Dasar-dasar kinetika proses enzimatik diletakkan dalam karya Michaelis dan Menten, khususnya, dalam persamaan kompleks enzim-substrat.

Kinetika proses enzimatik dipahami sebagai bagian dari ilmu enzim yang mempelajari ketergantungan laju reaksi enzimatik pada sifat kimia substrat, kondisi lingkungan, dan faktor asing yang mempengaruhi jalannya reaksi.
Ketika konsentrasi substrat cukup tinggi, tidak lagi mempengaruhi laju, karena yang terakhir telah menjadi maksimum (menunjukkan bahwa seluruh enzim terikat pada substrat).
Studi aktivitas enzim dilakukan pada substrat konsentrasi tinggi (orde nol reaksi). Dalam kondisi ini, semua perubahan laju reaksi hanya akan bergantung pada jumlah enzim. Namun, dalam sel hidup, konsentrasi substrat biasanya jauh dari kejenuhan enzim. Ini berarti bahwa enzim dalam sel tidak menggunakan kekuatan penuhnya.
Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada jumlah enzim
Jika substrat berlebih, yang secara praktis terjadi dalam kondisi eksperimental, maka laju reaksi sebanding dengan jumlah enzim. Namun, jika jumlah enzim diperbesar agar substrat tidak berlebihan, maka proporsionalitas ini akan dilanggar.
Laju reaksi enzimatik meningkat secara linier dengan meningkatnya kandungan enzim. Tetapi peningkatan konsentrasi enzim yang berlebihan mengarah pada fakta bahwa substrat menjadi lebih sedikit daripada enzim, dan ini dimanifestasikan oleh penurunan peningkatan laju reaksi.
Efek pada modulator enzim
Aktivitas enzim dapat berubah tidak hanya karena perubahan jumlah substrat, enzim, pH medium, tetapi juga di bawah pengaruh berbagai bahan kimia. Zat yang mempengaruhi jalannya reaksi enzimatik disebut modulator, atau efektor. Mereka dibagi menjadi aktivator dan inhibitor, yaitu, di bawah pengaruhnya, reaksi dapat dipercepat atau diperlambat. Studi tentang aksi modulator enzim sangat penting secara praktis, karena memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang sifat aksi enzim. Beberapa dari mereka memainkan peran pengatur metabolisme alami. Ada banyak jenis modulator aktivitas enzim yang berbeda dalam struktur dan mekanisme kerjanya.
aktivator enzim
Peran aktivator dapat dimainkan oleh zat organik (asam empedu, enzim, dll.) dan anorganik (ion logam, anion). Seringkali ada kasus ketika zat yang sama dalam kaitannya dengan satu enzim adalah aktivator, dan dalam kaitannya dengan yang lain - penghambat. Ion logam adalah aktivator yang sangat spesifik untuk enzim tertentu. Mereka dapat berkontribusi pada perlekatan substrat ke enzim, berpartisipasi dalam pembentukan struktur tersier enzim, atau menjadi bagian dari situs aktif. Ion dari banyak logam (natrium, kalium, kalsium, magnesium, besi, tembaga, dll.) adalah komponen penting yang diperlukan untuk fungsi normal banyak enzim. Terkadang, beberapa enzim membutuhkan beberapa ion yang berbeda. Misalnya, untuk Na +, K + -ATPase, yang mengangkut ion melalui membran plasma, ion kalium, natrium dan magnesium diperlukan untuk fungsi normal.
Logam dapat menjadi bagian dari kelompok prostetik enzim. Misalnya, besi dalam komposisi senyawa porfirin merupakan komponen penting dari enzim sistem sitokrom, katalase dan peroksidase; kobalt termasuk dalam kelompok prostetik enzim homocysteine ​​​​transmethylase dan methylmalonyl isomerase; tembaga - untuk askorbat oksidase; mangan adalah aktivator isositrat dehidrogenase.
Metalloenzim yang sebagian besar mengandung ion di- dan trivalen dalam komposisinya membentuk senyawa kelat seperti cakar dengan residu gugus fungsi asam amino dan ion yang sesuai. Dalam senyawa tersebut, ion menyediakan enzim dengan struktur spasial tertentu dan berkontribusi pada pembentukan kompleks enzim-substrat. Beberapa enzim tanpa adanya logam sama sekali tidak menunjukkan aksi enzimatik. Misalnya, karbonat anhidrase tanpa seng tidak memiliki sifat enzim dan aksi seng tidak dapat digantikan oleh ion lain.
Ada sekelompok enzim yang diaktifkan oleh cAMP. Enzim seperti itu disebut protein kinase. Mekanisme aktivasinya adalah sebagai berikut. Protein kinase terdiri dari dua subunit: satu katalitik yang mengandung situs aktif, dan satu regulasi, di mana situs pengikatan cAMP berada. Enzim tidak aktif karena situs aktifnya tertutup. Ini dilepaskan hanya oleh interaksi c-AMP dan pusat regulasi enzim.

Kinetika enzimatik mempelajari pengaruh berbagai faktor (konsentrasi S dan E, pH, suhu, tekanan, inhibitor dan aktivator) terhadap laju reaksi enzimatik. Tujuan utama mempelajari kinetika reaksi enzimatik adalah untuk memperoleh informasi yang memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang mekanisme kerja enzim.

Kurva kinetik memungkinkan Anda untuk menentukan laju reaksi awal V 0 .

Kurva saturasi substrat.

Ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi enzim.

Ketergantungan laju reaksi pada suhu.

Ketergantungan laju reaksi pada pH.

PH optimum untuk kerja sebagian besar enzim terletak dalam kisaran fisiologis 6,0-8,0. Pepsin aktif pada pH 1,5-2,0, yang sesuai dengan keasaman jus lambung. Arginase, enzim hati spesifik, aktif pada 10,0. Pengaruh pH medium pada laju reaksi enzimatik dikaitkan dengan keadaan dan derajat ionisasi gugus ionogenik dalam molekul enzim dan substrat. Faktor ini menentukan konformasi protein, keadaan pusat aktif dan substrat, pembentukan kompleks enzim-substrat, dan proses katalisis itu sendiri.

Deskripsi matematis dari kurva saturasi substrat, konstanta Michaelis .

Persamaan yang menggambarkan kurva saturasi substrat diusulkan oleh Michaelis dan Menton dan menyandang nama mereka (persamaan Michaelis-Menten): V = (V MAKSIMAL *[ S])/(km+[ S]) , di mana Km adalah konstanta Michaelis. Mudah untuk menghitung bahwa untuk V = V MAX /2 Km = [S], mis. Km adalah konsentrasi substrat di mana laju reaksi adalah V MAX . Untuk menyederhanakan penentuan V MAX dan Km, persamaan Michaelis-Menten dapat dihitung ulang. 1/V = (Km+[S])/(V MAKSIMAL *[S]), 1/V = Km/(V MAKSIMAL *[S]) + 1/V MAKSIMAL ,

1/ V = km/ V MAKSIMAL *1/[ S] + 1/ V MAKSIMAL persamaan Lineweaver-Burk. Persamaan yang menggambarkan plot Lineweaver-Burk adalah persamaan garis lurus (y = mx + c), di mana 1/V MAX adalah ruas yang dipotong oleh garis lurus pada sumbu y; Km/V MAX - tangen kemiringan garis lurus; perpotongan garis lurus dengan sumbu x memberikan nilai 1/Km. Plot Lineweaver-Burk memungkinkan Km ditentukan dari sejumlah kecil titik. Grafik ini juga digunakan ketika mengevaluasi efek inhibitor, seperti yang akan dibahas di bawah ini. Nilai Km bervariasi pada rentang yang luas: dari 10 -6 mol/l untuk enzim yang sangat aktif hingga 10 -2 untuk enzim yang tidak aktif.

Perkiraan Km memiliki nilai praktis. Pada konsentrasi substrat 100 kali Km, enzim akan beroperasi pada kecepatan yang mendekati maksimum, sehingga kecepatan V MAX maksimum akan mencerminkan jumlah enzim aktif yang ada. Keadaan ini digunakan untuk menilai kandungan enzim dalam sediaan. Selain itu, Km adalah karakteristik enzim, yang digunakan untuk mendiagnosis enzymopathies.

Penghambatan aktivitas enzim.

Sebuah fitur yang sangat khas dan penting dari enzim adalah inaktivasi mereka di bawah pengaruh inhibitor tertentu.

Inhibitor - Ini adalah zat yang menyebabkan penghambatan sebagian atau seluruhnya reaksi yang dikatalisis oleh enzim.

Penghambatan aktivitas enzimatik mungkin ireversibel atau reversibel, kompetitif atau non-kompetitif.

penghambatan ireversibel - ini adalah inaktivasi enzim yang persisten yang dihasilkan dari pengikatan kovalen molekul inhibitor di situs aktif atau di situs khusus lain yang mengubah konformasi enzim. Disosiasi kompleks stabil seperti itu dengan regenerasi enzim bebas praktis dikecualikan. Untuk mengatasi konsekuensi dari penghambatan tersebut, tubuh harus mensintesis molekul enzim baru.

Penghambatan reversibel – ditandai dengan kompleksasi kesetimbangan inhibitor dengan enzim karena ikatan non-kovalen, sebagai akibatnya kompleks tersebut mampu disosiasi dengan pemulihan aktivitas enzim.

Klasifikasi inhibitor menjadi kompetitif dan non-kompetitif didasarkan pada dilemahkan ( penghambatan kompetitif ) atau tidak melemah ( penghambatan nonkompetitif ) aksi penghambatannya dengan peningkatan konsentrasi substrat.

Inhibitor kompetitif adalah, sebagai aturan, senyawa yang strukturnya mirip dengan substrat. Ini memungkinkan mereka untuk mengikat di situs aktif yang sama dengan substrat, mencegah interaksi enzim dengan substrat yang sudah pada tahap pengikatan. Setelah terikat, inhibitor dapat diubah menjadi produk atau tetap berada di situs aktif sampai terjadi disosiasi.

Penghambatan kompetitif reversibel dapat direpresentasikan sebagai diagram:

E↔ E-I → E + P 1

S (tidak aktif)

Derajat penghambatan enzim ditentukan oleh rasio substrat dan konsentrasi enzim.

Contoh klasik dari jenis penghambatan ini adalah penghambatan aktivitas suksinat dehidrogenase (SDH) oleh malat, yang menggantikan suksinat dari situs substrat dan mencegah konversinya menjadi fumarat:

Pengikatan kovalen inhibitor ke situs aktif menyebabkan inaktivasi enzim (inhibisi ireversibel). Sebuah contoh penghambatan kompetitif ireversibel inaktivasi triosefosfat isomerase oleh 3-kloroasetolfosfat dapat berfungsi. Inhibitor ini adalah analog struktural dari substrat, dihidroksiaseton fosfat, dan secara ireversibel menempel pada residu asam glutamat di situs aktif:

Beberapa inhibitor bertindak kurang selektif, berinteraksi dengan kelompok fungsional tertentu di pusat aktif berbagai enzim. Dengan demikian, pengikatan iodoasetat atau amidanya ke gugus SH dari asam amino sistein, yang terletak di pusat aktif enzim dan mengambil bagian dalam katalisis, menyebabkan hilangnya aktivitas enzim sepenuhnya:

R-SH + JCH 2 COOH → HJ + R-S-CH 2 COOH

Oleh karena itu, inhibitor ini menonaktifkan semua enzim yang memiliki gugus SH yang terlibat dalam katalisis.

Penghambatan hidrolase yang ireversibel di bawah aksi gas saraf (sarin, soman) disebabkan oleh ikatan kovalennya dengan residu serin di pusat aktif.

Metode penghambatan kompetitif telah menemukan aplikasi luas dalam praktik medis. Obat sulfanilamide - antagonis asam p-aminobenzoat, dapat berfungsi sebagai contoh inhibitor kompetitif yang dapat dimetabolisme. Mereka mengikat sintetase dihidropterat, enzim bakteri yang mengubah p-aminobenzoat menjadi asam folat, yang diperlukan untuk pertumbuhan bakteri. Bakteri mati karena sulfanilamide yang terikat diubah menjadi senyawa lain dan asam folat tidak terbentuk.

Inhibitor nonkompetitif biasanya mengikat molekul enzim pada tempat yang berbeda dari tempat pengikatan substrat, dan substrat tidak bersaing secara langsung dengan inhibitor. Karena inhibitor dan substrat mengikat ke pusat yang berbeda, baik kompleks E-I dan kompleks S-E-I dapat dibentuk. Kompleks S-E-I juga terurai untuk membentuk produk, tetapi pada laju yang lebih lambat dari E-S, sehingga reaksi akan melambat tetapi tidak berhenti. Dengan demikian, reaksi paralel berikut dapat terjadi:

E↔ E-I S-E-I → E-I + P

Inhibisi non-kompetitif reversibel relatif jarang terjadi.

Inhibitor non-kompetitif disebut alosterik sebagai lawan kompetitif isosterik ).

Inhibisi reversibel dapat dipelajari secara kuantitatif berdasarkan persamaan Michaelis-Menten.

Dengan penghambatan kompetitif, V MAX tetap konstan, sementara Km meningkat.

Dengan penghambatan non-kompetitif, V MAX menurun dengan Km tidak berubah.

Jika produk reaksi menghambat enzim yang mengkatalisis pembentukannya, metode penghambatan ini disebut retroinhibisi atau penghambatan umpan balik . Misalnya, glukosa menghambat glukosa-6-fosfatase, yang mengkatalisis hidrolisis glukosa-6-fosfat.

Signifikansi biologis dari penghambatan ini adalah pengaturan jalur metabolisme tertentu (lihat sesi berikutnya).

BAGIAN PRAKTIS

Tugas untuk siswa

1. Untuk mempelajari denaturasi protein di bawah aksi larutan mineral dan asam organik dan ketika dipanaskan.

2. Mendeteksi koenzim NAD dalam ragi.

3. Menentukan aktivitas amilase dalam urin (serum darah).

9. STANDAR JAWABAN TUGAS, soal tes yang digunakan dalam penguasaan pengetahuan di kelas (bisa dalam bentuk aplikasi)

10. SIFAT DAN RUANG LINGKUP PELATIHAN DAN PENELITIAN YANG MUNGKIN PADA TEMA

(Tunjukkan secara spesifik sifat dan bentuk UIRS: persiapan presentasi abstrak, penelitian independen, permainan simulasi, pendaftaran riwayat medis menggunakan literatur monografi, dll. formulir)

Kinetika enzimatik mempelajari pengaruh sifat kimia zat yang bereaksi (enzim, substrat) dan kondisi interaksinya (pH, suhu, konsentrasi, keberadaan aktivator atau inhibitor) pada laju reaksi enzimatik. Laju reaksi enzimatik (u) diukur dengan penurunan jumlah substrat atau peningkatan produk reaksi per satuan waktu.

Pada konsentrasi substrat yang rendah, laju reaksi

berbanding lurus dengan konsentrasinya. Pada konsentrasi substrat yang tinggi, ketika semua situs aktif enzim ditempati oleh substrat ( saturasi enzim dengan substrat), laju reaksi maksimum, menjadi konstan dan tidak bergantung pada konsentrasi substrat [S] dan sepenuhnya bergantung pada konsentrasi enzim (Gbr. 19).

K S adalah konstanta disosiasi kompleks enzim-substrat ES, kebalikan dari konstanta kesetimbangan:

.

Semakin rendah nilai K S, semakin tinggi afinitas enzim terhadap substrat.

Beras. 19. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada konsentrasi substrat pada konsentrasi enzim yang konstan

Hubungan kuantitatif antara konsentrasi substrat dan laju reaksi enzimatik menyatakan: persamaan Michaelis-Menten:

,

u adalah laju reaksi, u max adalah laju maksimum reaksi enzimatik.

Briggs dan Haldane memperbaiki persamaan dengan memasukkan ke dalamnya Konstanta Michaelis K m ditentukan secara eksperimental.

Persamaan Briggs–Haldane:

,

.

Konstanta Michaelis secara numerik sama dengan konsentrasi substrat (mol/l) di mana laju reaksi enzimatik adalah setengah dari maksimum (Gbr. 20). K m menunjukkan afinitas enzim terhadap substrat: semakin kecil nilainya, semakin besar afinitasnya.

Nilai eksperimental K m untuk sebagian besar reaksi enzimatik yang melibatkan substrat tunggal biasanya 10 -2 -10 -5 M. Jika reaksinya reversibel, maka interaksi enzim dengan substrat reaksi langsung ditandai dengan K m yang berbeda dari substrat reaksi balik.

G. Lineweaver dan D. Burke mengubah persamaan Briggs-Haldane dan memperoleh persamaan garis lurus: y = kapak + b (Gbr. 21):

.

Metode Lineweaver-Burk memberikan hasil yang lebih akurat.

Beras. 21. Definisi grafis dari konstanta Michaelis

menurut metode Lineweaver-Burk

SIFAT-SIFAT ENZIM

Enzim berbeda dari katalis konvensional dalam beberapa hal.

termolabilitas, atau kepekaan terhadap kenaikan suhu (Gbr. 22).

Beras. 22. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada suhu

Pada suhu tidak melebihi 45-50 °C, laju sebagian besar reaksi biokimia meningkat dengan faktor 2 dengan peningkatan suhu sebesar 10 °C sesuai dengan aturan van't Hoff. Pada suhu di atas 50 °C, laju reaksi dipengaruhi oleh denaturasi termal protein enzim, yang secara bertahap menyebabkan penonaktifan totalnya.

Suhu dimana aktivitas katalitik suatu enzim mencapai maksimum disebut suhu suhu optimal. Suhu optimum untuk sebagian besar enzim mamalia berada pada kisaran 37-40 °C. Pada suhu rendah (0 °C dan di bawah), enzim, sebagai suatu peraturan, tidak dihancurkan, meskipun aktivitasnya menurun hampir ke nol.

Ketergantungan aktivitas enzim pada nilai pH medium(Gbr. 23).

Untuk setiap enzim, ada nilai pH optimal dari media di mana ia menunjukkan aktivitas maksimum. pH optimum Tindakan enzim jaringan hewan terletak dalam zona sempit konsentrasi ion hidrogen, sesuai dengan nilai pH fisiologis 6,0-8,0 yang dikembangkan dalam proses evolusi. Pengecualian adalah pepsin - 1,5-2,5; arginase - 9,5-10.

Beras. 23. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada pH medium

Pengaruh perubahan pH medium pada molekul enzim terdiri dari efek pada tingkat ionisasi gugus aktifnya, dan, akibatnya, pada struktur tersier protein dan keadaan pusat aktif. pH juga mengubah ionisasi kofaktor, substrat, kompleks enzim-substrat, dan produk reaksi.

Kekhususan. Spesifisitas tinggi dari aksi enzim disebabkan oleh konformasi dan elektrostatik komplementaritas antara molekul substrat dan enzim dan organisasi struktural yang unik dari pusat aktif, yang memastikan selektivitas reaksi.

Spesifisitas mutlak - kemampuan suatu enzim untuk mengkatalis suatu reaksi tunggal. Misalnya, urease mengkatalisis hidrolisis urea menjadi NH3 dan CO2, sedangkan arginase mengkatalisis hidrolisis arginin.

Spesifisitas relatif (grup) - kemampuan enzim untuk mengkatalisis sekelompok reaksi dari jenis tertentu. Spesifisitas relatif, misalnya, dimiliki oleh enzim hidrolitik peptidase, yang menghidrolisis ikatan peptida dalam molekul protein dan peptida, dan lipase, yang menghidrolisis ikatan ester dalam molekul lemak.

kekhususan stereokimia memiliki enzim yang mengkatalisis transformasi hanya satu isomer spasial. Enzim fumarase mengkatalisis konversi trans-isomer asam butenadioat, asam fumarat, menjadi asam malat, dan tidak bekerja pada isomer cis, asam maleat.

Spesifisitas tinggi dari aksi enzim memastikan bahwa hanya reaksi kimia tertentu yang terjadi dari semua kemungkinan transformasi.

Sifat Enzim

1. Ketergantungan laju reaksi pada suhu

Ketergantungan aktivitas enzim (laju reaksi) pada suhu dijelaskan kurva lonceng dengan kecepatan maksimum pada nilai suhu optimal untuk enzim tertentu. Peningkatan laju reaksi ketika suhu optimum mendekati dijelaskan oleh peningkatan energi kinetik dari molekul-molekul yang bereaksi.

Ketergantungan suhu dari laju reaksi

Hukum tentang kenaikan laju reaksi sebesar 2-4 kali dengan peningkatan suhu sebesar 10 ° C juga berlaku untuk reaksi enzimatik, tetapi hanya dalam kisaran hingga 55-60 ° C, yaitu. hingga suhu denaturasi protein. Dengan penurunan suhu, aktivitas enzim menurun, tetapi tidak hilang sepenuhnya.

Sebagai pengecualian, ada enzim dari beberapa mikroorganisme yang ada di air mata air panas dan geyser; suhu optimumnya mendekati titik didih air. Contoh aktivitas yang lemah pada suhu rendah adalah hibernasi beberapa hewan (tupai tanah, landak), yang suhu tubuhnya turun hingga 3-5°C. Sifat enzim ini juga digunakan dalam praktik bedah selama operasi di rongga dada, ketika pasien mengalami pendinginan hingga 22°C.

Enzim bisa sangat sensitif terhadap perubahan suhu:

• Kucing siam memiliki moncong hitam, ujung telinga, ekor, cakar. Di daerah-daerah ini, suhu hanya 0,5 ° C lebih rendah daripada di daerah tengah tubuh. Tapi ini memungkinkan enzim yang membentuk pigmen di folikel rambut untuk bekerja, dengan sedikit peningkatan suhu, enzim menjadi tidak aktif,
• kasus sebaliknya - ketika suhu lingkungan turun di kelinci, enzim pembentuk pigmen dinonaktifkan dan kelinci mendapat mantel putih,
• protein antivirus interferon mulai disintesis dalam sel hanya ketika suhu tubuh mencapai 38 ° C,

Ada juga situasi unik:

• bagi kebanyakan orang, peningkatan suhu tubuh sebesar 5 °C (sampai 42 °C) tidak sesuai dengan kehidupan karena ketidakseimbangan dalam laju reaksi enzimatik. Pada saat yang sama, beberapa atlet menemukan bahwa selama lari maraton suhu tubuh mereka sekitar 40°C, suhu tubuh maksimum yang tercatat adalah 44°C.

2. Ketergantungan laju reaksi pada pH

Ketergantungan juga dijelaskan kurva lonceng dengan kecepatan maksimum pada optimal untuk enzim ini nilai pH.

Fitur enzim ini sangat penting bagi tubuh dalam adaptasinya terhadap perubahan kondisi eksternal dan internal. Pergeseran nilai pH di luar dan di dalam sel berperan dalam patogenesis penyakit dengan mengubah aktivitas enzim berbagai jalur metabolisme.

Untuk setiap enzim, ada kisaran pH sempit tertentu dari media, yang optimal untuk manifestasi aktivitas tertingginya. Misalnya, nilai pH optimal untuk pepsin adalah 1,5-2,5, tripsin 8,0-8,5, amilase saliva 7,2, arginase 9,7, asam fosfatase 4,5-5,0, suksinat dehidrogenase 9,0.

Ketergantungan laju reaksi pada nilai pH

Ketergantungan aktivitas pada keasaman medium dijelaskan oleh adanya asam amino dalam struktur enzim, yang muatannya berubah dengan perubahan pH (glutamat, aspartat, lisin, arginin, histidin). Perubahan muatan radikal asam amino ini menyebabkan perubahan interaksi ioniknya selama pembentukan struktur tersier protein, perubahan muatannya dan munculnya konfigurasi yang berbeda dari pusat aktif dan, oleh karena itu, , substrat mengikat atau tidak mengikat ke pusat aktif.

Perubahan aktivitas enzim dengan pergeseran pH juga dapat adaptif fungsi. Misalnya, di hati, enzim glukoneogenesis membutuhkan pH yang lebih rendah daripada enzim glikolisis, yang berhasil dikombinasikan dengan pengasaman cairan tubuh selama puasa atau olahraga.

Bagi kebanyakan orang, perubahan pH darah di atas 6,8-7,8 (dengan laju 7,35-7,45) tidak sesuai dengan kehidupan karena ketidakseimbangan laju reaksi enzimatik. Pada saat yang sama, beberapa pelari maraton menunjukkan penurunan pH darah di akhir jarak menjadi 6,8-7,0. Namun mereka terus bekerja!

3. Ketergantungan pada jumlah enzim

Dengan bertambahnya jumlah molekul enzim maka laju reaksi meningkat secara terus menerus dan berbanding lurus dengan jumlah enzim, karena lebih banyak molekul enzim menghasilkan lebih banyak molekul produk.

Hampir semua reaksi biokimia adalah enzimatik. Enzim(biokatalis) adalah zat yang bersifat protein yang diaktifkan oleh kation logam. Sekitar 2000 enzim yang berbeda diketahui, dan sekitar 150 di antaranya telah diisolasi, beberapa di antaranya digunakan sebagai obat. Tripsin dan kimotripsin digunakan untuk mengobati bronkitis dan pneumonia; pepsin - untuk pengobatan gastritis; plasmin - untuk pengobatan serangan jantung; pancreatin - untuk pengobatan pankreas. Enzim berbeda dari katalis konvensional dalam (a) aktivitas katalitik yang lebih tinggi; (b) spesifisitas tinggi, yaitu tindakan selektif.

Mekanisme reaksi enzimatik substrat tunggal dapat diwakili oleh skema:

dimana E adalah enzim,

S - substrat,

ES - kompleks enzim-substrat,

R adalah produk reaksi.

Ciri-ciri reaksi enzimatis tahap pertama adalah Konstanta Michaelis (K M). K M adalah kebalikan dari konstanta kesetimbangan:

konstanta Michaelis (KM) mencirikan stabilitas kompleks enzim-substrat (ES). Semakin kecil konstanta Michaelis (KM), semakin stabil kompleks tersebut.

Laju reaksi enzimatik sama dengan laju langkah pembatas lajunya:

di mana k 2 adalah konstanta laju, yang disebut jumlah putaran atau aktivitas molekuler enzim.

aktivitas molekul enzim(k 2) sama dengan jumlah molekul substrat yang mengalami transformasi di bawah pengaruh satu molekul enzim dalam 1 menit pada 25 0 C. Konstanta ini mengambil nilai dalam kisaran: 1 10 4< k 2 < 6·10 6 мин‾ 1 .

Untuk urease, yang mempercepat hidrolisis urea, k 2 = 1,85∙10 6 menit‾ 1; untuk adenosin trifosfatase, yang mempercepat hidrolisis ATP, k 2 = 6,24∙10 6 menit‾ 1; untuk katalase, yang mempercepat penguraian H 2 O 2, k 2 = 5∙10 6 menit‾ 1.

Namun, persamaan kinetik dari reaksi enzimatik dalam bentuk yang diberikan di atas praktis tidak mungkin digunakan karena ketidakmungkinan menentukan secara eksperimental konsentrasi kompleks enzim-substrat (). Menyatakan dalam besaran lain, mudah ditentukan secara eksperimental, kita peroleh persamaan kinetika reaksi enzimatik, ditelepon Persamaan Michaelis-Menten (1913):

,

di mana hasil kali k 2 [E]tot adalah nilai konstanta, yang dilambangkan dengan (kecepatan maksimum).

Masing-masing:

Pertimbangkan kasus khusus persamaan Michaelis-Menten.

1) Pada konsentrasi substrat rendah, K M >> [S], oleh karena itu

yang sesuai dengan persamaan kinetik reaksi orde pertama.

2) Pada konsentrasi tinggi substrat K m<< [S], поэтому

yang sesuai dengan persamaan kinetik reaksi orde nol.

Jadi, pada konsentrasi substrat yang rendah, laju reaksi enzimatik meningkat dengan peningkatan kandungan substrat dalam sistem, dan pada konsentrasi substrat yang tinggi, kurva kinetik mencapai dataran tinggi (laju reaksi tidak tergantung pada konsentrasi substrat. ) (Gbr. 30).

Gambar 30. - Kurva kinetik reaksi enzimatik

Jika [S] = K M, maka

yang memungkinkan Anda untuk menentukan secara grafis konstanta Michaelis K m (Gbr. 31).

Gambar 31. - Definisi grafis dari konstanta Michaelis

Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: (a) suhu, (b) keasaman medium, (c) adanya inhibitor. Pengaruh suhu pada laju reaksi enzimatik dibahas dalam bab 9.3.

Pengaruh keasaman media pada laju reaksi enzimatik ditunjukkan pada Gambar 32. Aktivitas maksimum enzim sesuai dengan nilai optimal nilai pH (pH opt).

Gambar 32. - Pengaruh keasaman larutan terhadap aktivitas enzim

Untuk sebagian besar enzim, nilai pH optimal bertepatan dengan nilai fisiologis (7,3 - 7,4). Namun, ada enzim yang membutuhkan lingkungan asam kuat (pepsin - 1,5-2,5) atau cukup basa (arginase - 9,5 - 9,9) untuk berfungsi normal.

Inhibitor enzim- Ini adalah zat yang menempati bagian dari pusat aktif molekul enzim, akibatnya laju reaksi enzimatik menurun. Kation logam berat, asam organik dan senyawa lain bertindak sebagai inhibitor.

Kuliah 11

Struktur atom

Ada dua definisi istilah "atom". Atom adalah partikel terkecil dari unsur kimia yang mempertahankan sifat kimianya.

Atom adalah mikrosistem bermuatan listrik netral yang terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif.

Doktrin atom telah berkembang jauh. Tahapan utama dalam pengembangan atomistik meliputi:

1) tahap filosofis alami - periode pembentukan konsep struktur atom materi, tidak dikonfirmasi oleh eksperimen (abad ke-5 SM - abad ke-16 M);

2) tahap pembentukan hipotesis tentang atom sebagai partikel terkecil dari suatu unsur kimia (abad XVIII-XIX);

3) tahap pembuatan model fisik yang mencerminkan kompleksitas struktur atom dan memungkinkan untuk menggambarkan sifat-sifatnya (awal abad ke-20)

4) tahap modern atomistik disebut mekanika kuantum. Mekanika kuantum adalah cabang fisika yang mempelajari gerak partikel elementer.

RENCANA

11.1. Struktur nukleus. Isotop.

11.2. Model mekanika kuantum dari kulit elektron atom.

11.3. Sifat fisika dan kimia atom.

Struktur nukleus. isotop

inti atom- Ini adalah partikel bermuatan positif, terdiri dari proton, neutron, dan beberapa partikel dasar lainnya.

Secara umum diterima bahwa partikel dasar utama dari nukleus adalah proton dan neutron. Proton (p) - itu adalah partikel elementer yang massa atom relatifnya 1 sma dan muatan relatifnya +1. Neutron (n) - itu adalah partikel elementer yang tidak memiliki muatan listrik, yang massanya sama dengan massa proton.

Inti atom mengandung 99,95% massa atom. Gaya nuklir khusus perpanjangan bertindak antara partikel elementer, secara signifikan melebihi gaya tolakan elektrostatik.

Sifat dasar atom adalah mengenakan biaya miliknya inti, sama dengan jumlah proton dan bertepatan dengan nomor urut unsur dalam sistem periodik unsur kimia. Kumpulan (jenis) atom dengan muatan inti yang sama disebut unsur kimia. Elemen dengan angka dari 1 hingga 92 ditemukan di alam.

isotop- Ini adalah atom dari unsur kimia yang sama yang mengandung jumlah proton yang sama dan jumlah neutron yang berbeda dalam nukleus.

di mana nomor massa (A) adalah massa inti, z adalah muatan inti.

Setiap unsur kimia adalah campuran isotop. Sebagai aturan, nama isotop bertepatan dengan nama unsur kimia. Namun, nama khusus telah diperkenalkan untuk isotop hidrogen. Unsur kimia hidrogen diwakili oleh tiga isotop:

Nomor p Nomor n

Protium H 1 0

Deuterium D 1 1

Tritium T 1 2

Isotop suatu unsur kimia dapat berupa stabil atau radioaktif. Isotop radioaktif mengandung inti yang secara spontan runtuh dengan pelepasan partikel dan energi. Stabilitas inti ditentukan oleh rasio neutron-protonnya.

Masuk ke dalam tubuh, radionuklida mengganggu jalannya proses biokimia yang paling penting, mengurangi kekebalan, membuat tubuh terkena penyakit. Tubuh melindungi diri dari efek radiasi dengan selektif menyerap unsur-unsur dari lingkungan. Isotop stabil lebih diutamakan daripada isotop radioaktif. Dengan kata lain, isotop stabil menghalangi akumulasi isotop radioaktif dalam organisme hidup (Tabel 8).

Buku S. Shannon "Nutrisi di Zaman Atom" memberikan data berikut. Jika dosis pemblokiran isotop yodium stabil, sama dengan ~ 100 mg, diminum selambat-lambatnya 2 jam setelah I-131 masuk ke dalam tubuh, maka penyerapan radioiodin di kelenjar tiroid akan berkurang 90%.

Radioisotop digunakan dalam pengobatan

untuk diagnosis penyakit tertentu,

untuk pengobatan segala bentuk kanker,

untuk studi patofisiologi.

Tabel 8 - Efek pemblokiran isotop stabil