एंजाइमों

परिभाषा

एंजाइम पौधे और पशु कोशिकाओं में उत्पादित प्रोटीन होते हैं, जो उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं, संशोधित किए बिना जैविक प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं।

एंजाइम एक विशिष्ट पदार्थ के साथ संयोजन करके इसे एक अलग पदार्थ में बदलने का काम करते हैं; शास्त्रीय उदाहरण लार में मौजूद पाचन एंजाइमों द्वारा, पेट में, अग्न्याशय में और छोटी आंत में दिए जाते हैं, जो पाचन में एक आवश्यक कार्य करते हैं और बुनियादी घटकों में खाद्य पदार्थों को अलग करने में मदद करते हैं, जिन्हें तब अवशोषित और शरीर द्वारा उपयोग किया जा सकता है। अन्य एंजाइमों द्वारा संसाधित या अपशिष्ट के रूप में निष्कासित।

प्रत्येक एंजाइम की एक विशिष्ट भूमिका होती है: वह जो वसा को तोड़ता है, उदाहरण के लिए, प्रोटीन या कार्बोहाइड्रेट पर कार्य नहीं करता है। शरीर की भलाई के लिए एंजाइम आवश्यक हैं। एक भी एंजाइम की कमी, गंभीर विकारों का कारण बन सकती है। एक काफी प्रसिद्ध उदाहरण फेनिलकेटोनुरिया (पीकेयू) है, जो एक आवश्यक अमीनो एसिड, फेनिलएलनिन के चयापचय में असमर्थता की विशेषता है, जिसके संचय से शारीरिक विकृति और मानसिक बीमारियां हो सकती हैं।

जैव रासायनिक विश्लेषण

एंजाइम विशेष प्रोटीन होते हैं जिनमें जैविक उत्प्रेरक होने की विशेषता होती है, अर्थात उनमें प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा (एएटीटी) को तोड़ने की क्षमता होती है, जो किनेटिक रूप से धीमी प्रक्रिया बनाने के लिए अपने पथ को संशोधित करता है, तेजी से बाहर निकलता है।

एंजाइम ऊष्मागतिकीय रूप से संभव प्रतिक्रियाओं के कैनेटीक्स को बढ़ाते हैं और उत्प्रेरक के विपरीत, वे अधिक या कम, विशिष्ट हैं: इसलिए वे सब्सट्रेट विशिष्टता रखते हैं।

एंजाइम प्रतिक्रिया के स्टोइकोमेट्री में शामिल नहीं है: ऐसा होने के लिए, यह आवश्यक है कि अंतिम उत्प्रेरक साइट मूल एक के समान है।

उत्प्रेरक कार्रवाई में लगभग हमेशा एक धीमा चरण होता है जो प्रक्रिया की गति निर्धारित करता है।

जब एंजाइमों की बात आती है तो संतुलन प्रतिक्रियाओं के बारे में बात करना सही नहीं होता है, इसके बजाय हम स्थिर स्थिति (एक राज्य जिसमें एक निश्चित मेटाबोलाइट का निर्माण होता है और निरंतर खपत होती है, समय के साथ अपनी एकाग्रता बनाए रखते हैं) के बारे में बात करते हैं। एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया का उत्पाद, बदले में, आमतौर पर एक बाद की प्रतिक्रिया के लिए प्रतिक्रियाशील होता है, दूसरे एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है, और इसी तरह।

एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित प्रक्रियाएं आमतौर पर प्रतिक्रियाओं के अनुक्रम द्वारा गठित की जाती हैं।

एक एंजाइम (ई) द्वारा उत्प्रेरित एक सामान्य प्रतिक्रिया निम्नानुसार संक्षेपित की जा सकती है:

एक जेनेरिक एंजाइम (E) सब्सट्रेट (S) के साथ जोड़कर एक गति स्थिर K1 के साथ Adduct (ES) बनाता है; यह फिर से E + S में अलग हो सकता है, एक गति स्थिर K2 के साथ, या, (यदि यह "लंबे समय तक" रहता है) तो यह P की गति निरंतर K3 के साथ बनाने के लिए आगे बढ़ सकता है।

उत्पाद (P), बदले में, एंजाइम के साथ पुनर्संयोजन कर सकता है और K4 गति स्थिर के साथ adduct में सुधार कर सकता है।

जब एंजाइम और सब्सट्रेट मिश्रित होते हैं, तो समय का एक अंश होता है जिसमें दो प्रजातियों के बीच की बैठक अभी तक नहीं हुई है: दूसरे शब्दों में, एक अत्यंत कम समय अंतराल है (जो प्रतिक्रिया पर निर्भर करता है) जिसमें एंजाइम और सब्सट्रेट अभी तक नहीं मिले हैं; इस अवधि के बाद, एंजाइम और सब्सट्रेट धीरे-धीरे उच्च मात्रा में संपर्क में आते हैं और एडक्ट ईएस का गठन होता है। इसके बाद, एंजाइम सब्सट्रेट पर कार्य करता है और उत्पाद जारी होता है। हम फिर कह सकते हैं कि एक प्रारंभिक समय अंतराल है जिसमें एडक्ट ईएस की एकाग्रता को परिभाषित नहीं किया जा सकता है; इस अवधि के बाद, यह माना जाता है कि एक स्थिर स्थिति स्थापित है, अर्थात, Adduct प्राप्त करने के लिए अग्रणी प्रक्रियाओं की गति Adduct के विनाश के लिए अग्रणी प्रक्रियाओं की गति के बराबर है।

माइकलिस-मेन्टेन स्थिरांक (KM) एक संतुलन स्थिरांक है (ऊपर वर्णित पहले संतुलन के लिए संदर्भित); कोई कह सकता है, अच्छे सन्निकटन के साथ (क्योंकि K3 को भी माना जाना चाहिए) कि KM काइनेटिक स्थिरांक K2 और K1 के बीच के अनुपात से दर्शाया गया है (ऊपर वर्णित पहले संतुलन में विनाश ईएस के विनाश और गठन का उल्लेख है)।

माइकलिस-मेन्टेन स्थिरांक के माध्यम से हमें एंजाइम और सब्सट्रेट के बीच आत्मीयता का संकेत मिलता है: यदि केएम छोटा है, तो एंजाइम और सब्सट्रेट के बीच एक उच्च संबंध है, इसलिए एडस ईएस स्थिर है।

एंजाइम विनियमन (या मॉडुलन) के अधीन हैं।

अतीत में यह मुख्य रूप से नकारात्मक मॉड्यूलेशन के बारे में था, अर्थात एक एंजाइम की उत्प्रेरक क्षमता को रोकना, लेकिन एक सकारात्मक मॉड्यूलेशन भी हो सकता है, अर्थात एक एंजाइम की उत्प्रेरक क्षमताओं को बढ़ाने में सक्षम प्रजातियां हैं।

4 प्रकार के निषेध हैं (गणितीय समीकरणों के साथ प्रयोगात्मक डेटा के मिलान के लिए एक मॉडल पर प्राप्त अनुमानों से प्राप्त)

  • प्रतिस्पर्धी निषेध
  • गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध
  • अक्षम्य निषेध
  • acompetitive अवरोध

जब एक अणु (अवरोधक) सब्सट्रेट के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम होता है तो प्रतिस्पर्धी निषेध की बात की जाती है। संरचनात्मक समानता से, अवरोधक सब्सट्रेट के स्थान पर प्रतिक्रिया कर सकता है; यह वह जगह है जहाँ "प्रतिस्पर्धी निषेध" शब्दावली से आता है। एंजाइम अवरोधक या सब्सट्रेट को बांधता है इसकी संभावना दोनों एंजाइम की एकाग्रता और एंजाइम के साथ उनकी आत्मीयता पर निर्भर करती है; इसलिए, प्रतिक्रिया की गति इन कारकों पर निर्भर करती है।

उसी प्रतिक्रिया की गति प्राप्त करने के लिए जो अवरोधक की उपस्थिति के बिना होगा, एक उच्च सब्सट्रेट एकाग्रता होना आवश्यक है।

यह प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया है कि, एक अवरोधक की उपस्थिति में, माइकलिस-मेन्टेन निरंतर बढ़ता है।

गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के रूप में, अणु के बीच की बातचीत जो एक न्यूनाधिक (सकारात्मक या नकारात्मक-अवरोधक) और एंजाइम के रूप में काम करती है, एक साइट में होती है जो एक से अलग होती है एंजाइम और सब्सट्रेट के बीच बातचीत; एक इसलिए ऑलओस्टरिक मॉड्यूलेशन (ग्रीक एलोस्टरोस → अन्य साइट से) बोलता है।

यदि अवरोधक एंजाइम से बंधने के लिए बाध्य है, तो यह एंजाइम संरचना के एक संशोधन को प्रेरित कर सकता है और, परिणामस्वरूप, यह उस दक्षता को कम कर सकता है जिसके साथ सब्सट्रेट एंजाइम को बांधता है।

इस तरह की प्रक्रिया में, माइकलिस-मेन्टेन का स्थिरांक स्थिर रहता है क्योंकि यह मान एंजाइम और सब्सट्रेट के बीच संतुलन पर निर्भर करता है और, ये संतुलन, यहां तक ​​कि एक अवरोधक की उपस्थिति में भी नहीं बदलता है।

अक्षम्य निषेध की घटना दुर्लभ है; एक विशिष्ट अक्षम करनेवाला अवरोधक एक पदार्थ है जो ईएसआई को जन्म देने वाले ईएस एडक्ट के लिए प्रतिवर्ती रूप से बांधता है:

सब्सट्रेट की अधिकता से अवरोध कभी-कभी एक अक्षम प्रकार का हो सकता है, क्योंकि यह तब ही प्रकट होता है जब एक दूसरा सब्सट्रेट अणु ईएस कॉम्प्लेक्स को जन्म देता है।

दूसरी ओर, एक निरोधात्मक अवरोधक, केवल पिछले मामले की तरह ही सब्सट्रेट एंजाइम के जोड़ को बाँध सकता है: सब्सट्रेट को मुक्त एंजाइम के बंधन एक संवहन संशोधन को प्रेरित करता है जो साइट को अवरोधक के लिए सुलभ बनाता है।

बढ़ते अवरोधक सांद्रता के साथ माइकलिस मेन्टेन की निरंतरता घटती है: जाहिरा तौर पर, इसलिए, सब्सट्रेट के लिए एंजाइम की आत्मीयता बढ़ जाती है।

सेरीन प्रोटीज

वे एंजाइमों का एक परिवार है, जिसमें काइमोट्रिप्सिन और ट्रिप्सिन हैं।

काइमोट्रिप्सिन एक प्रोटियोलिटिक और हाइड्रोलाइटिक एंजाइम है जो हाइड्रोफोबिक और सुगंधित अमीनो एसिड के दाईं ओर कटता है।

जीन उत्पाद जो काइमोट्रिप्सिन के लिए कोड सक्रिय है (एक कमांड द्वारा सक्रिय) नहीं है; काइमोट्रिप्सिन के गैर-सक्रिय रूप को 245 अमीनो एसिड के पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला द्वारा दर्शाया गया है। पांच डाइसल्फ़ाइड पुलों और अन्य मामूली बातचीत (इलेक्ट्रोस्टैटिक, वैन डेर वाल्स बलों, हाइड्रोजन बॉन्ड, आदि) के कारण काइमोट्रिप्सिन का गोलाकार आकार होता है।

काइमोट्रिप्सिन अग्न्याशय की कोशिकाओं द्वारा निर्मित होता है जहां यह विशेष झिल्लियों में निहित होता है और भोजन के पाचन के समय आंत में अग्नाशय वाहिनी के माध्यम से निष्कासित होता है: काइमोट्रिप्सिन वास्तव में एक पाचन एंजाइम है। प्रोटीन और पोषक तत्व जो हम आहार के माध्यम से निगलना करते हैं, वे छोटी श्रृंखलाओं में कम हो जाते हैं और अवशोषित हो जाते हैं और ऊर्जा में बदल जाते हैं (जैसे एमाइलेज और प्रोटीज पोषक तत्वों को ग्लूकोज और अमीनो एसिड में विभाजित करते हैं जो कोशिकाओं तक पहुंचते हैं, रक्त वाहिकाओं के माध्यम से वे पोर्टल शिरा तक पहुंचते हैं और वहां से उन्हें यकृत में पहुंचा दिया जाता है जहां वे आगे के उपचार से गुजरते हैं)।

एंजाइम गैर-सक्रिय रूप में उत्पादित होते हैं और केवल तभी सक्रिय होते हैं जब वे "उस साइट पर पहुंचते हैं जहां उन्हें काम करना चाहिए"; एक बार उनकी कार्रवाई पूरी होने के बाद, उन्हें निष्क्रिय कर दिया जाता है। एक एंजाइम, जिसे एक बार निष्क्रिय किया जाता है, को पुन: सक्रिय नहीं किया जा सकता है: एक और उत्प्रेरक कार्रवाई करने के लिए, इसे दूसरे एंजाइम अणु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए। यदि अग्नाशय को पहले से ही सक्रिय रूप में चिमिट्रिप्सिन का उत्पादन किया गया था, तो यह बाद में हमला करेगा: अग्नाशयशोथ पाचन एंजाइमों के कारण विकृति है जो पहले से ही अग्न्याशय में सक्रिय हैं (और आवश्यक साइटों में नहीं); यदि उनमें से कुछ का समय पर इलाज नहीं किया जाता है, तो मृत्यु हो जाती है।

काइमोट्रिप्सिन में और सभी सेरिन प्रोटीज में, उत्प्रेरक क्रिया एरीना के साइड चेन में एल्कोहल आयनों (-CH2O-) के अस्तित्व के कारण होती है।

सेरिन प्रोटीज़ इस नाम को ठीक से लेते हैं क्योंकि उनकी उत्प्रेरक कार्रवाई एक सेरीन के कारण होती है।

एक बार सभी एंजाइम ने अपनी कार्रवाई की है, इससे पहले कि इसे सब्सट्रेट पर फिर से इस्तेमाल किया जा सके, इसे पानी से बहाल किया जाना चाहिए; पानी द्वारा सेरीन की "मुक्ति" प्रक्रिया का सबसे धीमा चरण है, और यह वह चरण है जो कि कैटेलिसिस की गति को निर्धारित करता है।

उत्प्रेरक कार्रवाई दो चरणों में होती है:

  • उत्प्रेरक गुणों के साथ आयनों का गठन (एक एल्कोहल आयन) और बाद में न्यूक्लियोफिलिक कार्बोनिल कार्बन (सी = ओ) पेप्टाइड बंधन और एस्टर गठन के दरार के साथ हमला करता है;
  • उत्प्रेरक की बहाली के साथ पानी का हमला (इसकी उत्प्रेरक कार्रवाई को फिर से व्यायाम करने में सक्षम)।

सेरीन प्रोटीज परिवार से संबंधित विभिन्न एंजाइम विभिन्न अमीनो एसिड से बने हो सकते हैं, लेकिन सभी के लिए, उत्प्रेरक साइट को एक सेरीन के साइड चेन के शराबी आयनों द्वारा दर्शाया जाता है।

सेरीन प्रोटीज की एक उपपरिवार जमावट में शामिल एंजाइमों (जो प्रोटीन के परिवर्तन में शामिल हैं, उनके निष्क्रिय रूप से दूसरे रूप में सक्रिय है)। ये एंजाइम जमावट को यथासंभव प्रभावी बनाते हैं और अंतरिक्ष और समय में सीमित होते हैं (जमाव जल्दी से होना चाहिए और केवल घायल क्षेत्र के पास ही होना चाहिए)। जमावट में शामिल एंजाइम कैस्केड द्वारा सक्रिय होते हैं (एक एकल एंजाइम की सक्रियता से, अरबों एंजाइम प्राप्त होते हैं: प्रत्येक एंजाइम सक्रिय होता है, बदले में कई अन्य एंजाइमों को सक्रिय करता है)।

थ्रॉम्बोसिस जमावट एंजाइमों के खराब कामकाज के कारण एक स्थिति है: यह सक्रियण के कारण होता है, आवश्यकता के बिना (क्योंकि घाव नहीं है), जमावट में उपयोग किए गए एंजाइमों का।

अन्य एंजाइमों के लिए विनियामक (नियामक) एंजाइम और निरोधात्मक एंजाइम होते हैं: इस एंजाइम के साथ बातचीत करते हुए वे इसकी गतिविधि को विनियमित या बाधित करते हैं; एंजाइम का उत्पाद एंजाइम के लिए अवरोधक भी हो सकता है। ऐसे एंजाइम भी हैं जो अधिक काम करते हैं, अधिक से अधिक वर्तमान सब्सट्रेट।

लाइसोजाइम

लुइगी पाश्चर ने खोजा, संयोग से, पेट्री डिश पर छींकने, कि बलगम में एक एंजाइम होता है जो बैक्टीरिया को मार सकता है: लाइसोजाइम ; ग्रीक से: लिसो = जो कटौती करता है; झिमो = एंजाइम।

लाइसोजाइम बैक्टीरिया की कोशिका भित्ति को तोड़ने में सक्षम है। बैक्टीरिया, और, सामान्य रूप से, एककोशिकीय जीवों को यांत्रिक रूप से प्रतिरोधी संरचनाओं की आवश्यकता होती है जो उनके आकार को सीमित करते हैं; बैक्टीरिया के भीतर एक बहुत अधिक आसमाटिक दबाव होता है इसलिए वे पानी कहते हैं। अगर कोई कोशिका भित्ति नहीं होती तो प्लाज्मा झिल्ली फट जाती जो पानी के प्रवेश का विरोध करती है और जीवाणु की मात्रा को सीमित करती है।

सेल की दीवार में एक पॉलीसैकराइड श्रृंखला होती है जिसमें एन-एसिटाइल-ग्लूकोसामाइन (एनएजी) और एन-एसिटाइल-मुरैमिक एसिड (एनएएम) अणु वैकल्पिक होते हैं; एनएजी और एनएएम के बीच लिंक हाइड्रोलिसिस के साथ टूट जाता है। सेल की दीवार में NAM का कार्बोक्सिल समूह, एक एमिनो एसिड के साथ पेप्टाइड बॉन्ड में लगा हुआ है।

विभिन्न श्रृंखलाओं के बीच, पुल का निर्माण छद्म पेप्टाइड बांड से मिलकर किया जाता है: ब्रांकाई लाइसिन अणु के कारण होती है; एक पूरे के रूप में संरचना बहुत जटिल है और यह इसे उच्च स्तर की स्थिरता प्रदान करता है।

लाइसोजाइम एक एंटीबायोटिक है (बैक्टीरिया को मारता है): यह बैक्टीरिया की दीवार में दरार बनाकर काम करता है; जब यह संरचना टूट जाती है (जो यंत्रवत् प्रतिरोधी होती है), जीवाणु तब तक पानी खींचता है जब तक कि उसमें विस्फोट न हो जाए। एनएएम और एनएजी के बीच ग्लूकोसिडिक बी -144 बंधन को तोड़ने के लिए लाइसोजाइम प्रबंधन करता है।

लाइसोजाइम के उत्प्रेरक साइट को एक खांचे द्वारा दर्शाया जाता है जो एंजाइम के साथ चलता है जिसमें पॉलीसेकेराइड श्रृंखला डाली जाती है: श्रृंखला के छह ग्लूकोसिडिक छल्ले, फर में अपनी जगह पाते हैं।

फरॉ के तीन की स्थिति में एक अड़चन है: इस स्थिति में केवल एक एनएजी रखा जा सकता है, क्योंकि एनएएम, जो बड़ा है, प्रवेश नहीं कर सकता है। वास्तविक उत्प्रेरक साइट चार और पांच के बीच है: स्थिति तीन में एक एनएजी होने के नाते, कटौती एक एनएएम और एनएजी के बीच होगी (और इसके विपरीत नहीं); इसलिए, कटौती विशिष्ट है।

लाइसोजाइम के कामकाज के लिए इष्टतम पीएच पांच है। एंजाइम के उत्प्रेरक साइट में, यानी चार और पांच के बीच, एक एसपारटिक एसिड और ग्लूटामिक एसिड की साइड चेन हैं।

होमोलॉजी की डिग्री : प्रोटीन संरचनाओं के बीच रिश्तेदारी (यानी समानता) को मापता है।

लाइसोजाइम और लैक्टोज-सिंथेज के बीच एक कड़ा संबंध है।

लैक्टोज सिंथेटेज लैक्टोज को संश्लेषित करता है (जो कि मुख्य दूध शर्करा है): लैक्टोज एक गैलेक्टोसिल ग्लूकोसाइड है जिसमें गैलेक्टोज और ग्लूकोज के बीच β-1, 4 ग्लूकोसिडिक लिंक होता है।

इसलिए, लैक्टोज सिन्थेज, लाइसोजाइम द्वारा उत्प्रेरित उस विपरीत प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है (जो, इसके बजाय, breaks-1, 4 ग्लूकोसिडिक बंधन को तोड़ता है)

लैक्टोज सिंथेज़ एक डिमर है, यानी इसमें दो प्रोटीन श्रृंखलाएं हैं, जिनमें से एक में कैटेलिटिक गुण हैं और यह लाइसोजाइम के बराबर है और दूसरा एक नियामक सबयूनिट है।

गर्भावस्था के दौरान, ग्लाइकोप्रोटीन स्तन ग्रंथि की कोशिकाओं से गैलेटोसिलट्रांसफेरेज़ (लाइसोजाइम के साथ 40% अनुक्रम होमोलॉजी) की कार्रवाई से संश्लेषित होते हैं: यह एंजाइम एक उच्च ऊर्जा संरचना से एक गैलेक्टोसिल समूह को स्थानांतरित करने में सक्षम है। एक ग्लाइकोप्रोटीन संरचना के लिए। गर्भावस्था के दौरान, जीन की अभिव्यक्ति जो गैलेक्टोसिसिल अंतरण को प्रेरित करती है (अन्य जीनों की अभिव्यक्ति भी है जो अन्य उत्पाद भी देती हैं): स्तन के आकार में वृद्धि होती है क्योंकि स्तन ग्रंथि सक्रिय होती है (पहले सक्रिय नहीं) जो दूध का उत्पादन करे। प्रसव के दौरान, α-lactalalbumin का उत्पादन होता है, जो एक नियामक प्रोटीन है: यह galactosyltransferase (सब्सट्रेट भेदभाव के लिए) की उत्प्रेरक क्षमता को विनियमित करने में सक्षम है। Α-lactalalbumin द्वारा संशोधित galactosyl-transferase, एक ग्लूकोज अणु पर एक galactosyl स्थानांतरित करने में सक्षम है: β-1, 4 ग्लाइकोसिडिक बंधन का गठन और लैक्टोज (लैक्टोज सिंटेज़) देना।

इस प्रकार, गैलेक्टोज ट्रांसफरेज स्तन ग्रंथि को प्रसव से पहले तैयार करता है और प्रसव के बाद दूध का उत्पादन करता है।

ग्लाइकोप्रोटीन का उत्पादन करने के लिए, गैलेक्टोसिलट्रांसफेरेज़ एक गैलेक्टोसिल और एनएजी से बांधता है; जन्म के दौरान, लैक्टल एल्ब्यूमिन गैलेक्टोसिलट्रांसफेरेज़ से जुड़ जाता है, जिससे बाद में ग्लूकोज की पहचान होती है और लैक्टोज देने के लिए एनएजी नहीं होता है।

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