एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर कैसे निर्धारित करें। सब्सट्रेट्स, एंजाइमों और तापमान की एकाग्रता पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की दर की निर्भरता। एक सब्सट्रेट के साथ प्रक्रियाओं की विशिष्टताएँ

§ 12. एंजाइमी प्रतिक्रियाओं की गतिकी

एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की गतिकी एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की दर और विभिन्न कारकों पर उनकी निर्भरता का विज्ञान है। एक एंजाइमैटिक प्रतिक्रिया की दर कुछ शर्तों के तहत प्रतिक्रियाशील सब्सट्रेट की रासायनिक मात्रा या परिणामी प्रतिक्रिया उत्पाद प्रति यूनिट समय प्रति यूनिट मात्रा द्वारा निर्धारित की जाती है:

जहां v एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर है, सब्सट्रेट या प्रतिक्रिया उत्पाद की एकाग्रता में परिवर्तन है, टी समय है।

एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर एंजाइम की प्रकृति पर निर्भर करती है, जो इसकी गतिविधि निर्धारित करती है। एंजाइम गतिविधि जितनी अधिक होगी, प्रतिक्रिया दर उतनी ही तेज़ होगी। एंजाइम गतिविधि एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की दर से निर्धारित होती है। एंजाइम गतिविधि का माप एंजाइम गतिविधि की एक मानक इकाई है। एंजाइम गतिविधि की एक मानक इकाई एंजाइम की मात्रा है जो 1 मिनट में सब्सट्रेट के 1 μmol के रूपांतरण को उत्प्रेरित करती है।

एक एंजाइमैटिक प्रतिक्रिया के दौरान, एंजाइम (ई) सब्सट्रेट (एस) के साथ इंटरैक्ट करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स बनता है, जो फिर प्रतिक्रिया के एंजाइम और उत्पाद (पी) को छोड़ने के लिए विघटित हो जाता है:

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की गति कई कारकों पर निर्भर करती है: सब्सट्रेट और एंजाइम की एकाग्रता, तापमान, पर्यावरण का पीएच, विभिन्न नियामक पदार्थों की उपस्थिति जो एंजाइमों की गतिविधि को बढ़ा या घटा सकते हैं।

जानना दिलचस्प है! एंजाइमों का उपयोग चिकित्सा में विभिन्न रोगों के निदान के लिए किया जाता है। मायोकार्डियल रोधगलन के दौरान, हृदय की मांसपेशियों की क्षति और टूटने के कारण, रक्त में एंजाइम एस्पार्टेट ट्रांसएमिनेज़ और एलानिन एमिनोट्रांस्फरेज़ की सामग्री तेजी से बढ़ जाती है। उनकी गतिविधि का पता लगाने से इस बीमारी का निदान संभव हो जाता है।

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर सब्सट्रेट और एंजाइम एकाग्रता का प्रभाव

आइए एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर सब्सट्रेट एकाग्रता के प्रभाव पर विचार करें (चित्र 30)। सब्सट्रेट की कम सांद्रता पर, दर सीधे इसकी एकाग्रता के समानुपाती होती है, फिर, जैसे-जैसे एकाग्रता बढ़ती है, प्रतिक्रिया दर अधिक धीरे-धीरे बढ़ती है, और सब्सट्रेट की बहुत उच्च सांद्रता पर, दर व्यावहारिक रूप से इसकी एकाग्रता से स्वतंत्र होती है और इसकी तक पहुंच जाती है; अधिकतम मूल्य (वी अधिकतम)। ऐसी सब्सट्रेट सांद्रता पर, सभी एंजाइम अणु एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स का हिस्सा होते हैं, और एंजाइम के सक्रिय केंद्रों की पूर्ण संतृप्ति प्राप्त की जाती है, यही कारण है कि इस मामले में प्रतिक्रिया दर व्यावहारिक रूप से सब्सट्रेट एकाग्रता से स्वतंत्र होती है।

चावल। 30. सब्सट्रेट की सांद्रता पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की गति की निर्भरता

सब्सट्रेट एकाग्रता पर एंजाइम गतिविधि की निर्भरता का ग्राफ माइकलिस-मेंटेन समीकरण द्वारा वर्णित है, जिसे उत्कृष्ट वैज्ञानिकों एल माइकलिस और एम मेंटेन के सम्मान में इसका नाम मिला, जिन्होंने कैनेटीक्स के अध्ययन में एक महान योगदान दिया। एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएँ,

जहां v एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर है; [एस] - सब्सट्रेट एकाग्रता; के एम - माइकलिस स्थिरांक।

आइए हम माइकलिस स्थिरांक के भौतिक अर्थ पर विचार करें। बशर्ते कि v = ½ V अधिकतम, हमें K M = [S] प्राप्त होता है। इस प्रकार, माइकलिस स्थिरांक सब्सट्रेट एकाग्रता के बराबर है जिस पर प्रतिक्रिया दर अधिकतम आधी है।

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर एंजाइम की सांद्रता पर भी निर्भर करती है (चित्र 31)। यह निर्भरता सीधी है.

चावल। 31. एंजाइम की सांद्रता पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की गति की निर्भरता

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर तापमान का प्रभाव

तापमान पर एंजाइमी प्रतिक्रिया दर की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 32.

चावल। 32. तापमान पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता।

कम तापमान (लगभग 40 - 50 डिग्री सेल्सियस तक) पर, वैन्ट हॉफ के नियम के अनुसार प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस पर तापमान में वृद्धि के साथ-साथ रासायनिक प्रतिक्रिया की दर में 2 - 4 गुना की वृद्धि होती है। 55-60 डिग्री सेल्सियस से अधिक के उच्च तापमान पर, थर्मल विकृतीकरण के कारण एंजाइम की गतिविधि तेजी से कम हो जाती है, और इसके परिणामस्वरूप, एंजाइमी प्रतिक्रिया की दर में तेज कमी देखी जाती है। अधिकतम एंजाइम गतिविधि आमतौर पर 40 - 60 डिग्री सेल्सियस की सीमा के भीतर देखी जाती है। जिस तापमान पर एंजाइम गतिविधि अधिकतम होती है उसे तापमान इष्टतम कहा जाता है। थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीवों के एंजाइमों के लिए इष्टतम तापमान उच्च तापमान के क्षेत्र में होता है।

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर पीएच का प्रभाव

पीएच पर एंजाइमेटिक गतिविधि की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 33.

चावल। 33. एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर पीएच का प्रभाव

pH का ग्राफ घंटी के आकार का होता है। वह pH मान जिस पर एंजाइम गतिविधि अधिकतम होती है, कहलाती है पीएच इष्टतमएंजाइम. विभिन्न एंजाइमों के लिए पीएच इष्टतम मान व्यापक रूप से भिन्न होता है।

पीएच पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की निर्भरता की प्रकृति इस तथ्य से निर्धारित होती है कि यह संकेतक प्रभावित करता है:

ए) उत्प्रेरण में शामिल अमीनो एसिड अवशेषों का आयनीकरण,

बी) सब्सट्रेट का आयनीकरण,

ग) एंजाइम और उसके सक्रिय केंद्र की संरचना।

एंजाइम निषेध

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर को कई रसायनों द्वारा कम किया जा सकता है जिन्हें कहा जाता है अवरोधकों. कुछ अवरोधक मनुष्यों के लिए जहर हैं, उदाहरण के लिए, साइनाइड, अन्य का उपयोग दवाओं के रूप में किया जाता है।

अवरोधकों को दो मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: अचलऔर प्रतिवर्ती. अपरिवर्तनीय अवरोधक (I) एक कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए एंजाइम से जुड़ते हैं, जिसका एंजाइम गतिविधि की बहाली के साथ पृथक्करण असंभव है:

एक अपरिवर्तनीय अवरोधक का एक उदाहरण डायसोप्रोपाइल फ्लोरोफॉस्फेट (डीएफपी) है। डीपीपी एंजाइम एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ को रोकता है, जो तंत्रिका आवेगों के संचरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह अवरोधक एंजाइम के सक्रिय केंद्र में सेरीन के साथ संपर्क करता है, जिससे एंजाइम की गतिविधि अवरुद्ध हो जाती है। परिणामस्वरूप, तंत्रिका आवेगों को संचालित करने के लिए न्यूरॉन्स की तंत्रिका कोशिकाओं की प्रक्रियाओं की क्षमता क्षीण हो जाती है। डीपीपी पहले तंत्रिका एजेंटों में से एक है। इसके आधार पर, ऐसे कई उत्पाद बनाए गए हैं जो मनुष्यों और जानवरों के लिए अपेक्षाकृत गैर विषैले हैं। कीटनाशक -कीड़ों के लिए जहरीले पदार्थ।

अपरिवर्तनीय अवरोधकों के विपरीत, प्रतिवर्ती अवरोधकों को कुछ शर्तों के तहत एंजाइम से आसानी से अलग किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध की गतिविधि बहाल हो गई है:

प्रतिवर्ती अवरोधकों में शामिल हैं प्रतिस्पर्धीऔर गैर - प्रतिस्पर्धीअवरोधक.

एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक, सब्सट्रेट का संरचनात्मक एनालॉग होने के नाते, एंजाइम के सक्रिय केंद्र के साथ बातचीत करता है और इस प्रकार एंजाइम तक सब्सट्रेट की पहुंच को अवरुद्ध करता है। इस मामले में, अवरोधक रासायनिक परिवर्तनों से नहीं गुजरता है और एंजाइम से विपरीत रूप से बंध जाता है। ईआई कॉम्प्लेक्स के पृथक्करण के बाद, एंजाइम या तो सब्सट्रेट से संपर्क कर सकता है और इसे परिवर्तित कर सकता है, या एक अवरोधक (छवि 34.) को बदल सकता है। चूंकि सब्सट्रेट और अवरोधक दोनों सक्रिय स्थल पर स्थान के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, इसलिए इस अवरोध को प्रतिस्पर्धी कहा जाता है।

चावल। 34. प्रतिस्पर्धी अवरोधक की क्रिया का तंत्र।

प्रतिस्पर्धी अवरोधकों का उपयोग चिकित्सा में किया जाता है। संक्रामक रोगों से निपटने के लिए पहले सल्फोनामाइड दवाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। वे संरचना में करीब हैं पैरा-एमिनोबेंजोइक एसिड(पीएबीए), कई रोगजनक बैक्टीरिया के लिए एक आवश्यक वृद्धि कारक। PABA फोलिक एसिड का अग्रदूत है, जो कई एंजाइमों के लिए सहकारक के रूप में कार्य करता है। सल्फोनामाइड दवाएं PABA से फोलिक एसिड के संश्लेषण के लिए एंजाइमों के प्रतिस्पर्धी अवरोधक के रूप में कार्य करती हैं और इस तरह रोगजनक बैक्टीरिया के विकास और प्रजनन को रोकती हैं।

गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक संरचनात्मक रूप से सब्सट्रेट के समान नहीं होते हैं और, जब ईआई बनता है, तो वे सक्रिय केंद्र के साथ नहीं, बल्कि एंजाइम की किसी अन्य साइट के साथ बातचीत करते हैं। एंजाइम के साथ अवरोधक की अंतःक्रिया से बाद वाले की संरचना में परिवर्तन होता है। ईआई कॉम्प्लेक्स का गठन प्रतिवर्ती है, इसलिए, इसके टूटने के बाद, एंजाइम फिर से सब्सट्रेट पर हमला करने में सक्षम होता है (चित्र 35)।

चावल। 35. गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक की क्रिया का तंत्र

साइनाइड सीएन - एक गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक के रूप में कार्य कर सकता है। यह धातु आयनों को बांधता है जो कृत्रिम समूहों का हिस्सा हैं और इन एंजाइमों की गतिविधि को रोकता है। साइनाइड विषाक्तता बेहद खतरनाक है। वे घातक हो सकते हैं.

एलोस्टेरिक एंजाइम

शब्द "एलोस्टेरिक" ग्रीक शब्द एलो - अन्य, स्टीरियो - साइट से आया है। इस प्रकार, सक्रिय केंद्र के साथ, एलोस्टेरिक एंजाइमों का एक और केंद्र होता है जिसे कहा जाता है एलोस्टेरिक केंद्र(चित्र 36)। वे पदार्थ जो एलोस्टेरिक केंद्र से बंधने वाले एंजाइमों की गतिविधि को बदल सकते हैं, इन पदार्थों को कहा जाता है; एलोस्टेरिक प्रभावकारक. प्रभावकारक सकारात्मक होते हैं - एंजाइम को सक्रिय करते हैं, और नकारात्मक - अवरोधक होते हैं, यानी। एंजाइम गतिविधि को कम करना। कुछ एलोस्टेरिक एंजाइम दो या दो से अधिक प्रभावकों से प्रभावित हो सकते हैं।

चावल। 36. एलोस्टेरिक एंजाइम की संरचना।

मल्टीएंजाइम प्रणालियों का विनियमन

कुछ एंजाइम एक साथ कार्य करते हैं, मल्टीएंजाइम सिस्टम में संयोजित होते हैं जिसमें प्रत्येक एंजाइम चयापचय पथ के एक विशिष्ट चरण को उत्प्रेरित करता है:

मल्टीएंजाइम प्रणाली में, एक एंजाइम होता है जो प्रतिक्रियाओं के पूरे अनुक्रम की दर निर्धारित करता है। यह एंजाइम आमतौर पर एलोस्टेरिक होता है और मेटाबोलाइट मार्ग की शुरुआत में स्थित होता है। यह विभिन्न संकेत प्राप्त करके, उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाने और घटाने, दोनों में सक्षम है, जिससे पूरी प्रक्रिया की गति को नियंत्रित किया जा सकता है।

एंजाइम कैनेटीक्स सब्सट्रेट के साथ उनकी बातचीत की विभिन्न स्थितियों (एकाग्रता, तापमान, पीएच, आदि) के आधार पर एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं की दर का अध्ययन करता है।

हालाँकि, एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो विभिन्न बाहरी प्रभावों के प्रति संवेदनशील होते हैं। इसलिए, एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की दर का अध्ययन करते समय, वे मुख्य रूप से प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता को ध्यान में रखते हैं, और तापमान, पर्यावरण के पीएच, सक्रियकर्ताओं, अवरोधकों और अन्य कारकों के प्रभाव को कम करने और मानक स्थितियां बनाने का प्रयास करते हैं। सबसे पहले, यह पर्यावरण का पीएच मान है जो किसी दिए गए एंजाइम के लिए इष्टतम है। दूसरे, जहां संभव हो, 25 डिग्री सेल्सियस का तापमान बनाए रखने की सिफारिश की जाती है। तीसरा, सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की पूर्ण संतृप्ति हासिल की जाती है। यह बिंदु विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि कम सब्सट्रेट सांद्रता पर, सभी एंजाइम अणु प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं (चित्र 6.5, ए), जिसका अर्थ है कि परिणाम अधिकतम संभव से बहुत दूर होगा। उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की सबसे बड़ी शक्ति, अन्य चीजें समान होने पर, प्राप्त होती है यदि प्रत्येक एंजाइम अणु परिवर्तन में भाग लेता है, अर्थात। एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स की उच्च सांद्रता पर (चित्र 6.5, वी).यदि सब्सट्रेट सांद्रता एंजाइम की पूर्ण संतृप्ति सुनिश्चित नहीं करती है (चित्र 6.5, बी), तो प्रतिक्रिया की दर अपने अधिकतम मूल्य तक नहीं पहुंचती है।

चावल। 65.

ए -कम सब्सट्रेट सांद्रता पर; 6 - अपर्याप्त सब्सट्रेट एकाग्रता के साथ; वी -जब एंजाइम पूरी तरह से सब्सट्रेट से संतृप्त हो जाता है

उपरोक्त परिस्थितियों में मापी गई एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर और सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की पूर्ण संतृप्ति को कहा जाता है एंजाइमिक प्रतिक्रिया की अधिकतम दर (वी).

एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर, जो तब निर्धारित होती है जब एंजाइम सब्सट्रेट से पूरी तरह से संतृप्त नहीं होता है, दर्शाया जाता है वी

एंजाइम कटैलिसीस को निम्नलिखित चित्र द्वारा सरल बनाया जा सकता है:

जहाँ F एक एंजाइम है; एस - सब्सट्रेट; एफएस - एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स।

इस प्रक्रिया के प्रत्येक चरण की एक निश्चित गति होती है। एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर के लिए माप की इकाई समय की प्रति इकाई परिवर्तित सब्सट्रेट के मोल्स की संख्या है(सामान्य प्रतिक्रिया की गति के समान)।

सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की अंतःक्रिया से एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स का निर्माण होता है, लेकिन यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती है। आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर अभिकारकों की सांद्रता पर निर्भर करती है और संबंधित समीकरणों द्वारा वर्णित होती है:

संतुलन की स्थिति में, समीकरण (6.3) मान्य है, क्योंकि आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर बराबर होती है।

आगे (6.1) और विपरीत (6.2) प्रतिक्रियाओं के गति मानों को समीकरण (6.3) में प्रतिस्थापित करने पर, हम समानता प्राप्त करते हैं:

संतुलन की स्थिति एक उपयुक्त द्वारा विशेषता है संतुलन स्थिरांक K p,आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं के स्थिरांक के अनुपात के बराबर (6.5)। संतुलन स्थिरांक का व्युत्क्रम कहलाता है सब्सट्रेट स्थिरांक Ks,या एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स का पृथक्करण स्थिरांक:

समीकरण (6.6) से यह स्पष्ट है कि एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स की उच्च सांद्रता पर सब्सट्रेट स्थिरांक घट जाता है, अर्थात। बड़ी स्थिरता के साथ. नतीजतन, सब्सट्रेट स्थिरांक एंजाइम और सब्सट्रेट की आत्मीयता और एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स के गठन और पृथक्करण के लिए दर स्थिरांक के अनुपात को दर्शाता है।

सब्सट्रेट के साथ एंजाइम संतृप्ति की घटना का अध्ययन लियोनोर माइकलिस और मौड मेप्टेन द्वारा किया गया था। परिणामों के गणितीय प्रसंस्करण के आधार पर, उन्होंने समीकरण (6.7) प्राप्त किया, जिससे उनके नाम प्राप्त हुए, जिससे यह स्पष्ट है कि उच्च सब्सट्रेट एकाग्रता और सब्सट्रेट स्थिरांक के कम मूल्य पर, एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर अधिकतम हो जाती है . हालाँकि, यह समीकरण सीमित है क्योंकि यह सभी मापदंडों को ध्यान में नहीं रखता है:

प्रतिक्रिया के दौरान एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स विभिन्न दिशाओं में परिवर्तन से गुजर सकता है:

• मूल पदार्थों में अलग हो जाना;
• एक उत्पाद में परिवर्तित हो जाता है जिससे एंजाइम अपरिवर्तित रूप से अलग हो जाता है।

इसलिए, एंजाइमैटिक प्रक्रिया की समग्र क्रिया का वर्णन करने के लिए, अवधारणा माइकलिस स्थिरांक Kt,जो एंजाइमी कटैलिसीस (6.8) की तीनों प्रतिक्रियाओं के दर स्थिरांक के बीच संबंध को व्यक्त करता है। यदि दोनों पदों को एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स के निर्माण के लिए प्रतिक्रिया दर स्थिरांक से विभाजित किया जाता है, तो हमें अभिव्यक्ति (6.9) प्राप्त होती है:

समीकरण (6.9) से एक महत्वपूर्ण परिणाम निकलता है: माइकलिस स्थिरांक हमेशा सब्सट्रेट स्थिरांक की मात्रा से अधिक होता है के 2 /के वी

संख्यानुसार के टीसब्सट्रेट की सांद्रता के बराबर जिस पर प्रतिक्रिया दर अधिकतम संभव गति से आधी है और सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की संतृप्ति से मेल खाती है, जैसा कि चित्र में है। 6.5, बी।चूँकि व्यवहार में सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की पूर्ण संतृप्ति प्राप्त करना हमेशा संभव नहीं होता है, यह ठीक है के टीएंजाइमों की गतिज विशेषताओं के तुलनात्मक लक्षण वर्णन के लिए उपयोग किया जाता है।

जब एंजाइम पूरी तरह से सब्सट्रेट से संतृप्त नहीं होता है तो एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर (6.10) एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स की एकाग्रता पर निर्भर करती है। आनुपातिकता गुणांक एंजाइम और उत्पाद की रिहाई के लिए प्रतिक्रिया स्थिरांक है, क्योंकि यह एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स की एकाग्रता को बदलता है:

परिवर्तनों के बाद, उपरोक्त निर्भरताओं को ध्यान में रखते हुए, जब एंजाइम पूरी तरह से सब्सट्रेट से संतृप्त नहीं होता है तो एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर समीकरण (6.11) द्वारा वर्णित होती है, यानी। यह एंजाइम, सब्सट्रेट की सांद्रता और उनकी आत्मीयता पर निर्भर करता है के एस:

सब्सट्रेट की सांद्रता पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की ग्राफिकल निर्भरता रैखिक नहीं है। जैसा कि चित्र से स्पष्ट है। 6.6, सब्सट्रेट सांद्रता बढ़ने के साथ, एंजाइम गतिविधि में वृद्धि देखी गई है। हालाँकि, जब सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की अधिकतम संतृप्ति प्राप्त हो जाती है, तो एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर अधिकतम हो जाती है। इसलिए, प्रतिक्रिया के लिए दर-सीमित कारक एक एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स का गठन है।

अभ्यास से पता चला है कि सब्सट्रेट सांद्रता, एक नियम के रूप में, एकता (10 6 -10 3 मोल) से बहुत कम मूल्यों में व्यक्त की जाती है। गणना में ऐसी मात्राओं के साथ काम करना काफी कठिन है। इसलिए, जी. लाइनवीवर और डी. बर्क ने एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की ग्राफिकल निर्भरता को प्रत्यक्ष निर्देशांक में नहीं, बल्कि व्युत्क्रम में व्यक्त करने का प्रस्ताव रखा। वे इस धारणा से आगे बढ़े कि समान मात्राओं के लिए उनके व्युत्क्रम भी समान होते हैं:

चावल। 6.6.

व्यंजक (6.13) को रूपांतरित करने के बाद, हमें एक व्यंजक प्राप्त होता है जिसे कहा जाता है लाइनवीवर-बर्क समीकरण (6.14):

लाइनवीवर-बर्क समीकरण की ग्राफिकल निर्भरता रैखिक है (चित्र 6.7)। एंजाइम की गतिज विशेषताएँ निम्नानुसार निर्धारित की जाती हैं:

• कोटि अक्ष पर काटा गया खंड बराबर है 1/वी;
• भुज अक्ष पर काटा गया खंड -1 के बराबर है /टू टी.

चावल। 6.7.

ऐसा माना जाता है कि लाइनवीवर-बर्क विधि प्रत्यक्ष निर्देशांक की तुलना में अधिकतम प्रतिक्रिया दर को अधिक सटीक रूप से निर्धारित करना संभव बनाती है। इस ग्राफ से एंजाइम निषेध के संबंध में बहुमूल्य जानकारी भी प्राप्त की जा सकती है।

माइकलिस-मेंटेन समीकरण को बदलने के अन्य तरीके हैं। ग्राफिक निर्भरता का उपयोग एंजाइमेटिक प्रक्रिया पर विभिन्न बाहरी प्रभावों के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

ए)। एंजाइमों की मात्रा पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

जब अतिरिक्त सब्सट्रेट की स्थितियों के तहत एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की जाती है, तो प्रतिक्रिया दर एंजाइम की एकाग्रता पर निर्भर करेगी। ऐसी प्रतिक्रिया की ग्राफिकल निर्भरता एक सीधी रेखा के रूप में होती है, हालांकि, एंजाइम की मात्रा को पूर्ण रूप से निर्धारित करना अक्सर असंभव होता है, इसलिए व्यवहार में वे एंजाइम की गतिविधि की विशेषता वाले सशर्त मूल्यों का उपयोग करते हैं: की एक अंतरराष्ट्रीय इकाई। गतिविधि (आईयू) एंजाइम की मात्रा से मेल खाती है जो एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया के लिए इष्टतम स्थितियों के तहत 1 मिनट में सब्सट्रेट के 1 μmol के रूपांतरण को उत्प्रेरित करती है। इष्टतम स्थितियाँ प्रत्येक एंजाइम के लिए अलग-अलग होती हैं और सक्रियकर्ताओं और अवरोधकों की अनुपस्थिति में पर्यावरण के तापमान, समाधान के पीएच पर निर्भर करती हैं।

प्रतिक्रिया के समय (अवधि) पर उत्पाद संचय (ए) और सब्सट्रेट हानि (बी) की निर्भरता. एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर प्रति इकाई समय में उत्पाद या सब्सट्रेट की एकाग्रता में परिवर्तन से निर्धारित होती है। एंजाइम 1 और 2 द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं में, एंजाइम 1 द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की प्रारंभिक दर एंजाइम 2 द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की दर से कम है, क्योंकि स्पर्शरेखा की स्पर्शरेखा "O" बिंदु से खींची गई प्रतिक्रिया प्रोफ़ाइल वक्र है दूसरे एंजाइम की मात्रा अधिक होती है, जैसा कि उत्पाद (ए) के संचय और सब्सट्रेट (बी) के नुकसान के मामले में होता है। किसी भी समय t पर गति, समय t पर प्रतिक्रिया प्रोफ़ाइल की स्पर्शरेखा की स्पर्शरेखा द्वारा निर्धारित की जाती है। एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की समय अवधि प्रतिक्रिया की अवधि के आधार पर उत्पाद के रैखिक संचय (या सब्सट्रेट की हानि) की विशेषता होती है। एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की अवधि प्रतिक्रिया समय के आधार पर उत्पाद के एक गैर-रैखिक संचय (या सब्सट्रेट की हानि) की विशेषता होती है।

एनएमई गतिविधि इकाइयों की संख्या सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

बी)। माध्यम के तापमान पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

तापमान को एक निश्चित सीमा तक बढ़ाने से एंजाइमैटिक की दर प्रभावित होती है

प्रतिक्रिया किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया पर तापमान के प्रभाव के समान होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अणुओं की गति तेज हो जाती है, जिससे अभिकारकों के बीच परस्पर क्रिया की संभावना बढ़ जाती है। इसके अलावा, तापमान प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं की ऊर्जा को बढ़ा सकता है, जिससे प्रतिक्रिया भी तेज हो जाती है। हालाँकि, एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित रासायनिक प्रतिक्रिया की दर का अपना इष्टतम तापमान होता है, जिसकी अधिकता प्रोटीन अणु के थर्मल विकृतीकरण के परिणामस्वरूप एंजाइमी गतिविधि में कमी के साथ होती है।

अधिकांश मानव एंजाइमों के लिए, इष्टतम तापमान 37-38 डिग्री सेल्सियस है। हालाँकि, प्रकृति में थर्मोस्टेबल एंजाइम भी मौजूद होते हैं। उदाहरण के लिए, गर्म झरनों में रहने वाले सूक्ष्मजीवों से पृथक टाक पोलीमरेज़ तापमान 95 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ने पर निष्क्रिय नहीं होता है। इस एंजाइम का उपयोग वैज्ञानिक और व्यावहारिक चिकित्सा में पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) विधि का उपयोग करके रोगों के आणविक निदान के लिए किया जाता है।

में)। सब्सट्रेट की मात्रा पर एंजाइमी प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता

जैसे-जैसे सब्सट्रेट की मात्रा बढ़ती है, प्रारंभिक गति बढ़ती है। जब एंजाइम पूरी तरह से सब्सट्रेट से संतृप्त हो जाता है, यानी। किसी एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स का अधिकतम संभव गठन किसी दिए गए एंजाइम एकाग्रता पर होता है, और उत्पाद निर्माण की उच्चतम दर देखी जाती है। सब्सट्रेट सांद्रता में और वृद्धि से उत्पाद निर्माण में वृद्धि नहीं होती है, अर्थात। प्रतिक्रिया दर में वृद्धि नहीं होती. यह अवस्था अधिकतम प्रतिक्रिया गति Vmax से मेल खाती है।

इस प्रकार, एंजाइम सांद्रता उत्पाद के निर्माण में सीमित कारक है। इस अवलोकन ने 1913 में वैज्ञानिकों एल. माइकलिस और एम. मेंटेन द्वारा विकसित एंजाइम कैनेटीक्स का आधार बनाया।

प्रतिक्रिया दर एंजाइम-सब्सट्रेट ईएस कॉम्प्लेक्स की एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, और ईएस गठन की दर सब्सट्रेट एकाग्रता और मुक्त एंजाइम की एकाग्रता पर निर्भर करती है। ईएस की सांद्रता ईएस के गठन और क्षय की दर से प्रभावित होती है।

उच्चतम प्रतिक्रिया दर तब देखी जाती है जब सभी एंजाइम अणु सब्सट्रेट के साथ जटिल होते हैं, यानी। एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स ईएस में, यानी। [ई] = .

सब्सट्रेट की सांद्रता पर एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता निम्नलिखित समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है (इस सूत्र की गणितीय व्युत्पत्ति एंजाइमैटिक कैनेटीक्स पर पाठ्यपुस्तकों में पाई जा सकती है):

वी = वीमैक्स[एस] / किमी + [एस]

इस समीकरण को माइकलिस-मेंटेन समीकरण कहा जाता है।

माइकलिस-मेंटेन समीकरण एंजाइम कैनेटीक्स का मूल समीकरण है, जो सब्सट्रेट की एकाग्रता पर एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता का वर्णन करता है।

यदि सब्सट्रेट सांद्रता Km (S >> Km) से काफी अधिक है, तो Km के मान से सब्सट्रेट सांद्रता में वृद्धि का योग (Km + S) पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है और इसे सब्सट्रेट एकाग्रता के बराबर माना जा सकता है। . नतीजतन, प्रतिक्रिया दर अधिकतम गति के बराबर हो जाती है: वी = वीमैक्स। इन शर्तों के तहत, प्रतिक्रिया का शून्य क्रम होता है, अर्थात। सब्सट्रेट एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है. हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि Vmax किसी दिए गए एंजाइम एकाग्रता के लिए एक स्थिर मान है, जो सब्सट्रेट एकाग्रता से स्वतंत्र है।

यदि सब्सट्रेट सांद्रता किमी (एस) से काफी कम है<< Km), то сумма (Km + S) примерно равна Кm, следовательно, V = Vmax[S]/Km, т.е. в данном случае скорость реакции прямо пропорциональна концентрации субстрата (реакция имеет первый порядок).

वीमैक्स और किमी एंजाइम दक्षता की गतिज विशेषताएं हैं।

Vmax एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि की विशेषता बताता है और इसमें एंजाइमी प्रतिक्रिया mol/l की दर का आयाम होता है, अर्थात। किसी दिए गए एंजाइम सांद्रण और अतिरिक्त सब्सट्रेट की स्थितियों में उत्पाद निर्माण की अधिकतम संभावना निर्धारित करता है। किमी किसी दिए गए सब्सट्रेट के लिए दिए गए एंजाइम की आत्मीयता को दर्शाता है और एक स्थिर मान है जो एंजाइम की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है। Km जितना कम होगा, किसी दिए गए सब्सट्रेट के लिए एंजाइम की आत्मीयता उतनी ही अधिक होगी, प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होगी, और इसके विपरीत, Km जितना अधिक होगा, प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर उतनी ही कम होगी, सब्सट्रेट के लिए एंजाइम की आत्मीयता उतनी ही कम होगी।

एंजाइमोलॉजी की यह शाखा एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर विभिन्न कारकों के प्रभाव का अध्ययन करती है। एक सब्सट्रेट को एक उत्पाद (1) में परिवर्तित करने की प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के एंजाइमेटिक कटैलिसीस के सामान्य समीकरण पर विचार करते हुए,

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों का नाम दिया जाना चाहिए: सब्सट्रेट एकाग्रता [एस], एंजाइम एकाग्रता [ई], और प्रतिक्रिया उत्पाद एकाग्रता [पी]।

उनके सब्सट्रेट के साथ कुछ एंजाइमों की बातचीत को सब्सट्रेट की एकाग्रता पर एंजाइमी प्रतिक्रिया वी की दर की निर्भरता के एक अतिशयोक्तिपूर्ण वक्र द्वारा वर्णित किया जा सकता है [एस] (छवि 19):

चित्र: 19. सब्सट्रेट की सांद्रता पर एंजाइमी प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता।

इस वक्र पर, तीन खंडों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जिन्हें सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की बातचीत के तंत्र के प्रावधानों द्वारा समझाया जा सकता है: ओए - एंजाइम के सक्रिय केंद्रों [एस] पर वी की सीधे आनुपातिक निर्भरता का एक खंड एक अस्थिर कॉम्प्लेक्स ES के निर्माण के साथ धीरे-धीरे सब्सट्रेट अणुओं से भर जाते हैं; खंड एबी - [एस] पर वी की वक्रीय निर्भरता, सब्सट्रेट अणुओं के साथ एंजाइम के सक्रिय केंद्रों की पूर्ण संतृप्ति अभी तक हासिल नहीं हुई है। संक्रमण अवस्था तक पहुंचने से पहले ईएस कॉम्प्लेक्स अस्थिर है; ई और एस में रिवर्स पृथक्करण की संभावना अभी भी अधिक है; अनुभाग बीसी - निर्भरता को शून्य-क्रम समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है, अनुभाग [एस] अक्ष के समानांतर है, सब्सट्रेट अणुओं के साथ सक्रिय एंजाइमों की पूर्ण संतृप्ति हासिल की गई है, वी = वी अधिकतम।

वक्र की विशिष्ट आकृति को ब्रिग्स-हाल्डेन समीकरण द्वारा गणितीय रूप से वर्णित किया गया है:

वी=वी अधिकतम ● [एस]/ किमी + [एस] (2),

जहां किमी माइकलिस-मेंटेन स्थिरांक है, संख्यात्मक रूप से सब्सट्रेट एकाग्रता के बराबर है जिस पर एंजाइमी प्रतिक्रिया की दर आधे वी अधिकतम के बराबर है।

एंजाइम का K m जितना कम होगा, सब्सट्रेट के लिए एंजाइम की आत्मीयता उतनी ही अधिक होगी, सब्सट्रेट के लिए संक्रमण अवस्था उतनी ही तेजी से पहुंचेगी, और यह एक प्रतिक्रिया उत्पाद में बदल जाएगा। प्रत्येक समूह-विशिष्ट एंजाइम सब्सट्रेट के लिए किमी मान ढूँढना कोशिका में इस एंजाइम की जैविक भूमिका निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है।

अधिकांश एंजाइमों के लिए हाइपरबोलिक वक्र का निर्माण करना असंभव है (चित्र 19), इस मामले में, डबल व्युत्क्रम (लाइनवीवर-बर्क) की विधि का उपयोग किया जाता है, अर्थात। 1/[S] पर 1/[V] की एक ग्राफ़िकल निर्भरता प्लॉट की गई है (चित्र 20)। एंजाइम गतिविधि पर विभिन्न प्रकार के अवरोधकों के प्रभाव का अध्ययन करते समय एक प्रयोग में ऐसे वक्र बनाने की विधि बहुत सुविधाजनक होती है (पाठ में आगे देखें)।

चित्र.20. 1/[वी] बनाम 1/[एस] का ग्राफ़ (लाइनवीवर-बर्क विधि),

जहां y कट-ऑफ सेक्शन है - और x कट-ऑफ सेक्शन है - , कोण की स्पर्श रेखा α - .

एंजाइम एकाग्रता पर एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया वी की दर की निर्भरता [ई]।

इस ग्राफिकल निर्भरता (चित्र 21) को पर्यावरण के इष्टतम तापमान और पीएच पर माना जाता है, सब्सट्रेट सांद्रता पर एंजाइम के सक्रिय केंद्रों की संतृप्ति एकाग्रता से काफी अधिक है।

चावल। 21. एंजाइमी प्रतिक्रिया की दर पर एंजाइम एकाग्रता का प्रभाव।

एक सहकारक या सहएंजाइम की सांद्रता पर एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता।जटिल एंजाइमों के लिए, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि हाइपोविटामिनोसिस के मामले में विटामिन के कोएंजाइम रूपों की कमी और शरीर में धातु आयनों के सेवन का उल्लंघन आवश्यक रूप से पाठ्यक्रम के लिए आवश्यक एंजाइमों की एकाग्रता में कमी का कारण बनता है। चयापचय प्रक्रियाओं का. इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जाना चाहिए कि एंजाइम की गतिविधि सीधे सहकारक या कोएंजाइम की एकाग्रता पर निर्भर है।

एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर पर उत्पाद एकाग्रता का प्रभाव।मानव शरीर में होने वाली प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं के लिए, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया के उत्पादों का उपयोग एंजाइम द्वारा रिवर्स प्रतिक्रिया के लिए सब्सट्रेट के रूप में किया जा सकता है। इसलिए, प्रवाह की दिशा और वीमैक्स तक पहुंचने का क्षण प्रारंभिक सब्सट्रेट्स और प्रतिक्रिया उत्पादों की सांद्रता के अनुपात पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एलानिन एमिनोट्रांस्फरेज़ की गतिविधि, जो परिवर्तन को उत्प्रेरित करती है:

एलेनिन + अल्फा-कीटोग्लूटारेट ↔ पाइरूवेट + ग्लूटामेट

कोशिका में सांद्रण अनुपात पर निर्भर करता है:

[एलेनिन + अल्फा-कीटोग्लूटारेट] / [पाइरूवेट + ग्लूटामेट]।

एंजाइम क्रिया का तंत्र. एंजाइम कैटलिसिस के सिद्धांत

एंजाइम, गैर-प्रोटीन उत्प्रेरक की तरह, इस प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा को कम करने की क्षमता के कारण रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाते हैं। एक एंजाइमैटिक प्रतिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा की गणना चल रही प्रतिक्रिया की प्रणाली में ऊर्जा मूल्य के बीच अंतर के रूप में की जाती है जो संक्रमण स्थिति तक पहुंच गई है और प्रतिक्रिया की शुरुआत में निर्धारित ऊर्जा (चित्र 22 में ग्राफिकल निर्भरता देखें)।

चावल। 22. एंजाइम (1) के बिना और एंजाइम (2) की उपस्थिति में प्रतिक्रिया के समय पर रासायनिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा स्थिति की ग्राफिकल निर्भरता।

मोनोसब्सट्रेट प्रतिवर्ती एंजाइमैटिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र का अध्ययन करने पर वी. हेनरी और, विशेष रूप से, एल. माइकलिस, एम. मेंटेन के काम ने यह अनुमान लगाना संभव बना दिया कि एंजाइम ई पहले उलटा और अपेक्षाकृत तेज़ी से अपने सब्सट्रेट एस के साथ मिलकर एक एंजाइम बनाता है- सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स (ईएस):

ई+एस<=>ईएस (1)

ईएस का गठन हाइड्रोजन बांड, इलेक्ट्रोस्टैटिक, हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के कारण होता है, कुछ मामलों में सक्रिय केंद्र के अमीनो एसिड अवशेषों के साइड रेडिकल्स और सब्सट्रेट के कार्यात्मक समूहों के बीच सहसंयोजक, समन्वय बांड। जटिल एंजाइमों में, सब्सट्रेट के साथ संपर्क का कार्य संरचना के गैर-प्रोटीन भाग द्वारा भी किया जा सकता है।

एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स फिर प्रतिक्रिया उत्पाद पी और मुक्त एंजाइम ई का उत्पादन करने के लिए एक दूसरी, धीमी, प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया में विघटित हो जाता है:

तों<=>ईपी<=>ई+पी (2)

वर्तमान में, उपर्युक्त वैज्ञानिकों के काम के लिए धन्यवाद, साथ ही केइलिन डी., चांस बी., कोशलैंड डी. ("प्रेरित पत्राचार का सिद्धांत"), कार्रवाई के तंत्र में चार मुख्य बिंदुओं के बारे में सैद्धांतिक प्रावधान हैं एक सब्सट्रेट पर एक एंजाइम का, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करने के लिए एंजाइमों की क्षमता निर्धारित करता है:

1. अभिविन्यास और दृष्टिकोण . एंजाइम एक सब्सट्रेट अणु को इस तरह से बांधने में सक्षम है कि एंजाइम द्वारा हमला किया गया बंधन न केवल उत्प्रेरक समूह के करीब स्थित है, बल्कि इसके संबंध में सही ढंग से उन्मुख भी है। संभावना है कि ईएस कॉम्प्लेक्स अभिविन्यास और निकटता के माध्यम से संक्रमण स्थिति तक पहुंच जाएगा।

2. दबाव और तनाव : प्रेरित पत्राचार. सब्सट्रेट के जुड़ाव से एंजाइम अणु में गठन संबंधी परिवर्तन हो सकते हैं, जिससे सक्रिय केंद्र की संरचना में तनाव पैदा होता है, और बाध्य सब्सट्रेट भी कुछ हद तक विकृत हो जाता है, जिससे ईएस कॉम्प्लेक्स द्वारा एक संक्रमण स्थिति की उपलब्धि की सुविधा मिलती है। अणुओं ई और एस के बीच एक तथाकथित प्रेरित पत्राचार उत्पन्न होता है।

जैसे-जैसे पर्यावरण का तापमान बढ़ता है, एंजाइमैटिक प्रतिक्रिया की दर बढ़ती है, कुछ इष्टतम तापमान पर अधिकतम तक पहुंचती है, और फिर शून्य तक गिर जाती है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए नियम है कि जब तापमान 10°C बढ़ जाता है तो प्रतिक्रिया दर दो से तीन गुना बढ़ जाती है। एंजाइमैटिक प्रतिक्रियाओं के लिए, यह तापमान गुणांक कम है: प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस के लिए, प्रतिक्रिया दर 2 गुना या उससे भी कम बढ़ जाती है। प्रतिक्रिया दर में बाद में शून्य की कमी एंजाइम ब्लॉक के विकृतीकरण को इंगित करती है। अधिकांश एंजाइमों के लिए इष्टतम तापमान मान 20 - 40 0 ​​​​C की सीमा में होते हैं। एंजाइमों की थर्मोलेबिलिटी उनकी प्रोटीन संरचना से जुड़ी होती है। कुछ एंजाइम पहले से ही लगभग 40 0 ​​C के तापमान पर विकृत हो जाते हैं, लेकिन उनका मुख्य भाग 40 - 50 0 C से ऊपर के तापमान पर निष्क्रिय हो जाता है। कुछ एंजाइम ठंड से निष्क्रिय हो जाते हैं, अर्थात। 0°C के करीब तापमान पर विकृतीकरण होता है।

शरीर के तापमान में वृद्धि (बुखार) एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करती है। यह गणना करना आसान है कि शरीर के तापमान में प्रत्येक डिग्री वृद्धि से प्रतिक्रिया दर लगभग 20% बढ़ जाती है। लगभग 39-40 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान पर, एक बीमार जीव की कोशिकाओं में अंतर्जात सब्सट्रेट्स के व्यर्थ उपयोग को भोजन से पूरा किया जाना चाहिए। इसके अलावा, लगभग 40 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, कुछ बहुत ही थर्मोलैबाइल एंजाइमों को विकृत किया जा सकता है, जो जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के प्राकृतिक पाठ्यक्रम को बाधित करता है।

कम तापमान इसकी स्थानिक संरचना में मामूली बदलाव के कारण एंजाइमों के प्रतिवर्ती निष्क्रियता का कारण बनता है, लेकिन सक्रिय केंद्र और सब्सट्रेट अणुओं के उचित विन्यास को बाधित करने के लिए पर्याप्त है।

माध्यम के पीएच पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता

अधिकांश एंजाइमों का एक विशिष्ट pH मान होता है जिस पर उनकी गतिविधि सबसे अधिक होती है; इस पीएच मान के ऊपर और नीचे, इन एंजाइमों की गतिविधि कम हो जाती है। हालाँकि, सभी मामलों में पीएच पर एंजाइम गतिविधि की निर्भरता का वर्णन करने वाले वक्र घंटी के आकार के नहीं होते हैं; कभी-कभी यह निर्भरता सीधे भी व्यक्त की जा सकती है। पीएच पर एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता मुख्य रूप से एंजाइम के सक्रिय केंद्र के कार्यात्मक समूहों की स्थिति को इंगित करती है। माध्यम के पीएच में परिवर्तन सक्रिय केंद्र के अमीनो एसिड अवशेषों के अम्लीय और बुनियादी समूहों के आयनीकरण को प्रभावित करता है, जो या तो सब्सट्रेट के बंधन (संपर्क स्थल में) या इसके परिवर्तन (उत्प्रेरक स्थल में) में शामिल होते हैं। ). इसलिए, पीएच का विशिष्ट प्रभाव या तो एंजाइम के लिए सब्सट्रेट की आत्मीयता में बदलाव के कारण हो सकता है, या एंजाइम की उत्प्रेरक गतिविधि में बदलाव के कारण, या दोनों कारणों से एक साथ हो सकता है।

अधिकांश सब्सट्रेट्स में अम्लीय या बुनियादी समूह होते हैं, इसलिए पीएच सब्सट्रेट के आयनीकरण की डिग्री को प्रभावित करता है। एंजाइम अधिमानतः सब्सट्रेट के आयनित या गैर-आयनित रूप से बांधता है। जाहिर है, इष्टतम पीएच पर, सक्रिय साइट के कार्यात्मक समूह सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील स्थिति में होते हैं, और सब्सट्रेट इन एंजाइम समूहों द्वारा बंधन के लिए पसंदीदा रूप में होता है।

पीएच पर एंजाइम गतिविधि की निर्भरता का वर्णन करने वाले वक्रों का निर्माण करते समय, सभी पीएच मानों पर माप आमतौर पर सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की संतृप्ति की स्थितियों के तहत किया जाता है, क्योंकि कई एंजाइमों के लिए K m मान pH में परिवर्तन के साथ बदलता है।

पीएच पर एंजाइम गतिविधि की निर्भरता को दर्शाने वाला वक्र उन मामलों में विशेष रूप से सरल आकार का हो सकता है जहां एंजाइम इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से तटस्थ सब्सट्रेट्स या सब्सट्रेट्स पर कार्य करता है जिसमें चार्ज किए गए समूह उत्प्रेरक अधिनियम में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते हैं। ऐसे एंजाइमों का एक उदाहरण पपैन, साथ ही इनवर्टेज़ है, जो तटस्थ सुक्रोज अणुओं के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करता है और 3.0-7.5 की पीएच रेंज में निरंतर गतिविधि बनाए रखता है।

अधिकतम एंजाइम गतिविधि के अनुरूप पीएच मान आवश्यक रूप से इस एंजाइम के सामान्य इंट्रासेल्युलर वातावरण की पीएच मान विशेषता से मेल नहीं खाता है; उत्तरार्द्ध पीएच इष्टतम से ऊपर और नीचे दोनों हो सकता है। इससे पता चलता है कि एंजाइम गतिविधि पर पीएच का प्रभाव कोशिका के भीतर एंजाइमेटिक गतिविधि को विनियमित करने के लिए जिम्मेदार कारकों में से एक हो सकता है। चूँकि कोशिका में सैकड़ों एंजाइम होते हैं, और उनमें से प्रत्येक पीएच में परिवर्तन के लिए अलग-अलग प्रतिक्रिया करता है, कोशिका के भीतर पीएच मान शायद सेलुलर चयापचय के नियमन की जटिल प्रणाली में महत्वपूर्ण तत्वों में से एक है।