bj
    >> Φυσικές Επιστήμες >  >> Χημική ουσία

Μηχανισμός Ενζυμικής Κατάλυσης


Ένα ένζυμο προσελκύει υποστρώματα στην ενεργό του θέση, καταλύει χημικές αντιδράσεις που παράγουν προϊόντα και στη συνέχεια επιτρέπει στα προϊόντα να διαχωριστούν. Τα σύμπλοκα ενζύμου-υποστρώματος σχηματίζονται όταν τα ένζυμα συνδυάζονται με τα υποστρώματά τους. Ένας γενικός μηχανισμός δράσης ενός ενζύμου είναι η μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης. Η ενέργεια ενεργοποίησης ενός ενζύμου αυξάνεται με τη μείωση της τιμής του pH. Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε τον μηχανισμό της σημασίας της ενζυμικής κατάλυσης και θα απαντήσουμε σε ορισμένες ερωτήσεις jee του μηχανισμού ενζυμικής κατάλυσης.

Κατάλυση ενζύμου:

  • Στην κατάλυση, μια ουσία γνωστή ως καταλύτης χρησιμοποιείται για την αλλαγή του ρυθμού μιας αντίδρασης (ο καταλύτης δεν συμμετέχει στην αντίδραση, η σύνθεση και η συγκέντρωσή του παραμένουν αμετάβλητες).
  • Στη χημεία, ένας καταλύτης είναι μια ουσία που αυξάνει τους ρυθμούς αντίδρασης.
  • Τα φυτά και τα ζώα βασίζονται σε ένζυμα για να διευκολύνουν και να επιταχύνουν πολλές ζωτικής σημασίας βιοχημικές αντιδράσεις.
  • Η ενζυμική κατάλυση είναι η εφαρμογή ενζύμων ως καταλυτών.
  • Ένα ένζυμο που περιέχει άζωτο είναι μια σύνθετη ένωση.
  • Αυτές οι ενώσεις παράγονται φυσικά στο σώμα των ζώων και των φυτών.
  • Όταν διαλύονται στο νερό, τα ένζυμα σχηματίζουν ένα ετερογενές μείγμα πρωτεϊνών υψηλής μοριακής μάζας.
  • Είναι υπεύθυνα για ένα ευρύ φάσμα αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στο σώμα των ζωντανών όντων.

Χαρακτηριστικά της ενζυμικής κατάλυσης:

  • Ένας ενζυμικός καταλύτης μπορεί να μεταμορφώσει έως και ένα εκατομμύριο μόρια του αντιδρώντος σε ένα δευτερόλεπτο. Ως αποτέλεσμα, οι ενζυμικοί καταλύτες θεωρούνται ιδιαίτερα αποτελεσματικοί.
  • Οι βιοχημικοί καταλύτες είναι μοναδικοί για ορισμένες αντιδράσεις, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πολλαπλές αντιδράσεις.
  • Βέλτιστη θερμοκρασία είναι η θερμοκρασία στην οποία ένας καταλύτης είναι πιο αποτελεσματικός. Ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία, η δραστηριότητα των βιοχημικών καταλυτών μειώνεται.
  • Το pH ενός διαλύματος είναι κρίσιμο για τη βιοχημική κατάλυση. Ο καταλύτης πρέπει να είναι σε εύρος apH μεταξύ 5-7.
  • Παρουσία συνενζύμων ή ενεργοποιητών, όπως Na+ ή Co2+, η ενζυμική δραστηριότητα αυξάνεται. Αυτό οφείλεται στον ασθενή δεσμό μεταξύ του μεταλλικού ιόντος και του ενζύμου.

Μηχανισμός ενζυμικού καταλύτη:

Τα ένζυμα έχουν μια σειρά από κοιλότητες στην επιφάνειά τους. Υπάρχουν ομάδες όπως -COOH, -SH, κ.λπ. σε αυτές τις κοιλότητες. Τα βιοχημικά σωματίδια έχουν ενεργά κέντρα όπως αυτό. Όπως ένα κλειδί χωράει σε μια κλειδαριά, έτσι και το υπόστρωμα, το οποίο έχει το αντίθετο φορτίο από το ένζυμο. Οι δραστικές ομάδες στις σύνθετες μορφές οδηγούν στην αποσύνθεση των προϊόντων. Ως αποτέλεσμα, εμπλέκονται δύο βήματα:

Το πρώτο βήμα είναι ο συνδυασμός ενζύμων και αντιδρώντων :-

E+R→ER

Η αποσύνθεση του μορίου του συμπλόκου για την παραγωγή του προϊόντος είναι το δεύτερο βήμα:-

ER→ E+R

Αριθμός μηχανισμών:

  1. Εγγύτητα. Τα ένζυμα μπορούν να φέρουν μόρια μαζί σε ένα διάλυμα. Για παράδειγμα, σε ένα ελεύθερο διάλυμα, η μεταφορά μιας φωσφορικής ομάδας από το ATP στη γλυκόζη έχει εξαιρετικά χαμηλή πιθανότητα τα δύο μόρια να έρθουν κοντά. Υπάρχουν πολλά μόρια με τα οποία το ATP και η ζάχαρη θα μπορούσαν να συγκρουστούν. Επιτρέποντας στο ATP και το σάκχαρο να συνδέονται ανεξάρτητα και στενά με την ενεργή θέση ενός ενζύμου βελτιώνει την ικανότητά τους να αντιδρούν μεταξύ τους.
  2. Προσανατολισμός:Ακόμη και όταν δύο μόρια συγκρούονται με αρκετή ενέργεια για να πυροδοτήσουν μια αντίδραση, το αποτέλεσμα δεν είναι πάντα το ίδιο. Πρέπει να είναι προσανατολισμένα έτσι ώστε η ενέργεια σύγκρουσης να περνά στον αντιδραστικό σύνδεσμο. Τα ένζυμα δεσμεύουν υποστρώματα για να οδηγήσουν αντιδραστικές ομάδες προς την κατεύθυνση μιας αντίδρασης.
  3. Προκαλούμενη προσαρμογή:Τα ένζυμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Με αυτόν τον τρόπο, διαφέρουν από τους στερεούς καταλύτες όπως οι μεταλλικοί καταλύτες που χρησιμοποιούνται στη χημική υδρογόνωση. Μετά τη δέσμευση των υποστρωμάτων του, η διαμόρφωση ενός ενζύμου αλλάζει, οδηγώντας τα υποστρώματα σε μια τεντωμένη ή παραμορφωμένη δομή που μιμείται τη μεταβατική κατάσταση. Η εξοκινάση κλείνει σαν κοχύλι όταν συνδέεται με τη γλυκόζη. Σε αυτή τη δομή, τα υποστρώματα ωθούνται σε αντιδραστική κατάσταση.
  4. Ομάδες αντιδραστικών αμινοξέων:Οι πλευρικές αλυσίδες αμινοξέων περιέχουν έναν αριθμό αντιδρώντων υπολειμμάτων. Για παράδειγμα, η ιστιδίνη μπορεί να απορροφήσει και/ή να παρέχει ένα πρωτόνιο από ή προς ένα υπόστρωμα. Πριν αναμιχθεί μια πλευρική αλυσίδα σερίνης με νερό σε διαδικασίες υδρόλυσης, μπορεί να συνδεθεί μια ακυλομάδα με αυτήν. Όταν υπάρχουν ένζυμα με ειδική καταλυτική δράση κοντά σε ένα υπόστρωμα, οι αντιδράσεις που το χρησιμοποιούν επιταχύνονται. Για παράδειγμα, ένα συζευγμένο με πρωτόνιο με ιστιδίνη μπορεί να μεταφερθεί αμέσως σε μια βασική ομάδα σε ένα υπόστρωμα.
  5. Συνένζυμα και μεταλλικά ιόντα:Εκτός από τις πλευρικές τους αλυσίδες αμινοξέων, τα ένζυμα μπορούν να παρέχουν μια ποικιλία αντιδραστικών ομάδων. Τα συνένζυμα είναι βιομόρια που παρέχουν χημικές ομάδες για να διευκολύνουν την κατάλυση. Κατά τη διάρκεια της κατάλυσης, τα συνένζυμα, όπως και τα ένζυμα, δεν αλλάζουν. Αυτό τα διαχωρίζει από άλλα υποστρώματα, όπως το ATP, που μετασχηματίζεται με ενζυμική δράση. Σε αντίθεση με άλλα ένζυμα, τα συνένζυμα δεν αποτελούνται από πρωτεΐνη. Στις ενεργές θέσεις πολλών ενζύμων, τα μεταλλικά ιόντα μπορούν να βρεθούν συνδεδεμένα με το ένζυμο και μερικές φορές με το υπόστρωμα.
  • Οι πρωτεΐνες στερούνται χημικών λειτουργικών ομάδων, τις οποίες δίνουν τα συνένζυμα.
  • Μόνο οι σουλφυδρυλικές ομάδες στα αμινοξέα, για παράδειγμα, μπορούν να εμπλέκονται σε αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής και ο σχηματισμός/θραύση δισουλφιδίου δεν δίνει αρκετή αναγωγική ισχύ για να αλλάξει τις λειτουργικές ομάδες των περισσότερων βιομορίων.
  • Ως δέκτες και δότες ηλεκτρονίων, απαιτείται ένα από τα πολλά συνένζυμα, συνήθως Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) ή Flavin Adenine Dinucleotide (FAD).

Τρόποι που το ένζυμο καταλύει τις αντιδράσεις

  • Τα ένζυμα χρησιμοποιούν διάφορους τρόπους για να καταλύουν διαδικασίες. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα:
  • Τα ένζυμα έχουν την ικανότητα να αποσταθεροποιούν τους δεσμούς μέσα στο υπόστρωμα.
  • Εγγύτητα και προσανατολισμός:Όταν ένα ένζυμο συνδέεται με ένα υπόστρωμα, οι διαμορφωτικές αλλαγές στο ένζυμο ενδέχεται να φέρουν τις αντιδραστικές ομάδες πιο κοντά μεταξύ τους ή να τις προσανατολίσουν ώστε να μπορούν να αντιδράσουν.
  • Η πόλωση του δεσμού και η ταχύτητα αντίδρασης μπορεί να επηρεαστούν από την παρουσία όξινων ή βασικών ομάδων σε δότες και δέκτες πρωτονίων.
  • Ηλεκτροστατική κατάλυση:Το ενεργό σύμπλοκο μπορεί να σταθεροποιηθεί με ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ του ενζύμου και του υποστρώματος.
  • Η ομοιοπολική κατάλυση μειώνει την ενέργεια της μεταβατικής κατάστασης σχηματίζοντας ομοιοπολικούς δεσμούς με πλευρικές αλυσίδες ή συμπαράγοντες.
  • Ως αποτέλεσμα, τα ένζυμα αποδεικνύουν ότι η εξέλιξη έχει δημιουργήσει πολύ ισχυρούς καταλύτες.

Συμπέρασμα

Ένα ένζυμο προσελκύει υποστρώματα στην ενεργό του θέση, καταλύει τη χημική διαδικασία που παράγει προϊόντα και στη συνέχεια διαχωρίζει τα προϊόντα (χωριστά από την επιφάνεια του ενζύμου). Το σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος είναι ο συνδυασμός ενός ενζύμου και των υποστρωμάτων του.











Τι είναι η Χημεία;

Χημεία είναι η μελέτη της ύλης . Η ύλη είναι βασικά οτιδήποτε καταλαμβάνει χώρο και έχει μάζα! Χρησιμοποιούμε χημεία καθημερινά και παντού. Όταν ψήνετε ένα κέικ, τα υλικά επιλέγονται, μετρώνται και στη συνέχεια μαγειρεύονται, ώστε να αντιδρούν μαζί για να δημιουργήσουν κάτι νόστιμο (ή όχι, ανάλογα

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της σπιρουλίνας και της χλωρέλλας

Η κύρια διαφορά μεταξύ σπιρουλίνας και χλωρέλλας είναι ότι η σπιρουλίνα είναι ένα πολυκύτταρο, σπειροειδούς σχήματος, κυανοβακτήρια, το οποίο αναπτύσσεται φυσικά σε λίμνες με ζεστό γλυκό νερό, φυσικές πηγές και αλμυρό νερό,  ενώ  Chlorella Το είναι ένα μονοκύτταρο, σφαιρικού σχήματος πράσινο φύκι

Διαφορά μεταξύ πολυμοριακών και μακρομοριακών κολλοειδών

Κύρια διαφορά – Πολυμοριακά έναντι Μακρομοριακών Κολλοειδών Τα κολλοειδή είναι ένας τύπος ομοιογενούς μείγματος στο οποίο τα διασκορπισμένα σωματίδια δεν καθιζάνουν. Τα κολλοειδή μπορούν να χωριστούν σε ομάδες ανάλογα με διάφορες παραμέτρους όπως ο τύπος των σωματιδίων που υπάρχουν στο κολλοειδές, η