Η βέλτιστη θερμοκρασία και PH για τη δράση ενός ενζύμου

Η βέλτιστη θερμοκρασία και PH για τη δράση ενός ενζύμου

• Είναι σημαντικό να γνωρίζετε το εύρος του pH κάθε ενζύμου. Είναι συνήθως κοντά στο ουδέτερο ή ουδέτερο για τα περισσότερα ένζυμα να λειτουργούν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Σε ένα εύρος pH 5-7, η ενζυμική δραστηριότητα λέγεται ότι είναι μέγιστη.
• Εναλλακτικά, ορισμένα ένζυμα προτιμούν ένα πιο δραστικό pH με βέλτιστο pH 1,7 έως 2. pH. για τις περισσότερες περιπτώσεις, ενώ για άλλες, εξαρτάται επίσης από το πού βρίσκονται.
• Η ιδανική θερμοκρασία για τα ένζυμα είναι μεταξύ 20°C και 35°C. Γίνονται ανενεργά σε χαμηλές θερμοκρασίες και μετουσιώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ενζυμική Κατάλυση

• Στη χημεία, μια ουσία γνωστή ως καταλύτης χρησιμοποιείται για την αλλαγή του ρυθμού αντίδρασης. Ο καταλύτης δεν συμμετέχει στην αντίδραση. Η σύνθεση και η συγκέντρωσή του παραμένουν αμετάβλητες.
• 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 συγκεκριμένους τύπους αντιδράσεων, 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 ζωτικής σημασίας για τη βιοχημική κατάλυση. Είναι καλύτερο για έναν καταλύτη να λειτουργεί σε εύρος pH που είναι μεταξύ 5 και 7.
• Η ενζυμική δραστηριότητα αυξάνεται παρουσία συνενζύμων ή ενεργοποιητών, όπως Na+ ή Co2+. Αυτό οφείλεται στον ασθενή δεσμό μεταξύ του μεταλλικού ιόντος και του ενζύμου.

Μηχανισμός ενζυμικών καταλυτών

• Ένας αριθμός κοιλοτήτων υπάρχουν στην επιφάνεια των ενζύμων. Ομάδες όπως -COOH, -SH, κ.λπ., μπορούν να βρεθούν σε αυτές τις κοιλότητες.
• Αυτές οι κοιλότητες ονομάζονται επίσης ενεργά κέντρα του βιοχημικού σωματιδίου.
• Όπως ένα κλειδί χωράει σε μια κλειδαριά, το ίδιο ισχύει και για το υπόστρωμα, το οποίο έχει το αντίθετο φορτίο από το ένζυμο.
• Λόγω της παρουσίας ενεργών ομάδων, οι σύνθετες μορφές αποσυντίθενται για να δώσουν στα προϊόντα.

Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν δύο βήματα που εμπλέκονται στη διαδικασία:

Το πρώτο βήμα είναι ο συνδυασμός ενζύμων και αντιδρώντων.

E+R→ER

Το επόμενο βήμα είναι η αποσύνθεση του σύνθετου μορίου για την παραγωγή του προϊόντος.

ER→ E+R

Μερικοί από τους παράγοντες που επηρεάζουν τη δραστηριότητα των ενζύμων είναι οι ακόλουθοι:

Η θερμοκρασία, το pH και η συγκέντρωση είναι όλες οι παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν τη δραστηριότητα του ενζύμου. Τα ένζυμα λειτουργούν καλύτερα σε καθορισμένα εύρη θερμοκρασίας και pH και μπορεί να χάσουν την ικανότητά τους να δεσμεύονται σε ένα υπόστρωμα εάν οι συνθήκες δεν είναι κατάλληλες.

• Θερμοκρασία: Η αύξηση της θερμοκρασίας μιας αντίδρασης την επιταχύνει γρήγορα, ενώ η μείωση της θερμοκρασίας την επιβραδύνει. Από την άλλη πλευρά, οι ακραίες θερμοκρασίες μπορεί να αναγκάσουν ένα ένζυμο να χάσει τη μορφή του (μετουσίωσης) και να σταματήσει να λειτουργεί.
• pH: Κάθε ένζυμο έχει ένα εύρος pH όπου λειτουργεί καλύτερα. Η ενζυμική δραστηριότητα θα επιβραδυνθεί εάν το pH αλλάξει εκτός αυτού του εύρους. Τα ένζυμα μπορούν να μετουσιωθούν εάν το pH είναι πολύ υψηλό.
• Συγκέντρωση ενζύμου :Εφόσον υπάρχει υπόστρωμα προς σύνδεση, η αύξηση της συγκέντρωσης του ενζύμου θα επιταχύνει την αντίδραση. Η αντίδραση δεν θα επιταχυνθεί πλέον όταν δεσμευτούν όλα τα υποστρώματα, καθώς δεν θα υπάρχει τίποτα για να συνδεθούν νέα ένζυμα.
• Συγκέντρωση υποστρώματος: Σε ένα βαθμό, η αύξηση της συγκέντρωσης του υποστρώματος αυξάνει επίσης τον ρυθμό αντίδρασης. Οποιαδήποτε αύξηση στο υπόστρωμα δεν θα επηρεάσει τον ρυθμό αντίδρασης όταν όλα τα ένζυμα συνδεθούν, καθώς τα διαθέσιμα ένζυμα θα είναι κορεσμένα και θα λειτουργούν με τον μέγιστο ρυθμό τους.

Παρανόηση:

• Τα ένζυμα είναι "ειδικά".

Κάθε τύπος ενζύμου συνήθως αντιδρά μόνο με ένα ή λίγα υποστρώματα. Ορισμένα ένζυμα είναι πιο εξειδικευμένα από άλλα, δέχονται μόνο έναν τύπο υποστρώματος. Άλλα ένζυμα μπορούν να δράσουν σε ένα ευρύ φάσμα ενώσεων, εφόσον έχουν τον τύπο δεσμού ή τη χημική ομάδα-στόχο του ενζύμου.

• Τα ένζυμα μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν.

Τα ένζυμα δεν είναι αντιδρώντα. Έτσι, δεν εξαντλούνται στη διαδικασία. Ένα ένζυμο που προσκολλάται σε ένα υπόστρωμα και καταλύει μια αντίδραση απελευθερώνεται, δεν τροποποιείται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε άλλη αντίδραση. Αυτό υποδεικνύει ότι τα μόρια του ενζύμου και του υποστρώματος δεν χρειάζεται να βρίσκονται σε αναλογία 1:1 για κάθε αντίδραση.

Μερικά βασικά σημεία

• Η ιδανική θερμοκρασία για τα ένζυμα είναι 20-35°C. Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, αδρανοποιούνται και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, όπως υψηλότερες από 45°C, μετουσιώνονται (καταστρέφονται).
• Τα ένζυμα χαμηλού μοριακού βάρους είναι πιο σταθερά στη θερμότητα από τα ένζυμα υψηλότερου μοριακού βάρους. Η βέλτιστη θερμοκρασία για την υδρογονάση στο αρχαιοβακτήριο Pyrococcus furiosus είναι μεγαλύτερη από 95°C.
• Ο Pyrococcus μπορεί να ευδοκιμήσει στους 100°C ως αποτέλεσμα αυτού του ενζύμου που είναι σταθερό στη θερμότητα. Τα περισσότερα ενδοένζυμα έχουν ως ιδανικό pH 7,0 (ουδέτερο pH).
• Τα πεπτικά ένζυμα, από την άλλη πλευρά, μπορούν να λειτουργήσουν σε διάφορα επίπεδα pH. Η αμυλάση του σάλιου, για παράδειγμα, λειτουργεί καλύτερα σε pH 6,8, η πεψίνη σε pH 2, και ούτω καθεξής.
• Οποιαδήποτε απόκλιση από το ιδανικό pH προάγει τον ιονισμό των ομάδων R αμινοξέων, γεγονός που μειώνει τη δραστηριότητα των ενζύμων.
• Μια αλλαγή στο pH μπορεί μερικές φορές να προκαλέσει την αντίθετη αντίδραση. Για παράδειγμα, η φωσφορυλάση διασπά το άμυλο σε 1-φωσφορική γλυκόζη σε pH 7,0, ενώ η αντίθετη αντίδραση συμβαίνει σε pH 5.

Συμπέρασμα

Η δραστηριότητα των ενζύμων αναφέρεται ότι είναι υψηλότερη όταν το pH είναι μεταξύ 5 και 7. Από την άλλη πλευρά, ορισμένα ένζυμα απαιτούν πιο έντονο εύρος pH από 1,7 έως 2. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το βέλτιστο pH καθορίζεται από τη θέση. Η ιδανική θερμοκρασία για τα ένζυμα λέγεται ότι είναι μεταξύ 20 και 35 βαθμών Κελσίου.