กิจกรรมของเอนไซม์: หน่วยการวัดการควบคุมและปัจจัย - เคมี - 2026

เอนไซม์เป็นวิธีการแสดงปริมาณของเอนไซม์ในปัจจุบันในช่วงเวลาที่กำหนด บ่งชี้ปริมาณของสารตั้งต้นที่เปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์โดยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่อหนึ่งหน่วยเวลา

มันได้รับอิทธิพลจากเงื่อนไขที่ปฏิกิริยาของเอนไซม์เกิดขึ้นซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมักหมายถึงอุณหภูมิที่วัดได้ แต่เอนไซม์คืออะไร? พวกมันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่สามารถเร่งความเร็วของปฏิกิริยาโดยไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ย้อนกลับไม่ได้ในระหว่างกระบวนการเร่งปฏิกิริยา

สับปะรดหรือสับปะรดผลไม้ที่มีเอนไซม์โบรมีเลนจึงมีฤทธิ์ของเอนไซม์สูงที่มา: H. Zell

โดยทั่วไปเอนไซม์เป็นโปรตีนยกเว้นไรโบโซมโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่มีกิจกรรมของเอนไซม์

เอนไซม์เพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาโดยการลดอุปสรรคพลังงาน (พลังงานกระตุ้น); ที่จะต้องหมดอายุจึงจะเข้าสู่สถานะการเปลี่ยนแปลงจึงเกิดปฏิกิริยาขึ้น

โมเลกุลของสารตั้งต้นที่ถึงสถานะการเปลี่ยนผ่านได้รับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซึ่งนำไปสู่การก่อให้เกิดโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ เอนไซม์แบ่งออกเป็น 6 กลุ่มใหญ่ ๆ ได้แก่ oxyreductases, transferases, hydrolases, lyases, isomerases และ ligases

ตัวอย่างเช่นเอนไซม์โบรมีเลนและปาเปนเป็นเอนไซม์ย่อยโปรตีน (ไฮโดรเลส) ที่พบในสับปะรดหรือสับปะรดและมะละกอหรือมะละกอตามลำดับ

เป็นที่ทราบกันดีว่าทั้งสับปะรดและมะละกอช่วยในกระบวนการย่อยอาหารเนื่องจากทำหน้าที่ของเอนไซม์ย่อยโปรตีนที่มีอยู่จึงช่วยย่อยโปรตีนจากเนื้อสัตว์และธัญพืช

หน่วยของการทำงานของเอนไซม์

หน่วยเอนไซม์ (IU) คือปริมาณเอนไซม์ที่เร่งการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้น 1 µmol ในหนึ่งนาที

ต่อจากนั้นระบบหน่วยสากล (SI) ได้กำหนดหน่วยของกิจกรรมของเอนไซม์เป็นปริมาณของเอนไซม์ที่แปลงสารตั้งต้น 1 โมลเป็นผลิตภัณฑ์ต่อวินาที หน่วยนี้ได้รับชื่อ katal (kat)

1 โมล = 10 ⁶ µmol และ 1 นาที = 60 วินาที

ดังนั้น 1 katal เท่ากับ 60 · 10 ⁶ IU เนื่องจาก katal เป็นหน่วยใหญ่จึงมักใช้หน่วยที่เล็กกว่าเช่น microkatal (µkat), 10 ^-6 katal และ nanokatal (πkat), 10 ^-9 katal

กิจกรรมเฉพาะ

เป็นจำนวนหน่วยของกิจกรรมของเอนไซม์หารด้วยมิลลิกรัมของโปรตีนในตัวอย่างที่ทดสอบ กิจกรรมเฉพาะเกี่ยวข้องโดยตรงกับระดับการทำให้บริสุทธิ์ของเอนไซม์

กิจกรรมของเอนไซม์วัดได้อย่างไร?

มีหลายวิธีในการกำหนดกิจกรรมของเอนไซม์ การเลือกวิธีการเฉพาะจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการทดสอบเอนไซม์ การบังคับใช้วิธีการ การเข้าถึงอุปกรณ์ที่จำเป็นในการทดลอง ค่าใช้จ่ายในการใช้วิธีการเฉพาะ ฯลฯ

มีวิธีการทางสเปกโตรโฟโตเมตริก, ฟลูออโรเมตริก, เคมีลูมิเนสเซนซ์, แคลอรีเมตริก, ภาพรังสีและโครมาโตกราฟี

วิธีการสเปกโตรโฟโตเมตริกสามารถวัดค่าสีและอ่านได้ในบริเวณรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

- วิธีการวัดสี

มันขึ้นอยู่กับการสร้างโครโมฟอร์โดยการกระทำของเอนไซม์ กิจกรรมของเอนไซม์สามารถติดตามได้อย่างต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่อง

แบบฟอร์มต่อเนื่อง

ในรูปแบบต่อเนื่องรีเอเจนต์จะถูกวางไว้ใน cuvette ในเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ที่ความยาวคลื่นที่ต้องการซึ่งสอดคล้องกับค่าที่โครโมโซมมีค่าความหนาแน่นของแสงสูงสุด และนอกจากนี้ไม่มีการรบกวนกับสารอื่นที่อาจสร้างขึ้น

ปฏิกิริยาของเอนไซม์เริ่มต้นโดยการเพิ่มตัวอย่างที่มีเอนไซม์ซึ่งเป็นกิจกรรมที่จะถูกกำหนด นาฬิกาจับเวลาจะเริ่มทำงานพร้อมกันและในบางครั้งค่าความหนาแน่นของแสงจะถูกบันทึกไว้

เนื่องจากทราบถึงความเท่าเทียมกันของความหนาแน่นของแสงกับโมลของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์จากการกระทำของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับเทคนิคที่ใช้จึงสามารถคำนวณโมลของสารตั้งต้นที่ใช้หรือโมลที่ผลิตได้

นอกจากนี้เนื่องจากเวลาที่ผ่านไปของปฏิกิริยาของเอนไซม์ถูกวัดได้โมลที่บริโภคหรือผลิตต่อวินาทีจึงสามารถรับได้ ดังนั้นกิจกรรมของเอนไซม์จึงถูกสร้างขึ้นในหน่วยคาตัล

รูปร่างไม่ต่อเนื่อง

ในรูปแบบชุดเพื่อตรวจสอบการทำงานของเอนไซม์หลอดทดสอบที่มีส่วนประกอบของปฏิกิริยายกเว้นตัวอย่างที่มีเอนไซม์หรือส่วนประกอบอื่นจะถูกวางไว้ในอ่างที่อุณหภูมิ37ºC จากนั้นปฏิกิริยาจะเริ่มต้นด้วยการเพิ่มส่วนประกอบที่ขาดหายไป

เวลาที่ระบุโดยเทคนิคได้รับอนุญาตให้เกิดขึ้นและปฏิกิริยาจะสิ้นสุดลงโดยการเติมสารประกอบที่หยุดปฏิกิริยา ความหนาแน่นของแสงจะถูกอ่านในขณะนั้นและในที่สุดก็ดำเนินการในลักษณะเดียวกับวิธีการต่อเนื่องเพื่อตรวจสอบการทำงานของเอนไซม์

- วิธีการอ่านด้วยแสงอัลตราไวโอเลต

ตัวอย่างเช่นโคเอนไซม์นิโคตินามิดาดินิวคลีโอไทด์มีสองรูปแบบคือ NADH (ลดลง) และ NAD ⁺ (ออกซิไดซ์) ในทำนองเดียวกันโคเอนไซม์ nicotinamityinucleotidephosphate มีสองรูปแบบ NADPH และ NADP ⁺ลดลงและออกซิไดซ์ตามลำดับ

ทั้งรูปแบบที่ลดลงและออกซิไดซ์ของโคเอนไซม์จะถูกอ่านที่ความยาว 260 นาโนเมตรจากแสงอัลตราไวโอเลต ในขณะเดียวกันจะอ่านเฉพาะรูปแบบที่ลดลงที่ความยาว 340 นาโนเมตรจากแสงอัลตราไวโอเลต

ดังนั้นทั้งในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นหรือการรีดิวซ์ซึ่งโคเอนไซม์ที่มีชื่อมีส่วนร่วมจึงอ่านได้ที่ 340 นาโนเมตร

โดยพื้นฐานแล้วการกำหนดกิจกรรมของเอนไซม์จะเหมือนกับที่ตามมาในรูปแบบต่อเนื่องของวิธีการวัดสี ยกเว้นว่าความหนาแน่นของแสงที่ 340 นาโนเมตรจะถูกอ่านเพื่อสังเกตการสร้าง NADH หรือ NADPH หรือเพื่อวัดการใช้โคเอนไซม์เหล่านี้

สิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับว่าปฏิกิริยาที่วัดได้คือการเกิดออกซิเดชันหรือการลดลง การใช้ความสอดคล้องกันระหว่างความหนาแน่นของแสงและโมลของ NADH และ NADPH แล้วแต่กรณีสามารถคำนวณกิจกรรมของเอนไซม์ได้โดยการหารโมลของโคเอนไซม์ด้วยเวลาที่ผ่านไปเป็นวินาที

การควบคุมการทำงานของเอนไซม์

ควบคุมในระดับวัสดุพิมพ์หรือผลิตภัณฑ์

เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นกิจกรรมของเอนไซม์จะเพิ่มขึ้น แต่ที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นไซต์ที่ใช้งานอยู่หรือไซต์ที่ใช้งานอยู่ของเอนไซม์จะอิ่มตัวเพื่อให้กิจกรรมของเอนไซม์คงที่

อย่างไรก็ตามผลิตภัณฑ์จากการทำงานของเอนไซม์ยังสามารถโต้ตอบกับไซต์ที่ใช้งานของเอนไซม์ซึ่งทำให้เกิดการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์

ผลิตภัณฑ์สามารถทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งการแข่งขัน ตัวอย่างเช่นอาจกล่าวถึงเอนไซม์เฮกโซไคเนส เอนไซม์นี้ผลิตฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสทำให้เกิดกลูโคส -6- ฟอสเฟตซึ่งเป็นสารประกอบที่เมื่อสะสมจะยับยั้งเฮกโซไคเนส

การควบคุมข้อเสนอแนะ

อาจเกิดขึ้นได้ที่กลุ่มของเอนไซม์ (A, B, C, D, E และ F) ทำหน้าที่ตามลำดับในเส้นทางการเผาผลาญ Enzyme B ใช้ผลิตภัณฑ์ของ Enzyme A เป็นสารตั้งต้นและอื่น ๆ

เซลล์ขึ้นอยู่กับความต้องการในการเผาผลาญสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งลำดับของกิจกรรมของเอนไซม์ได้ ตัวอย่างเช่นการสะสมของผลิตภัณฑ์เอนไซม์ F สามารถออกฤทธิ์โดยการยับยั้งเอนไซม์ A หรือเอนไซม์อื่น ๆ ในลำดับ

เอนไซม์ Allosteric

เอนไซม์สามารถประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วยโดยแต่ละหน่วยมีไซต์ที่ทำงานอยู่ตามลำดับ แต่หน่วยย่อยเหล่านี้ไม่ได้ทำงานอย่างอิสระดังนั้นกิจกรรมของหน่วยย่อยใดหน่วยหนึ่งสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของส่วนที่เหลือได้

แม้ว่าเฮโมโกลบินจะไม่ถือว่าเป็นเอนไซม์ แต่ก็เป็นแบบจำลองที่งดงามสำหรับปรากฏการณ์ของการสร้างจิตวิญญาณ เฮโมโกลบินประกอบด้วยโซ่โปรตีนสี่สายโซ่αสองเส้นและโซ่βสองเส้นซึ่งแต่ละโซ่เชื่อมต่อกับกลุ่มฮีม

ปรากฏการณ์สองอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างหน่วยย่อย: homoalosterism และ heteroalosterism

Homoalosterism

การผูกสารตั้งต้นกับหนึ่งในหน่วยย่อยจะเพิ่มความสัมพันธ์ของหน่วยย่อยอื่น ๆ สำหรับสารตั้งต้นซึ่งจะเป็นการเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ของแต่ละหน่วยย่อยที่เหลือ

ในทำนองเดียวกันการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ในหน่วยย่อยใดหน่วยหนึ่งก่อให้เกิดผลเช่นเดียวกันในส่วนที่เหลือ

ในกรณีของฮีโมโกลบินการจับออกซิเจนกับกลุ่มฮีมของหนึ่งในโซ่โปรตีนจะทำให้ความต้องการออกซิเจนในโซ่ที่เหลือเพิ่มขึ้น

ในทำนองเดียวกันการปลดปล่อยออกซิเจนจากกลุ่มฮีมทำให้เกิดการปลดปล่อยออกซิเจนจากกลุ่มที่เหลือของโซ่โปรตีน

Heterolosterism

การจับตัวของสารกระตุ้นหรือยับยั้งสารอื่นที่ไม่ใช่สารตั้งต้นกับหน่วยย่อยใดหน่วยหนึ่งจะทำให้เกิดการกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ในหน่วยย่อยอื่น ๆ

ในกรณีของฮีโมโกลบินการจับกับกลุ่ม heme ของ H ⁺ , CO ₂และ 2,3-diphosphoglycerate กับหนึ่งในหน่วยย่อยจะลดความสัมพันธ์ของกลุ่มฮีมสำหรับออกซิเจนทำให้เกิดการปลดปล่อย การปลดปล่อยออกซิเจนนี้ยังผลิตในสายโซ่อื่น ๆ ของฮีโมโกลบิน

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการทำงานของเอนไซม์

- ความเข้มข้นของสารตั้งต้น

เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นกิจกรรมของเอนไซม์ก็เพิ่มขึ้นด้วย เนื่องจากการเข้าถึงโมเลกุลของสารตั้งต้นที่เพิ่มขึ้นไปยังบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์

แต่สำหรับความเข้มข้นที่กำหนดของสารตั้งต้นไซต์ที่ใช้งานทั้งหมดของเอนไซม์จะอิ่มตัวด้วยสิ่งนี้ทำให้กิจกรรมของเอนไซม์ไม่เพิ่มขึ้นแม้ว่าความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะเพิ่มขึ้นก็ตาม

-pH จากปฏิกิริยาของเอนไซม์

เอนไซม์มีค่า pH ที่เหมาะสมซึ่งความสัมพันธ์ของเอนไซม์สำหรับสารตั้งต้นสูงที่สุด ที่ pH นี้จะถึงค่าสูงสุดของกิจกรรมของเอนไซม์

ความเป็นกรดมากเกินไปหรือความเป็นพื้นฐานของตัวกลางอาจทำให้เกิดการสูญเสียสภาพของเอนไซม์ซึ่งส่งผลให้กิจกรรมของมันลดลง

โปรไฟล์ pH ของการทำงานของเอนไซม์มีความหลากหลาย ตัวอย่างเช่นเปปซินมีกิจกรรมสูงสุดระหว่าง 1-2 หน่วย pH; ทริปซินมี pH ที่เหมาะสมเท่ากับ 8 และปาเปนมีกิจกรรมคงที่ระหว่างช่วง pH ระหว่าง 4 ถึง 8

- อุณหภูมิของปฏิกิริยาของเอนไซม์

การทำงานของเอนไซม์จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปกิจกรรมของเอนไซม์จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ 10 องศาของการเพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของเอนไซม์

อย่างไรก็ตามเมื่อเกินอุณหภูมิที่เหมาะสมกิจกรรมของเอนไซม์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะโปรตีนและเอนไซม์จึงได้รับการสูญเสียสภาพเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมากเกินไป

- ความเข้มข้นของไอออนิกของปฏิกิริยา

โดยทั่วไปเอนไซม์มีกิจกรรมที่เหมาะสมที่สุดในช่วงความเข้มข้นระหว่าง 0 ถึง 500 mmol / L อย่างไรก็ตามสำหรับความเข้มข้นที่สูงขึ้นกิจกรรมของเอนไซม์มีแนวโน้มที่จะลดลง

ภายใต้สถานการณ์เหล่านี้ปฏิกิริยาระหว่างไอออนิกบางอย่างในเอนไซม์ซึ่งจำเป็นสำหรับกิจกรรมสูงสุดจะถูกปิดกั้น

อ้างอิง

1. Segel, IH (1975) การคำนวณทางชีวเคมี (2 ^{ครั้ง} Edition) John Wiley & Sons, INC
2. เลห์นิงเงอร์แอละแบมา (2518) ชีวเคมี. (2 ^{ครั้ง} Edition) Worth Publishers, Inc.
3. Mathews, CK, van Holde, KE และ Ahern, KG (2002) ชีวเคมี. (3 ^RA Edition) Pearson Addison Weshley
4. วิกิพีเดีย (2019) การทดสอบเอนไซม์ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. กอนซาเลซฮวนมานูเอล (เอสเอฟ) เอนไซม์ไคเนติก. หลักสูตรชีวโมเลกุล. กู้คืนจาก: ehu.eus