효소는 효소를 사용하지 않는 것보다 훨씬 느리게 진행되는 반응을 따라가는 데 도움이되는 생물학적 시스템의 단백질입니다. 따라서 그들은 일종의 촉매제입니다. 기타 비 생물학적 촉매는 산업 및 기타 분야에서 역할을합니다 (예: 화학 촉매는 가솔린 엔진의 성능을 향상시키기 위해 가솔린 연소를 돕습니다). 그러나 효소는 촉매 작용 메커니즘이 독특합니다. 반응물 (화학 반응의 입력) 또는 생성물 (출력)의 에너지 상태를 변경하지 않고 반응의 활성화 에너지를 낮춤으로써 작동합니다. 대신, 제품 형태로 "반환"을 받기 위해 "투자"해야하는 에너지의 양을 줄임으로써 반응물에서 제품으로의 원활한 경로를 생성합니다.
효소의 역할과 이러한 자연적으로 발생하는 많은 단백질이 인간 치료 용으로 채택되었다는 사실을 감안할 때 (한 가지 예는 수백만 명의 신체가 생산하지 못하는 유당의 소화를 돕는 효소 인 락타아제), 생물 학자들이 특정 효소가 주어진 조건에서 작업을 얼마나 잘 수행하는지 평가하기위한 공식 도구를 마련합니다. 즉, 촉매 작용을 결정합니다. 능률.
효소 기초
효소의 중요한 속성은 특이성입니다. 일반적으로 효소는 인체 내에서 항상 펼쳐지는 수백 가지 생화학 적 대사 반응 중 하나만 촉매 작용을합니다. 따라서 주어진 효소는 자물쇠로 생각할 수 있으며, 그것이 작용하는 특정 화합물 (기질이라고 함)은 열쇠에 비할 수 있습니다. 기질이 상호 작용하는 효소의 일부는 효소의 활성 부위로 알려져 있습니다.
모든 단백질과 마찬가지로 효소는 긴 아미노산 줄로 구성되며, 그 중 인간 시스템에는 약 20 개가 있습니다. 따라서 효소의 활성 부위는 일반적으로 아미노산 잔기 또는 화학적으로 불완전한 덩어리로 구성됩니다. 양성자 또는 다른 원자가 "누락"되어 있고 순 전하를 전달합니다. 결과.
비판적으로 효소는 촉매 작용을하는 반응에서 변하지 않습니다. 적어도 반응이 끝난 후에는 아닙니다. 그러나 그들은 반응 자체 동안 일시적인 변화를 겪습니다. 이는 당면한 반응이 진행되도록하는 데 필요한 기능입니다. 잠금 및 키 비유를 더 수행하기 위해 기질이 주어진 반응에 필요한 효소를 "찾아 내고"효소의 활성에 결합 할 때 부위 ( "키 삽입"), 효소-기질 복합체는 새로 형성된 세포의 방출을 초래하는 변화 ( "키 회전")를 겪습니다. 생성물.
효소 역학
주어진 반응에서 기질, 효소 및 생성물의 상호 작용은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
E + S ⇌ ES → E + P
여기, 이자형 효소를 나타내고, 에스 기판이고 피 제품입니다. 따라서 프로세스를 모델링 점토 덩어리와 느슨하게 비슷하다고 상상할 수 있습니다.에스) 완전히 형성된 그릇 (피) 인간 장인의 영향을 받아 (이자형). 장인의 손은이 사람이 체현하는 "효소"의 활성 부위로 생각할 수 있습니다. 덩어리 진 점토가 사람의 손에 "결합"되면 한동안 "복잡함"을 형성합니다. 점토가 결합되는 손의 작용에 의해 다른 소정의 모양으로 성형됩니다 (ES). 그런 다음 그릇이 완전히 형성되고 더 이상 작업이 필요하지 않으면 손 (이자형) 그릇 (피), 프로세스가 완료되었습니다.
이제 위 다이어그램의 화살표를 고려하십시오. 당신은 사이의 단계를 알 수 있습니다 이자형 + 에스 과 ES 양방향으로 움직이는 화살표가 있습니다. 즉, 효소와 기질이 함께 결합하여 효소-기질 복합체, 이 복합체는 다른 방향으로 해리되어 효소와 기질을 방출 할 수 있습니다. 원래 형태.
사이의 단방향 화살표 ES 과 피반면에 제품은 피 생성을 담당하는 효소와 자발적으로 결합하지 않습니다. 이것은 이전에 언급 한 효소의 특이성을 고려할 때 의미가 있습니다. 효소가 주어진 기질에 결합하면 또한 결과물에 결합하지 않거나 그렇지 않으면 효소가 두 기질에 대해 특이 적이므로 모두. 또한 상식적인 관점에서 주어진 효소가 주어진 반응이 더 유리하게 작동하도록 만드는 것은 의미가 없습니다. 양자 모두 지도; 이것은 오르막과 내리막을 똑같이 쉽게 구르는 자동차와 같습니다.
속도 상수
이전 섹션의 일반적인 반응을 다음과 같은 세 가지 경쟁 반응의 합계로 생각하십시오.
1) \; E + S → ES \\ 2) \; ES → E + S \\ 3) \; ES → E + P
이러한 개별 반응 각각에는 특정 반응이 진행되는 속도를 측정하는 자체 속도 상수가 있습니다. 이러한 상수는 특정 반응에 따라 다르며 실험적으로 결정되었으며 다양한 기질 + 효소 및 효소 기질 복합체 + 제품에 대해 검증 됨 그룹화. 다양한 방법으로 쓸 수 있지만 일반적으로 위의 반응 1)에 대한 속도 상수는 다음과 같이 표현됩니다. 케이1, 2) 다음과 같이 케이-1, 그리고 3)의 케이2 (때로는 케이고양이).
Michaelis 상수 및 효소 효율성
다음 방정식 중 일부를 도출하는 데 필요한 미적분에 뛰어 들지 않고도 제품이 누적되는 속도, V는이 반응에 대한 속도 상수의 함수입니다. 케이2및 농도 ES 현재, [ES]. 속도 상수가 높고 기질-효소 복합체가 많을수록 반응의 최종 생성물이 더 빨리 축적됩니다. 따라서:
v = k_2 [ES]
그러나 제품을 생성하는 것 외에 다른 두 가지 반응이 피 동시에 발생합니다. 이들 중 하나는 ES 구성 요소에서 이자형 과 에스, 다른 하나는 반대로 같은 반응입니다. 이 모든 정보를 종합하고 형성 속도가 ES (두 개의 반대되는 과정에 의해) 실종 률과 같아야합니다.
k_1 [E] [S] = k_2 [ES] + k _ {-1} [ES]
두 용어를 다음으로 나누기 케이1 수확량
[E] [S] = {(k_2 + k _ {-1}) \ 위 {1pt} k_1} [ES]
모든 "케이"이 방정식의 항은 상수이며 단일 상수로 결합 될 수 있습니다. 케이미디엄:
K_M = {(k_2 + k _ {-1}) \ 위 {1pt} k_1}
이를 통해 위의 방정식을 작성할 수 있습니다.
[E] [S] = K_M [ES]
케이미디엄 마이클리스 상수라고합니다. 이것은 결합 해제되고 새로운 제품이 형성되는 조합을 통해 효소-기질 복합체가 얼마나 빨리 사라지는지를 측정 한 것으로 간주 할 수 있습니다.
제품 형성 속도에 대한 방정식으로 돌아가서, V = 케이2[ES], 대체는 다음을 제공합니다.
v = [E] [S] \ Bigg ({k_2 \ 위 {1pt} K_M} \ Bigg)
괄호 안의 표현, 케이2/케이미디엄, 특이성 상수 _, _ 운동 효율이라고도합니다. 이 모든 성가신 대수를 마치면 마침내 주어진 반응의 촉매 효율 또는 효소 효율을 평가하는 표현식이 생깁니다. 다음과 같이 재 배열하여 효소 농도, 기질 농도 및 생성물 형성 속도에서 직접 상수를 계산할 수 있습니다.
\ Bigg ({k_2 \ above {1pt} K_M} \ Bigg) = {v \ above {1pt} [E] [S]}
