Οι μέθοδοι χαλάρωσης βασίζονται στην αρχή ότι με μια ταχεία εξωτερική δράση στο σύστημα (μεταβολές θερμοκρασίας, πίεσης κ.λπ.), ο χρόνος που χρειάζεται για να φτάσει το σύστημα σε μια νέα ισορροπία (ή στατική κατάσταση) εξαρτάται από τον ρυθμό ενός χημική αντίδραση (και μερικές φορές στον ρυθμό διάχυσης των αντιδραστηρίων).
Ας εξετάσουμε την απλούστερη αντίδραση της συμπλοκοποίησης του ενεργού κέντρου του ενζύμου με τον συνδέτη
Στην αρχή, το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία, η οποία χαρακτηρίζεται από τη σταθερά ισορροπίας κ 0 =κ(Τ 0) και, κατά συνέπεια, συγκεντρώσεις ισορροπίας 
,
,
. Ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία στο σύστημα αλλάζει απότομα Τ->Τ 0 +Τ. Αυτό οδηγεί σε αλλαγή της σταθεράς ισορροπίας κ->κ 0 +κ, η οποία καθορίζεται από τη σχέση
(2.50)
όπου Hείναι η τυπική αλλαγή ενθαλπίας. Μετά από αυτό, το σύστημα περνά σε μια νέα κατάσταση ισορροπίας:
(2.51)
(2.52)
Η εξίσωση (2.51) είναι μη γραμμική. Υποθέτουμε ότι η απόκλιση από την ισορροπία είναι μικρή και τότε
και η εξίσωση (2.51) μετατρέπεται σε γραμμική διαφορική εξίσωση:
Η λύση αυτής της διαφορικής εξίσωσης είναι:
αξία
(2.54)
που ονομάζεται χρόνος χαλάρωσης.
2.5. Η επίδραση της θερμοκρασίας και του pH στον ρυθμό των ενζυματικών αντιδράσεων
Η επίδραση αυτών των παραγόντων στο ρυθμό μιας στοιχειώδους χημικής αντίδρασης εξετάστηκε στο Κεφάλαιο 1. Η ιδιαιτερότητα είναι ότι οι ενζυμικές αντιδράσεις είναι πολύπλοκες αντιδράσεις πολλαπλών σταδίων (που αποτελούνται από πολλές στοιχειώδεις αντιδράσεις). Επιπλέον, η κατάσταση των μορίων του ενζύμου στο διάλυμα χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο διαμορφωτών που μετατρέπονται αναστρέψιμα μεταξύ τους. Οι διαμορφωτικές μεταπτώσεις ενός μορίου καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία και το pH του διαλύματος.
2.6. Αναστολή ενζυματικών αντιδράσεων
Οι ουσίες που αναστέλλουν την καταλυτική δραστηριότητα των ενζύμων ονομάζονται αναστολείς . Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες αναστολέων - αναστρεπτός
(2.55)
(φυτοκτόνα, σαρίν, σομάν, ασπιρίνη κ.λπ.)
Και μη αναστρεψιμο (αδρανοποιητές )
(2.55)
(μονοξείδιο του άνθρακα, ιόν κυανίου, αναλγίνη κ.λπ.)
2.7. Απενεργοποίηση ενζύμου
Τα μόρια του βιοπολυμερούς (ένζυμα) είναι θερμοδυναμικά ασταθή και, κατά κανόνα, αλλάζουν τη δομή και τις ιδιότητές τους με την πάροδο του χρόνου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η διαδικασία αδρανοποίησης μπορεί να περιγραφεί ως μετάβαση μεταξύ δύο καταστάσεων του ενεργού ενζύμου. μι ένακαι ανενεργό μι Εγώ :
(2.56) Η κινητική της διαδικασίας περιγράφεται από την αντίστοιχη διαφορική εξίσωση
(2.57)
και χαρακτηρίζεται από τη χρονική σταθερά
(2.58)
Η διαδικασία της αδρανοποίησης του ενζύμου μπορεί να έχει διαφορετική φυσικοχημική φύση. Η πιο συνηθισμένη είναι η θερμική μετουσίωση, η οποία είναι μια σημαντική αναδιάταξη του μακρομορίου, μια αλλαγή στην τριτοταγή και μερικώς δευτερογενή δομή.
Για σκοπούς αδρανοποίησης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί υπέρηχος σπηλαίωσης, ραδιενεργός ακτινοβολία κ.λπ.
Οι αλλαγές στο pH μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε μετουσίωση του ενζύμου. Σε κάθε τιμή pH, η πρωτεΐνη χαρακτηρίζεται από την αντίστοιχη κατανομή φορτίου (ιονογόνες ομάδες). Σε πολύ χαμηλό ή πολύ υψηλό pH, η κατανομή φορτίου μπορεί να πολώσει σημαντικά το μόριο, να οδηγήσει στην εμφάνιση ισομερών και να το συμμορφώσει αμετάκλητα, καταστρέφοντας τη δομή του ενεργού κέντρου. Για παράδειγμα:
Η μετουσίωση του ενζύμου προκαλείται από μετουσιωτικούς παράγοντες, καταστρέφοντας τη δευτερογενή δομή της πρωτεΐνης (για παράδειγμα, ουρία), καθώς και οξειδωτικές διεργασίες που περιλαμβάνουν οξυγόνο.
Κατά τη μελέτη τέτοιων διαδικασιών, σημαντικές πληροφορίες ελήφθησαν με μεθόδους χαλάρωσης. Κατά κανόνα, οι αλλαγές διαμόρφωσης συνοδεύονται από αλλαγή στο περιβάλλον των αρωματικών αμινοξέων - τυροσίνης και τρυπτοφάνης (ζώνη απορρόφησης ακτινοβολίας στα 290 nm). Αυτό εκδηλώνεται με μια αλλαγή στα φάσματα απορρόφησης και φθορισμού.
Οι αναστρέψιμες αλλαγές διαμόρφωσης συμβαίνουν συνήθως με χρόνο 0,1-100 ms, και μη αναστρέψιμες - 1-1000 λεπτά.
Παράδειγμα 1 Το απλούστερο κινητικό σχήμα αδρανοποίησης με ισορροπία διαμορφωτή:
(2.59)
Η κινητική της διαδικασίας περιγράφεται από έναν χαρακτηριστικό χρόνο
(2.60)
Παράδειγμα 2 Και οι δύο διαμορφωτές υπόκεινται σε αδρανοποίηση:
(2.61)
(2.62)
Παράδειγμα 3 Μια γενικότερη περίπτωση για ένα σύστημα που περιλαμβάνει nσυμμορφωτές:
Τα ένζυμα συχνά σχηματίζουν διμερή στο διάλυμα και είναι πιο σταθερά στη διμερή μορφή. Μετά υπάρχει μηχανισμός αδρανοποίησης διαχωρισμού :
(2.65)
Το ακόλουθο σχήμα αντικατοπτρίζει τους πιθανούς μηχανισμούς αδρανοποίησης κατά τη διάρκεια της αντίδρασης (μονομοριακή αδρανοποίηση της ελεύθερης μορφής του ενζύμου, μονομοριακή αδρανοποίηση του συμπλέγματος ενζύμου-υποστρώματος, διμοριακή αδρανοποίηση του ενζύμου από το υπόστρωμα, διμοριακή αδρανοποίηση του ενζύμου από το προϊόν) :
(2.66)
Η διάκριση των μηχανισμών αδρανοποίησης και ο προσδιορισμός των κινητικών χαρακτηριστικών της αντίδρασης πραγματοποιείται συνήθως με διάφορες μεθόδους:
ανάλυση της εξάρτησης της απόδοσης του προϊόντος από τη συγκέντρωση του ενζύμου.
καθιέρωση σχέσης μεταξύ του βαθμού μετατροπής του υποστρώματος και του βαθμού αδρανοποίησης του ενζύμου.
διεξαγωγή της αντίδρασης σε χαμηλούς βαθμούς μετατροπής του υποστρώματος και χαμηλές συγκεντρώσεις του ενζύμου.
διεξαγωγή της αντίδρασης σε υψηλές συγκεντρώσεις του ενζύμου.
προεπώαση του ενζύμου με συστατικά αντίδρασης.
χρήση ολοκληρωτικών εξισώσεων αντίδρασης.
PhD
Kuznetsova Ekaterina Igorevna Μηχανισμοί αδρανοποίησης ενζύμων
1. Αλλαγή της κύριας δομής:
1.1. Σπάσιμο πολυπεπτιδικής αλυσίδας:
Σοβαρές συνθήκες (μακροχρόνιος βρασμός σε HCl) –
υδρόλυση σε επιμέρους am-t.
Όταν θερμαίνεται στους 100 °C (ρΗ 7-8), υδρόλυση
οι πεπτιδικοί δεσμοί είναι ασήμαντοι.
πιο ευαίσθητο σε
υδρόλυση υψηλής θερμοκρασίας είναι
πεπτιδικούς δεσμούς που σχηματίζονται από υπολείμματα
ασπαρτικό οξύ.
Πρωτεάσες (βακτηριδιακή μόλυνση, αυτόλυση). Λύση:
αδρανοποιημένα ένζυμα. 1.2 Οξείδωση των λειτουργικών ομάδων του ενζύμου
SH-ομάδες θραυσμάτων κυστεΐνης και ινδόλης
η τρυπτοφάνη, σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί
να οξειδωθούν (σουλφοξυ ενώσεις της κυστεΐνης
(SOH, SO2H) και σχηματίζονται προϊόντα
άνοιγμα του δακτυλίου ινδόλης τρυπτοφάνης. Λύση:
Επανενεργοποιήστε με επανορθωτική
παράγοντες, ιδιαίτερα θειόλες χαμηλού μοριακού βάρους
(για παράδειγμα, κυστεΐνη ή διθειοθρεϊτόλη).
Πρόσκληση: Οι θειόλες και άλλοι αποκαταστάθηκαν
ενώσεις θείου, για παράδειγμα Na2SO3, Na2S2O3.
Προϊόν μείωσης δισουλφιδικού δεσμού
(S-S) είναι:
1) μορφή θειόλης (πρωτεΐνη-SH)
2) μικτό δισουλφίδιο της θειολικής μορφής της πρωτεΐνης με
αναγωγικός παράγοντας, για παράδειγμα
πρωτεΐνη-S-SO3). 1.3. Διάσπαση δισουλφιδικών δεσμών
Αλκαλική υδρόλυση κυστεΐνης→δεϋδροαλανίνη→
Λόγω πυρηνόφιλων ιδιοτήτων
αλληλεπιδρά με ομάδες NH2 λυσίνης και SHκυστεΐνης → λυσινοαλανίνη και λανθειονίνη.
Για την πλήρη καταστροφή όλων των δεσμών S-S, απαιτούνται μάλλον αυστηροί όροι (0,1–1 M αλκάλι,
100 °C).
Ωστόσο, η καταστροφή των πιο αντιδραστικών
Οι δεσμοί S-S μπορούν να λάβουν χώρα σε αρκετά μαλακά
συνθήκες - για παράδειγμα, σε θερμοκρασίες 60-80 ° C και
ελαφρώς αλκαλικές τιμές pH.
Θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η χρήση ενζύμων σε
ως πρόσθετα σε απορρυπαντικά. Λύση:
Η προσθήκη θειολών στο μέσο θα οδηγήσει σε
διάσπαση του μικτού δισουλφιδίου και
επακόλουθο σχηματισμό του σωστού δεσμού S–S 1.4. Χημική τροποποίηση καταλυτικών ομάδων SH.
Κατιόντα βαρέων μετάλλων (Hg, Pb και Cu)
δεσμεύονται στις ομάδες SH της ενεργού θέσης
ένζυμο
↓
Σχηματισμός των αντίστοιχων μερκαπτιδίων
↓
Το ένζυμο είναι απενεργοποιημένο
10.
1.5. Φωσφορυλίωση πρωτεϊνών in vivo.Υπό τη δράση της φωσφορυλάσης και της φωσφατάσης,
περιέχεται σε ημι-καθαρισμένο ενζυματικό
φάρμακα με τη μορφή ακαθαρσιών
↓
Το φωσφορικό οξύ συνδέεται με ομάδες ΟΗ
σερίνη και θρεονίνη.
↓
διαμορφωτικές αλλαγές στην πρωτεΐνη
μόριο
↓
αδρανοποίηση ενζύμων.
11.
Λύση:Δεν υπάρχουν πρακτικά παραδείγματα στη βιβλιογραφία
επιτυχημένη επανενεργοποίηση όπως αυτή
αδρανοποιημένα ένζυμα.
12.
1.6. Απαμίνωση υπολειμμάτων ασπαραγίνης.Σε θερμοκρασίες (περίπου 100 °C) και pH (περίπου
4.0–5.0) λαμβάνει χώρα απαμίνωση των υπολειμμάτων
ασπαραγίνη.
↓
αδρανοποίηση ενζύμων.
13.
Λύση:Δεν υπάρχουν πρακτικά παραδείγματα στη βιβλιογραφία
επιτυχημένη επανενεργοποίηση όπως αυτή
αδρανοποιημένα ένζυμα.
14.
1.7. Απενεργοποίηση ενζύμων από την ακτινοβολίαγ-ακτινοβολία και υπεριώδες φως
επηρεάζουν λειτουργικές ομάδες
ένζυμα, πεπτιδικούς δεσμούς και ομάδες SH
υπολείμματα κυστεΐνης.
15.
2. ΣυγκέντρωσηΕμφανίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες
ακραίες τιμές pH, παρουσία
ορισμένες χημικές ενώσεις.
Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση, τόσο πιο γρήγορα πηγαίνει
συσσωμάτωση.
Υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις και υδρογόνο
δεσμούς, το σχηματισμό δισουλφιδίου
γέφυρες μεταξύ μεμονωμένων πρωτεϊνών
μόρια
16.
Λύση:Είναι απαραίτητο να καταστραφούν τα διαμοριακά
ομοιοπολικές και μη ομοιοπολικές επαφές γ
χρησιμοποιώντας συμπυκνωμένα διαλύματα
ουρία και χλωριούχο γουανιδίνη, ακραία
τιμές pH.
Εάν, κατά τη συσσώρευση των ενζύμων,
διαμοριακές γέφυρες S-S, εισάγονται στο μέσο σε
σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις
(μmol/l) αντιδραστήρια που περιέχουν θειόλη (για παράδειγμα,
κυστεΐνη ή διθειοθρεϊτόλη).
Σε αυτές τις συγκεντρώσεις, ενδομοριακά
Οι δεσμοί S-S σε μια πρωτεΐνη συνήθως δεν επηρεάζονται.
17.
3. Απενεργοποίηση ενζύμων από την επιφάνειαένταση
Επιφανειακή τάση στη διεπαφή
μεταξύ αέρα και καθαρού νερού είναι 80
dyne/cm.
Ο αφρισμός προκαλεί μετουσίωση
ένζυμα που απορροφώνται στη διεπιφάνεια
φάσεις.
18.
Λύση:Η προσθήκη επιφανειοδραστικού μειώνει την επιφάνεια
τάση έως 1 dyne/cm.
19.
4. Απορρόφηση πρωτεΐνης στα τοιχώματα της αντίδρασηςσκάφος
Ρόφηση λόγω μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων
οδηγεί σε μείωση της συγκέντρωσης του ενζύμου σε
λύση.
πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την εργασία με
αραιά διαλύματα πρωτεΐνης
(συγκέντρωση 10-8-10-10 mol/l).
Υπό την επίδραση μετουσιωτικών παραγόντων
την ικανότητα των πρωτεϊνών να προσροφούνται στους τοίχους
το δοχείο αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί.
20.
Λύση:Εκρόφηση του ενζύμου από τα τοιχώματα της αντίδρασης
το σκάφος επιτυγχάνεται με καταστροφή
μη ειδικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ
πρωτεϊνών και θέσεων απορρόφησης στην επιφάνεια
σκάφος.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακραίες τιμές pH,
διαλύματα συμπυκνωμένης ουρίας ή
χλωριούχο γουανιδίνη.
21.
5. Διάσταση ολιγομερών πρωτεϊνών σευπομονάδες
Αιτία: Ουρία, απορρυπαντικά, οξέα ή
θέρμανση.
Οδηγεί σε:
διαμορφωτικές αλλαγές στο άτομο
υπομονάδες?
συνάθροιση υπομονάδων.
αποσύνδεση συμπαραγόντων από ενεργές θέσεις.
τροποποιήσεις λειτουργικής ομάδας που
η ολιγομερής πρωτεΐνη προστατεύτηκε από
επαφή με διαλύτη.
22.
6. Εκρόφηση του συμπαράγοντα από το ενεργό σημείοένζυμο
Αιτίες: θερμότητα, χηλικές ουσίες, αιμοκάθαρση
Εάν συνοδεύεται η διάσταση συμπαράγοντα
σημαντικές διαμορφωτικές αλλαγές ή
σημαντική χημική τροποποίηση
λειτουργικές ομάδες → ένζυμο
απενεργοποιείται μη αναστρέψιμα.
Αν όχι σημαντικό
αλλαγές στη διαμόρφωση της πρωτεΐνης και στη συνέχεια η προσθήκη
στο περιβάλλον περίσσειας συμπαράγοντα οδηγεί σε
επανενεργοποίηση ενζύμου.
23.
Αναγέννηση συμπαραγόντωνΜέθοδοι αναγέννησης:
Ενζυματική (μέθοδοι που χρησιμοποιούν συζευγμένα υποστρώματα ή ένζυμα)
Μη ενζυματικά (χημικά και
ηλεκτροχημικές προσεγγίσεις)
24.
ενζυματική μέθοδοΈνα πλεονάζον ποσό εισάγεται στο σύστημα
συζευγμένο υπόστρωμα του ίδιου ενζύμου:
Παράδειγμα: όταν η αλκοολική αφυδρογονάση λειτουργεί
Το NADH καταναλώνεται.
25.
ενζυματική μέθοδο1. Χρήση συζευγμένων υποστρωμάτων.
Μειονέκτημα:
χρησιμοποιούνται υψηλές συγκεντρώσεις
συζευγμένο υπόστρωμα, αφού η ισορροπία
Οι αντιδράσεις μετατοπίζονται έντονα στο πλάι
σχηματισμός αλκοόλ?
περιπλέκει τη διαδικασία επιλογής
προϊόν από το μίγμα της αντίδρασης.
26.
ενζυματική μέθοδο2. Χρήση συζευγμένων
ενζυματικές αντιδράσεις
Το ένζυμο 2 εισάγεται επιπλέον στο σύστημα,
η λειτουργία του οποίου εξασφαλίζει
αναγέννηση συνενζύμου.
Τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται στο σύστημα πρέπει να έχουν
διαφορετική εξειδίκευση υποστρώματος
27.
Μη ενζυματικές μέθοδοι1. Χημικές μέθοδοι.
Διθειονίτης νατρίου και μερικά
άλατα πυριδινίου:
+ Χαμηλό κόστος.
- μπορεί να αναστείλει ορισμένα ένζυμα.
Συνένζυμα φλαβίνης
28.
Μη ενζυματικές μέθοδοι2. Ηλεκτροχημικές μέθοδοι.
Άμεση ηλεκτροχημική αναγωγή ή
οξείδωση.
Εμφανίσεις «-» κατά την αναγέννηση
ενζυματικά ανενεργές μορφές του συνενζύμου,
για παράδειγμα, ως αποτέλεσμα του διμερισμού του.
29. ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΖΥΜΩΝ ΣΤΑ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
30.
Προβλήματα που προκύπτουν κατά τη χρήσηένζυμα σε βιοτεχνολογικές διεργασίες:
1. Αυξημένες θερμοκρασίες
2. Ακραίες τιμές pH
3. Υψηλές συγκεντρώσεις οργανικών
διαλύτες ή τασιενεργά.
4. Αδυναμία επαναχρησιμοποίησης
ένζυμο.
5. Δυσκολία στον διαχωρισμό του ενζύμου από
προϊόν.
31.
Βασικές προσεγγίσεις για τη σταθεροποίησηένζυμα:
1. Προσθήκη σταθεροποιητικών παραγόντων στο μέσο,
στο οποίο αποθηκεύεται ή εκτελείται το ένζυμο
ενζυματική αντίδραση.
2. Χημική τροποποίηση του ενζύμου.
3. Ακινητοποίηση ενζύμου.
32.
1. Υποστρώματα ή τα ανάλογα τους:
Το σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος είναι συχνά περισσότερο
σταθερό από το ελεύθερο ένζυμο.
Παράδειγμα: Γαλακτική αφυδρογονάση παρουσία
Το γαλακτικό είναι πιο ανθεκτικό στη θερμότητα.
33.
Σταθεροποίηση ενζύμων με:2. Οργανικοί διαλύτες:
Οι πολυϋδρικές αλκοόλες σταθεροποιούν κάποιες
ένζυμα αυξάνοντας την αντίσταση
ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου της πρωτεΐνης.
Παράδειγμα: Χυμοθρυψίνη παρουσία 50-90%
Η γλυκερίνη είναι πιο ανθεκτική στην πρωτεόλυση
34.
Σταθεροποίηση ενζύμων με:3. Soleil:
Σε χαμηλές συγκεντρώσεις αλατιού (<0,1M) катионы
Ca2+, Zn2+, Mn2+, Fe2+ κ.λπ. μπορούν συγκεκριμένα
αλληλεπιδρούν με μεταλλοπρωτεΐνες.
Μερικοί από αυτούς είναι συμπαράγοντες.
Το Ca2+ είναι ικανό να σταθεροποιεί το τριτογενές
δομή ενός αριθμού πρωτεϊνών λόγω του σχηματισμού
ιοντικούς δεσμούς με δύο διαφορετικούς
υπολείμματα αμινοξέων.
Παράδειγμα: στην α-αμυλάση (από το bacillus caldolyticus)
Το Ca2+ αυξάνει σημαντικά τη θερμότητα
βιωσιμότητα.
35.
36.
Χημική τροποποίηση του ενζύμου1. Το ένζυμο υιοθετεί πιο σταθερό
διαμόρφωση.
2. Εισαγωγή νέων λειτουργικών ομάδων στην πρωτεΐνη
οδηγεί στο σχηματισμό πρόσθετων
σταθεροποίηση δεσμών υδρογόνου ή αλατιού
γέφυρες.
3. Όταν χρησιμοποιείτε μη πολικές ενώσεις
οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις ενισχύονται.
4. Τροποποίηση υδρόφοβων επιφανειών
πρωτεϊνικές υδρόφιλες ενώσεις μειώνει
περιοχή δυσμενούς εξωτερικής επαφής
μη πολικά υπολείμματα με νερό.
Παράδειγμα: γλουταραλδεΰδη
37.
Η ακινητοποίηση των ενζύμων επιτρέπει:Αύξηση της σταθερότητας του ενζύμου (θέρμανση,
αυτόλυση, η δράση επιθετικών περιβαλλόντων κ.λπ. ε)
1. Χρησιμοποιήστε ξανά το ένζυμο
2. Διαχωρίστε το ένζυμο από τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα
αντιδράσεις.
3. Διακόψτε την αντίδραση την κατάλληλη στιγμή.
38.
Τα ακινητοποιημένα ένζυμα είναι παρασκευάσματαένζυμα των οποίων τα μόρια συνδέονται
φορέας, διατηρώντας παράλληλα το πλήρες ή
εν μέρει τις καταλυτικές του ιδιότητες.
Μέθοδοι ακινητοποίησης:
1. Χημικό
2. Φυσική
39.
Μέθοδοι ακινητοποίησης:Τα ακόλουθα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φορείς:
1) Οργανικά υλικά:
1.1) φυσικά (πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, λιπίδια)
1.2) φορείς συνθετικού πολυμερούς
2) Ανόργανα υλικά (μήτρες επάνω
με βάση silica gel, άργιλο, κεραμικό, φυσικό
ορυκτά, κλπ.)
40.
1) προσρόφηση ενζύμου σε αδιάλυτο φορέα
ως αποτέλεσμα ηλεκτροστατικών, υδρόφοβων,
van der Waals και άλλες αλληλεπιδράσεις.
;
δομές?
4) Ένταξη σε διφασικό σύστημα.
41.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:Επιτυγχάνεται με επαφή με υδατικό διάλυμα
ένζυμο φορέα.
42.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:1) προσρόφηση ενζύμου σε αδιάλυτο φορέα
Παράγοντες που επηρεάζουν την προσρόφηση:
1. Ειδική επιφάνεια και πορώδες του στηρίγματος
2. Η τιμή του pH (σε μη ιονανταλλάκτες μέγιστη προσρόφηση
στο ισοηλεκτρικό σημείο της πρωτεΐνης)
3. Ιονική ισχύς του διαλύματος (αύξηση της ιοντικής ισχύος -
εκρόφηση ενζύμων, αλλά μερικές φορές η κατάσταση αντιστρέφεται
"αλάτισμα")
4. Συγκέντρωση ενζύμου.
5. Θερμοκρασία (μετουσίωσης στη μία πλευρά, s
άλλη επιταχυνόμενη διάχυση)
43.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:1) προσρόφηση ενζύμου σε αδιάλυτο φορέα
Πλεονεκτήματα:
2) Διαθεσιμότητα πολυμέσων
Ελαττώματα:
1) Ανεπαρκής αντοχή συγκόλλησης
2) Πολλοί φορείς είναι βιοαποικοδομήσιμοι
44.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:2) η ένταξη του ενζύμου σε ένα ημιπερατό
κάψουλα, ημιπερατή μεμβράνη
45.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:2) η ένταξη του ενζύμου σε ένα ημιπερατό
κάψουλα, ημιπερατή μεμβράνη
Πλεονεκτήματα:
1) Σχετική απλότητα της τεχνικής
2) Προστασία από μικροοργανισμούς
3) Χωρίς περιορισμούς διάχυσης (γιατί
η αναλογία επιφάνειας προς επιφάνεια είναι μεγάλη και
το πάχος της μεμβράνης είναι μικρό)
Ελαττώματα:
1) Βιοδιασπώμενο
2) Δεν ισχύει για μεγάλο μοριακό βάρος
46.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:3) μηχανική ενσωμάτωση του ενζύμου σε γέλη
δομές
Το ένζυμο περιλαμβάνεται σε ένα τρισδιάστατο δίκτυο
πολυμερείς αλυσίδες που σχηματίζουν ένα πήκτωμα.
47.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:3) μηχανική ενσωμάτωση του ενζύμου σε γέλη
δομές
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψην:
1. Αντιστοιχία του μεγέθους των πόρων με το μέγεθος του ενζύμου.
2. Η φύση της μήτρας (επειδή δημιουργεί
μικροπεριβάλλον για ένα ένζυμο
δημιουργούν pH διαφορετικό από το pH του διαλύματος και
αυξάνουν τη συγγένεια του υποστρώματος με τη μήτρα, η οποία
αυξάνει τον ρυθμό της ενζυμικής αντίδρασης)
48.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:3) μηχανική ενσωμάτωση του ενζύμου σε γέλη
δομές
Πλεονεκτήματα:
1) Σχετική απλότητα της τεχνικής
2) Αυξημένη μηχανική, χημική και
θερμική σταθερότητα μητρών.
3) Συμβαίνει σταθεροποίηση ενζύμου
4) Το ένζυμο προστατεύεται από βακτηρίδια
βλάβη
Ελαττώματα:
1) Δεν ισχύει για μεγάλο μοριακό βάρος
49.
Μέθοδοι σωματικής ακινητοποίησης:4) Ένταξη σε διφασικό σύστημα
Το ένζυμο είναι διαλυτό μόνο σε μία από τις φάσεις, και
προϊόν - σε άλλο
Σας επιτρέπει να εργάζεστε σε μεγάλο μοριακό βάρος
υποστρώματα.
50.
Μέθοδοι χημικής ακινητοποίησης:Ο σχηματισμός ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ
ένζυμο και φορέα.
Πλεονεκτήματα:
1) Υψηλή δύναμη σύζευξης
2) Η σταθερότητα του ενζύμου μπορεί να βελτιωθεί
51.
Όταν τα ένζυμα είναι ακινητοποιημένα,συμμορφώνονται με τις ακόλουθες προϋποθέσεις:
1. Οι ενεργές ομάδες μήτρας δεν πρέπει
μπλοκάρουν το καταλυτικό κέντρο του ενζύμου.
2. Οι ακινητοποιήσεις δεν πρέπει να οδηγούν σε απώλεια
ενζυμική δραστηριότητα.
52.
Πολύ ελπιδοφόρα είναι η χρήση τουως βιοκαταλύτες ακινητοποιημένων
κύτταρα.
Επειδή μπορεί να αποφευχθεί:
1) ακριβά βήματα απομόνωσης και καθαρισμού
ένζυμα
2) την ανάγκη για μετέπειτα σταθεροποίησή τους
53.
ΘερμοχειμώναςΣταθερό σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας
υψηλές συγκεντρώσεις αλατιού και ακραία
τιμές pH.
Υπερθερμόφιλοι μικροοργανισμοί,
βρέθηκε ανάμεσα σε Αρχαία και Βακτήρια ζωντανά
σε θερμοκρασίες 80–100 °C.
54.
Μηχανισμοί υπεύθυνοι για τη θερμική σταθερότηταένζυμα σε θερμόζυμα:
Μεταξύ μεσόφιλου και θερμόφιλου
εκδόσεις ενζύμων - υψηλός βαθμός ομολογίας
ακολουθίες και δομές.
Έτσι, αλληλουχίες θερμοσταθερής
αφυδρογονάσες από Pyrococcus και Thermotoga κατά 35 και
55% αντίστοιχα πανομοιότυπα
αλληλουχίες μεσόφιλης αφυδρογονάσης
από το Clostridium.
55.
Βρέθηκε ότι η αφυδρογονάση από τον Pyrococcusfuriosus (Tm == 105 °C) περιέχει 35 ισολευκίνες,
ενώ η αφυδρογονάση από Thermotoga
maritima (Tm = 95 °C) και Clostridium symbiosum (Tm
= 55 °C) μόνο 21 και 20 ισολευκίνες
αντίστοιχα.
Τα θερμοσταθερά ένζυμα περιέχουν λιγότερα
γλυκίνη: Η αφυδρογονάση Cs περιέχει 48 υπολείμματα
γλυκίνη και αφυδρογονάσες μόνο από Tm και Pf
39 και 34 γλυκίνη, αντίστοιχα.
Περισσότερη ισολευκίνη και λιγότερη γλυκίνη.
56.
Η αυξημένη θερμική σταθερότητα συσχετίζεται:1) με αύξηση της ακαμψίας της δομής της πρωτεΐνης
με τη μείωση της περιεκτικότητας σε υπολείμματα
γλυκίνη,
2) με βελτιωμένες υδρόφοβες επαφές στον πυρήνα
αφυδρογονάση από Pf ως αποτέλεσμα αντικατάστασης βαλίνης
ισολευκίνη. (Ως αποτέλεσμα της διεύθυνσης του ιστότοπου
μεταλλαξιογένεση που οδηγεί στην αντικατάσταση της ισολευκίνης
για τη θερμοσταθερότητα της βαλίνης των μεταλλαγμένων
μειώθηκε).
57.
Μηχανισμοί σταθεροποίησης:ελαχιστοποίηση της διαθέσιμης υδρόφοβης περιοχής
επιφάνεια πρωτεΐνης?
βελτιστοποίηση της συσκευασίας των ατόμων πρωτεΐνης
μόρια (ελαχιστοποίηση σχέσης
επιφάνεια/όγκος);
βελτιστοποίηση κατανομής φόρτισης (επιτεύχθηκε
με την εξάλειψη του απωθητικού
αλληλεπιδράσεις, καθώς και ως αποτέλεσμα της οργάνωσης
αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτίων σε ένα ιδιόρρυθμο
καθαρά)
Μείωση του αριθμού των καταθλίψεων
58.
Εφαρμογή ενζύμων από ακραιόφιλαΣύγχρονες τεχνολογίες μοριακής βιολογίας
και η γενετική μηχανική επιτρέπει:
1) λάβετε αρκετά ένζυμα από
ακραιόφιλα για τους μετέπειτα
ανάλυση και πρακτική εφαρμογή.
2) κλωνοποίηση και έκφραση αυτών των ενζύμων σε
μεσόφιλους οργανισμούς.
59.
Το άμυλο χρησιμοποιείται για την παρασκευή σακχάρων.
Πρώτον, η διαδικασία πραγματοποιείται στους (95–105 °C) και σε τιμές
pH 6–6,5.
Στο επόμενο βήμα, η θερμοκρασία μειώνεται στους 60°C και
pH=4,5.
Η χρήση θερμοσταθερών ενζύμων (ααμυλάση, γλυκοαμυλάση, ισομεράση ξυλόζης),
απομονωμένο από υπερθερμόφιλα, θα επιτρέψει:
1) πραγματοποιήστε τη διαδικασία σε ένα στάδιο και ταυτόχρονα και
τις ίδιες προϋποθέσεις
2) εγκαταλείψτε τους ακριβούς εναλλάκτες ιόντων
60.
Η χρήση ενζύμων από ακραιόφιλα:Οι πιο θερμοσταθερές α-αμυλάσες ήταν
βρέθηκε στην αρχαία Pyrococcus woesei,
Pyrococcus furiosus, Desulfurococcus mucosus,
Pyrodictium abyssi και Staphylothermus
marinus. Γονίδια αμυλάσης από Pyrococcus sp. ήταν
κλωνοποιημένο και εκφρασμένο σε Ε. coli και Bacillus
subtilis.
61.
Η χρήση ενζύμων από ακραιόφιλα:Πρωτεολυτικά Ένζυμα
Οι αλκαλικές πρωτεϊνάσες σερίνης είναι ευρέως
χρησιμοποιείται ως πρόσθετα απορρυπαντικών
κεφάλαια.
Οι πρωτεϊνάσες από τα ακραιόφιλα διατηρούν
ιθαγένεια σε υψηλές θερμοκρασίες, σε
παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων απορρυπαντικών και
άλλους μετουσιωτικούς παράγοντες. Πυροκόκκος,
Thermococcus, Staphylothermus, Desulfurococcus και
Sulfolobus. Η μέγιστη δραστηριότητα αυτών
τα ένζυμα εμφανίζονται σε θερμοκρασίες
από 90 έως 110 °C και τιμές pH από 2 έως 10
62.
Η χρήση ενζύμων από ακραιόφιλα:DNA πολυμεράση
Χρησιμοποιούνται θερμοσταθερές πολυμεράσες DNA
στην PCR και παίζουν σημαντικό ρόλο στη γενετική μηχανική.
Θερμοσταθερές πολυμεράσες έχουν βρεθεί σε
υπερθερμόφιλοι Pyrococcus furiosus και Pyrococcus
litoralis, καθώς και στα θερμόφιλα Thermus aquaticus.
Η ποσότητα ενός ενζύμου που υπάρχει στους ιστούς ανά πάσα στιγμή προσδιορίζεται από τους σχετικούς ρυθμούς σύνθεσης και αποσύνθεσής του, καθώς και από τις συγκεντρώσεις διαφόρων αναστολέων και ενεργοποιητών. Κατά κανόνα, η αποικοδόμηση των ενζύμων και η μείωση τους στο μέσο είναι αργή. Η αναστολή και η ενεργοποίηση των ενζύμων μπορεί να πραγματοποιηθεί αρκετά γρήγορα - μέσα σε δευτερόλεπτα.
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για τον προσδιορισμό και την έκφραση της δραστηριότητας μεμονωμένων ενζύμων. Αυτό οφείλεται στην ποικιλομορφία των ενζύμων, στην παρουσία και χρήση διαφόρων υποστρωμάτων για τον προσδιορισμό της δραστηριότητάς τους.
Η Διεθνής Βιοχημική Ένωση έχει προτείνει τον ακόλουθο ορισμό της ενζυμικής μονάδας: Η μονάδα οποιουδήποτε ενζύμου είναι η ποσότητα που καταλύει τη μετατροπή ενός μικρογραμμομορίου υποστρώματος ανά λεπτό υπό δεδομένες τυπικές συνθήκες. ». Ο αριθμός των μικρογραμμομορίων και θα είναι ίσος με τον αριθμό των τυπικών μονάδων . Η διεθνής επιτροπή πρότεινε, εάν είναι δυνατόν, να πραγματοποιηθεί ο προσδιορισμός της ενζυμικής δραστηριότητας στους 30 °C και σε τιμές pH και συγκεντρώσεις υποστρώματος που είναι βέλτιστες για ενζυματική δραστηριότητα.
Είναι κοινά ιδιότητες ενζύμων ρέουν έξω από την πρωτεϊνική τους φύση . Ένζυμα θερμοευαίσθητα, η δραστηριότητά τους εξαρτάται από το pH του μέσου και την υγρασία στο οποίο λειτουργούν, καθώς και από επιδράσεις ενεργοποιητών και αναστολέων .
Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει σε ορισμένα όρια, αυξάνεται η δραστηριότητα των ενζύμων.. Όταν επιτευχθεί η βέλτιστη θερμοκρασία για το ένζυμο, η καταλυτική του δράση είναι η υψηλότερη. Η βέλτιστη θερμοκρασία για πολλά ένζυμα βρίσκεται πιο συχνά εντός της περιοχής από 40 έως 50 °C (βέλτιστο για φυτικά ένζυμα - 50 - 60 ° C, και για ένζυμα ζωικής προέλευσης - 40 - 50 ° C). Ωστόσο, η βέλτιστη θερμοκρασία δεν είναι αυστηρά σταθερή και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, και ειδικότερα από τη διάρκεια της θέρμανσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η δράση του ενζύμου, τόσο χαμηλότερη θα πρέπει να είναι η βέλτιστη θερμοκρασία. .
Στο εύρος θερμοκρασίας από 0 έως 50 °C, με αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας για κάθε 10 °C, η δραστηριότητα των ενζύμων αυξάνεται ή μειώνεται, αντίστοιχα, κατά 1,4–2 φορές. Με περαιτέρω θέρμανση, η δραστηριότητα των ενζύμων μειώνεται και στους 80 - 100 ° C, τα ένζυμα συνήθως χάνουν εντελώς τις καταλυτικές τους ιδιότητες λόγω της μετουσίωσης της πρωτεΐνης .
Η θερμοκρασία αδρανοποίησης (απώλεια δραστικότητας) ποικίλλει για διαφορετικά ένζυμα.. Έτσι, η αδρανοποίηση του ενζύμου αμυλάση στο διάλυμα συμβαίνει στους 70 °C, η σακχαράση στους 59 °C, η θρυψίνη και η πεψίνη στους 65 °C. Σε ξηρή κατάσταση, τα ένζυμα μπορούν να ανεχθούν τη θέρμανση σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Αλλά σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, η αδρανοποίηση του ενζύμου συμβαίνει αμέσως. Κατά την παστερίωση, την αποστείρωση, το ζεμάτισμα και το βράσιμο, τα ένζυμα καταστρέφονται .
Μετά την απενεργοποίηση με θερμότητα, ορισμένα ένζυμα αποκαθιστούν την καταλυτική τους δραστηριότητα. Ένα παράδειγμα είναι η υπεροξειδάση, η οποία, ακόμη και όταν θερμαίνεται για 60 δευτερόλεπτα στους 150 °C, δεν χάνει εντελώς τις καταλυτικές της ιδιότητες. Επομένως, η υπεροξειδάση θεωρείται το πιο θερμοσταθερό ένζυμο.
Σε θερμοκρασίες κάτω από 0 ° C, η καταλυτική δραστηριότητα των ενζύμων μειώνεται απότομα, αλλά εξακολουθεί να παραμένει ακόμη και όταν τα προϊόντα καταψύχονται.
Η αντίδραση του μέσου έχει σημαντική επίδραση στην καταλυτική δραστηριότητα των ενζύμων. Τα ένζυμα αλλάζουν τη διαλυτότητα, την οσμωτική πίεση, το ιξώδες και άλλες ιδιότητες υπό την επίδραση του pH του μέσου. Το πιστεύουν η μεταβολή της ενζυμικής δραστηριότητας ανάλογα με το pH του μέσου σχετίζεται με αλλαγή ιονισμόςένζυμα, υπόστρωμα ή σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος .
Τα ένζυμα επιδεικνύουν βέλτιστη δραστικότητα μόνο σε συγκεκριμένες περιοχές pH που είναι χαρακτηριστικές τους.. Έτσι, η πεψίνη, η οποία απελευθερώνεται στο έντονα όξινο περιβάλλον του στομάχου, έχει βέλτιστη δράση σε pH 1,5 και 2,5. Ταυτόχρονα, οι πρωτεάσες που εκκρίνονται από το πάγκρεας στο δωδεκαδάκτυλο έχουν βέλτιστη δραστηριότητα στη ζώνη του αλκαλικού pH και η βέλτιστη δράση της θρυψίνης βρίσκεται σε pH 8-9. Σε τιμή pH πάνω ή κάτω από το βέλτιστο, η ενζυμική δραστηριότητα μειώνεται. .
Τα περισσότερα ένζυμα είναι πιο ενεργά σε ουδέτερα, ελαφρώς αλκαλικά ή ελαφρώς όξινα περιβάλλοντα. Καθώς η τιμή του pH μετατοπίζεται από το βέλτιστο σε ένα όξινο ή αλκαλικό περιβάλλον, η δραστηριότητα του ενζύμου μειώνεται.
Ενεργοποιητές και αναστολείς(παραλύτες) των ενζύμων μπορούν αντίστοιχα να ενισχύσουν ή να αποδυναμώσουν ακόμη και να σταματήσουν τη δραστηριότητά τους. Ενεργοποιητές Τα ένζυμα είναι ιόντα μετάλλων: Na + , K + , Rb + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ και ενώσεις που περιέχουν σουλφυδρυλικές ομάδες: SH, HCN, H 2 S . Η παρουσία στο διάλυμα αυτών των μετάλλων ή ενώσεων σε μια ορισμένη συγκέντρωση συμβάλλει στην εκδήλωση της πλήρους δραστικότητας ορισμένων ενζύμων.
Όλα τα ένζυμα υπόκεινται σε αναστολή ως αποτέλεσμα της μετουσίωσης ή της αποικοδόμησης της ενζυμικής πρωτεΐνης..
Η ουσία της δράσης των αναστολέων στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ότι συνδυάζονται με ενεργές ομάδες ή ενεργά κέντρα του μορίου του ενζύμου. Διακρίνω γενικούς και ειδικούς αναστολείς . ΠΡΟΣ ΤΗΝ γενικοί αναστολείς, οι οποίες αναστέλλουν τη δράση όλων των ενζύμων , ανατρέξτε άλατα βαρέων μετάλλων (μόλυβδος, άργυρος, υδράργυρος), τριχλωροξικό οξύ και τανίνη . Συχνά η αναστολή ή ο τερματισμός της δράσης των ενζύμων υπό την επίδραση βαρέων μετάλλων είναι αναστρέψιμη και εάν στο μέσο προστεθούν ουσίες που σχηματίζουν ενώσεις με αυτά τα μέταλλα, τότε η δραστηριότητα των ενζύμων αποκαθίσταται.
Ειδικοί αναστολείςεπηρεάζουν μόνο ορισμένα ένζυμα. Έτσι, το υδροκυανικό οξύ δρα μόνο σε οξειδωτικά ένζυμα που περιέχουν σίδηρο ή χαλκό στο ενεργό κέντρο. Το υδροκυανικό οξύ συνδυάζεται με μέταλλα και το ένζυμο χάνει τη δραστηριότητά του.
Σε ένα ζωντανό κύτταρο, η ρύθμιση της δράσης των ενζύμων πραγματοποιείται όχι μόνο με τη βοήθεια ειδικών ενεργοποιητών και αναστολέων, αλλά και με τη σύνδεση ενζύμων σε διάφορες κολλοειδείς δομές του πρωτοπλάσματος. Τέτοια σύνδεση των ενζύμων οδηγεί στην απώλεια της δραστηριότητάς τους. Η απελευθέρωση του ενζύμου από την ένωση αποκαθιστά ξανά την καταλυτική του δράση.
Ένζυμα απενεργοποιείται σε πολύ υψηλές πιέσεις . Ωστόσο, αφού αφαιρεθεί η πίεση, τα ένζυμα αποκαθιστούν την καταλυτική τους δράση.
Η δράση των ενζύμων επιβραδύνεται πολύ στα ξηρά προϊόντα, αλλά δεν σταματά εντελώς. Τα αποτελέσματα της ενζυμικής δραστηριότητας μπορούν να εκδηλωθούν με μια αλλαγή στην ποιότητα του προϊόντος - το σκουρόχρωμο, την αλλοίωση του αρώματος, της γεύσης, της υφής κ.λπ.
Ο ρυθμός των περισσότερων ενζυματικών αντιδράσεων είναι ανάλογος της συγκέντρωσης του ενζύμου, τουλάχιστον στα πρώτα στάδια. Πέρα από τα αρχικά στάδια, ο ρυθμός των ενζυματικών αντιδράσεων μειώνεται.
Το ένζυμο σχηματίζει ένα σύμπλοκο με το υπόστρωμα, το οποίο διασπάται σε ένα ελεύθερο ένζυμο και το τελικό προϊόν της αντίδρασης:
όπου το Ε είναι ένα ένζυμο. S - υπόστρωμα? ES, σύμπλοκο ενζύμου-υποστρώματος. Το R είναι το τελικό προϊόν.
Η ποσότητα του υποστρώματος είναι πολύ μεγάλη σε σύγκριση με την ποσότητα του ενζύμου, και ως εκ τούτου η συγκέντρωση του υποστρώματος επηρεάζει πολύ τον ρυθμό των ενζυματικών αντιδράσεων. Εάν το υπόστρωμα περιέχεται σε σημαντική περίσσεια, τότε η ποσότητα του προϊόντος που σχηματίζεται είναι ανάλογη του χρόνου. Καθώς η συγκέντρωση του υποστρώματος μειώνεται, η ποσότητα του τελικού προϊόντος (P) που σχηματίζεται ανά μονάδα χρόνου μειώνεται.
Η παρουσία ενός ενζύμου σε ένα διάλυμα κρίνεται από τη δράση του. Έτσι, η παρουσία αμυλάσης στο σάλιο μπορεί να κριθεί από την ικανότητα του σάλιου να σακχαροποιεί το άμυλο, την παρουσία γαστρικής πεψίνης - από την ικανότητά του να διαλύει το ασπράδι του αυγού ή το ινώδες με επαρκή ταχύτητα.
Ρυθμίζοντας τη δραστηριότητα των ενζύμων δημιουργώντας μια κατάλληλη αντίδραση του περιβάλλοντος, είναι δυνατός ο έλεγχος του ρυθμού των αντιδράσεων που καταλύονται από αυτά, καθώς και η δραστηριότητα των ενζύμων που περιέχονται στα τρόφιμα, γεγονός που καθιστά δυνατή την εκτέλεση δραστηριοτήτων για αποθήκευση δημητριακών, πατάτας, φρούτων και λαχανικών, παραγωγή πλήθους προϊόντων (κρασί, τσάι κ.λπ.). .).
Ονοματολογία και ταξινόμηση ενζύμων
Στην αρχική περίοδο της ανάπτυξης του δόγματος των ενζύμων, τους δόθηκαν ονόματα χωρίς καθορισμένο σύστημα, σύμφωνα με τυχαία σημεία, σύμφωνα με το όνομα του υποστρώματος ή τον τύπο της καταλυόμενης αντίδρασης. Έτσι, το ένζυμο πεψίνη πήρε το όνομά του από την ελληνική λέξη "pepsis" - χωνεύω, παπαΐνη - από τον χυμό του φυτού παπάγιας, πλούσιου σε ένζυμο. Συνέβη ότι μεμονωμένοι συγγραφείς έδωσαν διαφορετικά ονόματα στο ίδιο ένζυμο.
Σε σχέση με την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης των ενζύμων - ζυμωτική το 1961, η μόνιμη επιτροπή ενζύμων στη Διεθνή Βιοχημική Ένωση ανέπτυξε μια σύγχρονη ονοματολογία και ταξινόμηση των ενζύμων. Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, το όνομα του ενζύμου αποτελείται από τη χημική ονομασία του υποστρώματος και το όνομα της αντίδρασης που διεξήχθη από το ένζυμο. Στη λατινική ονομασία της ρίζας του υποστρώματος στο οποίο δρα το ένζυμο (σακχαρόζη - σακχαρόζη), ή στο όνομα της διαδικασίας που καταλύεται από αυτό το ένζυμο (υδρόλυση - υδρολάσες), προστέθηκε τέλος"αζα". Μαζί με τις νέες ονομασίες για πολλά ένζυμα, έχουν διατηρηθεί και οι παλιές που έχουν καθιερωθεί σταθερά στην επιστημονική βιβλιογραφία (πεψίνη, θρυψίνη, παπαΐνη κ.λπ.).
Σύμφωνα με τη σύγχρονη ταξινόμηση, όλα τα ένζυμα χωρίζονται σε έξι τάξεις: οξειδορεδουκτάσες; τρανσφεράσες; υδρολάσες; λυάσες; ισομεράσες; λιγάσες (συνθετάσες) . Η ταξινόμηση των ενζύμων βασίζεται στη φύση της δράσης τους.
Κάθε κλάση υποδιαιρείται σε υποκλάσεις και κάθε υποκατηγορία σε ομάδες..
Οξειδορεδουκτάση
Αυτά είναι ένζυμα που καταλύουν αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που εμφανίζονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Οι αντιδράσεις οξείδωσης των ουσιών στους οργανισμούς συνοδεύονται πάντα από αντιδράσεις αναγωγής. Οι οξειδορεδουκτάσες διακρίνονται σε 14 υποκατηγορίες (η πιο εκτεταμένη κατηγορία ενζύμων).
Η οξείδωση προχωρά ως διαδικασία αφαίρεσης υδρογόνου (ηλεκτρόνια) από το υπόστρωμα και η αναγωγή προχωρεί ως προσθήκη ατόμων υδρογόνου (ηλεκτρόνια) σε έναν δέκτη. Αυτή η αντίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί σχηματικά ως εξής:
AN 2 + B \u003d A + BH 2,
όπου το AN 2 είναι μια ουσία που δίνει το υδρογόνο της και ονομάζεται δότης. Το Β είναι μια ουσία που αφαιρεί το υδρογόνο και ονομάζεται δέκτης.
Μια ποικιλία ουσιών μπορούν να οξειδωθούν - υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες, αμινοξέα, βιταμίνες κ.λπ.
Ο ρόλος των οξειδορεδουκτασών στους ζωντανούς ιστούς εκτελείται από εκτεταμένες ομάδες αφυδρογονάσες Και οξειδάση , τα οποία ονομάζονται ανάλογα με το υπόστρωμα που οξειδώνουν. Έτσι, το ένζυμο που αφυδατώνει το μηλικό οξύ ονομάζεται μηλική αφυδρογονάση, η αφυδρογονωτική αιθυλική αλκοόλη ονομάζεται αφυδρογονάση αλκοόλης κ.λπ.
Στην κατηγορία των οξειδορεδουκτασών πρωταρχικής σημασίας έχουν οι αφυδρογονάσες που πραγματοποιούν την αντίδραση αφυδρογόνωσης. Όλες οι αφυδρογονάσες χωρίζονται σε δύο ομάδες : αναερόβιες και αερόβιες, που ονομάζονται οξειδάσες .
Αναερόβιες αφυδρογονάσεςείναι συγκεκριμένα ένζυμα που καταλύουν διάσπαση υδρογόνου από ορισμένες χημικές ουσίες και τη μεταφέρουν σε άλλα ένζυμα - φορείς του υδρογόνου. Αυτές οι αφυδρογονάσες είναι ένζυμα δύο συστατικών στα οποία το συνένζυμο διαχωρίζεται εύκολα από το πρωτεϊνικό τμήμα. Ως συνένζυμο Οι αναερόβιες αφυδρογονάσες μπορεί να περιλαμβάνουν δύο ουσίες - νικοτίνη-αμίδιο-αδενίνη-νουκλεοτίδιο ( ΠΑΝΩ ΑΠΟ ) ή φωσφορικό νουκλεοτίδιο νικοτίνης αμίδιο αδελινίνης ( NADP ). Και οι δύο αυτές ουσίες έχουν εξαιρετικά υψηλή οξειδοαναγωγική αντιδραστικότητα.
Υπάρχουν πολλές γνωστές αναερόβιες αφυδρογονάσες που καταλύουν την οξείδωση διαφόρων οργανικών ενώσεων. Έτσι, η γαλακτική αφυδρογονάση καταλύει την αντίδραση οξείδωσης του γαλακτικού οξέος προς το πυροσταφυλικό οξύ και η ισοκιτρική αφυδρογονάση καταλύει την οξείδωση του ισοκιτρικού οξέος σε οξαλοηλεκτρικό.
Στην ομάδα αερόβιες αφυδρογονάσες (οξειδάσες)περιλαμβάνουν ένζυμα που ως συνένζυμο περιλαμβάνεται βιταμίνη Β 2 , (ριβοφλαβίνη ), έτσι ονομάζονται αυτά τα ένζυμα φλαβίνη . Τα ένζυμα φλαβίνης είναι σε θέση να πάρουν υδρογόνο από την οξειδωμένη ουσία και να το μεταφέρουν σε άλλες ενώσεις ή ατμοσφαιρικό οξυγόνο:
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.
Λαμβάνοντας υδρογόνο από την οξειδωμένη ουσία και μεταφέροντάς το στο οξυγόνο του αέρα, η οξειδάση μπορεί ταυτόχρονα να σχηματίσει νερό ή υπεροξείδιο του υδρογόνου (H 2 O ή H 2 O 2). Αυτή η ομάδα ενζύμων περιλαμβάνει οξειδάση πολυφαινόλης, οξειδάση ασκορβικού και οξειδάση γλυκόζης.
Οξειδάση πολυφαινόληςείναι μια αερόβια αφυδρογονάση για την οποία Ο δέκτης υδρογόνου είναι αέριο οξυγόνο .
Δρα στις ο-διφαινόλες, τις πολυφαινόλες, τις τανίνες και την τυροσίνη. Η οξειδάση της πολυφαινόλης διανέμεται ευρέως στους μύκητες και στα ανώτερα φυτά, ειδικά στα φύλλα του πράσινου τσαγιού. Η δράση της οξειδάσης πολυφαινόλης εξηγεί το σκουρόχρωμο κόψιμο του πολτού φρούτων και λαχανικών, πατάτας, καθώς και το σκουρόχρωμο φρέσκο φύλλο τσαγιού όταν στρίβει. Η οξειδάση της πολυφαινόλης παίζει σημαντικό ρόλο ως ενδιάμεσο στην αναπνοή των φυτών.
Ενζυμο υπεροξειδάση Μαζί με την οξειδάση της πολυφαινόλης και την οξειδάση του κυτοχρώματος, συμμετέχει ενεργά στις διαδικασίες της αναπνοής των φυτών και στις αντιδράσεις άμυνας των φυτών έναντι των φυτοπαθογόνων μικροοργανισμών των φυτών.
Η δραστική ομάδα της υπεροξειδάσης περιέχει σίδερο . Με τη βοήθεια του ενζύμου υπεροξειδάση με υπεροξείδιο του υδρογόνου και κάποια άλλα οργανικά υπεροξείδια, οξειδώνονται οργανικές ενώσεις. Η υπεροξειδάση σχηματίζει μια σύνθετη οργανική ένωση, ως αποτέλεσμα της οποίας το υπεροξείδιο ενεργοποιείται και αποκτά την ικανότητα να δρα ως δέκτης υδρογόνου:
Πολλές οργανικές ενώσεις αντιδρούν με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και σχηματίζουν υπεροξείδια. Τα υπεροξείδια σχηματίζονται ιδιαίτερα εύκολα όταν ενώσεις με ακόρεστους δεσμούς οξειδώνονται με οξυγόνο αέρα: καροτενοειδή, ακόρεστα λιπαρά οξέα και ορισμένοι υδρογονάνθρακες.
Ενζυμο καταλάση καταλύει τη διαδικασία διάσπασης του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο:
Η σύνθεση του μορίου της καταλάσης, όπως η υπεροξειδάση, περιλαμβάνει σίδερο . Ο κύριος σκοπός της καταλάσης στο σώμα είναι ότι καταστρέφει το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οποίο είναι επιβλαβές για τα κύτταρα, και σχηματίζεται κατά την αναπνοή.
Ενζυμο λιποξυγενάση καταλύει το σχηματισμό υπεροξειδίων και υδροϋπεροξειδίων κατά την οξειδωτική φθορά των λιπών.
Από την άποψη της αποτελεσματικότητας της χρήσης βιοκαταλυτών, θα ήταν εξαιρετικά δελεαστικό όχι μόνο να αυξηθεί η σταθερότητα των ενζύμων, αλλά και να μάθουμε πώς να αποκαθιστούμε τη δραστηριότητα των ενζυμικών παρασκευασμάτων που χρησιμοποιήθηκαν κατά την τεχνολογική διαδικασία.
Σχεδόν ταυτόχρονα με την ανακάλυψη του φαινομένου της αδρανοποίησης των ενζύμων (αρχές του 20ου αιώνα), οι ερευνητές άρχισαν να κάνουν προσπάθειες επανενεργοποίησής τους. Μέχρι σήμερα, έχουν συσσωρευτεί αρκετά θετικά παραδείγματα προς αυτή την κατεύθυνση. Ταξινομούνται εύκολα ανάλογα με τα αίτια της αδρανοποίησης.
Επανενεργοποίηση συσσωματωμένων πρωτεϊνών. Συχνά μπορεί να πραγματοποιηθεί καταστρέφοντας διαμοριακές μη ομοιοπολικές επαφές (υδρόφοβοι, ηλεκτροστατικοί, δεσμοί υδρογόνου). Για αυτό, χρησιμοποιούνται τα ίδια μετουσιωτικά που καταστρέφουν τις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις στις φυσικές πρωτεΐνες, προκαλώντας την αναστρέψιμη μετουσίωσή τους: συμπυκνωμένα διαλύματα ουρίας και χλωριούχου γουανιδίνης, ακραίες τιμές pH κ.λπ.
Επανενεργοποίηση πρωτεϊνών με αλλοιωμένη πρωτογενή δομή. Εάν η πρωτεΐνη έχει χάσει τη δραστηριότητα ως αποτέλεσμα της χημικής τροποποίησης των λειτουργικών ομάδων, τότε μπορείτε να προσπαθήσετε να την ενεργοποιήσετε ξανά χρησιμοποιώντας μια αντίστροφη χημική αντίδραση. Ένζυμα που αδρανοποιούνται με τροποποίηση των ομάδων SH (για παράδειγμα, με την οξείδωσή τους) μπορούν μερικές φορές να επανενεργοποιηθούν με την προσθήκη μιας περίσσειας θειόλης χαμηλού μοριακού βάρους ή άλλου αναγωγικού παράγοντα.
Εκρόφηση αδρανοποιημένης πρωτεΐνης από τα τοιχώματα των αγγείων. Η "απενεργοποίηση ρόφησης" των πρωτεϊνών οφείλεται σε ασθενείς μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις (ηλεκτρικούς, υδρόφοβους, δεσμούς υδρογόνου) μεταξύ της πρωτεΐνης και της επιφάνειας του κυττάρου αντίδρασης. Η επανενεργοποίηση σε αυτή την περίπτωση επιτυγχάνεται λόγω της καταστροφής μη ειδικών αλληλεπιδράσεων σε ακραίες τιμές pH, υπό τη δράση συμπυκνωμένων διαλυμάτων ουρίας ή χλωριούχου γουανιδίνης και άλλων αντιδραστηρίων που είναι «αναστρέψιμα μετουσιωτικά» για τις περισσότερες πρωτεΐνες.
Επανενεργοποίηση μιας «μη αναστρέψιμα μετουσιωμένης» πρωτεΐνης. Η επανενεργοποίηση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας το ακόλουθο σχήμα δύο σταδίων: πρώτον, όλα στην αδρανοποιημένη πρωτεΐνη θα πρέπει να καταστραφούν, συμπεριλαμβανομένων των μη εγγενών μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων, δηλαδή να μεταφερθεί η πρωτεΐνη στην αναδιπλωμένη κατάσταση και από αυτή την κατάσταση προσπαθήστε να την αναδιπλώσετε στην εγγενή διαμόρφωση. Έτσι, στη γενική περίπτωση, το έργο της επανενεργοποίησης κάποιου «μη αναστρέψιμα μετουσιωμένου» ενζύμου, στην ουσία, περιορίζεται στην επίλυση δύο προβλημάτων. Πρώτον, η αναζήτηση συνθηκών υπό τις οποίες μπορεί να ξεδιπλωθεί η απενεργοποιημένη πρωτεΐνη. Για το ξεδίπλωμα των αδρανοποιημένων πρωτεϊνών, χρησιμοποιούνται συνήθως τα ίδια αντιδραστήρια, με τη βοήθεια των οποίων οι φυσικές (μη απενεργοποιημένες) πρωτεΐνες μπορούν να μεταφερθούν στην κατάσταση ενός τυχαίου πηνίου. Πρόκειται για συμπυκνωμένα διαλύματα αναστρέψιμων μετουσιωτικών (ουρία ή χλωριούχο γουανιδίνη). Δεύτερον, η πειραματική επιλογή των συνθηκών υπό τις οποίες η ξεδιπλωμένη πρωτεΐνη αναδιπλώνεται επιτυχώς στην φυσική (καταλυτικά ενεργή) διαμόρφωση. Για το σκοπό αυτό, τελεστές ενζυμικής δραστηριότητας (υποστρώματα, αναστολείς, συμπαράγοντες, κ.λπ.) είναι συχνά χρήσιμοι, οι οποίοι είναι επίσης αναδιπλούμενοι τελεστές, δηλ. αυξάνουν την απόδοση της επανενεργοποίησης του ενζύμου.
Αναγέννηση συμπαραγόντων (συνένζυμα)
Η κατηγορία των συμπαραγόντων περιλαμβάνει συνένζυμα, προσθετικές ομάδες και μεταλλικά ιόντα. Από τεχνολογική άποψη, το πιο ενδιαφέρον είναι η αναγέννηση των συνενζύμων. Τα συνένζυμα είναι οργανικές ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους που παίζουν το ρόλο ενός επιπλέον υποστρώματος στη λειτουργία πολλών ενζύμων.
Όταν χρησιμοποιούνται συστήματα ακινητοποιημένων ενζύμων με συνένζυμα, πρέπει να λυθούν δύο προβλήματα: η πραγματική αναγέννηση του συνενζύμου και η διατήρησή του στο σύστημα αντίδρασης. Η τελευταία συνήθως πραγματοποιείται με ομοιοπολική ακινητοποίηση συνενζύμων σε πολυμερείς φορείς. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες προσεγγίσεις για την αναγέννηση, η ουσία των οποίων αντικατοπτρίζεται στο ακόλουθο σχήμα:
Σύμφωνα με αυτό το σχήμα, ένα συνένζυμο που αλλάζει σε μια αντίδραση που περιλαμβάνει ένα από τα ένζυμα αναγεννάται λόγω του συστήματος συζευγμένων αντιδράσεων, δηλ. επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση. Ανάλογα με τον τύπο της συζευγμένης αντίδρασης, όλες οι μέθοδοι αναγέννησης συνενζύμων μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: ενζυματικές και μη ενζυματικές. Οι ενζυμικές μέθοδοι περιλαμβάνουν μεθόδους αναγέννησης με χρήση συζευγμένων υποστρωμάτων ή συζευγμένων ενζύμων. Τα μη ενζυματικά μονοπάτια μπορούν να υποδιαιρεθούν σε χημικά και ηλεκτροχημικά μονοπάτια.
Σύστημα αναγέννησης ATP- πρόκειται για μια συνεχή διαδικασία μετατροπής της ADP σε ATP, στην οποία ένζυμα που φωσφορυλιώνουν το διφωσφορικό δρουν ως καταλύτες, χρησιμοποιώντας ενώσεις που περιέχουν φωσφορικά (ακετυλοφωσφορική, φωσφορική κρεατίνη, φωσφορική αργινίνη, κ.λπ.) ως δότες φωσφορικών.