Maklumat

Apakah maksud model enzim berasaskan ensembel?

Apakah maksud model enzim berasaskan ensembel?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya sedang membaca Pan et al. (2000), makalah tentang dihydrofolate reductase (DHFR). Mereka mendakwa menggunakan model berasaskan ensemble DHFR.

Apa itu a model berasaskan ensemble?


'ensemble' ialah satu set model berkaitan struktur.

Sebagai contoh, ensembel konformasi menerangkan struktur protein fleksibel. Terdapat pangkalan data struktur sedemikian di sini: http://pedb.vib.be/.

Apabila NMR digunakan untuk menentukan struktur, hasilnya adalah ensembel struktur (lihat kertas ini untuk perbandingan dengan kristalografi). Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk melihat pelbagai struktur untuk kristalografi juga. Kertas kerja mengenai "Mengakses ensembel konformasi protein menggunakan kristalografi sinar-X suhu bilik" menerangkan batasan kepada idea struktur kristal yang mempunyai satu struktur unik.


Laluan metabolik terdiri daripada rantai dan kitaran tindak balas pemangkin enzim.

Pada mulanya substrat tidak sesuai dengan sempurna ke dalam tapak aktif enzim. Apabila substrat terikat pada tapak aktif, ini mengubah bentuk tapak aktif dan barulah ia sesuai dengan substrat dengan sempurna. Apabila substrat mengikat ia mengubah bentuk tapak aktif dan ini melemahkan ikatan dalam substrat dan oleh itu mengurangkan tenaga pengaktifan. Model ini ialah versi kunci dan kunci yang lebih tepat. Sebabnya ialah ia menerangkan mengapa sesetengah enzim boleh mengikat kepada banyak substrat yang berbeza. Jika bentuk tapak aktif berubah apabila substrat mengikat, ini membolehkan banyak substrat yang berbeza tetapi serupa untuk mengikat satu enzim.

Rajah 7.6.1 - Model muat teraruh


Kotak alat biologi: Interaksi dan perencatan enzim-substrat

Rajah 1: Gambar rajah yang menunjukkan model Kunci dan Kunci interaksi enzim-substrat. Model 2: Kesesuaian Teraruh Dalam model Induced Fit, tapak aktif enzim bentuk sebagai tindak balas kepada pengikatan substrat. Dalam rajah, tapak a, b dan c bergerak sebagai tindak balas kepada substrat pengikat. Jadi pada mulanya tapak aktif tidak sempurna, tetapi apabila diikat, ia dapat bergerak, yang meletakkan tapak aktif di bawah tekanan. Strain ini kemudiannya dapat memperoleh tenaga yang diperlukan untuk tindak balas berlaku dengan menstabilkan keadaan peralihan dan bukan hanya mengikat substrat. Enzim menjalankan kerjanya dengan mendorong substrat untuk mengambil keadaan peralihan pada laluan ke produk yang diperlukan. Rajah 2: Gambar rajah yang menunjukkan model Induced Fit interaksi substrat enzim

Sistem Klasifikasi dan Tatanama Enzim IUB

Ø Enzim dikelaskan berdasarkan tindak balas yang dimangkinkan.

Ø Biasanya, enzim dinamakan dengan menambahkan akhiran “-ase” kepada nama substrat mereka atau kepada perkataan yang menerangkan aktiviti mereka.

$. Urease:- Memangkinkan hidrolisis urea.

$. DNA Polimerase:– Memangkin pempolimeran DNA.

Ø Banyak enzim mempunyai nama biasa yang memberikan sedikit maklumat tentang tindak balas yang dimangkinkannya.

Ø Contoh: Trypsin – enzim proteolitik yang dirembeskan oleh pankreas.

Peraturan untuk Nomenklatur dan Pengelasan Enzim

Ø Ahli biokimia mengikut peraturan sistematik untuk Tatanama (penamaan) dan Pengelasan enzim.

Ø Peraturan untuk Penamaan dan Pengelasan enzim telah disediakan oleh Kesatuan Antarabangsa Biokimia (IUB*) pada tahun 1964.

Ø *IUB kini IUBMB (Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul).

Ø Dalam sistem IUB, setiap enzim mempunyai nama dan nombor pengenalan yang unik.

Ø Nama sistematik setiap enzim terdiri daripada DUA bahagian.

$. Nama bagi substrat(s)

$. Diikuti dengan perkataan yang berakhir dengan '-ase' menyatakan jenis tindak balas

Ø Contoh: Alkohol Dehidrogenase

Ø Nama enzim yang disyorkan untuk kegunaan harian selalunya adalah nama enzim yang digunakan sebelum ini (nama biasa)

Ø Nombor pengenalan unik enzim dipanggil Nombor Komisen Enzim (Nombor E.C.)

Sistem Pengelasan Enzim IUB

Ø Semua enzim dikategorikan kepada TUJUH Kelas utama (*sebelum ini enam) berdasarkan jenis tindak balas mereka memangkinkan.

Ø Kumpulan-kumpulan ini telah dibahagikan dan seterusnya membahagikan begitu banyak kategori.

Ø Berdasarkan klasifikasi ini, sebuah ‘empat digit nombor unik' (dipanggil nombor EC) diberikan kepada setiap enzim sebagai kod pengenalan (Konsep Nombor EC diterangkan di bawah).

Enam Kelas Enzim (Sistem IUB)

(1). Oksidoreduktase

(2). Pemindahan

(3). Hidrolas

(5). Isomerase

(7). Translocases

(1). Oksidoreduktase

Ø Oksidoreduktase memangkin pengoksidaan dan pengurangan tindak balas (tindak balas redoks).

Ø Tindak balas ini melibatkan pemindahan proton atau elektron antara substrat.

Ø Contoh: Alkohol Dehidrogenase, Odidase

(2). Pemindahan

Ø Transferase memangkinkan pindah daripada a kumpulan berfungsi daripada satu bahan kepada bahan yang lain.

Ø Kumpulan yang biasanya dipindahkan oleh enzim ini ialah metil kumpulan, etil kumpulan, amino kumpulan, fosfat kumpulan dll)

Ø Contoh: Transaminase, Nukleosida Monophosphate Kinase (NMP Kinase)

(3). Hidrolas

Ø Hidrolase memangkinkan hidrolisis (pecahan) tindak balas dengan air (pemindahan kumpulan berfungsi kepada air)

Ø Contoh: Lipase, Amilase, Peptidase

Ø Lyases memangkinkan penambahan kumpulan kepada ikatan rangkap dan pembentukan ikatan rangkap oleh penyingkiran kumpulan.

Ø Contoh: Fumarase, Dekarboksilase

(5). Isomerase:

Ø Isomerase memangkinkan pemindahan kumpulan dalam molekul untuk menghasilkan bentuk isomer (tindak balas isomerik).

Ø Ia memangkinkan intra-molekul (dalam molekul) pemindahan kumpulan.

Ø Contoh: Triose fosfat isomerase, Phosphoglucomutase

Ø Ligase memangkinkan pemeluwapan (bercantum) dua molekul dengan perbelanjaan tenaga daripada hidrolisis ATP.

Ø Ia memangkinkan pembentukan ikatan C – C, C – S, C – O dan C – N oleh tindak balas pemeluwapan ditambah dengan pembelahan ATP.

Ø Contoh: Aminoacyl-tRNA synthetase, DNA ligase

(7*). Translocases

Ø *Kelas ini ialah kelas utama klasifikasi enzim IUBMB yang baru ditambah.

Ø Translocases memangkinkan pergerakan ion atau molekul merentasi selaput atau pemisahannya dalam membran.

ATP Synthase (Sumber: Wikipedia)

Ciri-ciri Sistem Klasifikasi Enzim IUB

Ø Semua enzim telah dikelaskan kepada 7 kelas utama.

Ø Setiap kelas utama dibahagikan kepada sub-kelas.

Ø Setiap subkelas dibahagikan lagi kepada sub-sub-kelas.

Ø Setiap enzim telah ditetapkan dengan spesifik nombor kod.

Ø Nombor kod ini dipanggil Nombor Komisen Enzim (nombor EC).

Ø Nombor EC terdiri daripada 4 digit, dipisahkan oleh tempoh.

Ø Setiap digit dalam nombor EC menunjukkan kategori tertentu dalam pengelasan.

$. Contoh: Alkohol Dehidrogenase (No. SPR 1.1.1.1)

$. Digit pertama menunjukkan kelas utama

$. Digit kedua menunjukkan subkelas

$. Digit ketiga menunjukkan sub-sub-kelas

$. Digit keempat menunjukkan nama khusus enzim yang sistematik.

Ø Nama khusus sistematik enzim terdiri daripada DUA bahagian.

$. Bahagian pertama menunjukkan nama substrat.

$. Bahagian kedua menunjukkan sifat tindak balas.

$. Contoh: Alkohol Dehidrogenase (ADH)

Contoh Nombor E.C.:

Ø Pertimbangkan tindak balas berikut dalam Glikolisis.

ATP + D-glukosa → ADP + D-glukosa 6-fosfat

Ø Enzim yang bertanggungjawab untuk tindak balas ini ialah Hexokinase.

Ø Nama baru hexokinase mengikut IUMB ialah ATP-Glucose phospho-transferase.

Ø Nama menunjukkan pemindahan kumpulan fosforil daripada ATP kepada glukosa.

Ø E.C. Bilangan Hexokinase ialah 2.7.1.1

$. Nombor pertama (2) menunjukkan nama kelas (Transferases).

$. Nombor kedua (7): subkelas (Phosphotransferases).

$. Nombor ketiga (1) fosfotransferase dengan kumpulan hidroksil sebagai penerima.

$. Nombor keempat (1) D glukosa sebagai penerima kumpulan fosforil.

Ø Untuk sebarang enzim, a nama remeh adalah lebih biasa digunakan.

Ø Di sini nama ialah Hexokinase.

Lehninger A.B., (2018), Buku Teks Biokimia, Ed. 5, Pearson International, New York

Berg, J.M., Tymoczko, J.L. dan Stryer, L., 2012. Biokimia/Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer dengan Gregory J. Gatto, Jr.

Voet, D., Voet, J.G. dan Pratt, C.W., 2013. Asas biokimia: kehidupan di peringkat molekul

Adakah anda SUKA Catatan ini…
Sila tinggalkan saya di Bahagian Komen di bawah.
Saya akan Berbesar hati Membaca Komen dan Balas anda.


Lisozim: model tindakan enzim

Lysozyme ialah protein globular dengan celah yang dalam merentasi bahagian permukaannya. Enam heksosa substrat masuk ke dalam celah ini.

  • Dengan begitu banyak atom oksigen dalam gula, sebanyak 14 ikatan hidrogen terbentuk antara enam gula amino dan kumpulan R asid amino tertentu seperti Arg-114, Asn-37, Asn-44, Trp-62, Trp-63, dan Asp-101.
  • Beberapa ikatan hidrogen juga terbentuk dengan kumpulan C=O beberapa ikatan peptida.
  • Di samping itu, interaksi hidrofobik boleh membantu mengekalkan substrat pada kedudukannya.

Penghabluran sinar-X telah menunjukkan bahawa apabila lisozim dan substratnya bersatu, masing-masing sedikit cacat. Heksosa keempat dalam rantai (cincin #4) menjadi berpintal daripada kedudukan normalnya. Ini menimbulkan ketegangan pada ikatan C-O pada bahagian cincin-4 jambatan oksigen antara cincin 4 dan 5. Hanya pada ketika ini polisakarida dipecahkan. Satu molekul air dimasukkan di antara dua heksosa ini, yang memutuskan rantai. Di sini, kemudian, adalah pandangan struktur tentang maksud menurunkan tenaga pengaktifan. Tenaga yang diperlukan untuk memecahkan ikatan kovalen ini lebih rendah sekarang kerana atom-atom yang disambungkan oleh ikatan telah diherotkan daripada kedudukan normalnya.

Bagi lisozim itu sendiri, pengikatan substrat menyebabkan sedikit (

0.75Å) pergerakan sisa asid amino tertentu supaya celah menutup sedikit di atas substratnya. Jadi "kunci" serta "kunci" berubah bentuk apabila kedua-duanya disatukan. (Ini kadangkala dipanggil "kesesuaian teraruh".)

Sisa asid amino di sekitar cincin 4 dan 5 menyediakan mekanisme yang munasabah untuk melengkapkan tindakan pemangkin. Residu 35, asid glutamat (Glu-35), adalah kira-kira 3Å dari jambatan -O- yang akan dipecahkan. Kumpulan karboksil bebas asid glutamat ialah penderma ion hidrogen dan tersedia untuk memindahkan H + ke atom oksigen. Ini akan memecahkan ikatan yang sudah tegang antara atom oksigen dan atom karbon cincin 4.

Sekarang setelah kehilangan elektron, atom karbon memperoleh cas positif. Karbon terion biasanya sangat tidak stabil, tetapi daya tarikan ion karboksil bercas negatif Asp-52 boleh menstabilkannya cukup lama untuk ion -OH (daripada molekul air yang tercerai secara spontan) untuk bersatu dengan karbon. Walaupun pada pH 7, air secara spontan berpisah untuk menghasilkan ion H + dan OH -. [Perbincangan] Ion hidrogen (H + ) yang tertinggal boleh menggantikan yang hilang oleh Glu-35.

Dalam keluaran 20 Ogos 2001 daripada alam semula jadi, Vocadlo, D. J., et al., melaporkan bukti bahawa Asp-52 menstabilkan cincin 4 dengan membentuk ikatan kovalen sementara dan bukannya melalui interaksi ionik.

Dalam kedua-dua kes, rantai itu terputus, dua serpihan terpisah daripada enzim, dan enzim bebas untuk melekat pada lokasi baru pada dinding sel bakteria dan meneruskan kerja mencernanya.


Gambaran Keseluruhan Bahagian

Enzim mempunyai tapak aktif yang menyediakan persekitaran kimia yang unik, terdiri daripada kumpulan R asid amino tertentu (sisa) dalam orientasi dan jarak tertentu antara satu sama lain. Persekitaran unik ini sangat sesuai untuk menukar bahan tindak balas kimia tertentu untuk enzim tersebut, dipanggil substrat, kepada perantaraan yang tidak stabil (keadaan peralihan). Enzim dan substrat dianggap mengikat dengan "einduced fit", yang bermaksud bahawa enzim dan substrat mengalami sedikit pelarasan konformasi apabila bersentuhan dengan substrat, yang membawa kepada pengikatan. Perubahan halus dalam bentuk enzim ini membolehkan enzim mengikat substrat berpotensi dengan pantas dalam konformasi "open"" dan kemudian menjana konformasi alternatif aktif "closed" yang lebih ketat hanya apabila substrat yang betul dijajarkan dengan betul di tapak aktif.

Enzim mengikat substrat dan berpotensi memangkinkan tindak balas dalam empat cara berbeza (yang mungkin bertindak bersama dalam satu enzim): membawa substrat bersama dalam orientasi optimum, menjejaskan struktur ikatan substrat supaya ikatan boleh lebih mudah dipecahkan, menyediakan persekitaran yang optimum. keadaan (selalunya pH tempatan) untuk tindak balas berlaku, dan/atau mengambil bahagian secara langsung dalam tindak balas kimianya dengan membentuk ikatan kovalen sementara dengan substratnya.

Tindakan enzim mesti dikawal supaya dalam sel tertentu pada masa tertentu, tindak balas yang diingini sedang dimangkin dan tindak balas yang tidak diingini tidak. Perencatan dan pengaktifan enzim melalui molekul lain adalah cara penting enzim dikawal. Inhibitor boleh bertindak secara kompetitif atau noncompetitively noncompetitive inhibitors biasanya alosterik (allo (lain) sterik (bentuk). Pengaktif juga boleh meningkatkan fungsi enzim secara alosterik. Kaedah biasa di mana sel mengawal enzim dalam laluan metabolik adalah melalui perencatan maklum balas. Semasa perencatan maklum balas, produk laluan metabolik berfungsi sebagai perencat (biasanya allosterik) satu atau lebih enzim (biasanya enzim pertama yang komited laluan) yang terlibat dalam laluan yang menghasilkannya.

Tapak Aktif Enzim dan Kekhususan Substrat

Bahan tindak balas kimia yang mengikat enzim ialah enzim&rsquos . Mungkin terdapat satu atau lebih substrat, bergantung pada tindak balas kimia tertentu. Dalam sesetengah tindak balas, substrat tindak balas tunggal dipecahkan kepada berbilang produk. Dalam yang lain, dua substrat boleh disatukan untuk mencipta satu molekul yang lebih besar. Dua bahan tindak balas mungkin juga memasuki tindak balas, kedua-duanya diubah suai, dan meninggalkan tindak balas sebagai dua produk. Lokasi dalam enzim tempat substrat mengikat dipanggil enzim&rsquos . Oleh kerana enzim adalah protein, terdapat gabungan unik kumpulan asid amino R dalam tapak aktif. Setiap rantai sampingan asid amino dicirikan oleh sifat yang berbeza. Gabungan unik asid amino, kedudukan, urutan, struktur dan sifatnya, mewujudkan persekitaran kimia yang sangat spesifik dalam tapak aktif. Persekitaran khusus ini sesuai untuk mengikat, walaupun secara ringkas, kepada substrat kimia tertentu (atau substrat). Disebabkan padanan seperti teka-teki jigsaw ini antara enzim dan substratnya, enzim boleh menjadi sangat spesifik dalam pilihan substratnya. &ldquopaling sesuai&rdquo antara enzim dan substratnya terhasil daripada bentuk masing-masing dan pelengkap kimia kumpulan berfungsi pada setiap pasangan pengikat.

Ini ialah enzim dengan dua substrat berbeza yang terikat dalam tapak aktif (di sini mudah dicincang ke 2 dimensi). Enzim diwakili sebagai gumpalan, kecuali tapak aktif yang mengenal pasti tiga asid amino yang terletak di tapak aktif (dan menunjukkan kumpulan R untuk salah satu daripadanya). Kumpulan R R180 berinteraksi dengan substrat melalui ikatan hidrogen (diwakili sebagai garis putus-putus), seperti juga beberapa kumpulan dalam tulang belakang peptida. Kedudukan asid amino dilambangkan dengan kod huruf tunggal untuk asid amino diikuti serta-merta dengan "kedudukan asid amino vs. hujung terminal N". Contohnya "R180" bermaksud R (arginine) ialah asid amino ke-180 daripada terminal N. (Nota kecil- R ialah rajah ini dilukis dengan salah, walaupun hujung perniagaan- di mana ia bersambung ke substrat- adalah OK.)

Pada ketika ini dalam kelas anda harus biasa dengan ciri-ciri kimia (cas, kekutuban, hidrofobisiti) kumpulan berfungsi. Sebagai contoh, kumpulan R R180 dalam enzim yang digambarkan di atas ialah asid amino Arginine (kod huruf tunggal arginin adalah R, yang sedikit mengelirukan dalam konteks ini) dan kumpulan R R180 terdiri daripada beberapa kumpulan berfungsi "amino". Kumpulan berfungsi amino mengandungi atom nitrogen (N) dan hidrogen (H). Nitrogen lebih elektronegatif daripada hidrogen jadi ikatan kovalen antara N-H ialah ikatan kovalen polar. Atom hidrogen dalam ikatan ini akan mempunyai separa cas positif, dan atom nitrogen akan mempunyai separa cas negatif. Ini membolehkan kumpulan amino membentuk ikatan hidrogen dengan sebatian polar lain. Begitu juga, oksigen karbonil tulang belakang Valine (V81) dan Glycine (G121) hidrogen amino tulang belakang V81 digambarkan terlibat dalam ikatan hidrogen dengan substrat molekul kecil.

Senaman

Lihat untuk melihat atom mana dalam rajah di atas terlibat dalam ikatan hidrogen antara kumpulan asid amino R dan substrat.
Substrat yang manakah (kiri atau kanan) yang anda rasa lebih stabil dalam tapak aktif? kenapa? Bagaimana?

Ini adalah gambaran tapak aktif enzim. Hanya asid amino dalam tapak aktif dilukis nombor merujuk kepada kedudukannya dalam urutan utama protein (dan tidak begitu penting di sini). Substrat duduk terus di tengah.
Sumber: Dicipta oleh Marc T. Facciotti (karya asal)

Senaman

Mula-mula, kenal pasti jenis molekul di tengah rajah di atas. Kedua, lukis dan labelkan interaksi yang sesuai antara kumpulan R dan substrat.

Ketidakstabilan Struktur Enzim

Hakikat bahawa tapak aktif sangat sesuai untuk menyediakan keadaan persekitaran tertentu juga bermakna ia tertakluk kepada pengaruh oleh persekitaran tempatan. Memang benar bahawa peningkatan suhu persekitaran secara amnya meningkatkan kadar tindak balas, dimangkinkan enzim atau sebaliknya. Walau bagaimanapun, peningkatan atau penurunan suhu di luar julat optimum boleh menjejaskan ikatan kimia dalam tapak aktif dengan cara yang kurang sesuai untuk mengikat substrat. Suhu tinggi akhirnya akan menyebabkan enzim, seperti beberapa molekul biologi lain, kepada , proses yang mengubah sifat semula jadi bahan. Begitu juga, pH persekitaran tempatan juga boleh menjejaskan fungsi enzim. Sisa asid amino tapak aktif mempunyai sifat berasid atau asasnya sendiri yang optimum untuk pemangkinan. Sisa-sisa ini sensitif kepada perubahan dalam pH yang boleh menjejaskan cara molekul substrat mengikat, kerana caj pada kumpulan R, dan oleh itu kedua-dua interaksi ikatan ionik dan H boleh berubah dengan pH. Enzim sesuai untuk berfungsi dengan baik dalam julat pH tertentu, dan, seperti suhu, nilai pH yang melampau (berasid atau asas) persekitaran boleh menyebabkan enzim denaturasi.

Enzim mempunyai pH optimum. pH di mana enzim paling aktif ialah pH di mana kumpulan R tapak aktif terprotonasi/deprotonasi supaya substrat boleh memasuki tapak aktif dan langkah awal dalam tindak balas boleh bermula. Sesetengah enzim memerlukan pH yang sangat rendah (berasid) untuk aktif sepenuhnya. Dalam tubuh manusia, enzim ini berkemungkinan besar terletak di dalam perut, atau terletak di lisosom (organel selular yang digunakan untuk mencerna sebatian besar di dalam sel).
Sumber: http://biowiki.ucdavis.edu/Biochemis. _pH_Rencatan

Proses di mana enzim denatur biasanya bermula dengan pelepasan struktur tertiari melalui ketidakstabilan ikatan yang memegang struktur tertier bersama-sama. Ikatan hidrogen, adalah ikatan ionik yang mudah terganggu oleh perubahan sederhana dalam suhu sederhana dan pH, gangguan ikatan kovalen akan memerlukan keadaan yang lebih ekstrem. Menggunakan carta aktiviti dan suhu enzim di bawah, buat cerita tenaga untuk enzim merah. Terangkan apa yang mungkin berlaku daripada suhu 37C hingga 95C.

Enzim mempunyai suhu optimum. Suhu di mana enzim paling aktif biasanya akan menjadi suhu di mana struktur enzim stabil atau tidak terjejas. Sesetengah enzim memerlukan suhu tertentu untuk kekal aktif dan tidak denaturasi.
Sumber: academic.brooklyn.cuny.edu/bi. ge/enz_act.htm

Kesesuaian Teraruh dan Fungsi Enzim

Selama bertahun-tahun, saintis berpendapat bahawa pengikatan enzim-substrat berlaku dalam fesyen &ldquolock-and-key&rdquo yang mudah. Model ini menegaskan bahawa enzim dan substrat bersatu dengan sempurna dalam satu langkah seketika. Walau bagaimanapun, penyelidikan semasa menyokong pandangan yang lebih halus dipanggil . Model muat teraruh mengembangkan model kunci dan kunci dengan menerangkan interaksi yang lebih dinamik antara enzim dan substrat. Apabila enzim dan substrat bergabung, interaksi mereka menyebabkan peralihan ringan dalam struktur enzim yang mengesahkan susunan pengikatan yang lebih produktif antara enzim dan keadaan peralihan substrat. Pengikatan yang menggalakkan secara bertenaga ini memaksimumkan keupayaan enzim untuk memangkinkan tindak balasnya.

Apabila enzim mengikat substratnya, kompleks enzim-substrat terbentuk. Kompleks ini merendahkan tenaga pengaktifan tindak balas dan menggalakkan perkembangan pesatnya dalam satu daripada banyak cara. Pada peringkat asas, enzim menggalakkan tindak balas kimia yang melibatkan lebih daripada satu substrat dengan membawa substrat bersama dalam orientasi yang optimum. Kawasan yang sesuai (atom dan ikatan) bagi satu molekul disandingkan dengan kawasan yang sesuai bagi molekul lain yang mana ia mesti bertindak balas. Satu lagi cara enzim menggalakkan tindak balas substrat mereka adalah dengan mewujudkan persekitaran yang menggalakkan secara bertenaga dalam tapak aktif untuk tindak balas berlaku. Tindak balas kimia tertentu mungkin berjalan dengan baik dalam persekitaran yang sedikit berasid atau bukan kutub. Sifat kimia yang muncul daripada susunan tertentu sisa asid amino dalam tapak aktif mewujudkan persekitaran yang menggalakkan secara bertenaga untuk substrat khusus enzim untuk bertindak balas.

Tenaga pengaktifan yang diperlukan untuk banyak tindak balas termasuk tenaga yang terlibat dalam ikatan kimia yang sedikit berliku-liku supaya ia boleh bertindak balas dengan lebih mudah. Tindakan enzimatik boleh membantu proses ini. Kompleks enzim-substrat boleh merendahkan tenaga pengaktifan dengan membengkokkan molekul substrat sedemikian rupa untuk memudahkan pemecahan ikatan. Akhirnya, enzim juga boleh menurunkan tenaga pengaktifan dengan mengambil bahagian dalam tindak balas kimia itu sendiri. Sisa asid amino boleh menyediakan ion atau kumpulan kimia tertentu yang sebenarnya membentuk ikatan kovalen dengan molekul substrat sebagai langkah yang perlu dalam proses tindak balas. Dalam kes ini, enzim menyediakan laluan tenaga keadaan peralihan yang lebih rendah kepada tindak balas keseluruhan. Dalam semua kes, adalah penting untuk diingat bahawa enzim akan sentiasa kembali ke keadaan asalnya apabila selesai tindak balas. Selepas enzim selesai memangkinkan tindak balas, ia membebaskan produknya. Sentiasa ingat bahawa enzim juga boleh memudahkan tindak balas terbalik. Fluks bersih akan bergantung pada arah tindak balas yang memberikan negatif ∆G.

Menurut model muat teraruh, kedua-dua enzim dan substrat mengalami perubahan konformasi dinamik apabila diikat. Enzim mengubah substrat ke dalam keadaan peralihannya, dengan itu meningkatkan kadar tindak balas.

Mencipta cerita Tenaga untuk tindak balas di atas

Menggunakan rajah di atas, jawab soalan yang dikemukakan dalam cerita tenaga.
1. Apakah bahan tindak balas? Apakah produk?
2. Apakah kerja yang dicapai oleh enzim?
3. Apakah keadaan tenaga pada mulanya? Apakah keadaan tenaga yang diubah menjadi dalam keadaan akhir? Yang ini mungkin masih rumit, tetapi cuba kenal pasti di mana tenaga berada dalam keadaan awal dan keadaan akhir.

Bercakap tentang tenaga: Jika protein "melentur" substrat sedemikian rupa sehingga menghampiri keadaan peralihan, dari manakah tenaga untuk lenturan itu datang?

Peraturan Enzim

Mengapa mengawal enzim?

Keperluan dan keadaan selular berbeza dari sel ke sel, dan berubah dalam sel individu dari semasa ke semasa. Enzim yang diperlukan dan permintaan bertenaga sel perut adalah berbeza daripada sel penyimpanan lemak, sel kulit, sel darah, dan sel saraf. Tambahan pula, sel penghadaman bekerja lebih keras untuk memproses dan memecah nutrien pada masa yang mengikuti makanan dengan rapat berbanding dengan beberapa jam selepas makan. Oleh kerana permintaan dan keadaan selular ini berbeza-beza, begitu juga dengan jumlah dan fungsi enzim yang berbeza yang diperlukan.

Peraturan Enzim oleh Molekul

Enzim boleh dikawal dengan cara yang sama ada menggalakkan atau mengurangkan aktivitinya. Walaupun perencatan ini mungkin menjadi asas kepada tindakan racun tertentu, dalam banyak kes enzim mungkin telah berkembang untuk bertindak balas terhadap pengaruh persekitaran (seperti kepekatan metabolit yang berkaitan, yang tidak semestinya substrat atau produk) dengan mengawal aktivitinya sendiri. Terdapat pelbagai jenis molekul yang menghalang atau menggalakkan fungsi enzim, dan pelbagai mekanisme wujud untuk melakukannya. Dalam sesetengah kes perencatan enzim, sebagai contoh, molekul perencat cukup serupa dengan substrat yang boleh mengikat tapak aktif dan hanya menghalang substrat daripada mengikat. Apabila ini berlaku, enzim dihalang melalui , kerana molekul perencat bersaing dengan substrat untuk mengikat tapak aktif. Sebaliknya, dalam perencatan tidak kompetitif, molekul perencat mengikat enzim di lokasi selain daripada tapak aktif. Pengikatan itu mengubah bentuk keseluruhan enzim supaya ia tidak lagi mengikat substratnya dengan berkesan. Perencatan jenis ini dipanggil .

Perencatan kompetitif dan tidak kompetitif mempengaruhi kadar tindak balas secara berbeza. Perencat kompetitif mempengaruhi kadar awal tetapi tidak menjejaskan kadar maksimum, manakala perencat bukan kompetitif mempengaruhi kadar maksimum.

Bincangkan: Mengapakah kesan perencat kompetitif diatasi dengan kepekatan substrat yang tinggi?

Kebanyakan enzim yang dikawal secara alosterik terdiri daripada lebih daripada satu polipeptida, bermakna ia mempunyai lebih daripada satu subunit protein. Apabila perencat alosterik mengikat enzim, semua tapak aktif pada subunit protein diubah sedikit supaya ia mengikat substratnya dengan kecekapan yang kurang. Terdapat serta perencat. Pengaktif alosterik mengikat lokasi pada enzim yang jauh dari tapak aktif, mendorong perubahan konformasi yang bertambah pertalian tapak aktif enzim untuk substratnya.

Alosterik perencat ubah suai tapak aktif enzim supaya pengikatan substrat dikurangkan atau dihalang. Sebaliknya, alosterik pengaktif ubah suai tapak aktif enzim supaya pertalian untuk substrat meningkat.

Pautan Video

Tonton video pendek (1 minit) ini tentang perencatan enzimatik kompetitif vs bukan kompetitif. Juga, lihat video ini (1.2 minit) tentang perencatan maklum balas.

Banyak enzim tidak berfungsi secara optimum, atau malah sama sekali, melainkan terikat kepada molekul pembantu bukan protein khusus lain, sama ada sementara, melalui ikatan ionik atau hidrogen, atau secara kekal melalui ikatan kovalen yang lebih kuat. Molekul pembantu ini dinamakan . Pengikatan kepada molekul ini menggalakkan konformasi dan fungsi optimum untuk enzim masing-masing. Kofaktor mungkin ion tak organik seperti besi (Fe 2+ ) dan magnesium (Mg 2+), dan ion ini mungkin dikaitkan dengan molekul bukan protein yang lebih besar. Istilah koenzim kadangkala digunakan untuk mentakrifkan subkelas kofaktor yang merupakan molekul pembantu organik, dengan struktur molekul yang terdiri daripada karbon, nitrogen dan hidrogen, yang diperlukan untuk tindakan enzim (contohnya, kumpulan heme, yang bertentangan dengan ion logam atau gugusan besi-sulfur). Terdapat juga istilah khusus lanjut untuk subkelas kofaktor. Istilah ini digunakan secara longgar, pelbagai dan tidak teratur oleh saintis yang berbeza, dan saya cadangkan anda kekal dengan istilah selamat, merangkumi semua "cofactor". Sumber kofaktor organik yang paling biasa ialah vitamin pemakanan. Vitamin C ialah kofaktor untuk pelbagai enzim yang mengambil bahagian dalam membina komponen tisu penghubung yang penting, kolagen. Oleh itu kekurangan vitamin C dalam diet kita mengakibatkan skurvi, penyakit tisu penghubung yang menyakitkan. Langkah penting dalam pemecahan glukosa untuk menghasilkan tenaga ialah pemangkinan piruvat kepada acteyl coA oleh kompleks berbilang enzim yang dipanggil piruvat dehidrogenase. Piruvat dehidrogenase ialah kompleks beberapa enzim yang sebenarnya memerlukan satu kofaktor tak organik (ion magnesium) dan lima koenzim organik yang berbeza untuk memangkinkan tindak balas kimia spesifiknya.

Succinate dehydrogenase, enzim yang terlibat dalam kedua-dua pengangkutan elektron dan kitaran asid sitrik, adalah contoh enzim yang membawa banyak kofaktor, membolehkannya mengangkut elektron melalui enzim daripada molekul penderma asal (suksinat), melalui FAD/FADH (flavin). ), kelompok sulfur besi, dan heme, akhirnya ke Q, dalam pernafasan DLL. Fungsi enzim ini dimungkinkan hanya melalui kehadiran pelbagai kofaktor.

Suksinat dehidrogenase (SDH) mengoksidakan suksinat kepada fumarat, menggunakan FAD sebagai penerima 2e- segera. FAD subunit SDHA dianggap sebagai kofaktor kerana ia tidak meninggalkan enzim, tetapi dioksidakan secara langsung oleh kelompok sulfur besi berdekatan, dalam subunit B enzim ini. Ini seterusnya dioksidakan oleh kumpulan heme yang mengandungi besi dalam subunit SDHC dan D. Akhirnya elektron meninggalkan kompleks ini melalui pemindahan ke molekul boleh meresap membran ubiquinone, juga dikenali sebagai, koenzim Q. Elektron akan meneruskan lebih jauh ke bawah pernafasan DLL. Semua pemindahan ini, sudah tentu, hanya boleh berlaku jika terdapat beberapa penerima elektron pada akhir ETC.

Pembahagian Enzim

Dalam sel eukariotik, molekul seperti enzim biasanya dibahagikan kepada organel yang berbeza. Ini membolehkan satu lagi tahap pengawalan aktiviti enzim. Enzim yang diperlukan hanya untuk proses selular tertentu boleh disimpan secara berasingan bersama substratnya, membolehkan tindak balas kimia yang lebih cekap. Contoh peraturan enzim jenis ini berdasarkan lokasi dan kedekatan termasuk enzim yang terlibat dalam peringkat akhir respirasi selular, yang berlaku secara eksklusif dalam mitokondria, dan enzim yang terlibat dalam penghadaman serpihan selular dan bahan asing, yang terletak di dalam lisosom.

Pautan Tambahan

Akademi Khan

Pautan berikut akan membawa anda ke satu siri video tentang kinetik. Pautan pertama mengandungi 4 video mengenai kadar tindak balas dan pautan kedua mengandungi 9 video yang berkaitan dengan hubungan antara kadar tindak balas dan kepekatan. Video ini adalah tambahan dan disediakan untuk memberi anda sumber luar untuk meneroka lebih lanjut kenetik enzim.


Kandungan

Tindak balas yang dimangkinkan oleh enzim menggunakan bahan tindak balas yang sama dan menghasilkan produk yang sama seperti tindak balas yang tidak dimangkin. Seperti pemangkin lain, enzim tidak mengubah kedudukan keseimbangan antara substrat dan produk. [1] Walau bagaimanapun, tidak seperti tindak balas kimia tidak bermangkin, tindak balas bermangkin enzim memaparkan kinetik tepu. [2] Untuk kepekatan enzim tertentu dan untuk kepekatan substrat yang agak rendah, kadar tindak balas meningkat secara linear dengan kepekatan substrat, molekul enzim sebahagian besarnya bebas untuk memangkinkan tindak balas, dan peningkatan kepekatan substrat bermakna kadar peningkatan di mana enzim dan molekul substrat bertemu. satu sama lain. Walau bagaimanapun, pada kepekatan substrat yang agak tinggi, kadar tindak balas secara asimptotik menghampiri maksimum teori tapak aktif enzim hampir kesemuanya diduduki oleh substrat yang mengakibatkan ketepuan, dan kadar tindak balas ditentukan oleh kadar pusing ganti intrinsik enzim. [3] Kepekatan substrat di tengah-tengah antara dua kes pengehad ini dilambangkan dengan KM. Oleh itu, KM ialah kepekatan substrat di mana halaju tindak balas adalah separuh daripada halaju maksimum. [3]

Dua sifat kinetik enzim yang paling penting ialah betapa mudahnya enzim menjadi tepu dengan substrat tertentu, dan kadar maksimum yang boleh dicapainya. Mengetahui sifat-sifat ini mencadangkan apa yang enzim mungkin lakukan dalam sel dan boleh menunjukkan bagaimana enzim akan bertindak balas terhadap perubahan dalam keadaan ini.

Ujian enzim ialah prosedur makmal yang mengukur kadar tindak balas enzim. Oleh kerana enzim tidak dimakan oleh tindak balas yang dimangkinkannya, ujian enzim biasanya mengikuti perubahan dalam kepekatan sama ada substrat atau produk untuk mengukur kadar tindak balas. Terdapat banyak kaedah pengukuran. Ujian spektrofotometri memerhatikan perubahan dalam penyerapan cahaya antara produk dan bahan tindak balas ujian radiometrik melibatkan penggabungan atau pelepasan radioaktiviti untuk mengukur jumlah produk yang dibuat dari semasa ke semasa. Ujian spektrofotometri adalah paling mudah kerana ia membenarkan kadar tindak balas diukur secara berterusan. Walaupun ujian radiometrik memerlukan penyingkiran dan pengiraan sampel (iaitu, ia adalah ujian terputus-putus) ia biasanya sangat sensitif dan boleh mengukur tahap aktiviti enzim yang sangat rendah. [4] Pendekatan analog ialah menggunakan spektrometri jisim untuk memantau penggabungan atau pelepasan isotop stabil apabila substrat ditukar kepada produk. Kadangkala, ujian gagal dan pendekatan adalah penting untuk menghidupkan semula ujian yang gagal.

Ujian enzim yang paling sensitif menggunakan laser yang difokuskan melalui mikroskop untuk memerhatikan perubahan dalam molekul enzim tunggal kerana ia memangkinkan tindak balasnya. Pengukuran ini sama ada menggunakan perubahan dalam pendarfluor kofaktor semasa mekanisme tindak balas enzim, atau pewarna pendarfluor yang ditambahkan pada tapak tertentu protein untuk melaporkan pergerakan yang berlaku semasa pemangkinan. [5] Kajian ini memberikan pandangan baharu tentang kinetik dan dinamik enzim tunggal, berbanding kinetik enzim tradisional, yang memerhatikan gelagat purata populasi berjuta-juta molekul enzim. [6] [7]

Contoh lengkung kemajuan untuk ujian enzim ditunjukkan di atas. Enzim menghasilkan produk pada kadar awal yang lebih kurang linear untuk tempoh yang singkat selepas permulaan tindak balas. Apabila tindak balas berjalan dan substrat digunakan, kadarnya terus perlahan (selagi substrat tidak berada pada tahap tepu). Untuk mengukur kadar awal (dan maksimum), ujian enzim biasanya dijalankan manakala tindak balas telah berkembang hanya beberapa peratus ke arah jumlah siap. Panjang tempoh kadar permulaan bergantung pada keadaan ujian dan boleh berjulat dari milisaat hingga jam. Walau bagaimanapun, peralatan untuk mencampurkan cecair dengan pantas membolehkan pengukuran kinetik pantas pada kadar awal kurang daripada satu saat. [8] Ujian yang sangat pantas ini penting untuk mengukur kinetik pra-keadaan mantap, yang dibincangkan di bawah.

Kebanyakan kajian kinetik enzim tertumpu pada bahagian awal, kira-kira linear tindak balas enzim ini. Walau bagaimanapun, ia juga mungkin untuk mengukur keluk tindak balas lengkap dan menyesuaikan data ini kepada persamaan kadar bukan linear. Cara mengukur tindak balas enzim ini dipanggil analisis lengkung kemajuan. [9] Pendekatan ini berguna sebagai alternatif kepada kinetik pantas apabila kadar awal terlalu pantas untuk diukur dengan tepat.

Enzim dengan mekanisme substrat tunggal termasuk isomerase seperti triosephosphateisomerase atau biphosphoglycerate mutase, liase intramolekul seperti adenilate cyclase dan ribozim hammerhead, RNA lyase. [10] Walau bagaimanapun, beberapa enzim yang hanya mempunyai satu substrat tidak termasuk dalam kategori mekanisme ini. Catalase adalah contoh ini, kerana enzim bertindak balas dengan molekul pertama substrat hidrogen peroksida, menjadi teroksida dan kemudiannya dikurangkan oleh molekul substrat kedua. Walaupun substrat tunggal terlibat, kewujudan perantara enzim yang diubah suai bermakna mekanisme katalase sebenarnya adalah mekanisme ping-pong, sejenis mekanisme yang dibincangkan dalam Tindak balas pelbagai substrat bahagian di bawah.

Michaelis–Menten kinetik Sunting

Oleh kerana tindak balas yang dimangkinkan enzim boleh tepu, kadar pemangkinannya tidak menunjukkan tindak balas linear terhadap peningkatan substrat. Jika kadar awal tindak balas diukur pada julat kepekatan substrat (ditandakan sebagai [S]), kadar tindak balas awal ( v 0 > ) meningkat apabila [S] meningkat, seperti yang ditunjukkan pada betul. However, as [S] gets higher, the enzyme becomes saturated with substrate and the initial rate reaches Vmaks, the enzyme's maximum rate.

The Michaelis–Menten equation [11] describes how the (initial) reaction rate v0 depends on the position of the substrate-binding equilibrium and the rate constant k2.

This Michaelis–Menten equation is the basis for most single-substrate enzyme kinetics. Two crucial assumptions underlie this equation (apart from the general assumption about the mechanism only involving no intermediate or product inhibition, and there is no allostericity or cooperativity). The first assumption is the so-called quasi-steady-state assumption (or pseudo-steady-state hypothesis), namely that the concentration of the substrate-bound enzyme (and hence also the unbound enzyme) changes much more slowly than those of the product and substrate and thus the change over time of the complex can be set to zero d [ ES ] / d t = ! 0 >/

<=>>> . The second assumption is that the total enzyme concentration does not change over time, thus [ E ] tot = [ E ] + [ ES ] = ! const >_< ext>=>+><=>>< ext>> . A complete derivation can be found here.

Pemalar Michaelis KM is experimentally defined as the concentration at which the rate of the enzyme reaction is half Vmaks, which can be verified by substituting [S] = KM into the Michaelis–Menten equation and can also be seen graphically. If the rate-determining enzymatic step is slow compared to substrate dissociation ( k 2 ≪ k − 1 ll k_<-1>> ), the Michaelis constant KM is roughly the dissociation constant KD of the ES complex.

Thus the product formation rate depends on the enzyme concentration as well as on the substrate concentration, the equation resembles a bimolecular reaction with a corresponding pseudo-second order rate constant k 2 / K M /K_> . This constant is a measure of catalytic efficiency. The most efficient enzymes reach a k 2 / K M /K_> in the range of 10 8 – 10 10 M −1 s −1 . These enzymes are so efficient they effectively catalyse a reaction each time they encounter a substrate molecule and have thus reached an upper theoretical limit for efficiency (diffusion limit) and are sometimes referred to as kinetically perfect enzymes. [12] But most enzymes are far from perfect: the average values of k 2 / K M /K_< m >> and k 2 > are about 10 5 s − 1 M − 1 < m >^<-1>< m >^<-1>> and 10 s − 1 >^<-1>> , respectively. [13]

Direct use of the Michaelis–Menten equation for time course kinetic analysis Edit

The observed velocities predicted by the Michaelis–Menten equation can be used to directly model the time course disappearance of substrate and the production of product through incorporation of the Michaelis–Menten equation into the equation for first order chemical kinetics. This can only be achieved however if one recognises the problem associated with the use of Euler's number in the description of first order chemical kinetics. i.e. ek is a split constant that introduces a systematic error into calculations and can be rewritten as a single constant which represents the remaining substrate after each time period. [14]

In 1983 Stuart Beal (and also independently Santiago Schnell and Claudio Mendoza in 1997) derived a closed form solution for the time course kinetics analysis of the Michaelis-Menten mechanism. [15] [16] The solution, known as the Schnell-Mendoza equation, has the form:

where W[ ] is the Lambert-W function. [17] [18] and where F(t) is

This equation is encompassed by the equation below, obtained by Berberan-Santos, [19] which is also valid when the initial substrate concentration is close to that of enzyme,

Linear plots of the Michaelis–Menten equation Edit

Plot daripada v versus [S] above is not linear although initially linear at low [S], it bends over to saturate at high [S]. Before the modern era of nonlinear curve-fitting on computers, this nonlinearity could make it difficult to estimate KM dan Vmaks accurately. Therefore, several researchers developed linearisations of the Michaelis–Menten equation, such as the Lineweaver–Burk plot, the Eadie–Hofstee diagram and the Hanes–Woolf plot. All of these linear representations can be useful for visualising data, but none should be used to determine kinetic parameters, as computer software is readily available that allows for more accurate determination by nonlinear regression methods. [20]

The Lineweaver–Burk plot or double reciprocal plot is a common way of illustrating kinetic data. This is produced by taking the reciprocal of both sides of the Michaelis–Menten equation. As shown on the right, this is a linear form of the Michaelis–Menten equation and produces a straight line with the equation y = mx + c with a y-intercept equivalent to 1/Vmaks dan an x-intercept of the graph representing −1/KM.

Naturally, no experimental values can be taken at negative 1/[S] the lower limiting value 1/[S] = 0 (the y-intercept) corresponds to an infinite substrate concentration, where 1/v=1/Vmaks as shown at the right thus, the x-intercept is an extrapolation of the experimental data taken at positive concentrations. More generally, the Lineweaver–Burk plot skews the importance of measurements taken at low substrate concentrations and, thus, can yield inaccurate estimates of Vmaks dan KM. [21] A more accurate linear plotting method is the Eadie–Hofstee plot. Dalam kes ini, v is plotted against v/[S]. In the third common linear representation, the Hanes–Woolf plot, [S]/v is plotted against [S]. In general, data normalisation can help diminish the amount of experimental work and can increase the reliability of the output, and is suitable for both graphical and numerical analysis. [22]

Practical significance of kinetic constants Edit

The study of enzyme kinetics is important for two basic reasons. Firstly, it helps explain how enzymes work, and secondly, it helps predict how enzymes behave in living organisms. The kinetic constants defined above, KM dan Vmaks, are critical to attempts to understand how enzymes work together to control metabolism.

Making these predictions is not trivial, even for simple systems. For example, oxaloacetate is formed by malate dehydrogenase within the mitochondrion. Oxaloacetate can then be consumed by citrate synthase, phosphoenolpyruvate carboxykinase or aspartate aminotransferase, feeding into the citric acid cycle, gluconeogenesis or aspartic acid biosynthesis, respectively. Being able to predict how much oxaloacetate goes into which pathway requires knowledge of the concentration of oxaloacetate as well as the concentration and kinetics of each of these enzymes. This aim of predicting the behaviour of metabolic pathways reaches its most complex expression in the synthesis of huge amounts of kinetic and gene expression data into mathematical models of entire organisms. Alternatively, one useful simplification of the metabolic modelling problem is to ignore the underlying enzyme kinetics and only rely on information about the reaction network's stoichiometry, a technique called flux balance analysis. [23] [24]

Michaelis–Menten kinetics with intermediate Edit

One could also consider the less simple case

where a complex with the enzyme and an intermediate exists and the intermediate is converted into product in a second step. In this case we have a very similar equation [25]

but the constants are different

Multi-substrate reactions follow complex rate equations that describe how the substrates bind and in what sequence. The analysis of these reactions is much simpler if the concentration of substrate A is kept constant and substrate B varied. Under these conditions, the enzyme behaves just like a single-substrate enzyme and a plot of v by [S] gives apparent KM dan Vmaks constants for substrate B. If a set of these measurements is performed at different fixed concentrations of A, these data can be used to work out what the mechanism of the reaction is. For an enzyme that takes two substrates A and B and turns them into two products P and Q, there are two types of mechanism: ternary complex and ping–pong.

Ternary-complex mechanisms Edit

In these enzymes, both substrates bind to the enzyme at the same time to produce an EAB ternary complex. The order of binding can either be random (in a random mechanism) or substrates have to bind in a particular sequence (in an ordered mechanism). When a set of v by [S] curves (fixed A, varying B) from an enzyme with a ternary-complex mechanism are plotted in a Lineweaver–Burk plot, the set of lines produced will intersect.

Enzymes with ternary-complex mechanisms include glutathione S-transferase, [26] dihydrofolate reductase [27] and DNA polymerase. [28] The following links show short animations of the ternary-complex mechanisms of the enzymes dihydrofolate reductase [β] and DNA polymerase [γ] .

Ping–pong mechanisms Edit

As shown on the right, enzymes with a ping-pong mechanism can exist in two states, E and a chemically modified form of the enzyme E* this modified enzyme is known as an intermediate. In such mechanisms, substrate A binds, changes the enzyme to E* by, for example, transferring a chemical group to the active site, and is then released. Only after the first substrate is released can substrate B bind and react with the modified enzyme, regenerating the unmodified E form. When a set of v by [S] curves (fixed A, varying B) from an enzyme with a ping–pong mechanism are plotted in a Lineweaver–Burk plot, a set of parallel lines will be produced. This is called a secondary plot.

Enzymes with ping–pong mechanisms include some oxidoreductases such as thioredoxin peroxidase, [29] transferases such as acylneuraminate cytidylyltransferase [30] and serine proteases such as trypsin and chymotrypsin. [31] Serine proteases are a very common and diverse family of enzymes, including digestive enzymes (trypsin, chymotrypsin, and elastase), several enzymes of the blood clotting cascade and many others. In these serine proteases, the E* intermediate is an acyl-enzyme species formed by the attack of an active site serine residue on a peptide bond in a protein substrate. A short animation showing the mechanism of chymotrypsin is linked here. [δ]

External factors may limit the ability of an enzyme to catalyse a reaction in both directions (whereas the nature of a catalyst in itself means that it cannot catalyse just one direction, according to the principle of microscopic reversibility). We consider the case of an enzyme that catalyses the reaction in both directions:

Many different enzyme systems follow non Michaelis-Menten behavior. [33] A select few examples include kinetics of self-catalytic enzymes, cooperative and allosteric enzymes, interfacial and intracellular enzymes, processive enzymes and so forth. Some enzymes produce a sigmoid v by [S] plot, which often indicates cooperative binding of substrate to the active site. This means that the binding of one substrate molecule affects the binding of subsequent substrate molecules. This behavior is most common in multimeric enzymes with several interacting active sites. [34] [35] Here, the mechanism of cooperation is similar to that of hemoglobin, with binding of substrate to one active site altering the affinity of the other active sites for substrate molecules. Positive cooperativity occurs when binding of the first substrate molecule bertambah the affinity of the other active sites for substrate. Negative cooperativity occurs when binding of the first substrate berkurang the affinity of the enzyme for other substrate molecules.

Allosteric enzymes include mammalian tyrosyl tRNA-synthetase, which shows negative cooperativity, [36] and bacterial aspartate transcarbamoylase [37] and phosphofructokinase, [38] which show positive cooperativity.

Cooperativity is surprisingly common and can help regulate the responses of enzymes to changes in the concentrations of their substrates. [34] Positive cooperativity makes enzymes much more sensitive to [S] and their activities can show large changes over a narrow range of substrate concentration. Conversely, negative cooperativity makes enzymes insensitive to small changes in [S].

The Hill equation (biochemistry) [39] is often used to describe the degree of cooperativity quantitatively in non-Michaelis–Menten kinetics. The derived Hill coefficient n measures how much the binding of substrate to one active site affects the binding of substrate to the other active sites. A Hill coefficient of <1 indicates negative cooperativity and a coefficient of >1 indicates positive cooperativity.

In the first moment after an enzyme is mixed with substrate, no product has been formed and no intermediates exist. The study of the next few milliseconds of the reaction is called pre-steady-state kinetics. Pre-steady-state kinetics is therefore concerned with the formation and consumption of enzyme–substrate intermediates (such as ES or E*) until their steady-state concentrations are reached.

This approach was first applied to the hydrolysis reaction catalysed by chymotrypsin. [40] Often, the detection of an intermediate is a vital piece of evidence in investigations of what mechanism an enzyme follows. For example, in the ping–pong mechanisms that are shown above, rapid kinetic measurements can follow the release of product P and measure the formation of the modified enzyme intermediate E*. [41] In the case of chymotrypsin, this intermediate is formed by an attack on the substrate by the nucleophilic serine in the active site and the formation of the acyl-enzyme intermediate.

In the figure to the right, the enzyme produces E* rapidly in the first few seconds of the reaction. The rate then slows as steady state is reached. This rapid burst phase of the reaction measures a single turnover of the enzyme. Consequently, the amount of product released in this burst, shown as the intercept on the y-axis of the graph, also gives the amount of functional enzyme which is present in the assay. [42]

An important goal of measuring enzyme kinetics is to determine the chemical mechanism of an enzyme reaction, i.e., the sequence of chemical steps that transform substrate into product. The kinetic approaches discussed above will show at what rates intermediates are formed and inter-converted, but they cannot identify exactly what these intermediates are.

Kinetic measurements taken under various solution conditions or on slightly modified enzymes or substrates often shed light on this chemical mechanism, as they reveal the rate-determining step or intermediates in the reaction. For example, the breaking of a covalent bond to a hydrogen atom is a common rate-determining step. Which of the possible hydrogen transfers is rate determining can be shown by measuring the kinetic effects of substituting each hydrogen by deuterium, its stable isotope. The rate will change when the critical hydrogen is replaced, due to a primary kinetic isotope effect, which occurs because bonds to deuterium are harder to break than bonds to hydrogen. [43] It is also possible to measure similar effects with other isotope substitutions, such as 13 C/ 12 C and 18 O/ 16 O, but these effects are more subtle. [44]

Isotopes can also be used to reveal the fate of various parts of the substrate molecules in the final products. For example, it is sometimes difficult to discern the origin of an oxygen atom in the final product since it may have come from water or from part of the substrate. This may be determined by systematically substituting oxygen's stable isotope 18 O into the various molecules that participate in the reaction and checking for the isotope in the product. [45] The chemical mechanism can also be elucidated by examining the kinetics and isotope effects under different pH conditions, [46] by altering the metal ions or other bound cofactors, [47] by site-directed mutagenesis of conserved amino acid residues, or by studying the behaviour of the enzyme in the presence of analogues of the substrate(s). [48]

Enzyme inhibitors are molecules that reduce or abolish enzyme activity, while enzyme activators are molecules that increase the catalytic rate of enzymes. These interactions can be either boleh diterbalikkan (i.e., removal of the inhibitor restores enzyme activity) or tidak dapat dipulihkan (i.e., the inhibitor permanently inactivates the enzyme).

Reversible inhibitors Edit

Traditionally reversible enzyme inhibitors have been classified as competitive, uncompetitive, or non-competitive, according to their effects on KM dan Vmaks. These different effects result from the inhibitor binding to the enzyme E, to the enzyme–substrate complex ES, or to both, respectively. The division of these classes arises from a problem in their derivation and results in the need to use two different binding constants for one binding event. The binding of an inhibitor and its effect on the enzymatic activity are two distinctly different things, another problem the traditional equations fail to acknowledge. In noncompetitive inhibition the binding of the inhibitor results in 100% inhibition of the enzyme only, and fails to consider the possibility of anything in between. [49] In noncompetitive inhibition, the inhibitor will bind to an enzyme at its allosteric site therefore, the binding affinity, or inverse of KM, of the substrate with the enzyme will remain the same. On the other hand, the Vmaks will decrease relative to an uninhibited enzyme. On a Lineweaver-Burk plot, the presence of a noncompetitive inhibitor is illustrated by a change in the y-intercept, defined as 1/Vmaks. The x-intercept, defined as −1/KM, will remain the same. In competitive inhibition, the inhibitor will bind to an enzyme at the active site, competing with the substrate. Akibatnya, KM will increase and the Vmaks will remain the same. [50] The common form of the inhibitory term also obscures the relationship between the inhibitor binding to the enzyme and its relationship to any other binding term be it the Michaelis–Menten equation or a dose response curve associated with ligand receptor binding. To demonstrate the relationship the following rearrangement can be made:

Adding zero to the bottom ([I]-[I])

This notation demonstrates that similar to the Michaelis–Menten equation, where the rate of reaction depends on the percent of the enzyme population interacting with substrate, the effect of the inhibitor is a result of the percent of the enzyme population interacting with inhibitor. The only problem with this equation in its present form is that it assumes absolute inhibition of the enzyme with inhibitor binding, when in fact there can be a wide range of effects anywhere from 100% inhibition of substrate turn over to just >0%. To account for this the equation can be easily modified to allow for different degrees of inhibition by including a delta Vmaks term.

This term can then define the residual enzymatic activity present when the inhibitor is interacting with individual enzymes in the population. However the inclusion of this term has the added value of allowing for the possibility of activation if the secondary Vmaks term turns out to be higher than the initial term. To account for the possibly of activation as well the notation can then be rewritten replacing the inhibitor "I" with a modifier term denoted here as "X".

While this terminology results in a simplified way of dealing with kinetic effects relating to the maximum velocity of the Michaelis–Menten equation, it highlights potential problems with the term used to describe effects relating to the KM. The KM relating to the affinity of the enzyme for the substrate should in most cases relate to potential changes in the binding site of the enzyme which would directly result from enzyme inhibitor interactions. As such a term similar to the one proposed above to modulate Vmaks should be appropriate in most situations: [51]

A few examples of reversible inhibition belonging to the competitive and uncompetitive models have been discussed in the following papers. [52] [53] [54]

Irreversible inhibitors Edit

Enzyme inhibitors can also irreversibly inactivate enzymes, usually by covalently modifying active site residues. These reactions, which may be called suicide substrates, follow exponential decay functions and are usually saturable. Below saturation, they follow first order kinetics with respect to inhibitor. Irreversible inhibition could be classified into two distinct types. Affinity labelling is a type of irreversible inhibition where a functional group that is highly reactive modifies a catalytically critical residue on the protein of interest to bring about inhibition. Mechanism-based inhibition, on the other hand, involves binding of the inhibitor followed by enzyme mediated alterations that transform the latter into a reactive group that irreversibly modifies the enzyme.

Philosophical discourse on reversibility and irreversibility of inhibition Edit

Having discussed reversible inhibition and irreversible inhibition in the above two headings, it would have to be pointed out that the concept of reversibility (or irreversibility) is a purely theoretical construct exclusively dependent on the time-frame of the assay, i.e., a reversible assay involving association and dissociation of the inhibitor molecule in the minute timescales would seem irreversible if an assay assess the outcome in the seconds and vice versa. There is a continuum of inhibitor behaviors spanning reversibility and irreversibility at a given non-arbitrary assay time frame. There are inhibitors that show slow-onset behavior [52] and most of these inhibitors, invariably, also show tight-binding to the protein target of interest. [52] [53]

The favoured model for the enzyme–substrate interaction is the induced fit model. [55] This model proposes that the initial interaction between enzyme and substrate is relatively weak, but that these weak interactions rapidly induce conformational changes in the enzyme that strengthen binding. These conformational changes also bring catalytic residues in the active site close to the chemical bonds in the substrate that will be altered in the reaction. [56] Conformational changes can be measured using circular dichroism or dual polarisation interferometry. After binding takes place, one or more mechanisms of catalysis lower the energy of the reaction's transition state by providing an alternative chemical pathway for the reaction. Mechanisms of catalysis include catalysis by bond strain by proximity and orientation by active-site proton donors or acceptors covalent catalysis and quantum tunnelling. [41] [57]

Enzyme kinetics cannot prove which modes of catalysis are used by an enzyme. However, some kinetic data can suggest possibilities to be examined by other techniques. For example, a ping–pong mechanism with burst-phase pre-steady-state kinetics would suggest covalent catalysis might be important in this enzyme's mechanism. Alternatively, the observation of a strong pH effect on Vmaks tetapi tidak KM might indicate that a residue in the active site needs to be in a particular ionisation state for catalysis to occur.

In 1902 Victor Henri proposed a quantitative theory of enzyme kinetics, [58] but at the time the experimental significance of the hydrogen ion concentration was not yet recognized. After Peter Lauritz Sørensen had defined the logarithmic pH-scale and introduced the concept of buffering in 1909 [59] the German chemist Leonor Michaelis and Dr. Maud Leonora Menten (a postdoctoral researcher in Michaelis's lab at the time) repeated Henri's experiments and confirmed his equation, which is now generally referred to as Michaelis-Menten kinetics (sometimes also Henri-Michaelis-Menten kinetics). [60] Their work was further developed by G. E. Briggs and J. B. S. Haldane, who derived kinetic equations that are still widely considered today a starting point in modeling enzymatic activity. [61]

The major contribution of the Henri-Michaelis-Menten approach was to think of enzyme reactions in two stages. In the first, the substrate binds reversibly to the enzyme, forming the enzyme-substrate complex. This is sometimes called the Michaelis complex. The enzyme then catalyzes the chemical step in the reaction and releases the product. The kinetics of many enzymes is adequately described by the simple Michaelis-Menten model, but all enzymes have internal motions that are not accounted for in the model and can have significant contributions to the overall reaction kinetics. This can be modeled by introducing several Michaelis-Menten pathways that are connected with fluctuating rates, [62] [63] [64] which is a mathematical extension of the basic Michaelis Menten mechanism. [65]

ENZO (Enzyme Kinetics) is a graphical interface tool for building kinetic models of enzyme catalyzed reactions. ENZO automatically generates the corresponding differential equations from a stipulated enzyme reaction scheme. These differential equations are processed by a numerical solver and a regression algorithm which fits the coefficients of differential equations to experimentally observed time course curves. ENZO allows rapid evaluation of rival reaction schemes and can be used for routine tests in enzyme kinetics. [66]


Enzymes can catalyze reactions through a variety of mechanisms. Some of these include:

  • Bond strain: enzymes can destabilize bonds within the substrate.
  • Proximity and orientation: conformational changes in the enzyme upon substrate binding can bring reactive groups closer together or orient them so they can react.
  • Proton donors and acceptors: the presence of acidic or basic groups can affect bond polarization and reaction speed.
  • Electrostatic catalysis: electrostatic attractions between the enzyme and the substrate can stabilize the activated complex.
  • Covalent catalysis: covalent bonding to side chains or cofactors can lower the energy of the transition state.

As such, enzymes show that evolutionary biology has produced highly effective catalysts.

Doktor haiwan tanpa had dan memilih kandungan berkualiti tinggi berlesen secara terbuka dari seluruh Internet. Sumber khusus ini menggunakan sumber berikut:


The lock and key hypothesis/ the induced fit model

The lock and key hypothesis explains how enzymes can be so specific with their substrates and the reactions they catalyse. It describes how the enzyme’s active site has a very unique shape that complements the shape of a specific substrate. They can therefore fit exactly together.

The lock and key mechanism often means that an enzyme has specificity for one particular substrate, but it can also be compatible with a family of substrates, such as those possessing particular functional groups or modifications.

However, the lock and key hypothesis is now out of date, and scientists have developed a new model to explain how enzymes and substrates fit together. An important feature of enzymes not covered under the lock and key hypothesis, is that the active site changes shape after the substrate has bound. This ensures an even tighter fit and more precise bonding. This has lead to another hypothesis, the model fit teraruh, which explains that the contact of the substrate with the active site induces the enzyme to change shape. Once the product is generated, it leaves the surface of the enzyme, which turns back to its original shape.

Because enzymes are very specific in their activity, they are also very sensitive to changes in the environment, and require specific conditions to functions. Factors such as temperature, pH, concentration of the enzyme, and the concentration of the substrate all affect the rate of the reaction.


One gene–one enzyme hypothesis

Editor kami akan menyemak apa yang telah anda kirimkan dan menentukan apakah akan menyemak semula artikel tersebut.

One gene–one enzyme hypothesis, idea advanced in the early 1940s that each gene controls the synthesis or activity of a single enzyme. The concept, which united the fields of genetics and biochemistry, was proposed by American geneticist George Wells Beadle and American biochemist Edward L. Tatum, who conducted their studies in the mold Neurospora crassa. Their experiments involved first exposing the mold to mutation-inducing X-rays and then culturing it in a minimal growth medium that contained only the basic nutrients that the wild-type, or nonmutated, strain of mold needed to survive. They found that the mutant strains of mold required the addition of specific amino acids to the minimal medium in order to grow. Using this information, the researchers were able to associate mutations in specific genes to the disruption of individual enzymes in the metabolic pathways that normally produced the missing amino acids. This discovery won Beadle and Tatum the 1958 Nobel Prize for Physiology or Medicine (shared with American geneticist Joshua Lederberg).

Although the hypothesis was amply verified in principle, it has undergone considerable sophistication since the 1940s. Today it is known that not all genes encode an enzyme and that some enzymes are made up of several short polypeptides encoded by two or more genes.

Artikel ini baru-baru ini disemak dan dikemas kini oleh Kara Rogers, Editor Kanan.


Tonton videonya: Aplikasi Enzim Dalam Kehidupan Harian (Disember 2022).