Ενζυμική Κατάλυση

Η κατάλυση είναι ένα φαινόμενο στο οποίο ο ρυθμός μιας αντίδρασης επιταχύνεται ή επιβραδύνεται με τη χρήση ενός καταλύτη (ο καταλύτης δεν συμμετέχει στην αντίδραση, η συγκέντρωση και η σύνθεσή του παραμένουν αμετάβλητες). Ο καταλύτης είναι μια ουσία που χρησιμοποιείται για να επηρεάσει τον ρυθμό μιας αντίδρασης. Τα ένζυμα είναι ένας τύπος καταλύτη που βοηθά στην επιτάχυνση και τη διευκόλυνση μιας ποικιλίας σημαντικών μεταβολικών γεγονότων σε φυτά και ζώα. Η ενζυμική κατάλυση είναι ένας τύπος κατάλυσης στην οποία τα ένζυμα λειτουργούν ως καταλύτης. Τα ένζυμα είναι πολύπλοκα μόρια που περιέχουν άζωτο. Αυτές οι ουσίες παράγονται αυθόρμητα στο σώμα των ζώων και των φυτών. Όταν διαλύονται στο νερό, τα ένζυμα έχουν υψηλή μοριακή μάζα και σχηματίζουν ένα ετερογενές μείγμα. Αυτές οι πρωτεΐνες έχουν υψηλή απόδοση και είναι υπεύθυνες για μια ποικιλία διεργασιών στο σώμα των ζωντανών όντων.

Χαρακτηριστικά της ενζυμικής κατάλυσης:

• Ένα ενζυμικό μόριο καταλύτη μπορεί να μετατρέψει έως και ένα εκατομμύριο μόρια αντιδραστηρίου κάθε δευτερόλεπτο. Ως αποτέλεσμα, οι ενζυμικοί καταλύτες πιστεύεται ότι είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί.
• Αυτοί οι βιολογικοί καταλύτες είναι συγκεκριμένοι για συγκεκριμένους τύπους αντιδράσεων, επομένως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλαπλές διεργασίες.
• Στη βέλτιστη θερμοκρασία του, η αποτελεσματικότητα ενός καταλύτη βρίσκεται στο αποκορύφωμά της. Η δραστηριότητα των βιολογικών καταλυτών μειώνεται και στις δύο πλευρές της βέλτιστης θερμοκρασίας.
• Το pH ενός διαλύματος έχει αντίκτυπο στη βιοχημική κατάλυση. Ένας καταλύτης αποδίδει καλύτερα όταν το pH είναι μεταξύ 5-7.
• Υπό την παρουσία ενός συνενζύμου ή ενεργοποιητή όπως το Na+ ή το Co2+, η ενζυμική δραστηριότητα αυξάνεται κανονικά. Λόγω της παρουσίας ασθενούς δεσμού μεταξύ του ενζύμου και ενός μεταλλικού ιόντος, ο ρυθμός αντίδρασης επιταχύνεται.

Μηχανισμός ενζυμικού καταλύτη:

Τα ένζυμα έχουν πολλές κοιλότητες στην εξωτερική τους επιφάνεια. Αυτές οι κοιλότητες έχουν ομάδες όπως -COOH, -SH, και ούτω καθεξής. Το ενεργό κέντρο ενός βιολογικού σωματιδίου ορίζεται ως αυτά τα κέντρα. Το υπόστρωμα, το οποίο φορτίζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση με το ένζυμο, προσαρμόζεται στις κοιλότητες σαν ένα κλειδί σε μια κλειδαριά. Το σύμπλοκο που παράγεται αποσυντίθεται για να δώσει τα προϊόντα λόγω της παρουσίας ενεργών ομάδων.

Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν δύο βήματα:

Βήμα 1:  Το ένζυμο και το αντιδρόν συνδυάζονται.

E + R ER

Βήμα 2:Το περίπλοκο μόριο αποσυντίθεται για να παραχθεί το τελικό προϊόν.

E R E + R

Συμπέρασμα

Τα ένζυμα έχουν βιολογικές αλλά και χημικές ιδιότητες. Οι αλληλουχίες και οι αρχιτεκτονικές τους καθορίζουν τη λειτουργία τους στα γονιδιώματα και τα πρωτεώματα όλων των ζωντανών πλασμάτων και η ικανότητά τους να καταλύουν χημικές αντιδράσεις επεκτείνει τη βιολογική τους λειτουργία σε μεταβολικά μονοπάτια και δίκτυα. Πολλά ένζυμα είναι ασυνήθιστα, εκτελώντας πολλές αντιδράσεις και τα προφίλ αντιδράσεών τους μπορούν να αλλάξουν καθώς αλλάζει η αλληλουχία πρωτεΐνης. Για να συλληφθεί ο πυρήνας της χημείας των ενζύμων σε μια λειτουργική κατηγοριοποίηση, οι τροποποιήσεις δεσμών και τα κέντρα αντίδρασης πρέπει να συνδυαστούν με δομικές πληροφορίες σχετικά με υποστρώματα, προϊόντα και διαδικασίες. Η ανάπτυξη εργαλείων για την πλοήγηση στον χώρο αντίδρασης (π.χ. EC-BLAST) έχει ανοίξει το δρόμο για μια πιο ακριβή περιγραφή των αντιδράσεων των ενζύμων, επιτρέποντας μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση της βιολογικής λειτουργίας.

• Σχετική ατομική μάζα

Η σχετική ατομική μάζα ενός στοιχείου είναι η σχέση μεταξύ της μάζας του και του αριθμού των ατόμων που περιέχει. Η σχετική ατομική μάζα Η κλίμακα χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των μαζών διαφορετικών ατόμων.

Στο άτομο υδρογόνου, το ελαφρύτερο άτομο, δόθηκε μια σχετική ατομική μάζα του 1, και τις σχετικές ατομικές μάζες άλλων ατόμων υπολογίστηκαν σε σύγκριση.

• Ατομικές μάζες γραμμαρίων 

Οι ατομικές μάζες γραμμαρίων των στοιχείων είναι οι ατομικές τους μάζες δίνεται σε γραμμάρια. Η ατομική μάζα ενός μορίου οξυγόνου, για παράδειγμα, είναι 16 amu.

Ως αποτέλεσμα, το οξυγόνο έχει ατομική μάζα γραμμαρίου των 16 g.

• Μοριακή μάζα 

Ο αριθμός των φορών που το σωματίδιο ενός υλικού είναι βαρύτερο από το ένα δωδέκατο της μάζας ενός ατόμου άνθρακα – 12 – είναι η υποατομική μάζα της ουσίας. Εναλλακτικά, η υποατομική μάζα είναι ίσο με το άθροισμα των ατομικών μαζών του φαινομενικού πλήθους των σωματιδίων που υπάρχουν σε ένα μόνο υλικό σωματίδιο. Πάρτε, για παράδειγμα, νερό.

Το H έχει μια ατομική μάζα μιας μονάδας.

Το O έχει μια ατομική μάζα των 16 μονάδων.

Το νερό έχει υποατομική μάζα 2 ατομικών μαζών H + 1 ατομική μάζα του Ο.

=2 × 1 + 16 × 1 

=18 μονάδες 

Οι μοριακές μάζες των μορίων μπορούν να τροποποιηθούν με τον ακόλουθο τρόπο:

• Φασματομετρία μάζας :Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά για τον προσδιορισμό της μάζας των μικρών ενώσεων. Η μονοϊσοτοπική μάζα χρησιμοποιείται για να εξηγήσει αυτό.

• • Υδροδυναμική στρατηγική – Οι σχέσεις Houwink χρησιμοποιούνται σε μια υδροδυναμική στρατηγική επειδή αυτή η προσέγγιση απαιτεί υπολογισμό. Μερικές φορές αναφέρεται ως διαδικασία προσδιορισμού σχετικού ατομικού βάρους.
  • Στατική σκέδαση φωτός :Η προσέγγιση Zimm χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του μοριακού βάρους από την ποσότητα του φωτός που σκεδάζεται.

• Φωτομετρία μάζας: Το MP είναι μια τεχνική εντός διαλύματος χωρίς επισήμανση για τον προσδιορισμό της μοριακής μάζας πρωτεϊνών, λιπιδίων, υδατανθράκων και νουκλεϊκών οξέων σε επίπεδο ενός μορίου. Η συμβολομετρική μικροσκοπία σκεδαζόμενου φωτός είναι η βάση της τεχνολογίας. Η μάζα του μορίου είναι γραμμικά ανάλογη με την αντίθεση από το σκεδαζόμενο φως που προκαλείται από ένα μόνο συμβάν δέσμευσης στη διεπιφάνεια μεταξύ του διαλύματος πρωτεΐνης και της γυάλινης πλάκας. Αυτή η προσέγγιση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της κατάστασης ολιγομερισμού πρωτεΐνης, τον χαρακτηρισμό πολύπλοκων μακρομοριακών συγκροτημάτων (ριβοσώματα, GroEL, AAV) και τη μέτρηση των αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης, όπως οι αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης.

• Μοριακή μάζα σε γραμμάρια 

Το γραμμάριο υπο-ατομικό μάζα είναι η υπο-ατομική μάζα ενός υλικού που αντιπροσωπεύεται σε γραμμάρια.

Εξετάστε το ακόλουθο παράδειγμα:Το οξυγόνο έχει μοριακή μάζα 32u.

Η υποατομική μάζα οξυγόνου είναι 32 γραμμάρια ανά γραμμάριο.

• Μάζα τύπου

Το χλωριούχο νάτριο δεν έχει ξεχωριστά μόρια ως συστατικές μονάδες.

Για παράδειγμα, χλωριούχο νάτριο (NaCl).

Οι θετικές (νάτριο) και οι αρνητικές (χλωριούχες) οντότητες ομαδοποιούνται σε μια τρισδιάστατη δομή σε τέτοιες ενώσεις.

Για παράδειγμα, η μάζα του χλωριούχου νατρίου (NaCl) είναι ίση με το άθροισμα των ατομικών μαζών νατρίου (Na) και χλωρίου (Cl):23,0 u + 35,5 u =58,5 u.

Συμπέρασμα

• Η μάζα μεμονωμένων ατόμων και μορίων περιγράφεται από τη μονάδα ατομικής μάζας (u).
• Η ατομική μάζα ενός στοιχείου είναι ο μέσος όρος βάρους των μαζών όλων των ισοτόπων του.
• Το σύνολο των μαζών των ατόμων σε ένα μόριο είναι η μοριακή μάζα.