Enzym: Nomenclatuur, chemische aard en mechanisme

Enzym: Nomenclatuur, chemische aard en mechanisme!

Een van de belangrijkste functies van eiwitten in levende cellen is om als enzymen te werken.

Het woord "enzym" werd voor het eerst geïntroduceerd door Kuhne in 1878. Het is afgeleid van het oorspronkelijke Griekse woord enzym (Gr. En-in, zyme-zuurdesem), wat "in gist" betekent.

In 1896 slaagde Buchner erin een stof die actief was in fermentatie uit de gistcellen te extraheren. Deze stof werd later zymase genoemd en vertegenwoordigt een deel van het enzymsysteem dat bij fermentatie is betrokken. In 1926 isoleerde professor JB Sumner van jack beans, door middel van aceton, het enzym urease in kristallijne vorm.

Definitie:

Een enzym kan worden gedefinieerd als een complexe biologische katalysator die door een levend organisme in zijn cellen wordt geproduceerd om de verschillende fysiologische processen van het lichaam te reguleren. Enzymen die functioneel zijn buiten de levende cellen worden exoenzymen genoemd, bijvoorbeeld enzymen die aanwezig zijn in spijsverteringssappen, lysozym van tranen. Enzymen functioneel in levende cellen staan ​​bekend als endozymen, bijv. Enzymen van de Krebs-cyclus, enzymen van glycolyse, enz.

De stof waarop een enzym inwerkt wordt het "substraat" genoemd en in het algemeen gesproken is het enzym zelf genoemd naar het substraat door het achtervoegsel "ase" toe te voegen aan dat van substraat. Zo zijn proteasen bijvoorbeeld een groep enzymen die op eiwitten inwerken, lipasen zijn een groep enzymen die op lipide stoffen werken en maltase is de naam van enzym dat op maltose werkt.

Soms geeft de naam van een enzym de aard aan van de reactie die het teweegbrengt. Invertase bijvoorbeeld, dat sucrose in glucose en fructose verbreekt, brengt inversie teweeg (dit is een proces waarbij het uitgangsmateriaal dat één type optische rotatie vertoont, eindproducten oplevert die het tegenovergestelde type optische rotatie vertonen).

Nomenclatuur:

Een onderzoek van de enzymnaamgeving laat zien dat het in veel gevallen zowel inconsistent als misleidend is. Ook ontbreken er gevallen waarin verschillende biochemici verschillende namen gaven voor hetzelfde enzym. Deze anomalie is verwijderd door de Internationale Commissie voor Enzymen in haar rapport in 1961.

De Commissie erkende dat elk enzym zou moeten bestaan ​​uit: (1) de naam van het substraat en (2) een woord dat eindigt op "ase" en specificeert een soort katalytische reactie zoals in barnsteenzuurdehydrogenase, pyruvaattransaminase. Deze nomenclatuur is nauwkeurig en systematisch, maar in sommige gevallen is deze lang en verdraait hij. Het is om deze reden dat de triviale namen worden bewaard met officiële sanctie, maar alleen met betrekking tot hun systematische namen.

Het moderne systeem van enzymclassificatie werd geïntroduceerd door de International Union of Biochemistry (IUB) in 1961. Het groepeert enzymen in de volgende zes categorieën.

1. Oxidoreductasen:

Ze nemen deel aan oxidatie- en reductiereacties of overdracht van elektronen. Oxidoreductasen zijn van drie typen: oxidasen, dehydrogenasen en reductasen, bijv. Cytochroomoxidase (oxideert cytochroom), succinaatdehydrogenase, nitraatreductase.

2. Transferases:

Ze dragen een groep over van het ene molecuul naar het andere, bijvoorbeeld glutamaat-pyruvaattransaminase (transfereert de aminogroep van glutamaat naar pyruvaat tijdens de synthese van alanine). De overdracht van chemische groepen vindt niet plaats in de vrije staat.

3. Hydrolasen:

Ze verdelen grote moleculen in kleinere moleculen met behulp van waterstof- en hydroxylgroepen van watermoleculen. Het fenomeen wordt hydrolyse genoemd. Spijsverteringsenzymen behoren tot deze groep, bijv. Amylase (hydrolyse van zetmeel), sucrase en lactase.

4. Lyasen:

De enzymen veroorzaken splitsing, verwijdering van groepen zonder hydrolyse, toevoeging van groepen aan dubbele bindingen of omgekeerd, bijv. Histidinedecarboxylase (breekt histidine naar histamine en CO ₂ ), aldolase (fructose-1, 6-difosfaat naar dihydroxyacetonfosfaat en glyceraldehydefosfaat ).

5. Isomerasen:

De enzymen veroorzaken een herschikking van de molecuulstructuur om isomere veranderingen teweeg te brengen. Ze zijn van drie typen, isomerasen (aldose tot ketose groep van omgekeerd, zoals glucose 6-fosfaat tot fructose 6-fosfaat), epimerasen (verandering in positie van een bestanddeel of koolstofgroep zoals xylulose fosfaat tot ribulose fosfaat) en mutasen (verschuiving de positie van zijgroep zoals glucoses-fosfaat tot glucose-l-fosfaat).

6. Ligases:

(Synthetasen). De enzymen katalyseren de binding van twee chemicaliën met behulp van energie die wordt verkregen uit ATP, bijvoorbeeld fosfenolpyruvaat PEP-carboxylase (combineert fosfenolpyruvaat met kooldioxide-vormend oxaalacetaat vergezeld van hydrolyse van ATP.)

Het moderne systeem van enzymennomenclatuur geïntroduceerd door International Union of Biochemistry (IUB) voorziet in een methode om vier getallen te geven aan elk gegeven enzym, waarbij het eerste getal de hoofdklasse aangeeft waarin het enzym valt, de tweede en derde respectievelijk de subklasse en subklassen en de vierde is het serienummer van het enzym in zijn specifieke subklasse; de vier nummers zijn gescheiden door punten.

Zodoende krijgt malisch dehydrogenase het enzym commissie nummer (Ec nr. 1) 1.1.1.37. De eerste 1 geeft aan dat het enzym een ​​oxidoreductase is, de tweede 1 geeft aan dat het enzym inwerkt op de CH-OH-groep van donoren en derde geeft aan dat in de reactie die het enzym bevordert, NAD of NADP fungeert als een acceptormolecuul 37, is het laatste getal in het serienummer dat aan dit specifieke enzym wordt gegeven, is de groep die wordt gekenmerkt door eigenschappen die 1.1.1 aangeven.

Chemische aard van Enzymen:

Alle enzymen zijn eiwitachtig van aard (Sumner, 1926) met uitzondering van recent ontdekte RNA-enzymen. Sommige enzymen kunnen bovendien een niet-eiwitgroep bevatten.

Op basis van verschillen in chemische aard kunnen de enzymen als volgt worden beschreven:

(i) Eenvoudige enzymen:

Sommige enzymen zijn eenvoudige eiwitten, dat wil zeggen, bij hydrolyse leveren ze alleen aminozuren op. Spijsverteringsenzymen zoals pepsine, trypsine en chymotrypsine zijn van deze aard.

(ii) Conjugate Enzymes:

Het is een enzym dat uit twee delen bestaat - een eiwitdeel dat apoenzym wordt genoemd (bijv. Flavoproteïne) en een niet-eiwitgedeelte met de naam cofactor. Het complete geconjugeerde enzym, bestaande uit een apoenzym en een cofactor, wordt Holoenzyme genoemd.

Er kan alleen een enzymatische activiteit zijn wanneer beide componenten (apoenzym en cofactor) samen aanwezig zijn. De cofactor is soms een eenvoudig tweewaardig metaalion (bijv. £., Ca, Mg, Zn, Co, enz.) En soms een niet-proteïne organische verbinding. Sommige enzymen vereisen echter beide soorten cofactoren. Als de cofactor stevig aan het apoenzym is gebonden, wordt het een prothetische groep genoemd.

Cytochromen zijn bijvoorbeeld de enzymen die porfyrinen als hun prosthetische groepen bezitten. Als, in plaats van dat deze min of meer permanent aan het apoenzym is gebonden, de co-factor zich pas op het moment van de reactie aan het apoenzym hecht, wordt dit een co-enzym genoemd.

(iii) Metallo-enzymen:

De metaalcofactoren die betrokken zijn bij enzymreacties zijn zowel monovalente (K ⁺ ) als tweewaardige kationen (Mg ⁺⁺, Mn ⁺⁺, Cu ⁺⁺ ). Deze kunnen losjes door het enzym worden vastgehouden, of zoals in sommige gevallen in de samenstelling van het molecuul zelf gaan. Als het metaal deel uitmaakt van het molecuul, zoals ijzer of hemoglobine of cytochroom, worden de enzymen metallo-enzymen genoemd.

(iv) Isoenzymen (Isozymen):

Er werd ooit gedacht dat een organisme slechts één enkel enzym heeft voor een gegeven stap van een metabole reactie. Later werd ontdekt dat een substraat kan worden beïnvloed door een aantal varianten van een enzym dat hetzelfde product produceert.

De meervoudige moleculaire vormen van een enzym dat in hetzelfde organisme voorkomt en een vergelijkbare substraatactiviteit heeft, worden isoenzymen of isozymen genoemd. Het is bekend dat meer dan 100 enzymen isoenzymen bevatten. Aldus heeft a-amylase van tarwodeminosperm 16 isozymen, melkzuurdehydrogenase heeft 5 isoenzymen bij de mens, terwijl alcoholdehydrogenase 4 isozymen in maïs heeft. Isoenzymen verschillen in activiteitsoptima en -remming.

Het meest grondig bestudeerde isozym is melkzuurdehydrogenase (LDH) dat voorkomt in vijf mogelijke vormen in organen van de meeste gewervelde dieren zoals waargenomen door elektroforetische scheiding van zetmeelgel. Er komen twee fundamenteel verschillende typen LDH voor. Eén type, dat sterk wordt geremd door relatief lage concentraties pyruvaat, overheerst in het hart en wordt LDH-hart genoemd.

Het andere type, minder gemakkelijk geremd door pyruvaat, komt voor in veel skeletspieren en wordt daarom spier-LDH genoemd. Het LDH-hart bestaat uit 4 identieke subeenheden, die H-subeenheden worden genoemd. De spier LDH bestaat uit 4 identieke M-subeenheden. De twee soorten subeenheden, H en M, hebben verschillende aminozuursamenstellingen, enzymkinetica en immunologische eigenschappen. Deze subeenheden in verschillende combinaties produceren 5 isoenzymen.

Ze zijn dus nuttig voor het organisme om zich aan te passen aan verschillende omgevingscondities.

Mechanisme van enzymactie:

Het enzym bevordert een gegeven reactie, maar zelf blijft aan het einde van de reactie onveranderd. In 1913 stelden Michaelis en Menten voor dat een tussenliggend enzym-substraatcomplex wordt gevormd tijdens de enzymatische activiteit. Het volgende schema kan worden geschreven om concept te illustreren:

Enzymen zijn biologische katalysatoren die de reactiesnelheid versnellen door de kinetische eigenschappen te veranderen. Aldus oefent het enzym (E) zijn katalytische rol uit op het substraat (S) door een enzym-substraatcomplex (ES) te vormen door een omkeerbare reactie waarbij K1 de snelheidsconstante voor de vorming van ES is, en K2 de snelheid is constante voor de dissociatie van ES naar E en S.

Na de vorming van ES wordt substraat (S) omgezet in de producten, waardoor enzym (E) beschikbaar wordt gemaakt voor verdere combinatie met meer substraat. De omzettingssnelheid van ES in de producten van de reactie kan worden aangegeven door de constante K3.

Elke enzymgekatalyseerde reactie heeft een karakteristieke _Km- waarde, hetgeen de Michalies-Menten-constante is, die een maat is voor de neiging van het enzym en het substraat om met elkaar te combineren.

Op deze manier is de _Km- waarde een index van de affiniteit van het enzym voor zijn specifieke substraat. Grotere affiniteit van een enzym voor zijn substraat, hoe lager de _Km- waarde.

Enzymen verminderen de energie van activering:

Energie van activering is die minimale hoeveelheid energie die van een molecuul vereist is om deel te nemen aan een reactie. Het effect van enzymen is om de vereisten voor activeringsenergie te verlagen, waardoor aanmerkelijke reactiesnelheden bij lagere temperaturen worden bevorderd dan anders mogelijk zou zijn.

De katalytische locaties:

Enzymen zijn veel groter in vergelijking met de substraatmoleculen. In een enzymsubstraat is het substraat dus in contact met slechts een zeer klein gebied van het enzymoppervlak. Dit deel van het enzym dat aminozuurresiduen en peptidebindingen omvat die in fysisch contact met het substraat zijn maar essentieel voor katalytische activiteit bij elkaar gezet vormen een actieve plaats, momenteel aangeduid als de katalytische plaats.

Exclusief de katalytische plaats kan de rest van het enzymmolecuul noodzakelijk zijn voor het handhaven van de correcte driedimensionale conformatie van de katalytische plaats of deze kan er gewoon zijn zonder enige functionele rol.

De structuur van een katalytische site is bestudeerd in sommige enzymen. Het is ofwel een spleet op het enzym zoals in papaïne en ribonuclease of een diepe put zoals in koolzuuranhydrase. Wat de vorm van de katalytische plaats ook is, er wordt aangenomen dat het juiste substraat bindt met de katalytische plaats die een substraat-katalytisch plaatscomplex produceert.

De term productieve binding wordt vaak toegepast op dit complex. In productieve binding vertonen zowel de enzymen als substraten conformatieveranderingen met een reductie in activeringsenergie zodat het substraat wordt omgezet in een product.

Theories of Enzyme Action:

1. Lock and Key-hypothese:

Het enzym-substraatcomplex dat voor het eerst door Emil Fischer werd verondersteld rond 1884, veronderstelde een rigide lock-and-key-unie tussen beide. Het deel van het enzym waaraan het substraat (of substraten) wordt gekoppeld terwijl het een conversie naar een product ondergaat, wordt de actieve site genoemd.

Als de actieve site rigide en specifiek voor een gegeven substraat was, zou reversibiliteit van de reactie niet optreden, omdat de structuur van het product anders is dan die van het substraat en niet goed zou passen.

2. Induced-fit-theorie:

In tegenstelling tot een rigide geordende actieve site van Fischer, vond Daniel E. Koshland (1973) bewijs dat de actieve site van enzymen kan worden geïnduceerd door een nabije benadering van het substraat (of product) om een ​​verandering in conformatie te ondergaan die een betere combinatie mogelijk maakt. tussen de twee.

Dit idee is nu algemeen bekend als de theorie van geïnduceerde fit en wordt hieronder geïllustreerd. Blijkbaar is de structuur van het substraat ook veranderd in veel gevallen van geïnduceerde pasvorm, waardoor een functioneler enzym-substraatcomplex mogelijk is.

Eigenschappen van Enzymes:

1. De katalytische aard van het enzym is reeds eerder in detail besproken.

2. Omkeerbaarheid:

Theoretisch zijn alle enzymgecontroleerde reacties omkeerbaar. Omkeerbaarheid is echter afhankelijk van de energiebehoefte, beschikbaarheid van reactant, concentratie van eindproducten en pH. Als het chemische potentieel van reactanten zeer hoog is in vergelijking met dat van de producten, zou de reactie alleen kunnen doorgaan in de richting van productvorming, vanwege de chemische wet van massale actie. De meeste decarboxylatie en hydrolytische reacties zijn onomkeerbaar.

Hetzelfde enzym vergemakkelijkt voorwaartse en achterwaartse beweging van een reactie als het alleen thermodynamisch mogelijk is. Een overtuigend voorbeeld wordt gezien in de routes van ademhaling en fotosynthese. De enzymen van glycolyse en pentosefosfaatroute maken glucose ongelijk. Sommige van deze enzymen werken in de omgekeerde richting in fotosynthese en bouwen glucose op uit koolstofdioxide en water.

3. Hittegevoeligheid:

Alle enzymen zijn warmtegevoelig of thermolabiel. De meeste enzymen werken optimaal tussen 25 ° -35 ° C. Ze worden inactief bij vriestemperaturen en gedenatureerd bij 50 ° -55 ° C. Thermische algen en bacteriën vormen echter een uitzondering. Hun enzymen blijven functioneel, zelfs bij 80 ° C. Enzymen van zaden en sporen worden ook niet gedenatureerd bij 60 ° -70 ° C.

4. pH-gevoelig:

Elk enzym functioneert bij een bepaalde pH, bijv. Pepsine (2 pH), sucrase (4-5 pH), trypsine (8, 5 pH). Een verandering van pH maakt de enzymen niet effectief.

5. Specificiteit van acties:

Enzymen vertonen specificiteit voor de substraten waarop ze hun katalytische rol uitoefenen. Deze unieke eigenschap van de enzymen wordt bepaald door: (1) de structurele configuratie van het substraatmolecuul, (2) de conformatie van het enzym en (3) de actieve of katalytische plaatsen op het enzym. De substraatspecificiteit van enzymen is van twee soorten: groepsspecificiteit en stereospecificiteit.

Enzymen vertonen gewoonlijk groepsspecificiteit dwz ze vallen alleen een groep chemisch gerelateerde verbindingen aan. De groepsspecificiteit kan een relatieve groepspecificiteit zijn, in welk geval het enzym op een aantal homologe substraten functioneert.

Aldus draagt ​​hexokinase fosfaatgroep over van ATP naar ten minste 23 hexosen of hun derivaten zoals glucose, mannose, fructose en glucosamine. Sommige van de groep-specifieke enzymen vertonen een absolute groepsspecificiteit, wat betekent dat het enzym alleen op een enkele verbinding werkt en niet op de homologen ervan. Mannose, glucokinase en fructokinase zijn betrokken bij respectievelijk fosforyleringen van de hexosen, mannose, glucose en fructose.

Enzymen vertonen ook stereospecificiteit naar het substraat toe en het wordt tentoongesteld met zowel optische als geometrische isomeren.

(i) Als het enzym optische specificiteit vertoont, werkt het op ofwel dextro (D) of laevo (L) -isomeer van de verbindingen. Zo oxideert D. aminozuur oxidase alleen D. aminozuren en reageren L. aminozuur oxidasen alleen met L. aminozuren.

(ii) De geometrische specificiteit wordt getoond in de richting van de cis- en trans-isomeren. Fumaarzuur en appelzuur zijn twee geometrische isomeren. Fumaarhydratase werkt alleen op het trans-isomeer fumaarzuur maar niet op het cis-isomeer appelzuur.

6. Enzym-remming:

Stoffen of verbindingen die de snelheid van een door een enzym gekatalyseerde reactie verlagen, zijn bekend als remmers en het verschijnsel wordt beschreven als enzymremming. Er zijn drie soorten remmingen.

(i) Concurrerende remming:

Wanneer een verbinding concurreert met een substraat voor de actieve plaats op het enzymeiwit en daardoor de katalytische activiteit van dat enzym vermindert, wordt de verbinding als een competitieve remmer beschouwd. Remming door dergelijke structurele analogen (antimetabolieten genaamd), die worden omgekeerd door simpelweg meer substraat aan het reactiemengsel toe te voegen, staat bekend als competitieve remming.

Succinaat dehydrogenase oxideert bijvoorbeeld snel barnsteenzuur tot fumaarzuur. Als toenemende concentraties van malonzuur, die qua structuur sterk overeenkomen met barnsteenzuur, worden toegevoegd, neemt de barnsteenzuurdehydrogenase-activiteit sterk af.

De remming kan nu worden omgekeerd door op zijn beurt de concentratie van het substraat barnsteenzuur te verhogen. De hoeveelheid remming in dit type remming is gerelateerd aan (i) remmerconcentratie, (ii) substraatconcentratie en relatieve affiniteiten van remmer en substraat. Het remmende effect is omkeerbaar.

Of een inhibitor competitief is of niet kan worden gevonden door het Lineiveaver-Burk-plot te construeren. Competitieve remmers veranderen de _Km van het enzym omdat ze de actieve plaatsen bezetten. Ze veranderen echter niet de _Vmax of maximale snelheid van de reactie.

(ii) Niet-competitieve remming:

Het type remming dat niet kan worden teruggedraaid door de substraatconcentratie te verhogen, wordt niet-competitieve remming genoemd. De remmer combineert tamelijk sterk met een plaats op het enzym anders dan de actieve plaats en dit effect wordt niet overwonnen door simpelweg de substraatconcentratie te verhogen.

De hoeveelheid remming in dit type remming is gerelateerd aan (a) remmerconcentratie en (b) remmersaffiniteit voor het enzym. De substraatconcentratie heeft geen effect op dit systeem en niet-competitieve remmers veranderen de _Vmax en niet de _Km van het enzym.

Cyanide, azide en zware metalen zoals zilver, kwik, lood, enz. Zijn enkele voorbeelden van niet-competitieve remmers die essentiële sulfhydrylgroepen of de metaalcomponent van de enzymen combineren of vernietigen.

(iii) Remming (eindproduct) remming:

Wanneer het eindproduct van een reactie dient om de vorming van een van zijn eigen voorlopers te voorkomen door de werking van het enzym dat de zeer reactie katalyseert te remmen, wordt de remming feedbackremming genoemd.

De remming van omzetting van A in B door X zou een dergelijke remming zijn. Hier X, het uiteindelijke product van de reactie, dient om de vorming van een van zijn eigen voorlopers (B) te voorkomen door de werking van enzym a 'te remmen dat de verandering van A naar B katalyseert.

In dit geval kan enzym 'a' de pacemaker worden genoemd, omdat de gehele sequentie er effectief door wordt gereguleerd. Een feitelijk voorbeeld is de vorming van cytidinetrifosfaat (CTP) uit asparaginezuur en carbamylfosfaat in E. coli.

Als een kritische concentratie van CTP is opgebouwd, vertraagt ​​het trifosfaat zijn eigen formatie door het enzym aspartaattranscarbamylase (ATCase) te remmen, dat de pacemakerstap van zijn eigen synthese katalyseert. Wanneer de concentratie van trifosfaat voldoende wordt verlaagd door metabolisch gebruik, wordt remming afgegeven en wordt de synthese ervan vernieuwd.

Factoren die de enzymatische werking en enzymkinetiek beïnvloeden:

1. Enzymconcentratie:

De snelheid van een biochemische reactie stijgt met de toename van de enzymconcentratie tot een punt dat het beperkings- of saturatiepunt wordt genoemd. Verder heeft de toename van de enzymconcentratie weinig effect.

2. Substraatconcentratie:

De eerste bevredigende mathematische analyse van het effect van substraatconcentratie op de reactiesnelheid van enzymgekatalyseerde reactie werd uitgevoerd door Michaelis en Menten (1913). Bij een vaste enzymconcentratie zal een toename van het substraat als eerste resulteren in een zeer snelle stijging van de snelheid of reactiesnelheid.

Naarmate de substraatconcentratie blijft toenemen, begint de toename van de reactiesnelheid echter te vertragen totdat met een grote substraatconcentratie geen verdere verandering in de snelheid wordt waargenomen. De snelheid van de reactie verkregen bij deze hoge substraatconcentratie wordt gedefinieerd als de maximale snelheid (Vm) van de enzymgekatalyseerde reactie onder de gespecificeerde omstandigheden en de initiële reactiesnelheid verkregen met substraatconcentraties onder het verzadigingsniveau wordt V. genoemd.

De substraatconcentratie vereist om de helft van de maximale snelheid (Vm / 2) op te leveren, kan gemakkelijk worden bepaald uit de bovenstaande figuur en is een belangrijke constante in de enzymkinetiek. Het definieert de Michaelis-constante of KM. Met andere woorden, K wordt gedefinieerd als de substraatconcentratie wanneer V = ½ V _m -Onder nauwkeurig gedefinieerde omstandigheden van temperatuur, pH en ionsterkte van de buffer, benadert deze constante _Km de dissociatieconstante van een enzym-substraatcomplex. De reciproke waarde van _Km of 1 / _Km, benadert de affiniteit van een enzym voor zijn substraat.

Kinetiek van enzymactie:

De Michaelis-constante K is van aanzienlijk belang, omdat deze de werkingswijze verschaft van een enzym dat een reactie katalyseert. Opgemerkt moet worden dat bij lage substraatconcentratie de relatie tussen snelheid en substraat bijna lineair is en voldoet aan de eerste orde kinetiek, dat wil zeggen dat de snelheid van de reactie A-> B rechtevenredig is met de substraatconcentratie [A].

V = K '[A] laag [substraat]

Waarbij V de waargenomen snelheid van de reactie bij concentratie [A] is en K 'de specifieke snelheidsconstante is. Bij hoge substraatconcentratie is de snelheid van de reactie echter maximaal en onafhankelijk van het substraat [A]; vandaar dat het de nulde orde kinetiek gehoorzaamt.

V _m = K 'Verzadiging [substraat]

De Michaelis-Menten-vergelijking die deze relatie beschrijft en ook op bevredigende wijze de curve verklaart, is als volgt:

V = Vm [S] / K _m + [S]

Waarbij V = aanvankelijke reactiesnelheid bij gegeven substraatconcentratie [S]

K _m = Michaelis constant, mollen / liter.

V _m = maximale snelheid bij verzadigde substraatconcentraties

[S] = substraatconcentratie in mol / liter

Bepaling van _Km van een enzymreactie door Michaelis-Menten-vergelijking is in de praktijk moeilijk. Een uitkomst van deze vergelijking genaamd Line-weaver-Burk-plot wordt vaak gebruikt voor een dergelijke bepaling.

1. Temperatuur:

Een enzym is actief binnen een nauw temperatuurbereik. De temperatuur waarbij een enzym zijn grootste activiteit vertoont, wordt de optimale temperatuur genoemd. Enzymactiviteit neemt af boven en onder deze temperatuur. Als katalysator vertonen zij een verhoogde reactiviteit met de temperatuur, maar hun proteïneachtige aard maakt ze vatbaar voor thermische denaturatie boven de optimale temperatuur.

2. pH:

De pH waarbij de maximale enzymactiviteit optreedt varieert aanzienlijk van het ene enzym tot het andere. Dit staat bekend als het pH-optimum. Elke kleine verschuiving in beide richtingen heeft de neiging de enzymactiviteit aanzienlijk te verlagen. Omdat enzymen eiwitten zijn, beïnvloeden pH-veranderingen normaal het ionische karakter van de amino- en carbonzuurgroepen op het eiwitoppervlak en hebben daarom een ​​aanzienlijke invloed op de katalytische aard van een enzym.

3. Hydratatie:

Enzym functioneert maximaal onder de verhoogde kinetische activiteit van het substraat als de continue fase hoger is. Dat is de reden waarom de zaden met een laag watergehalte een minimale enzymatische activiteit registreren hoewel de substraten er volop aanwezig zijn. Bij kieming neemt de enzymatische activiteit echter sterk toe en dit is het gevolg van de absorptie van water en de daaruit voortvloeiende bevordering van de kinetische activiteit van substraatmoleculen.

coenzymes:

In cellulaire fysiologie worden veel enzymatische reacties voltooid in de aanwezigheid van co-enzymen. Dit zijn verbindingen die functioneren als de enzymen dwz ze versnellen de biologische reacties, maar het zijn geen eiwitten zoals de echte enzymen.

Definitie:

Een co-enzym kan worden gedefinieerd als een bepaald soort cofactor, dat wil zeggen een niet-eiwit organische verbinding, of een dragermolecuul dat functioneert in samenhang met een bepaald enzym.

Als de cofactor stevig aan het apoenzym is gebonden, wordt dit een prosthetische groep genoemd; en als, in plaats van min of meer permanent gebonden te zijn aan het apoenzym, de organische cofactor zich alleen op het moment van de reactie aan het enzymeiwit hecht, wordt het een co-enzym genoemd.

In cellulaire processen worden soms waterstofatomen of elektronen uit de ene verbinding verwijderd en naar de andere overgebracht. In al dergelijke gevallen katalyseert een specifiek enzym de verwijdering, maar een specifiek co-enzym moet ook aanwezig zijn om de overdracht uit te voeren. Het co-enzym sluit tijdelijk aan op, of aanvaardt de verwijderde groep atomen en kan deze vervolgens overhandigen aan een andere acceptorverbinding.

Chemische aard van co-enzymen:

De meerderheid van co-enzymen zijn chemische derivaten van de nucleotiden. Meer in het bijzonder wordt in de meeste co-enzymen het stikstof-basegedeelte van de nucleotiden vervangen door een andere chemische eenheid. Deze eenheid zelf is meestal een derivaat van een bepaalde vitamine. De volgende co-enzymen zijn belangrijk in cellulaire fysiologie.

(i) Flavinederivaten of flavinenucleotiden (FMN en FAD)

(ii) Pyridinederivaten of pyridine-nucleotiden (NAD en NADP).

(iii) Co-enzym A

(iv) Co-enzym Q

(iv) Cytochromen

(vi) Thiamine-pyrofosfaat

Hier worden slechts twee co-enzymen beschreven.

1. Flavine-nucleotiden of flavono-eiwitten:

Een grote groep ademhalingsenzymen gebruikt als hun co-factor een van de twee derivaten van riboflavine (vitamine B ₂ ). Het zijn flavine-mononucleotide (FMN) en flavine-adenine-nucleotide (FAD).

Structuur:

Riboflavine is een verbinding bestaande uit een ribose-eiwit en een flavinedeel, waarbij de laatste een complexe drievoudige ringstructuur is. In cellen is een fosfaatgroep gekoppeld aan riboflavine resulterend in een nucleotide-achtig complex dat bekend staat als flavine-mononucleotide (FMN) of riboflavine-monofosfaat. Als FMN zich aansluit op AMP, wordt een dinucleotide bekend als flavine-adenine-dinucleotide (FAD) gevormd.

functies:

De combinatie van FMN of FAD met een apoenzym wordt flavoproteïne (FP) genoemd. Flavoproteïnen katalyseerden de verwijdering van hydride-ion (H ^- ) en hydrozen-ion (H ⁺ ) uit een metaboliet. In deze co-enzymen is het flavinegedeelte van het molecuul de specifieke plaats voor tijdelijke hechting van waterstof.

FMN + MH ₂ ---> FADH ₂ + M

FMN + MH ₂ ---> FMNH ₂ + M

In deze reactie vertegenwoordigt MH een substraat, FADH, is de gereduceerde vorm van FAD, en FMNH2 is de gereduceerde vorm van FMN. Een belangrijke bron van waterstof voor deze reactie is het gereduceerde pyridinenucleotide.

H ⁺ + NADH + FAD ---> NAD ⁺ + FADH ₂

In alle gevallen geven gereduceerde flavoproteïnen hun elektronen door aan de cytochromen.

2. Co-enzym Q:

Dit enzym is een chinon, bekend als ubiquinone, en wordt voornamelijk aangetroffen in de mitochondria, maar ook in microsomen en celkernen, enz.

Structuur:

Het co-enzym Q of ubiquinon bestaat uit een chinon met een zijketen waarvan de lengte varieert met de bron van de mitochondriën. In de meeste dierlijke weefsels heeft het chinon 10 isoprenoside-eenheden in zijn zijketen en wordt het co-enzym Q _{10 genoemd} .

Functie:

Het co-enzym Q is een noodzakelijk onderdeel van de elektronentransportketen in de mitochondriën. Het dient als een extra waterstofdrager tussen de flavine co-enzymen (FAD en FMN) en de cytochromen.

Q + FADH ₂ ---> QH ₂ + FAD

Gereduceerd (QH ₂ ) draagt ​​zijn elektronen over aan cytochroom b in de mitochondriën.