ES → E + S \\ 3) \; ES → E + P
თითოეულ ამ ინდივიდუალურ რეაქციას აქვს თავისი სიჩქარის მუდმივა, მოცემული რეაქციის სიჩქარის საზომი. ეს მუდმივები სპეციფიკურია კონკრეტული რეაქციებისათვის და ექსპერიმენტულად დადგენილია და გადამოწმებულია სხვადასხვა სუბსტრატ-პლუს-ფერმენტისა და ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექს-პლუს პროდუქტის სიმრავლისათვის დაჯგუფებები. ისინი შეიძლება დაიწეროს სხვადასხვა გზით, მაგრამ ზოგადად, ზემოთ მოცემული რეაქციის სიჩქარის მუდმივი გამოხატულია შემდეგნაირად კ1, რომ 2) როგორც კ-1და რომ 3) როგორც კ2 (ეს ზოგჯერ წერია კკატა).
Michaelis მუდმივი და ფერმენტის ეფექტურობა
შემდეგ შემდეგ განტოლებათა გამოსაყვანად საჭირო კალკულატში ჩასხმის გარეშე, ალბათ ხედავთ, რომ პროდუქტის დაგროვების სიჩქარე ვ, არის ამ რეაქციის სიჩქარის მუდმივის ფუნქცია, კ2და კონცენტრაცია ES დღემდე, გამოხატული როგორც [ES]. რაც უფრო მაღალია სიჩქარის მუდმივა და რაც უფრო მეტია სუბსტრატ-ფერმენტის კომპლექსი, მით უფრო სწრაფად გროვდება რეაქციის საბოლოო პროდუქტი. ამიტომ:
v = k_2 [ES]
ამასთან, გაიხსენეთ, რომ პროდუქტის შექმნის გარდა კიდევ ორი რეაქცია პ ერთსა და იმავე დროს ხდება. ერთ-ერთი ასეთია ES მისი კომპონენტებიდან ე და ს, ხოლო სხვა არის იგივე რეაქცია საპირისპიროდ. ყველა ამ ინფორმაციის ერთად აღება და იმის გაგება, რომ ფორმირების სიჩქარეა ES უნდა გაუტოლდეს მისი გაქრობის სიჩქარეს (ორი დაპირისპირებული პროცესით)
k_1 [E] [S] = k_2 [ES] + k _ {- 1} [ES]
ორივე ტერმინის გაყოფა კ1 მოსავლიანობა
[E] [S] = {(k_2 + k _ {- 1}) \ ზემოთ {1pt} k_1} [ES]
მას შემდეგ, რაც ყველა "კ"ამ განტოლების ტერმინები მუდმივია, ისინი შეიძლება გაერთიანდეს ერთ მუდმივად, კმ:
K_M = {(k_2 + k _ {- 1}) \ ზემოთ {1pt} k_1}
ეს საშუალებას იძლევა დაიწეროს ზემოთ განტოლება
[E] [S] = K_M [ES]
კმ ცნობილია როგორც მიქაელის მუდმივა. ეს შეიძლება ჩაითვალოს, თუ რამდენად სწრაფად ქრება ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსი, შეუზღუდავი და ახალი პროდუქტის წარმოქმნის კომბინაციით.
ვბრუნდებით განტოლებამდე პროდუქტის წარმოქმნის სიჩქარისთვის, ვ = კ2[ES], ჩანაცვლება იძლევა:
v = [E] [S] \ Bigg ({k_2 \ ზემოთ {1pt} K_M} \ Bigg)
ფრჩხილებში გამოხატული ფრაზა კ2/კმ, ცნობილია როგორც სპეციფიკის მუდმივი, _ ასევე უწოდებენ კინეტიკურ ეფექტურობას. მთელი ამ მოსაწყენი ალგებრის შემდეგ, თქვენ საბოლოოდ გაქვთ გამოთქმა, რომელიც აფასებს მოცემული რეაქციის კატალიზურ ეფექტურობას, ან ფერმენტის ეფექტურობას. თქვენ შეგიძლიათ გაანგარიშოთ მუდმივი უშუალოდ ფერმენტის კონცენტრაციიდან, სუბსტრატის კონცენტრაცია და პროდუქტის წარმოქმნის სიჩქარე, ხელახალი მოწყობით:
\ Bigg ({k_2 \ ზემოთ {1pt} K_M} \ Bigg) = {v \ ზემოთ {1pt} [E] [S]}