Sebagaimana diketahui, laju reaksi kimia menurut kaidah empiris Van't Hoff meningkat 2-4 kali lipat dengan kenaikan suhu sebesar 10 o. Namun untuk reaksi enzimatik hanya diamati sampai 50-60 o C. Pada suhu yang lebih tinggi, enzim yang merupakan protein mengalami denaturasi, konformasi berubah, dan tidak dapat lagi menjalankan fungsi katalitiknya. Oleh karena itu, ketergantungan laju reaksi enzimatik terhadap suhu berbentuk kurva dengan maksimum (gambar)

Maksimum sesuai dengan tertinggi aktivitas enzim, yang biasanya diukur dalam mg, yang mengkatalisis 1 mgmol substrat dalam 1 menit. Aktivitas tertentu diukur per 1 mg enzim (mgmol/menit). Aktivitas molar (rpm atau konstanta katalitik) dihitung per mgmol enzim (mgmol/mgmol ∙×min), yaitu aktivitas molar menunjukkan berapa banyak molekul substrat yang diubah dalam 1 menit oleh satu molekul enzim.

Selain suhu, aktivitas enzim dipengaruhi oleh pH lingkungan dan adanya inhibitor.

Pengaruh pH terhadap laju reaksi enzimatik

Untuk sebagian besar reaksi enzimatik, nilai pH optimal medium terletak pada kisaran 5−9.Kurva ketergantungan laju reaksi enzimatik terhadap pH adalah kurva dengan maksimum (gambar)

Jenis kurva ini disebabkan oleh fakta bahwa terdapat keadaan ionisasi optimal antara substrat dan molekul protein enzim (residu asam aminonya), yang memastikan ikatan terkuat mereka di pusat aktif dan, oleh karena itu, laju reaksi tertinggi.

Penghambat enzim

Kerja enzim dapat dilemahkan atau ditekan sepenuhnya dengan menggunakan zat tertentu - penghambat. Tindakan mereka dapat dibalik dan tidak dapat diubah.

Inhibitor reversibel biasanya dikaitkan dengan enzim melalui ikatan non-kovalen dan dapat dengan mudah dilepaskan darinya, dan ada yang disebut inhibitor reversibel kompetitif, yang memiliki struktur serupa dengan substrat dan masing-masing berusaha, pertama-tama, untuk berkontak dengan enzim pada tempat pengikatan substrat pada situs aktif. Jika inhibitor kompetitif I dan substrat S ditambahkan ke enzim E, maka dua kompleks akan terbentuk berdasarkan reaksi:

E + S « ES ® P + E

E + Saya « E Saya ≠ P

Karena pembentukan kompleks EI tidak mengarah pada pembentukan produk reaksi, laju reaksi pembentukannya menurun, karena jumlah situs aktif enzim yang mampu berinteraksi dengan substrat berkurang. Karena inhibitor kompetitif berikatan dengan enzim secara reversibel, efeknya dapat dikurangi dengan meningkatkan konsentrasi substrat, karena hal ini meningkatkan kemungkinan enzim mengikat substrat. Inhibitor, mengganggu pembentukan kompleks enzim-substrat, meningkatkan konstanta Michaelis K m, tetapi tidak mengubah V max.

Inhibitor reversibel non-kompetitif strukturnya tidak mirip dengan substrat, sehingga dapat berikatan dengan enzim dengan ada atau tidaknya substrat, dan biasanya berikatan dengan enzim bukan di lokasi aktif, tetapi di tempat lain, biasanya di pusat pengaturan. Dalam hal ini, kompleks terner terbentuk: enzim-inhibitor-substrat (ESI), yang tidak mengarah pada pembentukan produk reaksi:

E + S + Saya ® E Saya ≠ P

Dengan penghambatan jenis ini, pengaruh inhibitor tidak dapat diatasi dengan meningkatkan konsentrasi substrat. Inhibitor reversibel nonkompetitif mengurangi Vmax dan Km.

Inhibitor ireversibel Enzim adalah senyawa yang membentuk ikatan kuat dengan enzim, khususnya pada pusat aktifnya. Dengan mengikat kelompok-kelompok penting ke situs pengikatan substrat, mereka mengubah konfigurasinya secara permanen. Beginilah cara ion logam berat Hg +2 dan Pb +2 bekerja secara ireversibel terhadap enzim, yang menjelaskan efek toksiknya pada tubuh manusia.

Kerja enzim diatur oleh hormon.

BIOKIMIA DINAMIS

Himpunan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup dan menyediakan zat dan energi yang dibutuhkan tubuh disebut metabolisme atau metabolisme. Membedakan katabolisme dan anabolisme. Transformasi katabolik adalah pemecahan molekul kompleks, baik yang disuplai dengan makanan maupun yang ditemukan di dalam sel; proses ini disebut eksogonik.

Proses anabolik (proses biosintesis) ditujukan pada pembentukan dan pembaruan elemen struktural sel, yaitu sintesis molekul kompleks dari molekul sederhana. Proses biosintesis merupakan proses reduksi dan disertai dengan pengeluaran energi bebas; proses seperti ini disebut endergonik. Kedua sisi proses tersebut saling berhubungan dalam ruang dan waktu. Proses katabolik dan anabolik terjadi di berbagai organel sel, tempat berbagai enzim intraseluler terlokalisasi. Semua jalur metabolisme saling berhubungan, seperti yang ditunjukkan pada diagram jalur metabolisme terintegrasi.

Laju reaksi enzim

Laju reaksi enzimatik diukur dengan jumlah substrat yang dikonversi per satuan waktu atau jumlah produk yang terbentuk. Kecepatan ditentukan oleh sudut kemiringan garis singgung kurva pada tahap awal reaksi.

Beras. 2 Laju reaksi enzimatik.

Semakin curam kemiringannya, semakin besar kecepatannya. Seiring waktu, laju reaksi biasanya menurun, sebagian besar disebabkan oleh penurunan konsentrasi substrat.

Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzimatik

Tindakan F. bergantung pada sejumlah faktor: suhu, reaksi lingkungan (pH), konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, dan adanya aktivator spesifik dan inhibitor nonspesifik atau spesifik.

Konsentrasi enzim

Pada konsentrasi substrat yang tinggi dan faktor lain tetap konstan, laju reaksi enzimatik sebanding dengan konsentrasi enzim.

Beras. 3 Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada konsentrasi enzim.

Katalisis selalu terjadi pada kondisi dimana konsentrasi enzim jauh lebih rendah dibandingkan konsentrasi substrat. Oleh karena itu, dengan meningkatnya konsentrasi enzim, laju reaksi enzimatik juga meningkat.

Suhu

Pengaruh suhu terhadap laju reaksi enzimatik dapat dinyatakan melalui koefisien suhu Q10: Q10 = (laju reaksi pada (x + 10)°C) / (laju reaksi pada x °C)

Antara 0-40°C, Q10 reaksi enzimatik adalah 2. Dengan kata lain, untuk setiap kenaikan suhu 10°C, laju reaksi enzimatik menjadi dua kali lipat.

Beras. 4 Pengaruh suhu terhadap aktivitas enzim seperti amilase ludah.

Ketika suhu meningkat, pergerakan molekul semakin cepat, dan molekul-molekul zat yang bereaksi lebih besar kemungkinannya untuk saling bertabrakan. Akibatnya, kemungkinan terjadinya reaksi di antara keduanya meningkat. Suhu yang memberikan aktivitas paling besar disebut suhu optimal. Di luar tingkat ini, laju reaksi enzimatik menurun, meskipun frekuensi tumbukan meningkat. Hal ini terjadi karena rusaknya struktur sekunder dan tersier enzim, dengan kata lain karena enzim mengalami denaturasi.

Beras. 5 Jalannya reaksi enzimatik pada suhu yang berbeda.

Ketika suhu mendekati atau turun di bawah titik beku, enzim menjadi tidak aktif, tetapi denaturasi tidak terjadi. Ketika suhu meningkat, aktivitas katalitiknya dipulihkan kembali.

Karena protein dalam keadaan kering didenaturasi jauh lebih lambat dibandingkan protein terhidrasi (dalam bentuk gel atau larutan protein), inaktivasi fosfor dalam keadaan kering terjadi jauh lebih lambat dibandingkan dengan adanya uap air. Oleh karena itu, spora bakteri kering atau biji kering dapat menahan pemanasan hingga suhu yang jauh lebih tinggi dibandingkan spora atau biji yang sama dalam keadaan lembab.

Konsentrasi substrat

Untuk konsentrasi enzim tertentu, laju reaksi enzimatik meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi substrat.

Beras. 6 Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada konsentrasi substrat.

Laju reaksi maksimum teoretis Vmaks tidak pernah tercapai, namun ada saatnya peningkatan lebih lanjut dalam konsentrasi substrat tidak lagi menyebabkan perubahan nyata pada laju reaksi. Hal ini harus dijelaskan oleh fakta bahwa pada konsentrasi substrat yang tinggi, pusat aktif molekul fosfor praktis jenuh pada saat tertentu. Oleh karena itu, tidak peduli berapa banyak kelebihan substrat yang tersedia, ia dapat bergabung dengan enzim hanya setelah kompleks enzim-substrat yang terbentuk sebelumnya terdisosiasi menjadi produk dan enzim bebas.Oleh karena itu, pada konsentrasi substrat yang tinggi, laju reaksi enzimatik dibatasi oleh keduanya. konsentrasi substrat dan waktu yang diperlukan untuk disosiasi kompleks enzim-substrat.

Pada suhu konstan, fosfor apa pun bekerja paling efektif dalam kisaran pH yang sempit. Nilai pH optimal adalah nilai dimana reaksi berlangsung pada kecepatan maksimum.

Beras. 7 Ketergantungan aktivitas enzim pada pH.

Pada pH yang lebih tinggi dan lebih rendah, aktivitas F. menurun. Pergeseran pH mengubah muatan gugus asam dan basa terionisasi, yang menjadi sandaran bentuk spesifik molekul fosfor. Akibatnya, bentuk molekul fosfor berubah, dan terutama bentuk pusat aktifnya. Jika pH berubah terlalu tajam, F. mengalami denaturasi. Karakteristik pH optimum suatu fosfor tertentu tidak selalu sesuai dengan pH lingkungan intraseluler terdekatnya. Hal ini menunjukkan bahwa lingkungan tempat F. berada sampai batas tertentu mengatur aktivitasnya.

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

Pada konsentrasi substrat rendah, laju reaksi

berbanding lurus dengan konsentrasinya. Pada konsentrasi substrat yang tinggi, ketika semua situs aktif enzim ditempati oleh substrat ( kejenuhan 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 – konstanta disosiasi kompleks enzim-substrat ES, kebalikan dari konstanta kesetimbangan:

.

Semakin rendah nilai K S maka 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 diungkapkan Persamaan Michaelis-Menten:

,

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

Briggs dan Haldane memperbaiki persamaan tersebut dengan memperkenalkan 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 maksimum (Gbr. 20). K m menunjukkan afinitas enzim terhadap substrat: semakin rendah nilainya, semakin besar afinitasnya.

Nilai percobaan K m untuk sebagian besar reaksi enzimatik yang melibatkan satu substrat biasanya 10 -2 -10 -5 M. Jika reaksi bersifat reversibel, maka interaksi enzim dengan substrat reaksi langsung ditandai dengan K m berbeda dari itu untuk substrat reaksi sebaliknya.

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 sifat.

Labilitas termal, atau kepekaan terhadap peningkatan suhu (Gbr. 22).

Beras. 22. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada suhu

Pada suhu tidak melebihi 45–50 °C, laju sebagian besar reaksi biokimia meningkat 2 kali lipat dengan peningkatan suhu sebesar 10 °C menurut 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 ke bawah), enzim pada umumnya tidak rusak, meskipun aktivitasnya menurun hingga hampir nol.

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

Untuk setiap enzim terdapat nilai pH optimal yang menunjukkan aktivitas maksimum. pH optimal aksi enzim dalam jaringan hewan terletak dalam zona sempit konsentrasi ion hidrogen sesuai dengan nilai pH fisiologis 6,0-8,0 yang dikembangkan dalam proses evolusi. Pengecualiannya adalah pepsin - 1,5-2,5; arginase – 9,5-10.

Beras. 23. Ketergantungan laju reaksi enzimatik pada pH medium

Pengaruh perubahan pH lingkungan pada molekul enzim adalah mempengaruhi derajat 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 kerja enzim yang tinggi disebabkan oleh komplementaritas konformasi dan elektrostatik antara molekul substrat dan enzim dan organisasi struktural unik dari pusat aktif, yang menjamin selektivitas reaksi.

Kekhususan mutlak – kemampuan suatu enzim untuk mengkatalisis suatu reaksi. Misalnya, urease mengkatalisis reaksi hidrolisis urea menjadi NH 3 dan CO 2, arginase - hidrolisis arginin.

Kekhususan relatif (kelompok) – kemampuan suatu enzim untuk mengkatalisis sekelompok reaksi jenis tertentu. Misalnya, enzim hidrolitik peptidase, yang menghidrolisis ikatan peptida dalam molekul protein dan peptida, dan lipase, yang menghidrolisis ikatan ester dalam molekul lemak, memiliki spesifisitas relatif.

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

Spesifisitas kerja enzim yang tinggi memastikan bahwa hanya reaksi kimia tertentu yang terjadi di antara semua kemungkinan transformasi.

KINETIK REAKSI ENZIMASI

mempelajari pola perjalanan reaksi enzimatik dari waktu ke waktu, serta mekanismenya; bab kinetika kimia.

Katalis siklus konversi zat S (substrat) menjadi produk P di bawah aksi enzim E berlanjut dengan pembentukan zat antara. koneksi. X Saya:

Di mana ki- konstanta laju tahapan dasar individu, pembentukan kompleks enzim-substrat X 1 (ES, kompleks Michaelis).

Pada suhu tertentu, kecepatan reaksi bergantung pada konsentrasi enzim, substrat dan komposisi medium. Bedakan antara kinetika reaksi enzimatik stasioner, prastasioner, dan relaksasi.

Kinetika stasioner. Dalam keadaan stasioner melalui koneksi perantara. (dX Saya/dt= 0, saya = 1, ..., N) dan dengan kelebihan substrat, di mana [S] 0 dan [E] 0 masing-masing adalah konsentrasi awal. substrat dan enzim, kinetika proses dicirikan oleh tingkat konsentrasi yang konstan dan tidak berubah-ubah terhadap waktu. samb., dan ekspresi untuk kecepatan proses ay 0, dipanggil kecepatan stasioner awal, berbentuk (persamaan Michaelis-Menten):

(1)

dimana nilai k kucing dan K m -> fungsi konstanta laju tahap dasar dan diberikan oleh persamaan:

Nilai k kucing ditelepon katalitik yang efektif konstanta laju proses, parameter K m -> Konstanta Michaelis. nilai k kucing ditentukan oleh kuantitas maks. tahap katalitik yang lambat distrik dan kadang-kadang disebut jumlah putaran enzim (sistem enzim); k kucing mencirikan jumlah katalitik siklus yang dilakukan oleh sistem enzim per satuan waktu. Naib. umum, memiliki nilai k kucing. untuk spesifik substrat dalam kisaran 10 2 -10 3 s -1. Nilai khas konstanta Michaelis terletak pada kisaran 10 -3 - 10 -4 M.

Pada konsentrasi substrat yang tinggi, yaitu ketika laju sirkulasi tidak bergantung pada konsentrasi substrat dan mencapai nilai konstan, disebut. Maks. kecepatan. Secara grafis, persamaan Michaelis-Menten merupakan hiperbola. Hal ini dapat dilinearisasi menggunakan metode timbal balik ganda (metode Linewere-Burk), yaitu membangun ketergantungan 1/v pada 1/[S] 0, atau metode lain. Bentuk linier persamaan (1) berbentuk:

(2)

Ini memungkinkan Anda untuk menentukan nilai secara grafis km dan v maks (Gbr. 1).

Beras. 1. Grafik transformasi linier persamaan Michaelis - Menten dalam kebalikan ganda (menurut Lineweaver - Burke).

Besarnya K m > secara numerik sama dengan konsentrasi substrat, sehingga laju sirkulasinya sama km sering berfungsi sebagai ukuran afinitas substrat dan enzim, tapi ini hanya berlaku jika

Kuantitas K m > Dan bervariasi tergantung pada nilai pH. Hal ini disebabkan oleh kemampuan kelompok molekul enzim yang terlibat dalam katalisis untuk mengubah keadaan ionisasinya dan, dengan demikian, aktivitas katalitiknya. efisiensi. Dalam kasus yang paling sederhana, perubahan pH menghasilkan protonasi atau deprotonasi setidaknya dua kelompok enzim yang dapat terionisasi yang terlibat dalam katalisis. Jika, dalam hal ini, hanya satu bentuk kompleks enzim-substrat (misalnya, ESH) dari tiga kemungkinan bentuk (ES, ESH dan ESH 2) yang mampu diubah menjadi produk larutan, maka ketergantungan dari laju pH dijelaskan dengan rumus:

Di mana f = 1 + / Dan F" = 1 + +K" b />-T. ditelepon fungsi pH Michaelis, dan K a, K b Dan K"a, K"b -> konstanta ionisasi golongan a dan bresp. bebas kompleks enzim dan enzim-substrat. Dalam koordinat lg - pH ketergantungan ini ditunjukkan pada Gambar. 2, dan garis singgung sudut kemiringan garis singgung ke atas, tidak bergantung pada pH, dan cabang menurun dari kurva harus masing-masing sama dengan +1, 0 dan -1. Dari grafik tersebut Anda dapat menentukan nilainya pK a kelompok yang terlibat dalam katalisis.

Beras. 2. Ketergantungan katalitik konstanta dari pH ke logaritmik. koordinat

Kecepatan reaksi enzimatik tidak selalu mengikuti persamaan (1). Salah satu kasus yang paling umum adalah partisipasi alosterik dalam reaksi. enzim (lihat Regulator enzim), yang ketergantungan derajat kejenuhan enzim pada [S] 0 bersifat non-hiperbolik. karakter (Gbr. 3). Fenomena ini disebabkan oleh kooperatifitas pengikatan substrat, yaitu ketika pengikatan substrat pada salah satu situs makromolekul enzim meningkat (kooperativitas positif) atau menurun (kooperativitas negatif) afinitas terhadap substrat situs lain.

Beras. H Ketergantungan derajat kejenuhan enzim dengan substrat pada konsentrasi substrat dengan kooperatifitas positif (I) dan negatif (II), serta jika tidak ada (III).

Kinetika pra-kondisi tunak. Dengan pencampuran cepat larutan enzim dan substrat dalam interval waktu 10 -6 -10 -1 detik, proses sementara dapat diamati sebelum pembentukan keadaan diam yang stabil. Dalam mode pra-stasioner ini, saat menggunakan media berlebih, sistem diferensial. Persamaan yang menggambarkan kinetika proses adalah linier. Solusi dari sistem diferensial linier jenis ini. Persamaannya diberikan oleh jumlah suku eksponensial. Jadi, untuk kinetik skema yang disajikan di atas, kinetika akumulasi produk berbentuk:

dimana saya ->, b, dan n -> fungsi konstanta laju dasar; -akar dari karakteristik yang sesuai. tingkat.

Besaran timbal balik disebut ciri waktu proses:

Untuk sungai yang mengalir dengan partisipasi sembilan interval. koneksi, Anda bisa mendapatkan karakteristik. waktu

Studi tentang kinetika reaksi enzimatik dalam mode prastasioner memungkinkan kita mendapatkan gambaran tentang mekanisme rinci reaksi katalitik. siklus dan menentukan konstanta laju tahap dasar proses.

Secara eksperimental, kinetika reaksi enzimatik dalam mode prastasioner dipelajari dengan menggunakan metode jet terhenti (lihat. Metode jet kinetik), memungkinkan pencampuran komponen larutan dalam waktu 1 ms.

Kinetika relaksasi. Dengan adanya pengaruh gangguan yang cepat pada sistem (perubahan suhu, tekanan, medan listrik), waktu yang diperlukan sistem untuk mencapai kesetimbangan atau keadaan stasioner baru bergantung pada kecepatan proses yang menentukan reaksi katalitik. siklus enzimatik.

Sistem persamaan yang menggambarkan kinetika proses adalah linier jika perpindahan dari posisi setimbang kecil. Penyelesaian sistem menyebabkan ketergantungan konsentrasi komponen, desember. tahapan proses berupa penjumlahan suku-suku eksponensial yang eksponennya bersifat waktu relaksasi. Hasil penelitian berupa spektrum waktu relaksasi yang sesuai dengan jumlah interval. koneksi yang berpartisipasi dalam proses tersebut. Waktu relaksasi bergantung pada konstanta laju tahapan dasar proses.

Teknik relaksasi kinetika memungkinkan untuk menentukan konstanta laju masing-masing tahap dasar transformasi zat antara. Metode untuk mempelajari kinetika relaksasi bervariasi. resolusi: penyerapan ultrasonografi - 10 -6 -10 -10 s, lonjakan suhu - 1O -4 -10 -6 s, metode kelistrikan. impuls - 10 -4 -10 -6 detik, lonjakan tekanan - 10 -2 detik. Saat mempelajari kinetika reaksi enzimatik, metode lonjakan suhu menemukan penerapannya.

Makrokinetik proses enzimatik. Pengembangan metode untuk memproduksi katalis heterogen dengan mengimobilisasi enzim pada dekomposisi. media (lihat Enzim yang diimobilisasi) memerlukan analisis kinetika proses dengan mempertimbangkan perpindahan massa substrat. Kinetika reaksi telah dipelajari secara teoritis dan eksperimental, dengan mempertimbangkan efek lapisan difusi dan untuk sistem dengan kesulitan intradifusi selama distribusi enzim dalam pembawa.

Dalam kondisi di mana kinetika proses dipengaruhi oleh transfer difusi substrat, katalitik. efisiensi sistem menurun. Faktor efisiensi sama dengan rasio kepadatan aliran produk dalam kondisi aliran enzimatik dengan konsentrasi substrat yang dikurangi secara difusi terhadap aliran yang dapat diwujudkan tanpa adanya pembatasan difusi. Di wilayah difusi murni, ketika laju proses ditentukan oleh perpindahan massa substrat, faktor efisiensi untuk sistem dengan penghambatan difusi eksternal berbanding terbalik dengan modulus difusi:

Di mana ketebalan lapisan difusi, D - koefisien. difusi substrat.

Untuk sistem dengan penghambatan intradifusi di wilayah orde pertama

dimana T- modulus tak berdimensi (modulus Thiele).

Saat menganalisis kinetik pola dalam reaktor enzimatik bersifat teoritis secara luas. dan bereksperimen. Model reaktor “ideal” telah dikembangkan: reaktor aliran (reaktor aliran dengan pencampuran ideal), reaktor aliran dengan perpindahan ideal, dan reaktor membran.

Kinetika proses multienzim. Di dalam tubuh (sel), enzim tidak bertindak sendiri-sendiri, tetapi mengkatalisis rantai transformasi molekul. R-tion dalam sistem multienzim dengan kinetik. sudut pandang dapat dianggap konsisten. proses, spesifik Ciri-cirinya adalah enzim dari setiap tahapan:

Di mana , jawab. max, laju proses dan konstanta Michaelis Saya tahap ke-distrik, masing-masing.

Ciri penting dari proses ini adalah kemungkinan terbentuknya keadaan stasioner yang stabil. Syarat terjadinya hal tersebut bisa berupa ketimpangan > v 0 , di mana v 0 adalah kecepatan tahap pembatas, yang dicirikan oleh konstanta laju terkecil dan dengan demikian menentukan kecepatan segala sesuatu yang mengikutinya. proses. Dalam keadaan stabil, konsentrasi metabolit setelah tahap pembatas lebih kecil dari konstanta Michaelis dari enzim yang bersangkutan.

Spesifik kelompok sistem multienzim terdiri dari sistem yang melakukan oksidasi-reduksi. r-tion dengan partisipasi pembawa elektron protein. Bentuk pembawa tertentu struktur, kompleks dengan urutan transfer elektron deterministik. Kinetis. deskripsi sistem semacam ini menganggap keadaan rangkaian dengan dekomposisi sebagai variabel independen. derajat populasi elektron.

Aplikasi. F.r. K. banyak digunakan dalam praktek penelitian untuk mempelajari mekanisme kerja enzim dan sistem enzim. Bidang ilmu enzim yang secara praktis penting adalah enzimologi teknik, beroperasi dengan konsep F. r. untuk optimalisasi bioteknologi. proses.

menyala.: Poltorak O.M., Chukhrai E.S., Dasar fisika-kimia katalisis enzimatik, M., 1971; Berezin I.V., Martinek K., Dasar-dasar kimia fisik katalisis enzimatik, M., 1977; Varfolomeev S.D., Zaitsev S.V., Metode kinetik dalam penelitian biokimia, M.. 1982. S.D.Varfolomeev.

Ensiklopedia kimia. - M.: Ensiklopedia Soviet. Ed. I.L.Knunyants. 1988 .

Lihat apa itu "KINETIK REAKSI ENZIMASI" di kamus lain:

Katalis siklus radio suatu proses yang terdiri dari sejumlah gerakan dasar, yang kecepatannya dijelaskan oleh hukum aksi massa. Hukum ini mempunyai bentuk sederhana untuk campuran gas ideal, cairan ideal, dan lapisan permukaan ideal.... ... Ensiklopedia kimia

Kinetika reaksi kimia, studi tentang proses kimia, hukum terjadinya dalam waktu, kecepatan dan mekanisme. Bidang terpenting kimia modern dan ilmu kimia dikaitkan dengan studi tentang kinetika reaksi kimia... ... Ensiklopedia Besar Soviet

KINETIK KIMIA- (dari gerakan kinesis Yunani), departemen kimia teoretis yang ditujukan untuk mempelajari hukum kimia. reaksi. Beberapa jenis bahan kimia dapat diidentifikasi. interaksi dan pertama-tama membedakan reaksi yang terjadi dalam medium homogen (homogen) dari reaksi... ... Ensiklopedia Kedokteran Hebat

- (biokatalisis), percepatan biokimia. ransum dengan partisipasi makromolekul protein yang disebut enzim. F.k. merupakan salah satu jenis katalisis, meskipun istilah fermentasi (fermentasi) telah dikenal sejak zaman dahulu kala, ketika konsep kimia belum ada. katalisis. Pertama… … Ensiklopedia kimia

- (dari awalan bahasa Latin re yang berarti tindakan terbalik, dan tindakan aksi), transformasi beberapa menjadi (senyawa awal) menjadi yang lain (produk makanan) dengan kekekalan inti atom (berlawanan dengan reaksi nuklir). Senyawa awal di R.x. kadang dipanggil... ... Ensiklopedia kimia

- (dari bahasa Latin fermentum starter) (enzim), protein yang berperan sebagai katalis dalam organisme hidup. Dasar fungsi F. untuk mempercepat konversi zat yang masuk ke dalam tubuh dan terbentuk selama metabolisme (memperbarui struktur seluler, memastikan ... Ensiklopedia kimia

- (dari bahasa Yunani pharmakon, pengobatan dan kinetikos yang bergerak), mempelajari kinetik. pola proses yang terjadi dengan lek. Rabu muntah di badan. Dasar farmakokinetik proses: penyerapan, distribusi, metabolisme dan ekskresi (penghilangan)... ... Ensiklopedia kimia

Hampir semua reaksi biokimia bersifat enzimatik. Enzim(biokatalis) adalah zat protein yang diaktivasi oleh kation logam. Sekitar 2000 enzim berbeda telah 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 maag; plasmin - untuk pengobatan serangan jantung; Pankreatin – untuk pengobatan pankreas. Enzim berbeda dari katalis konvensional: (a) dalam aktivitas katalitik yang lebih tinggi; (b) spesifisitas tinggi, yaitu selektivitas tindakan.

Mekanisme reaksi enzimatik substrat tunggal dapat digambarkan dalam diagram berikut:

dimana E adalah enzim,

S - substrat,

ES - kompleks enzim-substrat,

P adalah produk reaksi.

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

Konstanta Michaelis (KM) mencirikan stabilitas kompleks enzim-substrat (ES). Semakin rendah konstanta Michaelis (K M), semakin stabil kompleks tersebut.

Laju reaksi enzimatik sama dengan laju tahap pembatas lajunya:

dimana k 2 adalah konstanta laju, disebut jumlah revolusi atau aktivitas molekul enzim.

aktivitas enzim molekuler(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 bernilai 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 reaksi enzimatik dalam bentuk yang diberikan di atas secara praktis tidak mungkin digunakan karena ketidakmungkinan menentukan secara eksperimental konsentrasi kompleks enzim-substrat (). Dinyatakan dalam besaran lain yang mudah ditentukan secara eksperimental, kita memperoleh persamaan kinetik reaksi enzimatik, ditelepon dengan persamaan Michaelis-Menten (1913):

,

dimana hasil kali k 2 [E] total adalah nilai konstan, yang dilambangkan (kecepatan maksimum).

Masing-masing:

Mari kita perhatikan kasus khusus persamaan Michaelis-Menten.

1) Oleh karena itu, pada konsentrasi substrat rendah K M >> [S].

yang sesuai dengan persamaan kinetik reaksi orde pertama.

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

yang sesuai dengan persamaan kinetik reaksi orde nol.

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

Gambar 30. - Kurva kinetik reaksi enzimatik

Jika [S] = K M, maka

yang memungkinkan Anda 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 terhadap laju reaksi enzimatik dibahas pada Bab 9.3.

Pengaruh keasaman medium terhadap laju reaksi enzimatik disajikan pada Gambar 32. Aktivitas enzim maksimum sesuai dengan nilai pH optimal (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 fungsi normalnya memerlukan lingkungan yang sangat asam (pepsin - 1,5 - 2,5) atau cukup basa (arginase - 9,5 - 9,9).

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

Kuliah 11

Struktur atom

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

Atom adalah sistem mikro yang netral secara listrik yang terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif.

Doktrin atom telah melalui perkembangan yang panjang. Tahapan utama dalam perkembangan atomisme meliputi:

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

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

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

4) tahap atomisme modern disebut mekanika kuantum. Mekanika kuantum adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari pergerakan partikel elementer.

RENCANA

11.1. Struktur inti. Isotop.

11.2. Model mekanika kuantum kulit elektron suatu atom.

11.3. Ciri-ciri fisikokimia atom.

Struktur inti. Isotop

Inti atom adalah partikel bermuatan positif yang terdiri dari proton, neutron dan beberapa partikel elementer lainnya.

Secara umum diterima bahwa partikel unsur utama inti adalah proton dan neutron. Proton (p) – adalah partikel elementer yang massa atom relatifnya 1 sma dan muatan relatifnya + 1. Neutron (n) – Ini adalah partikel elementer yang tidak bermuatan listrik dan massanya sama dengan massa proton.

99,95% massa atom terkonsentrasi di dalam inti atom. Di antara partikel-partikel elementer terdapat gaya ekstensi nuklir khusus, yang secara signifikan melebihi gaya tolak-menolak elektrostatis.

Ciri-ciri dasar atom adalah mengenakan biaya miliknya kernel, sama dengan jumlah proton dan bertepatan dengan nomor atom suatu unsur dalam tabel periodik unsur kimia. Himpunan (jenis) atom-atom yang mempunyai muatan inti yang sama disebut unsur kimia. Unsur dengan angka 1 sampai 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 intinya.

dimana nomor massa (A) adalah massa inti, z adalah muatan inti.

Setiap unsur kimia merupakan campuran isotop. Biasanya, nama isotop sama dengan nama unsur kimianya. Namun, nama khusus telah diperkenalkan untuk isotop hidrogen. Unsur kimia hidrogen diwakili oleh tiga isotop:

Nomor p Nomor n

Protium N 1 0

Deuterium D 1 1

Tritium T 1 2

Isotop suatu unsur kimia bisa stabil dan radioaktif. Isotop radioaktif mengandung inti yang terurai secara spontan, melepaskan partikel dan energi. Stabilitas suatu inti ditentukan oleh rasio neutron-protonnya.

Begitu masuk ke dalam tubuh, radionuklida mengganggu proses biokimia yang paling penting, menurunkan kekebalan tubuh, dan membuat tubuh terkena penyakit. Tubuh melindungi dirinya dari efek radiasi dengan secara selektif menyerap unsur-unsur dari lingkungan. Isotop stabil memiliki prioritas dibandingkan isotop radioaktif. Dengan kata lain, isotop stabil menghalangi akumulasi isotop radioaktif pada organisme hidup (Tabel 8).

Buku S. Shannon “Nutrition in the Atomic Age” memberikan data berikut. Jika dosis pemblokiran ~100 mg isotop yodium stabil diminum selambat-lambatnya 2 jam setelah I-131 masuk ke dalam tubuh, serapan radioiodin di kelenjar tiroid akan berkurang sebesar 90%.

Radioisotop digunakan dalam pengobatan

untuk diagnosis penyakit tertentu,

· untuk pengobatan segala bentuk kanker,

· untuk studi patofisiologi.

Tabel 8 - Efek pemblokiran isotop stabil