أداء المحفز البيولوجي والأمثلة

ل المحفز البيولوجي أو المتحفز الحيوي هو جزيء ، عموما من أصل البروتين ، لديه القدرة على تسريع التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية. جزيئات بروتين محفز هي إنزيمات ، وجزيئات من الحمض النووي الريبي هي ريبوزيم. في هذه المقالة ، سوف نركز على استكشاف الإنزيمات ، والتي تعد أفضل المحفزات البيولوجية المعروفة.

في غياب الإنزيمات ، لا يمكن أن يحدث العدد الهائل من ردود الفعل التي تحدث في الخلية والتي تسمح بالحياة. هذه هي المسؤولة عن تسريع العملية في أوامر من حجم قريبة من 10⁶ - وفي بعض الحالات أكبر بكثير.

مؤشر

• 1 الحفز
• 2 الانزيمات
  • 2.1 ما هو الانزيم?
  • 2.2 خصائص الانزيمات
  • 2.3 التسميات وتصنيف الانزيمات
  • 2.4 كيف تعمل الانزيمات?
  • 2.5 مثبطات الأنزيمية
  • 2.6 أمثلة
• 3 الفرق بين المحفزات البيولوجية (الإنزيمات) والعوامل الحفازة الكيميائية
  • 3.1 تحدث التفاعلات المحفزة بالإنزيمات بشكل أسرع
  • 3.2 معظم الإنزيمات تعمل في الظروف الفسيولوجية
  • 3.3 الخصوصية
  • 3.4 التنظيم الأنزيمي دقيق
• 4 المراجع

الحفز

المحفز عبارة عن جزيء قادر على تغيير سرعة التفاعل الكيميائي دون استهلاكه في التفاعل المذكور.

تتضمن التفاعلات الكيميائية الطاقة: تبدأ الجزيئات الأولية المشاركة في التفاعل أو التفاعلات بدرجة من الطاقة. يتم امتصاص كمية إضافية من الطاقة للوصول إلى "حالة الانتقال". في وقت لاحق ، يتم تحرير الطاقة مع المنتجات.

يتم التعبير عن فرق الطاقة بين المواد المتفاعلة والمنتجات كـ ΔG. إذا كانت مستويات الطاقة في المنتجات أكبر من المواد المتفاعلة ، يكون رد الفعل داخليًا وليس تلقائيًا. في المقابل ، إذا كانت طاقة المنتجات أقل ، يكون رد الفعل خارجيًا وعفويًا.

ومع ذلك ، إذا كان رد الفعل تلقائيًا ، فهذا لا يعني أنه سيحدث بسرعة ملحوظة. تعتمد سرعة التفاعل على ΔG * (تشير العلامة النجمية إلى طاقة التنشيط).

يجب على القارئ أن يضع هذه المفاهيم في الاعتبار من أجل فهم كيفية حدوث عمل الإنزيمات.

الانزيمات

ما هو الانزيم?

الانزيمات هي جزيئات بيولوجية ذات تعقيد لا يصدق ، وتتكون أساسا من البروتينات. البروتينات ، بدورها ، سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية.

واحدة من أبرز خصائص الإنزيمات هي خصوصيتها في الجزيء المستهدف - يسمى هذا الجزيء بالركيزة.

خصائص الانزيمات

الانزيمات موجودة في عدة اشكال. يتألف بعضها بالكامل من البروتينات ، بينما يحتوي البعض الآخر على مناطق غير بروتينية تسمى العوامل المساعدة (المعادن ، الأيونات ، الجزيئات العضوية ، إلخ.).

وبالتالي ، فإن apoenzyme هو إنزيم بدون عامل مساعد ، ويطلق على مزيج من apoenzyme و cofactor يسمى holoenzyme.

إنها جزيئات كبيرة الحجم إلى حد كبير. ومع ذلك ، فقط موقع صغير من الإنزيم يشارك مباشرة في التفاعل مع الركيزة ، وهذه المنطقة هي الموقع النشط.

عندما يبدأ التفاعل ، يكون الإنزيم مقترنًا بالركيزة الخاصة به كمفتاح يقترن بقفله (هذا النموذج هو تبسيط العملية البيولوجية الفعلية ، لكنه يعمل على توضيح العملية).

تحفز الإنزيمات جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم. في الواقع ، إذا لم تكن هذه الجزيئات موجودة ، فسنضطر إلى الانتظار مئات أو آلاف السنين حتى تكتمل التفاعلات. لذلك ، يجب التحكم في تنظيم النشاط الأنزيمي بطريقة محددة للغاية.

تسميات وتصنيف الانزيمات

عندما نرى جزيئًا ينتهي اسمه - كما هو ، يمكننا التأكد من أنه إنزيم (على الرغم من وجود استثناءات لهذه القاعدة ، مثل التربسين). هذه هي الاتفاقية لتسمية اسم الانزيمات.

هناك ستة أنواع أساسية من الإنزيمات: مؤكسدات الأكسدة ، والناقلات ، والهيدرولات ، والليزات ، والأيزوميرات ، والأغاز. المسؤول عن: تفاعلات الأكسدة ، نقل الذرات ، التحلل المائي ، إضافة الروابط المزدوجة ، الأيزومرات وتجليد الجزيئات ، على التوالي.

كيف تعمل الانزيمات?

في القسم الخاص بالحفز الكيميائي ذكرنا أن سرعة التفاعل تعتمد على قيمة ΔG *. كلما زادت القيمة ، كان التفاعل أبطأ وأبطأ. الإنزيم هو المسؤول عن تقليل المعلمة المذكورة - وبالتالي زيادة سرعة رد الفعل.

يظل الفرق بين المنتجات والمواد المتفاعلة متطابقًا (لا يؤثر الإنزيم عليه) ، كما هو الحال بالنسبة لتوزيعه. الانزيم يسهل تشكيل الحالة الانتقالية.

مثبطات الانزيم

في سياق دراسة الإنزيمات ، مثبطات هي المواد التي تمكن من تقليل نشاط المحفز. يتم تصنيفها إلى نوعين: مثبطات تنافسية وغير تنافسية. تلك من النوع الأول تتنافس مع الركيزة والآخرين لا.

بشكل عام ، عملية التثبيط قابلة للانعكاس ، على الرغم من أن بعض المثبطات يمكن أن تظل مقترنة بالإنزيم بشكل دائم.

أمثلة

هناك كمية كبيرة من الإنزيمات في خلايانا - وفي خلايا جميع الكائنات الحية. ومع ذلك ، فإن أشهرها هي تلك التي تشارك في مسارات التمثيل الغذائي مثل تحلل السكر ، ودورة كريبس ، وسلسلة نقل الإلكترون ، وغيرها..

إن إنزيم هيدروجيناز السكسينات هو إنزيم من نوع التأكسد يحفز أكسدة السكسينات. في هذه الحالة ، ينطوي التفاعل على فقدان ذرتين من الهيدروجين.

الفرق بين المحفزات البيولوجية (الإنزيمات) والعوامل الحفازة الكيميائية

هناك محفزات ذات طبيعة كيميائية ، مثل العوامل البيولوجية ، تزيد من سرعة التفاعلات. ومع ذلك ، هناك اختلافات ملحوظة بين كلا النوعين من الجزيئات.

تحدث تفاعلات الإنزيم المحفز بشكل أسرع

أولاً ، تمكّن الإنزيمات من زيادة سرعة التفاعلات بترتيب يصل إلى 10 درجات⁶ ما يصل الى 10¹². المحفزات الكيميائية تزيد من السرعة أيضًا ، ولكن فقط عدد قليل من الطلبات من حيث الحجم.

معظم الانزيمات تعمل في الظروف الفسيولوجية

عند إجراء التفاعلات البيولوجية داخل الكائنات الحية ، تحيط ظروفها المثلى بالقيم الفسيولوجية لدرجة الحرارة ودرجة الحموضة. الكيميائيون ، من ناحية أخرى ، يحتاجون إلى ظروف قاسية من درجة الحرارة والضغط والحموضة.

خصوصية

الإنزيمات محددة للغاية في ردود الفعل التي تحفزها. في معظم الحالات ، فإنها تعمل فقط مع ركيزة واحدة أو مع عدد قليل. تنطبق الخصوصية أيضًا على نوع المنتجات التي تنتجها. نطاق ركائز المحفزات الكيميائية أوسع بكثير.

القوى التي تحدد خصوصية التفاعل بين الانزيم والركيزة هي نفسها التي تملي التشكل من نفس البروتين (تفاعلات Van der Waals ، التفاعلات الإلكتروستاتيكية ، الروابط الهيدروجينية والكارهة للماء).

التنظيم الأنزيمي دقيق

أخيرًا ، تتمتع الأنزيمات بقدرة أكبر على التنظيم ويختلف نشاطها وفقًا لتركيز المواد المختلفة في الخلية.

من بين الآليات التنظيمية نجد السيطرة على allosteric ، والتعديل التساهمي للإنزيمات والاختلاف في كمية الانزيم الذي تم تصنيعه.

مراجع

1. Berg، J. M.، Stryer، L.، & Tymoczko، J. L. (2007). كيمياء حيوية. أنا عكس.
2. Campbell، M. K. & & Farrell، S. O. (2011). الكيمياء الحيوية. الطبعة السادسة. طومسون. بروكس / كول.
3. Devlin، T. M. (2011). كتاب الكيمياء الحيوية. جون وايلي وأولاده.
4. Koolman، J.، & Röhm، K. H. (2005). الكيمياء الحيوية: النص والأطلس. Ed. Panamericana Medical.
5. موجيوس ، الخامس (2006). ممارسة الكيمياء الحيوية. حركية الإنسان.
6. مولر استيرل ، دبليو (2008). الكيمياء الحيوية. أساسيات الطب وعلوم الحياة. أنا عكس.
7. بورتمانز ، جيه آر (2004). مبادئ ممارسة الكيمياء الحيوية. Karger.
8. Voet، D.، & Voet، J. G. (2006). كيمياء حيوية. Ed. Panamericana Medical.