กลไกและระยะของการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์: ทฤษฎีของฟิสเชอร์, โคชแลนด์, สถานะการเปลี่ยนผ่าน ผลทางโมเลกุลของการออกฤทธิ์ของเอนไซม์ กลไกของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์รวมถึงการก่อตัว

การเร่งปฏิกิริยาเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาเคมีภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีส่วนร่วมอย่างแข็งขัน แต่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงทางเคมีเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเร่งการสร้างสมดุลทางเคมีระหว่างวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา พลังงานที่จำเป็นในการเริ่มปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าพลังงานกระตุ้น - มีความจำเป็นเพื่อให้โมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาสามารถเข้าสู่สถานะปฏิกิริยา (แอคทีฟ) ได้ กลไกการออกฤทธิ์ของเอนไซม์มีวัตถุประสงค์เพื่อลดพลังงานกระตุ้น สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นขั้นตอนหรือระยะต่าง ๆ โดยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์เอง แต่ละด่านใหม่จะมีพลังงานกระตุ้นลดลง การแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นขั้นตอนเป็นไปได้เนื่องจากการก่อตัวของเอนไซม์ที่ซับซ้อนด้วยสารเริ่มต้นที่เรียกว่าสารตั้งต้น (). ส สารเชิงซ้อนดังกล่าวเรียกว่าสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้น (อีเอส - จากนั้นสารเชิงซ้อนนี้จะถูกแยกออกเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (P) และเอนไซม์ที่ไม่เปลี่ยนแปลง ().

อี + - มีความจำเป็นเพื่อให้โมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาสามารถเข้าสู่สถานะปฏิกิริยา (แอคทีฟ) ได้ กลไกการออกฤทธิ์ของเอนไซม์มีวัตถุประสงค์เพื่อลดพลังงานกระตุ้น สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นขั้นตอนหรือระยะต่าง ๆ โดยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์เอง แต่ละด่านใหม่จะมีพลังงานกระตุ้นลดลง การแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นขั้นตอนเป็นไปได้เนื่องจากการก่อตัวของเอนไซม์ที่ซับซ้อนด้วยสารเริ่มต้นที่เรียกว่าสารตั้งต้น (สารเชิงซ้อนดังกล่าวเรียกว่าสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้น (อี + อี

ป

ดังนั้น เอนไซม์จึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่เมื่อสร้างสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้น จะแบ่งปฏิกิริยาออกเป็นขั้นตอนต่างๆ ด้วยพลังงานกระตุ้นที่ต่ำกว่า และทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

4. คุณสมบัติของเอนไซม์

เอนไซม์ทั้งหมดมีลักษณะเป็นโปรตีน

เอนไซม์มีน้ำหนักโมเลกุลสูง

พวกมันละลายน้ำได้สูง และเมื่อละลายจะเกิดเป็นสารละลายคอลลอยด์

เอนไซม์ทั้งหมดมีคุณสมบัติทนความร้อนได้ เช่น การกระทำที่เหมาะสมที่สุด 35 – 45 o C

ตามคุณสมบัติทางเคมี พวกมันคืออิเล็กโทรไลต์แบบแอมโฟเทอริก

เอนไซม์มีความเฉพาะเจาะจงสูงเมื่อเทียบกับสารตั้งต้น

เอนไซม์ต้องการค่า pH ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดสำหรับการทำงานของเอนไซม์ (เปปซิน 1.5 - 2.5)

เอนไซม์มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาสูง (เร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยา 10 6 – 10 11 เท่า)

เอนไซม์ทั้งหมดสามารถสลายสภาพได้เมื่อสัมผัสกับกรดแก่ ด่าง แอลกอฮอล์ และเกลือของโลหะหนัก

ความจำเพาะของการทำงานของเอนไซม์:

ตามความจำเพาะของการกระทำเอนไซม์จะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: พวกที่มีความจำเพาะแน่นอนและพวกที่มีความจำเพาะสัมพัทธ์.สังเกตได้เมื่อเอนไซม์กระตุ้นปฏิกิริยาประเภทหนึ่งกับสารตั้งต้นที่มีโครงสร้างมากกว่าหนึ่งชนิด ตัวอย่างเช่น เปปซินจะสลายโปรตีนทั้งหมดที่มาจากสัตว์ เอนไซม์ดังกล่าวออกฤทธิ์กับพันธะเคมีชนิดหนึ่ง ในกรณีนี้คือพันธะเปปไทด์ การออกฤทธิ์ของเอนไซม์เหล่านี้จะขยายไปถึงสารตั้งต้นจำนวนมาก ซึ่งช่วยให้ร่างกายสามารถผ่านเอนไซม์ย่อยอาหารจำนวนเล็กน้อยไปได้

ความจำเพาะที่แน่นอนปรากฏตัวเมื่อเอนไซม์ทำหน้าที่กับสารเพียงชนิดเดียวและกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของสารนี้เพียงบางส่วนเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ซูเครสจะสลายซูโครสเท่านั้น

การย้อนกลับของการกระทำ:

เอนไซม์บางชนิดสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับได้ ตัวอย่างเช่น แลคเตตดีไฮโดรจีเนส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแลคเตตเป็นไพรูเวต และรีดิวซ์ของไพรูเวตเป็นแลคเตต

การเสียสภาพ สาเหตุและอาการ การนำไปใช้ในการแพทย์

โปรตีนมีความไวต่ออิทธิพลภายนอก การละเมิดโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีนเรียกว่าการสูญเสียสภาพธรรมชาติ ในกรณีนี้โปรตีนจะสูญเสียคุณสมบัติทางชีวภาพและเคมีกายภาพทั้งหมด การสูญเสียสภาพธรรมชาติจะมาพร้อมกับการทำลายพันธะที่ทำให้โครงสร้าง "ดั้งเดิม" ของโปรตีนมีความเสถียร ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอมีบทบาทสำคัญในการรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างของโปรตีน ดังนั้นการสูญเสียสภาพอาจเกิดจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น การให้ความร้อน การฉายรังสี การสั่นเชิงกล การระบายความร้อน การสัมผัสสารเคมี ตามกฎแล้วในระหว่างการสูญเสียสภาพธรรมชาติความสามารถในการละลายของโปรตีนก็ลดลงเช่นกันเนื่องจากการละเมิดโครงสร้างนำไปสู่การปรากฏบนพื้นผิวของกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำจำนวนมากซึ่งมักจะซ่อนอยู่ในใจกลางของโมเลกุลโปรตีน

โครงสร้างหลักของโปรตีนจะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการทำให้เสียสภาพ ซึ่งทำให้สามารถแสดงความเป็นไปได้ในการฟื้นฟูการทำงานและโครงสร้างของโปรตีนที่เสียสภาพ แม้ว่าในกรณีส่วนใหญ่ การสูญเสียสภาพจะเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ในการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการ การสูญเสียสภาพจะถูกใช้เพื่อลดโปรตีนของของเหลวทางชีวภาพ ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเสียสภาพเรียกว่าสารทำให้เสียสภาพ ซึ่งรวมถึง:

1. การทำความร้อนและการฉายรังสีพลังงานสูง (อัลตราไวโอเลต, เอ็กซ์เรย์, นิวตรอน ฯลฯ ) มันขึ้นอยู่กับการกระตุ้นของการสั่นสะเทือนของอะตอม ควบคู่ไปกับการทำลายพันธะ

2. การกระทำของกรดและด่าง เปลี่ยนการแยกตัวของกลุ่มลดจำนวนพันธะไอออนิก

3. ไอออนของโลหะหนัก พวกมันก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับกลุ่มโปรตีนซึ่งมาพร้อมกับการแตกของปฏิกิริยาที่อ่อนแอ

4. สารรีดิวซ์ - ทำให้เกิดการแตกของสะพานไดซัลไฟด์

5. ยูเรีย กัวนิดิเนียม คลอไรด์ - สร้างพันธะไฮโดรเจนใหม่และทำลายพันธะเก่า ปรากฏการณ์การสูญเสียสภาพยังสามารถใช้ในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของการมีอยู่ของโปรตีนในสารละลาย เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้ตัวอย่างที่มีการเดือดของของเหลวที่กำลังทดสอบหลังจากที่ทำให้เป็นกรดแล้ว ความขุ่นที่เกิดขึ้นเกิดจากการทำให้โปรตีนเสื่อมสภาพ มักใช้การตกตะกอนด้วยกรดอินทรีย์: ซัลโฟซาลิไซลิกหรือไตรคลอโรอะซิติก

ประวัติโดยย่อของเอนไซม์

การมอบรางวัลโนเบลให้แก่ J. Sumner, J. Northrop และ Stanley ในปี พ.ศ. 2489 ถือเป็นการสิ้นสุดการพัฒนาเอนไซม์อันยาวนานซึ่งก็คือศาสตร์แห่งเอนไซม์ จุดเริ่มต้นของวิทยาศาสตร์นี้ย้อนกลับไปสู่รุ่งอรุณของประวัติศาสตร์การพัฒนาของมนุษยชาติซึ่งใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีหลายอย่างในชีวิต: การอบขนมปัง การผลิตไวน์ การแปรรูปหนังสัตว์ ฯลฯ ความจำเป็นในการปรับปรุงกระบวนการเหล่านี้กลายเป็นแรงผลักดันสำหรับการศึกษาเชิงลึก คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ประการแรกเกี่ยวกับกระบวนการของเอนไซม์รวมถึงคำอธิบายของการย่อยอาหารในสัตว์ เมื่อทำการทดลอง René Antoine Reaumur (1683-1757) ได้ดำเนินการตามสมมติฐานของฟอล์กเนอร์ที่ว่านกล่าเหยื่อจะสำรอกอาหารที่ไม่ได้ย่อยออกมา Reaumur สร้างแคปซูลลวดเล็กๆ ซึ่งเขาวางชิ้นเนื้อแล้วให้อีแร้งจิกกิน หลังจากผ่านไป 24 ชั่วโมง นกก็พ่นแคปซูลนี้ออกมา มีเศษอาหารที่นิ่มอยู่ในนั้นซึ่งไม่ทำให้เสีย “กระบวนการนี้สามารถเป็นผลมาจากการกระทำของตัวทำละลายบางชนิดเท่านั้น” Reaumur กล่าวสรุป Lazzaro Spallanzani (1729-1799) ศาสตราจารย์ด้านประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งมหาวิทยาลัยปาดัวรายงานการทดลองที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม เขาไม่ได้ถือว่าการย่อยอาหารเป็นกระบวนการหมักด้วยเหตุผลง่ายๆ ที่ไม่เกิดฟองก๊าซ

ต่อมากระบวนการหมักได้รับการศึกษาอย่างละเอียดมากขึ้นโดยหนึ่งในผู้ก่อตั้งเคมีสมัยใหม่ Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) ในขณะที่ศึกษาการหมักแอลกอฮอล์ที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตไวน์ เขาค้นพบว่ากลูโคสถูกเปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์

เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 มุมมองทั่วไปที่แพร่หลายก็คือ การหมักเป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดจากสารอินทรีย์รูปแบบเฉพาะบางอย่าง ซึ่งก็คือ "เอนไซม์" ในปี ค.ศ. 1814 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย (ชาวเยอรมันโดยกำเนิด) นักวิชาการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก Konstantin Gottlieb Sigismund Kirchhoff (พ.ศ. 2307-2376) แสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของน้ำตาลจากแป้งในเมล็ดธัญพืชที่งอกนั้นเกิดจากกระบวนการทางเคมี ไม่ใช่ ลักษณะของถั่วงอก ในปี ค.ศ. 1810 Yu. Gay-Lussac ได้แยกผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่สำคัญของกิจกรรมยีสต์ ได้แก่ แอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์ J. Berzelius หนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีการเร่งปฏิกิริยาทางเคมีและเป็นผู้เขียนคำว่า "การเร่งปฏิกิริยา" ในปี 1835 ยืนยันข้อมูลเหล่านี้ โดยสังเกตว่าไดแอสเทส (สารสกัดจากมอลต์) เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของแป้งได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่ากรดแร่ซัลฟิวริก . บทบาทสำคัญในการพัฒนาเอนไซม์เกิดจากการโต้แย้งระหว่าง Yu Liebig และนักจุลชีววิทยาชื่อดัง L. Pasteur ซึ่งเชื่อว่ากระบวนการหมักสามารถเกิดขึ้นได้ในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมดเท่านั้น ในทางกลับกัน J. Liebig เชื่อว่ากระบวนการทางชีววิทยาเกิดจากการกระทำของสารเคมีซึ่งต่อมาเรียกว่าเอนไซม์ คำว่า เอนไซม์ (กรีก เอน - อิน, ไซม์ - ยีสต์) ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2421 โดยฟรีดริช วิลเฮล์ม คูห์เน เพื่อเน้นย้ำว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นในยีสต์ ซึ่งตรงข้ามกับยีสต์เอง ซึ่งเป็นตัวเร่งกระบวนการหมัก อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2440 E. Buchner ได้รับสารสกัดจากยีสต์ไร้เซลล์ที่สามารถผลิตเอทานอลได้ และยืนยันความคิดเห็นของ Liebig

ความพยายามที่จะอธิบายคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของเอนไซม์ ความจำเพาะ ทำให้ในปี พ.ศ. 2437 นักเคมีและนักชีวเคมีชาวเยอรมัน อี. ฟิสเชอร์ เสนอแบบจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างเอนไซม์และสารตั้งต้น เรียกว่า "กุญแจล็อค" - การเสริมทางเรขาคณิตของรูปร่าง ของสารตั้งต้น (คีย์) และเอนไซม์ (ล็อค) ในปีพ.ศ. 2469 หลังจากการวิจัยเกือบ 9 ปี เจ. ซัมเนอร์ ได้พิสูจน์ธรรมชาติของโปรตีนของเอนไซม์ยูรีเอส ในปีเดียวกันนั้น J. Northrop และ M. Kunitz ชี้ให้เห็นความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างการทำงานของผลึกเพพซิน ทริปซิน และปริมาณโปรตีนในตัวอย่างที่ศึกษา ดังนั้นจึงเป็นหลักฐานที่มีนัยสำคัญเกี่ยวกับธรรมชาติของโปรตีนของเอนไซม์ แม้ว่าในขั้นตอนสุดท้าย ได้รับหลักฐานหลังจากพิจารณาโครงสร้างหลักและการสังเคราะห์เอนไซม์จำนวนหนึ่งโดยเทียม แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับเอนไซม์ได้รับมาในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบ ในปี พ.ศ. 2506 ได้ทำการศึกษาลำดับกรดอะมิโนของ RNase จากตับอ่อน ในปี พ.ศ. 2508 มีการแสดงโครงสร้างเชิงพื้นที่ของไลโซไซม์ ในช่วงหลายปีต่อมา เอนไซม์หลายพันตัวได้รับการทำให้บริสุทธิ์ และได้รับข้อมูลใหม่มากมายเกี่ยวกับกลไกการออกฤทธิ์ของเอนไซม์ โครงสร้างเชิงพื้นที่ และการควบคุมปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาถูกค้นพบใน RNA (ไรโบไซม์) ได้รับแอนติบอดีที่มีฤทธิ์ของเอนไซม์—แอ๊บไซม์— บทนี้จะแนะนำแนวคิดสมัยใหม่โดยย่อเกี่ยวกับโครงสร้าง กลไกการออกฤทธิ์ และแง่มุมทางการแพทย์ของเอนไซม์

คุณสมบัติของการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์

1. ลักษณะโปรตีนของตัวเร่งปฏิกิริยา

2. ประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษ ประสิทธิภาพของการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพเกินกว่าประสิทธิภาพของการเร่งปฏิกิริยาอนินทรีย์ 10 9 - 10 12

3. มีความจำเพาะสูงเป็นพิเศษ:

ก) สัมบูรณ์ เมื่อเอนไซม์ทำงานกับซับสเตรตของมันเท่านั้น (ฟูมาเรสกับทรานส์-ไอโซเมอร์ของกรดฟูมาริก และไม่ทำงานกับซิส-ไอโซเมอร์)

b) กลุ่ม - เฉพาะสำหรับกลุ่มสารตั้งต้นที่เกี่ยวข้องกลุ่มแคบ (เอนไซม์ในทางเดินอาหาร)

4. ทำงานภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง (t=37, pH 7.0, ออสโมลาริตีและองค์ประกอบของเกลือ)

5. การควบคุมหลายระดับ: การควบคุมกิจกรรมในระดับสภาพแวดล้อม, ในระดับเมตาโบลอน, ในระดับพันธุกรรม, เนื้อเยื่อ, เซลล์ด้วยความช่วยเหลือของฮอร์โมนและผู้ไกล่เกลี่ยตลอดจนด้วยความช่วยเหลือของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของ ปฏิกิริยาที่พวกมันกระตุ้น

6. ความร่วมมือ: เอนไซม์มีความสามารถในการจัดระเบียบการเชื่อมโยง - ผลิตภัณฑ์ของเอนไซม์ตัวที่ 1 เป็นสารตั้งต้นสำหรับตัวที่ 2 ผลคูณของตัวที่ 2 เป็นสารตั้งต้นของตัวที่ 3 เป็นต้น

นอกจากนี้ เอ็นไซม์ยังสามารถปรับตัวได้ เช่น สามารถเปลี่ยนกิจกรรมและสร้างความสัมพันธ์ใหม่ได้

7. สามารถเร่งปฏิกิริยาทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับได้ ทิศทางของปฏิกิริยาของเอนไซม์หลายชนิดนั้นพิจารณาจากอัตราส่วนของมวลที่ออกฤทธิ์

8. การเร่งปฏิกิริยามีกำหนดเวลาอย่างเคร่งครัดนั่นคือเกิดขึ้นเป็นระยะ

ความจำเพาะของการออกฤทธิ์ของเอนไซม์

ความจำเพาะสูงของเอนไซม์เกิดจากการเสริมโครงสร้างและไฟฟ้าสถิตระหว่างโมเลกุลของสารตั้งต้นและเอนไซม์และโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ของเอนไซม์ ซึ่งรับประกัน "การรับรู้" ความสัมพันธ์สูง และการเลือกสรรสำหรับการเกิดสิ่งหนึ่งโดยเฉพาะ ปฏิกิริยา.

ขึ้นอยู่กับกลไกการออกฤทธิ์ เอนไซม์ที่มีความเฉพาะเจาะจงแบบสัมพัทธ์หรือแบบกลุ่มและมีความจำเพาะแบบสัมบูรณ์นั้นมีความโดดเด่น

สำหรับการทำงานของเอนไซม์ไฮโดรไลติกบางชนิด ประเภทของพันธะเคมีในโมเลกุลของสารตั้งต้นมีความสำคัญมากที่สุด ตัวอย่างเช่น เปปซินจะสลายโปรตีนจากสัตว์และพืช แม้ว่าโปรตีนเหล่านี้อาจแตกต่างกันในโครงสร้างทางเคมี องค์ประกอบ และคุณสมบัติทางสรีรวิทยาก็ตาม อย่างไรก็ตาม เพพซินไม่สลายคาร์โบไฮเดรตและไขมัน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าบริเวณที่ออกฤทธิ์ของเปปซินคือพันธะเปปไทด์ สำหรับการออกฤทธิ์ของไลเปส บริเวณดังกล่าวคือพันธะเอสเทอร์ของไขมัน

นั่นคือเอนไซม์เหล่านี้มีความเฉพาะเจาะจงสัมพัทธ์

ความจำเพาะของการกระทำที่แน่นอนเรียกว่าความสามารถของเอนไซม์ในการเร่งการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นเดียวและการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในโครงสร้างของสารตั้งต้นทำให้ไม่สามารถเข้าถึงการกระทำของเอนไซม์ได้ ตัวอย่างเช่น อาร์จิเนสซึ่งสลายอาร์จินีน ยูเรียซึ่งเร่งการสลายยูเรีย

มีหลักฐานของการมีอยู่ของความจำเพาะทางสเตอริโอเคมีเนื่องจากการมีอยู่ของไอโซเมอร์รูปแบบ L และ D ที่มีไอโซเมอร์ทางแสง หรือไอโซเมอร์ทางเรขาคณิต (ซิสและทรานส์)

ดังนั้นจึงรู้จักออกซิเดส L และ D a/k

หากมีสารประกอบใดอยู่ในรูปของซิส- และทรานส์-ไอโซเมอร์ สำหรับแต่ละรูปแบบเหล่านี้ก็จะมีเอนไซม์ของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ฟูมาเรสเร่งปฏิกิริยาการแปลงของกรดฟูมาริกเท่านั้น (ทรานส์) แต่ไม่ออกฤทธิ์กับซิสไอโซเมอร์หรือกรดมาลิก

กลไกของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ถูกกำหนดโดยบทบาทของกลุ่มการทำงานของศูนย์กลางที่ใช้งานของเอนไซม์ในปฏิกิริยาทางเคมีของการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ การเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์มี 2 กลไกหลัก: การเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดเบสและการเร่งปฏิกิริยาโควาเลนต์

1. การเร่งปฏิกิริยากรดเบส

แนวคิดของการเร่งปฏิกิริยากรด-เบสอธิบายการทำงานของเอนไซม์โดยการมีส่วนร่วมของกลุ่มที่เป็นกรด (ผู้ให้โปรตอน) และ/หรือกลุ่มพื้นฐาน (ตัวรับโปรตอน) ในปฏิกิริยาเคมี การเร่งปฏิกิริยาของกรด-เบสเป็นปรากฏการณ์ทั่วไป กรดอะมิโนที่ตกค้างซึ่งประกอบเป็นแอคทีฟเซ็นเตอร์มีหมู่ฟังก์ชันที่แสดงคุณสมบัติของทั้งกรดและเบส

กรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องกับการเร่งปฏิกิริยากรด-เบสส่วนใหญ่ได้แก่ Cys, Tyr, Ser, Lys, Glu, Asp และ His อนุมูลของกรดอะมิโนเหล่านี้ในรูปแบบโปรตอนคือกรด (ผู้ให้โปรตอน) ในรูปแบบ deprotonated จะเป็นเบส (ตัวรับโปรตอน) คุณสมบัติของกลุ่มฟังก์ชันของไซต์แอคทีฟนี้ทำให้เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่มีลักษณะเฉพาะ ตรงกันข้ามกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ใช่ทางชีวภาพที่สามารถแสดงคุณสมบัติที่เป็นกรดหรือพื้นฐานได้ การเร่งปฏิกิริยาโควาเลนต์ขึ้นอยู่กับการโจมตีของกลุ่มนิวคลีโอฟิลิก (มีประจุลบ) หรืออิเล็กโทรฟิลิก (มีประจุบวก) ของศูนย์กลางที่ทำงานของเอนไซม์โดยโมเลกุลของสารตั้งต้นด้วยการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ระหว่างสารตั้งต้นและโคเอ็นไซม์หรือกลุ่มการทำงานของอะมิโน กรดตกค้าง (ปกติหนึ่ง) ของศูนย์กลางที่ใช้งานของเอนไซม์

การกระทำของซีรีนโปรตีเอส เช่น ทริปซิน ไคโมทริปซิน และทรอมบิน เป็นตัวอย่างของกลไกของการเร่งปฏิกิริยาโควาเลนต์ เมื่อมีการสร้างพันธะโควาเลนต์ระหว่างสารตั้งต้นและกรดอะมิโนในซีรีนที่ตกค้างของบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์

25. การเสริมหมายถึงความสอดคล้องเชิงพื้นที่และเคมีของโมเลกุลที่มีปฏิสัมพันธ์ แกนด์จะต้องมีความสามารถในการเข้าไปและสอดคล้องกับโครงสร้างของพื้นที่ที่ใช้งานอยู่ ความบังเอิญนี้อาจไม่สมบูรณ์ แต่เนื่องจาก lability ตามโครงสร้างของโปรตีน ศูนย์แอคทีฟจึงสามารถเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยและ "ปรับ" กับลิแกนด์ได้ นอกจากนี้ ระหว่างกลุ่มการทำงานของลิแกนด์และอนุมูลของกรดอะมิโนที่ก่อตัวเป็นศูนย์แอคทีฟ พันธะจะต้องเกิดขึ้นเพื่อยึดลิแกนด์ไว้ในศูนย์กลางแอคทีฟ พันธะระหว่างลิแกนด์และศูนย์กลางแอคทีฟของโปรตีนอาจเป็นแบบไม่มีโควาเลนต์ (ไอออนิก ไฮโดรเจน ไม่ชอบน้ำ) หรือโควาเลนต์ก็ได้

ความจริงที่ว่าเอนไซม์มีความจำเพาะสูงทำให้เราสามารถตั้งสมมติฐานในปี พ.ศ. 2433 โดยที่ศูนย์กลางของเอนไซม์นั้นเสริมกับสารตั้งต้นนั่นคือ สอดคล้องกับมันเหมือน "กุญแจล็อค" หลังจากการโต้ตอบของซับสเตรต (“คีย์”) กับแอคทีฟเซ็นเตอร์ (“ล็อค”) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของซับสเตรตไปเป็นผลิตภัณฑ์จะเกิดขึ้น ศูนย์ที่ใช้งานอยู่ถือเป็นโครงสร้างที่มั่นคงและถูกกำหนดอย่างเคร่งครัด

สารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยากับศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของเอนไซม์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของเอนไซม์และสารตั้งต้นที่ซับซ้อนซึ่งเหมาะสำหรับการดัดแปลงทางเคมีของสารตั้งต้น ในเวลาเดียวกัน โมเลกุลของสารตั้งต้นยังเปลี่ยนโครงสร้างด้วย ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าปฏิกิริยาของเอนไซม์จะมีประสิทธิภาพสูงขึ้น “สมมติฐานการติดต่อที่ชักนำ” นี้ได้รับการยืนยันในการทดลองในเวลาต่อมา

26. เรียกว่าเอ็นไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีชนิดเดียวกัน แต่ต่างกันในโครงสร้างโปรตีนหลัก ไอโซเอนไซม์หรือไอโซเอ็นไซม์ พวกมันกระตุ้นปฏิกิริยาประเภทเดียวกันด้วยกลไกพื้นฐานที่เหมือนกัน แต่จะแตกต่างกันในเรื่องพารามิเตอร์ทางจลน์ เงื่อนไขการกระตุ้น และคุณสมบัติของการเชื่อมต่อระหว่างอะโปเอ็นไซม์และโคเอ็นไซม์ ธรรมชาติของการปรากฏตัวของไอโซเอนไซม์นั้นแตกต่างกันไป แต่ส่วนใหญ่มักเกิดจากความแตกต่างในโครงสร้างของยีนที่เข้ารหัสไอโซเอนไซม์เหล่านี้ ด้วยเหตุนี้ไอโซเอ็นไซม์จึงแตกต่างกันในโครงสร้างหลักของโมเลกุลโปรตีนและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพจึงแตกต่างกัน วิธีการระบุไอโซเอนไซม์ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ ในโครงสร้างของไอโซเอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นโปรตีนโอลิโกเมอร์ เอนไซม์ แลคเตตดีไฮโดรจีเนส(LDH) เร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบผันกลับได้ของแลคเตต (กรดแลกติก) ให้เป็นไพรูเวต (กรดไพรูวิก)

ประกอบด้วย 4 หน่วยย่อย 2 ประเภท: M และ H การรวมกันของหน่วยย่อยเหล่านี้รองรับการก่อตัวของแลคเตตดีไฮโดรจีเนส 5 ไอโซฟอร์ม LDH 1 และ LDH 2 ออกฤทธิ์มากที่สุดในกล้ามเนื้อหัวใจและไต, LDH4 และ LDH5 - ในกล้ามเนื้อโครงร่างและตับ เนื้อเยื่ออื่นๆ มีเอนไซม์ชนิดนี้หลายรูปแบบ ไอโซฟอร์มของ LDH มีความแตกต่างกันไปในการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า ซึ่งทำให้สามารถระบุลักษณะเฉพาะของเนื้อเยื่อของไอโซฟอร์มของ LDH ได้

Creatine kinase (CK) กระตุ้นการสร้าง Creatine ฟอสเฟต:

โมเลกุล KK เป็นไดเมอร์ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยสองประเภท: M และ B จากหน่วยย่อยเหล่านี้จะเกิดไอโซเอนไซม์ 3 ​​ตัว - BB, MB, MM ไอโซเอนไซม์ BB พบในสมองเป็นหลัก, MM ในกล้ามเนื้อโครงร่าง และ MB ในกล้ามเนื้อหัวใจ ไอโซฟอร์มของ KK มีความสามารถในการเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้าที่แตกต่างกัน โดยปกติกิจกรรมของ CK ไม่ควรเกิน 90 IU/l การกำหนดกิจกรรม CK ในพลาสมาในเลือดมีค่าการวินิจฉัยในกรณีของกล้ามเนื้อหัวใจตาย (มีการเพิ่มขึ้นของระดับของ MB isoform) ปริมาณของไอโซฟอร์ม MM อาจเพิ่มขึ้นในระหว่างการบาดเจ็บและความเสียหายต่อกล้ามเนื้อโครงร่าง ไอโซฟอร์มของบีบีไม่สามารถทะลุผ่านอุปสรรคเลือดและสมองได้ ดังนั้นจึงตรวจไม่พบในเลือดแม้ในระหว่างจังหวะ และไม่มีค่าในการวินิจฉัย

27. ENZYMATIVE CATALYS (biocatalysis) การเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี r-tions โดยมีส่วนร่วมของโปรตีนโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่า เอนไซม์(เอนไซม์) F.k. - ความหลากหลาย การเร่งปฏิกิริยา

สมการ Michaelis-Menten: - สมการพื้นฐานของจลนพลศาสตร์ของเอนไซม์ อธิบายการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ต่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นและเอนไซม์ รูปแบบจลนศาสตร์ที่ง่ายที่สุดซึ่งสมการมิคาเอลิสใช้ได้:

สมการดูเหมือนว่า:

,

โดยที่: - อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงสุดเท่ากับ ; - ค่าคงที่ของ Michaelis เท่ากับความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาคือครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด - ความเข้มข้นของสารตั้งต้น

ค่าคงที่ Michaelis: ความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่อัตรา

ยังเป็นค่าคงที่ ( กม).

28. “การยับยั้งการทำงานของเอนไซม์" - กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาลดลงเมื่อมีสารบางชนิด - สารยับยั้ง สารยับยั้งควรรวมถึงสารที่ทำให้การทำงานของเอนไซม์ลดลง สารยับยั้งแบบพลิกกลับได้จับกับเอนไซม์ด้วยพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์อ่อน และภายใต้เงื่อนไขบางประการ สามารถแยกออกจากเอนไซม์ได้ง่าย มีสารยับยั้งแบบย้อนกลับได้ การแข่งขันและไม่แข่งขัน ไปสู่การยับยั้งการแข่งขันรวมถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ลดลงแบบย้อนกลับได้ซึ่งเกิดจากสารยับยั้งที่จับกับบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์และป้องกันการก่อตัวของเอนไซม์และสารตั้งต้นที่ซับซ้อน การยับยั้งประเภทนี้จะสังเกตได้เมื่อสารยับยั้งเป็นอะนาล็อกเชิงโครงสร้างของสารตั้งต้น ส่งผลให้เกิดการแข่งขันระหว่างสารตั้งต้นและโมเลกุลของสารยับยั้งเพื่อหาตำแหน่งในศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ของเอนไซม์ ปราศจากการแข่งขันเรียกว่าการยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ โดยที่สารยับยั้งทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ที่ตำแหน่งอื่นที่ไม่ใช่จุดศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ สารยับยั้งที่ไม่สามารถแข่งขันได้ไม่ใช่โครงสร้างที่คล้ายคลึงกันของสารตั้งต้น การยับยั้งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้สังเกตได้ในกรณีของการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ที่เสถียรระหว่างโมเลกุลของสารยับยั้งและเอนไซม์ ส่วนใหญ่แล้วแอคทีฟเซ็นเตอร์ของเอนไซม์จะถูกปรับเปลี่ยน ส่งผลให้เอ็นไซม์ไม่สามารถทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาได้ สารยับยั้งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ได้แก่ ไอออนของโลหะหนัก เช่น ปรอท (Hg 2+) เงิน (Ag +) และสารหนู (As 3+) สารที่ขัดขวางการทำงานของเอนไซม์บางกลุ่ม - เฉพาะเจาะจงและ. ไดไอโซโพรพิล ฟลูออโรฟอสเฟต (DFP) ไอโอดีนอะซิเตตและ p-chloromercuribenzoate ทำปฏิกิริยากับกลุ่ม SH ของซิสเตอีนที่ตกค้างในโปรตีน สารยับยั้งเหล่านี้จัดอยู่ในประเภท ไม่เฉพาะเจาะจงที่ ปราศจากการแข่งขันในการยับยั้ง สารยับยั้งจะจับกับสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-ซับสเตรตเท่านั้น และจะไม่จับกับเอนไซม์อิสระ

ขนาด เค ฉัน= [อี]. [I]/ ซึ่งเป็นค่าคงที่การแยกตัวของสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารยับยั้ง เรียกว่าค่าคงที่การยับยั้ง

เบสควอเตอร์นารีแอมโมเนียมยับยั้งอะซิติลโคลีนเอสเทอเรส ซึ่งเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของอะซิติลโคลีนให้เป็นโคลีนและกรดอะซิติก

สารที่เรียกว่า สารต่อต้านเมตาบอไลต์สารประกอบเหล่านี้เป็นอะนาลอกเชิงโครงสร้างของสารตั้งต้นตามธรรมชาติ ทำให้เกิดการยับยั้งการแข่งขันของเอนไซม์ ในทางหนึ่ง และในทางกลับกัน ก็สามารถนำมาใช้โดยเอนไซม์เดียวกับสารตั้งต้นเทียมได้ ยาซัลโฟนาไมด์ (อะนาล็อกของกรดพาราอะมิโนเบนโซอิก) ใช้ในการรักษาโรคติดเชื้อ

ตัวอย่างของยาที่มีฤทธิ์ขึ้นอยู่กับการยับยั้งเอนไซม์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือยา แอสไพริน.

ยับยั้งเอนไซม์ไซโคลออกซีเจเนสซึ่งกระตุ้นการสร้างพรอสตาแกลนดินจากกรดอาราชิโดนิก

29. การควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ดำเนินการใน 3 ระดับอิสระ:

1. การเปลี่ยนจำนวนโมเลกุลของเอนไซม์

1. ความพร้อมของโมเลกุลของสารตั้งต้นและโคเอ็นไซม์
2. การเปลี่ยนแปลงกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของโมเลกุลของเอนไซม์

1. จำนวนโมเลกุลของเอนไซม์ในเซลล์ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของ 2 กระบวนการ - การสังเคราะห์และการสลายโมเลกุลโปรตีนของเอนไซม์

2. ยิ่งความเข้มข้นของสารตั้งต้นเริ่มต้นสูงเท่าไร ความเร็วของวิถีเมแทบอลิซึมก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น พารามิเตอร์อีกประการหนึ่งที่จำกัดเส้นทางการเผาผลาญคือการมีอยู่ โคเอ็นไซม์ที่สร้างใหม่- บทบาทที่สำคัญที่สุดในการเปลี่ยนความเร็วของวิถีเมแทบอลิซึมคือการควบคุมกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์หลักตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปของวิถีเมแทบอลิซึมที่กำหนด นี่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและรวดเร็วในการควบคุมการเผาผลาญ วิธีหลักในการควบคุมการทำงานของเอนไซม์คือ: การควบคุมอัลโลสเตอริก; การควบคุมโดยปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนและโปรตีน การควบคุมโดยฟอสโฟรีเลชั่น/ดีฟอสโฟรีเลชั่นของโมเลกุลเอนไซม์ ควบคุมโดยโปรตีโอไลซิสบางส่วน (จำกัด )

การเพิ่มอุณหภูมิจนถึงขีดจำกัดจะส่งผลต่ออัตราของเอนไซม์

ปฏิกิริยาคล้ายกับผลกระทบของอุณหภูมิต่อปฏิกิริยาเคมีใด ๆ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเร่งขึ้น ซึ่งนำไปสู่ความเป็นไปได้ที่จะมีปฏิกิริยาระหว่างกันของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น นอกจากนี้อุณหภูมิยังช่วยเพิ่มพลังงานของโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา ซึ่งจะช่วยเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้นด้วย อย่างไรก็ตาม อัตราของปฏิกิริยาเคมีที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์นั้นมีอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งเกินกว่านั้นมาพร้อมกับกิจกรรมของเอนไซม์ที่ลดลง

สำหรับเอนไซม์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ อุณหภูมิที่เหมาะสมคือ 37-38 °C

กิจกรรมของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับค่า pH ของสารละลายที่เกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ สำหรับเอนไซม์แต่ละตัวจะมีค่า pH ที่ใช้สังเกตกิจกรรมสูงสุดของมัน การเบี่ยงเบนไปจากค่า pH ที่เหมาะสมจะทำให้การทำงานของเอนไซม์ลดลง

ผลของ pH ต่อการทำงานของเอนไซม์มีความเกี่ยวข้องกับการแตกตัวเป็นไอออนของกลุ่มการทำงานของกรดอะมิโนที่ตกค้างของโปรตีนที่กำหนด ซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดของศูนย์กลางที่ทำงานของเอนไซม์ เมื่อ pH เปลี่ยนจากค่าที่เหมาะสมที่สุด การแตกตัวเป็นไอออนของกลุ่มฟังก์ชันของโมเลกุลโปรตีนจะเปลี่ยนไป เอนไซม์ส่วนใหญ่ในร่างกายมนุษย์มีค่า pH ที่เหมาะสมใกล้เคียงกับค่าเป็นกลาง ซึ่งสอดคล้องกับค่า pH ทางสรีรวิทยา

30- อัลโลสเตอริกเอนไซม์เป็นเอนไซม์ที่มีฤทธิ์ควบคุมไม่เพียงแต่โดยจำนวนโมเลกุลของสารตั้งต้นเท่านั้น แต่ยังควบคุมโดยสารอื่นที่เรียกว่าด้วย เอฟเฟกต์- เอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมอัลโลสเตอริกคือสารเมตาบอไลต์ของเซลล์ซึ่งมักจะอยู่ในวิถีทางที่พวกมันควบคุม

เอนไซม์อัลโลสเตอริกมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญเนื่องจากพวกมันทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะภายในของเซลล์เพียงเล็กน้อย สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในสถานการณ์ต่อไปนี้: ในระหว่างกระบวนการอะนาโบลิก ในระหว่างกระบวนการแคตาบอลิซึม สำหรับการประสานงานของวิถีอะนาโบลิกและแคทาบอลิก ATP และ ADP เป็นเอฟเฟกต์อัลโลสเตอริกที่ทำหน้าที่เป็นคู่อริ เพื่อประสานงานวิถีเมแทบอลิซึมแบบขนานและเชื่อมโยงถึงกัน (เช่น การสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ของพิวรีนและไพริมิดีนที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก)

เรียกว่าเอฟเฟกต์ที่ทำให้กิจกรรมของเอนไซม์ลดลง (ยับยั้ง) เชิงลบเอฟเฟคเตอร์หรือสารยับยั้ง เรียกว่าเอฟเฟกต์ที่ทำให้กิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มขึ้น (กระตุ้น) เชิงบวกเอฟเฟกต์หรือแอคติเวเตอร์ สารเมตาบอไลต์หลายชนิดมักทำหน้าที่เป็นเอฟเฟกต์อัลโลสเตอริก

คุณสมบัติของโครงสร้างและการทำงานของเอนไซม์อัลโลสเตอริก:โดยปกติแล้วสิ่งเหล่านี้คือโปรตีนโอลิโกเมอริกที่ประกอบด้วยโปรโตเมอร์หลายตัวหรือมีโครงสร้างโดเมน พวกมันมีศูนย์กลาง allosteric ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางตัวเร่งปฏิกิริยา เอฟเฟกต์ยึดติดกับเอนไซม์ที่ไม่ใช่โควาเลนต์ในศูนย์ควบคุม allosteric สามารถแสดงความจำเพาะที่แตกต่างกันเกี่ยวกับลิแกนด์: อาจเป็นแบบสัมบูรณ์หรือแบบกลุ่มก็ได้ โปรโตเมอร์ซึ่งเป็นที่ตั้งของศูนย์อัลโลสเตอริกนั้นเป็นโปรโตเมอร์ตามกฎระเบียบ เอนไซม์อัลโลสเตอริกกระตุ้นปฏิกิริยาสำคัญในวิถีเมแทบอลิซึมนี้

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายสามารถทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งอัลโลสเตอริกของเอนไซม์ซึ่งส่วนใหญ่มักกระตุ้นระยะเริ่มแรกของเส้นทางการเผาผลาญนี้:

ในเส้นทางเมตาบอลิซึมส่วนกลาง สารตั้งต้นสามารถเป็นตัวกระตุ้นของเอนไซม์หลักในเส้นทางเมตาบอลิซึม

ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาใดๆ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเนื่องจากพลังงานลดลง หากปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงาน ปฏิกิริยานั้นจะต้องเริ่มต้นขึ้นเอง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเนื่องจากส่วนประกอบของปฏิกิริยาจะต้องถูกถ่ายโอนไปยังสถานะเปิดใช้งาน (การเปลี่ยนผ่าน) เรียกว่าพลังงานที่จำเป็นในการแปลงโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาให้เป็นสถานะเปิดใช้งาน พลังงานกระตุ้น.

สถานะการเปลี่ยนผ่านโดดเด่นด้วยการก่อตัวและการแตกของพันธะเคมีอย่างต่อเนื่อง และความสมดุลทางอุณหพลศาสตร์มีอยู่ระหว่างสถานะการเปลี่ยนผ่านและสถานะพื้นดิน อัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความแตกต่างของค่าพลังงานอิสระสำหรับสารตั้งต้นในสถานะการเปลี่ยนผ่านและพื้นดิน ความแตกต่างนี้เรียกว่า พลังงานปฏิกิริยาฟรี.

การบรรลุสถานะการเปลี่ยนผ่านของวัสดุพิมพ์สามารถทำได้สองวิธี:

• เนื่องจากการถ่ายโอนพลังงานส่วนเกินไปยังโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยา (เช่น เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น)
• โดยการลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้อง

สถานะกราวด์และการเปลี่ยนผ่านของสารที่ทำปฏิกิริยา

Eo, Ek - พลังงานกระตุ้นปฏิกิริยาโดยไม่มีและมีตัวเร่งปฏิกิริยา ดีจี-

ความแตกต่างของพลังงานอิสระของปฏิกิริยา

สารตั้งต้นของเอนไซม์ "ช่วย" จะรับสถานะการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากพลังงานที่ยึดเกาะระหว่างการก่อตัว คอมเพล็กซ์ของเอนไซม์และสารตั้งต้น- พลังงานกระตุ้นที่ลดลงระหว่างการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เกิดจากการเพิ่มจำนวนขั้นตอนของกระบวนการทางเคมี การเหนี่ยวนำของปฏิกิริยาระดับกลางจำนวนหนึ่งนำไปสู่ความจริงที่ว่าสิ่งกีดขวางในการกระตุ้นเริ่มต้นนั้นถูกแบ่งออกเป็นสิ่งกีดขวางด้านล่างหลาย ๆ อัน ซึ่งโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาสามารถเอาชนะได้เร็วกว่าโมเลกุลหลักมาก

กลไกของปฏิกิริยาของเอนไซม์สามารถแสดงได้ดังนี้:

1. การเชื่อมต่อของเอนไซม์ (E) และสารตั้งต้น (S) กับการก่อตัวของเอนไซม์ - สารตั้งต้นที่ไม่เสถียร (ES): E + S → E-S;
2. การก่อตัวของสถานะการเปลี่ยนแปลงที่เปิดใช้งาน: E-S → (ES)*;
3. การปล่อยผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา (P) และการสร้างใหม่ของเอนไซม์ (E): (ES)* → P + E

เพื่ออธิบายประสิทธิภาพสูงของเอนไซม์ มีการเสนอทฤษฎีหลายประการเกี่ยวกับกลไกของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ เร็วที่สุดก็คือ ทฤษฎีของอี. ฟิชเชอร์ (ทฤษฎี "แม่แบบ" หรือ "เมทริกซ์แข็ง"- ตามทฤษฎีนี้ เอ็นไซม์มีโครงสร้างแข็ง โดยมีจุดศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ซึ่งเป็น "การหล่อ" ของสารตั้งต้น หากสารตั้งต้นเข้าใกล้บริเวณที่ทำงานของเอนไซม์ เช่น “กุญแจไขกุญแจ” ปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้น ทฤษฎีนี้อธิบายความจำเพาะของซับสเตรตของเอนไซม์ได้สองประเภท ได้แก่ ความจำเพาะแบบสัมบูรณ์และความจำเพาะทางสเตอริโอ แต่กลับกลายเป็นว่าไม่สามารถอธิบายความจำเพาะของกลุ่ม (เชิงสัมพันธ์) ของเอนไซม์ได้

ทฤษฎี "แร็ค"ตามแนวคิดของ G.K. Euler ผู้ศึกษาการทำงานของเอนไซม์ไฮโดรไลติก ตามทฤษฎีนี้ เอนไซม์จับกับโมเลกุลของสารตั้งต้นที่จุดสองจุด และพันธะเคมีถูกยืดออก ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะถูกกระจายออกไป และพันธะเคมีจะแตกออกพร้อมกับการเติมน้ำ ก่อนที่จะเข้าร่วมเอนไซม์ ซับสเตรตจะมีโครงสร้างแบบ "ผ่อนคลาย" หลังจากที่จับเข้ากับศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ โมเลกุลของสารตั้งต้นจะเกิดการยืดตัวและการเสียรูป (จะอยู่ในศูนย์กลางที่ใช้งานราวกับว่าอยู่บนชั้นวาง) ยิ่งพันธะเคมีในสารตั้งต้นมีระยะเวลานานเท่าไร การแตกหักก็จะง่ายขึ้นและพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

ล่าสุดมันแพร่หลายไปแล้ว ทฤษฎี "การติดต่อสื่อสารแบบชักนำ" โดย D. Koshlandซึ่งช่วยให้โมเลกุลของเอนไซม์มีโครงสร้างสูง มีความยืดหยุ่นและความคล่องตัวของศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ สารตั้งต้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในโมเลกุลของเอนไซม์ในลักษณะที่ศูนย์กลางแบบแอคทีฟรับการวางแนวเชิงพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับการยึดเกาะของสารตั้งต้น กล่าวคือ สารตั้งต้นเข้าใกล้ศูนย์กลางแบบแอคทีฟเหมือนกับ "ยื่นมือไปหาถุงมือ"

ตามทฤษฎีของการโต้ตอบแบบเหนี่ยวนำกลไกของอันตรกิริยาระหว่างเอนไซม์และสารตั้งต้นมีดังนี้:

1. เอนไซม์ซึ่งใช้หลักการเสริมกันจะจดจำและ "จับ" โมเลกุลของสารตั้งต้น ในกระบวนการนี้ โมเลกุลโปรตีนได้รับความช่วยเหลือจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอม
2. กรดอะมิโนที่ตกค้างในแอคทีฟเซ็นเตอร์จะถูกเลื่อนและปรับให้สัมพันธ์กับสารตั้งต้น
3. กลุ่มสารเคมีจะถูกเติมโควาเลนต์ในบริเวณที่มีฤทธิ์ - การเร่งปฏิกิริยาโควาเลนต์

ลำดับเหตุการณ์ในการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์สามารถอธิบายได้โดยใช้รูปแบบต่อไปนี้ ขั้นแรกจะเกิดสารตั้งต้นและเอนไซม์เชิงซ้อนขึ้น ในกรณีนี้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโมเลกุลของเอนไซม์และโมเลกุลของสารตั้งต้นเกิดขึ้นส่วนหลังได้รับการแก้ไขในศูนย์แอคทีฟในรูปแบบที่ตึงเครียด นี่คือวิธีการสร้างคอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งานหรือ สถานะการเปลี่ยนแปลงเป็นโครงสร้างตัวกลางพลังงานสูงซึ่งมีความเสถียรทางพลังงานน้อยกว่าสารประกอบหลักและผลิตภัณฑ์ การสนับสนุนที่สำคัญที่สุดต่อผลการเร่งปฏิกิริยาโดยรวมนั้นเกิดขึ้นจากกระบวนการทำให้เสถียรของสถานะการเปลี่ยนแปลง - ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดอะมิโนที่ตกค้างของโปรตีนและสารตั้งต้นซึ่งอยู่ในรูปแบบที่ตึงเครียด ความแตกต่างระหว่างค่าพลังงานอิสระสำหรับสารตั้งต้นเริ่มต้นและสถานะการเปลี่ยนแปลงสอดคล้องกับพลังงานอิสระของการกระตุ้น (ΔG #) อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับค่า (ΔG #): ยิ่งมีค่าน้อย อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งมากขึ้น และในทางกลับกัน โดยพื้นฐานแล้ว DG เป็นตัวแทนของ "กำแพงพลังงาน" ที่ต้องเอาชนะเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น การรักษาสถานะการเปลี่ยนแปลงให้คงที่จะช่วยลด “อุปสรรค” หรือพลังงานกระตุ้นลง ในขั้นต่อไปปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นหลังจากนั้นผลิตภัณฑ์ที่ได้จะถูกปล่อยออกจากกลุ่มเอนไซม์และผลิตภัณฑ์

มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้เอนไซม์มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาสูง ซึ่งช่วยลดอุปสรรคด้านพลังงานต่อปฏิกิริยา

1. เอนไซม์สามารถจับโมเลกุลของสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาในลักษณะที่กลุ่มปฏิกิริยาตั้งอยู่ใกล้กันและจากกลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ (ผลกระทบ การสร้างสายสัมพันธ์).

2. ด้วยการก่อตัวของสารตั้งต้นและเอนไซม์ที่ซับซ้อน ทำให้สามารถตรึงสารตั้งต้นและการวางแนวที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแตกหักและการก่อตัวของพันธะเคมี (ผลกระทบ ปฐมนิเทศ).

3. การยึดเกาะของสารตั้งต้นนำไปสู่การกำจัดเปลือกไฮเดรชั่น (มีอยู่บนสารที่ละลายในน้ำ)

4. ผลของการเหนี่ยวนำให้เกิดการติดต่อกันระหว่างสารตั้งต้นและเอนไซม์

5. เสถียรภาพของสถานะการเปลี่ยนแปลง

6. กลุ่มเอนไซม์บางกลุ่มสามารถให้ได้ การเร่งปฏิกิริยากรดเบส(การถ่ายโอนโปรตอนในสารตั้งต้น) และ การเร่งปฏิกิริยานิวคลีโอฟิลิก(การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์กับสารตั้งต้น ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างที่มีปฏิกิริยามากกว่าสารตั้งต้น)

ตัวอย่างหนึ่งของการเร่งปฏิกิริยาของกรด-เบสคือการไฮโดรไลซิสของพันธะไกลโคซิดิกในโมเลกุลมูรินโดยไลโซไซม์ ไลโซไซม์เป็นเอนไซม์ที่มีอยู่ในเซลล์ของสัตว์และพืชต่างๆ: ในของเหลวน้ำตา, น้ำลาย, โปรตีนจากไก่, นม ไลโซไซม์จากไข่ไก่มีน้ำหนักโมเลกุล 14,600 ดา ประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์ 1 สาย (กรดอะมิโน 129 ตกค้าง) และมีสะพานไดซัลไฟด์ 4 สะพาน ซึ่งทำให้เอนไซม์มีความเสถียรสูง การวิเคราะห์โครงสร้างรังสีเอกซ์ของโมเลกุลไลโซไซม์แสดงให้เห็นว่าประกอบด้วยสองโดเมนที่ก่อให้เกิด "ช่องว่าง" ซึ่งเป็นที่ตั้งของศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ เฮกโซแซ็กคาไรด์จะจับกันตาม "ช่องว่าง" นี้ และเอนไซม์ก็มีที่ตั้งของตัวเองสำหรับจับวงแหวนน้ำตาลทั้งหกวงของมูริน (A, B, C, D, E และ F) (รูปที่ 6.4)

โมเลกุลของมูรินถูกกักอยู่ในบริเวณที่ทำงานของไลโซไซม์ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนและปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ ใกล้กับบริเวณที่เกิดไฮโดรไลซิสของพันธะไกลโคซิดิก มีกรดอะมิโน 2 ตัวตกค้างในศูนย์แอคทีฟ: กรดกลูตามิกซึ่งครองตำแหน่งที่ 35 ในโพลีเปปไทด์และกรดแอสปาร์ติกตำแหน่งที่ 52 ในโพลีเปปไทด์ (รูปที่ 6.5) .

โซ่ด้านข้างของสารตกค้างเหล่านี้ตั้งอยู่บนพื้นผิวตรงข้ามของ "แหว่ง" ใกล้กับพันธะไกลโคซิดิกที่ถูกโจมตี ที่ระยะห่างประมาณ 0.3 นาโนเมตร กลูตาเมตตกค้างอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีขั้วและไม่แตกตัวเป็นไอออน และแอสปาร์เตตตกค้างอยู่ในสภาพแวดล้อมขั้วโลก กลุ่มคาร์บอกซิลของมันถูกสลายโปรตอนและมีส่วนร่วมเป็นตัวรับไฮโดรเจนในเครือข่ายที่ซับซ้อนของพันธะไฮโดรเจน

กระบวนการไฮโดรไลซิสดำเนินการดังนี้ กลุ่มคาร์บอกซิลที่มีโปรตอนของ Glu-35 ตกค้างจะให้โปรตอนแก่อะตอมออกซิเจนไกลโคซิดิก ซึ่งนำไปสู่การแตกของพันธะระหว่างอะตอมออกซิเจนนี้กับอะตอม C 1 ของวงแหวนน้ำตาลที่อยู่ในจุด D (ระยะของการเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดทั่วไป ). เป็นผลให้เกิดผลิตภัณฑ์ขึ้นซึ่งรวมถึงวงแหวนน้ำตาลที่อยู่ในบริเวณ E และ F ซึ่งสามารถปล่อยออกจากคอมเพล็กซ์ด้วยเอนไซม์ได้ โครงสร้างของวงแหวนน้ำตาลที่อยู่ในบริเวณ D นั้นบิดเบี้ยว และกลายเป็นโครงสร้างเดิม เก้าอี้ครึ่งตัวโดยที่อะตอมห้าในหกอะตอมที่ก่อตัวเป็นวงแหวนน้ำตาลนั้นแทบจะอยู่ในระนาบเดียวกัน โครงสร้างนี้สอดคล้องกับโครงสร้างสถานะการเปลี่ยนแปลง ในกรณีนี้ อะตอม C 1 มีประจุบวกและผลิตภัณฑ์ขั้นกลางเรียกว่าคาร์บอนเนียมไอออน (คาร์โบเคชัน) พลังงานอิสระของสถานะการเปลี่ยนผ่านลดลงเนื่องจากความเสถียรของคาร์บอนเนียมไอออนโดยกลุ่มคาร์บอกซิลที่ถูก deprotonated ของ Asp-52 ตกค้าง (รูปที่ 6.5)

ในขั้นต่อไป โมเลกุลของน้ำจะเข้าสู่ปฏิกิริยาและแทนที่ไดแซ็กคาไรด์ที่ตกค้างซึ่งแพร่กระจายจากบริเวณของศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ โปรตอนของโมเลกุลของน้ำไปที่ Glu-35 และไฮดรอกซิลไอออน (OH -) ไปยังอะตอม C 1 ของไอออนคาร์บอนเนียม (ระยะของการเร่งปฏิกิริยาพื้นฐานทั่วไป) เป็นผลให้ชิ้นส่วนที่สองของโพลีแซ็กคาไรด์ที่แยกออกกลายเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (โครงสร้างของเก้าอี้) และออกจากบริเวณศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่และเอนไซม์จะกลับสู่สถานะดั้งเดิมและพร้อมที่จะทำปฏิกิริยาแตกแยกไดแซ็กคาไรด์ครั้งต่อไป (รูปที่ 6.5) .

คุณสมบัติของเอนไซม์

เมื่อพิจารณาคุณลักษณะของเอนไซม์ เราจะใช้แนวคิดเรื่อง "กิจกรรม" ก่อน กิจกรรมของเอนไซม์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปริมาณของเอนไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นจำนวนหนึ่งต่อหน่วยเวลา เพื่อแสดงกิจกรรมของการเตรียมเอนไซม์ มีการใช้หน่วยทางเลือกสองหน่วย: international (E) และ "catal" (kat) หน่วยสากลของกิจกรรมของเอนไซม์ถือเป็นปริมาณของเอนไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนซับสเตรต 1 µmol ไปเป็นผลิตภัณฑ์ภายใน 1 นาทีภายใต้สภาวะมาตรฐาน (โดยปกติจะเหมาะสมที่สุด) 1 คาทัลหมายถึงปริมาณของเอนไซม์ที่กระตุ้นการเปลี่ยนซับสเตรต 1 โมลใน 1 วินาที 1 แมว=6*10 7 จ.

การเตรียมเอนไซม์มักมีลักษณะเฉพาะตามกิจกรรมเฉพาะซึ่งสะท้อนถึงระดับการทำให้เอนไซม์บริสุทธิ์ กิจกรรมเฉพาะคือจำนวนหน่วยของกิจกรรมของเอนไซม์ต่อโปรตีน 1 มิลลิกรัม

กิจกรรมของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับสภาวะภายนอกเป็นส่วนใหญ่ โดยอุณหภูมิและ pH ของสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญอย่างยิ่ง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในช่วง 0-50° C มักจะทำให้กิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มขึ้นอย่างราบรื่น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเร่งการก่อตัวของสารตั้งต้น-เอนไซม์ที่ซับซ้อน และเหตุการณ์ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตามมาทั้งหมด อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีกมักจะมาพร้อมกับปริมาณของเอนไซม์ที่ไม่ทำงานเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเสื่อมสภาพของส่วนโปรตีน ซึ่งแสดงออกในกิจกรรมที่ลดลง เอนไซม์แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะ อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด- ค่าอุณหภูมิที่บันทึกกิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุด บ่อยครั้งสำหรับเอนไซม์ที่มาจากพืชอุณหภูมิที่เหมาะสมจะอยู่ที่ 50-60 ° C และสำหรับเอนไซม์จากสัตว์ - ระหว่าง 40 ถึง 50 ° C เอนไซม์ของแบคทีเรียเทอร์โมฟิลิกนั้นมีอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สูงมาก

การพึ่งพากิจกรรมของเอนไซม์กับค่า pH ของสิ่งแวดล้อมก็ซับซ้อนเช่นกัน เอนไซม์แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะ ค่า pH ที่เหมาะสมสภาพแวดล้อมที่มีการจัดแสดงกิจกรรมสูงสุด เมื่อคุณเคลื่อนออกจากจุดที่เหมาะสมไปในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่ง กิจกรรมของเอนไซม์จะลดลง สิ่งนี้อธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงสถานะของศูนย์กลางแอคทีฟของเอนไซม์ (การลดลงหรือเพิ่มขึ้นของการไอออไนซ์ของกลุ่มฟังก์ชัน) รวมถึงโครงสร้างตติยภูมิของโมเลกุลโปรตีนทั้งหมดซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของประจุบวกและประจุลบ มีศูนย์กลางอยู่ในนั้น เอนไซม์ส่วนใหญ่มีค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดในช่วงที่เป็นกลาง อย่างไรก็ตาม มีเอนไซม์บางตัวที่แสดงฤทธิ์สูงสุดที่ pH 1.5 (เปปซิน) หรือ 9.5 (อาร์จิเนส)

กิจกรรมของเอนไซม์อาจมีความผันผวนอย่างมากขึ้นอยู่กับการสัมผัส สารยับยั้ง(สารที่ลดฤทธิ์) และ ตัวกระตุ้น(สารที่เพิ่มฤทธิ์) บทบาทของสารยับยั้งและตัวกระตุ้นสามารถเล่นได้โดยแคตไอออนของโลหะ, แอนไอออนบางตัว, พาหะของกลุ่มฟอสเฟต, ลดสิ่งที่เทียบเท่า, โปรตีนเฉพาะ, ผลิตภัณฑ์ระดับกลางและขั้นสุดท้ายของการเผาผลาญ ฯลฯ สารเหล่านี้สามารถเข้าสู่เซลล์จากภายนอกหรือผลิตภายในเซลล์ได้ . ในกรณีหลังนี้พวกเขาพูดถึงการควบคุมการทำงานของเอนไซม์ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการควบคุมการเผาผลาญทั่วไป

สารที่ส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์สามารถจับกับศูนย์กลางที่ทำงานและอัลโลสเตอริกของเอนไซม์ได้ เช่นเดียวกับภายนอกศูนย์กลางเหล่านี้ ตัวอย่างเฉพาะของปรากฏการณ์ดังกล่าวจะกล่าวถึงในบทที่ 7-19 เพื่อสรุปรูปแบบการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์โดยทั่วไป ควรสังเกตว่าปรากฏการณ์เหล่านี้ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท - ย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้ ในระหว่าง การยับยั้งแบบย้อนกลับไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ กับโมเลกุลของเอนไซม์หลังจากที่แยกตัวออกจากตัวยับยั้ง ตัวอย่างคือการกระทำ อะนาล็อกของสารตั้งต้นซึ่งสามารถจับกับบริเวณที่ทำงานของเอนไซม์ ทำให้เอนไซม์ไม่สามารถทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นที่แท้จริงได้ อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของสารตั้งต้นทำให้เกิด "การแทนที่" ของสารยับยั้งจากตำแหน่งออกฤทธิ์ และอัตราของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยากลับคืนมา ( การยับยั้งการแข่งขัน- อีกกรณีหนึ่งของการยับยั้งแบบพลิกกลับได้คือการจับตัวของสารยับยั้งกับกลุ่มเทียมของเอนไซม์หรือ อะโพเอ็นไซม์นอกศูนย์ที่ใช้งานอยู่ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาของเอนไซม์กับไอออนของโลหะหนักที่เกาะติดกับหมู่ซัลไฮดริลของกรดอะมิโนที่ตกค้างของเอนไซม์ ปฏิกิริยาระหว่างโปรตีน-โปรตีน หรือการดัดแปลงโควาเลนต์ของเอนไซม์ การยับยั้งกิจกรรมนี้เรียกว่า ปราศจากการแข่งขัน.

การยับยั้งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในกรณีส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงที่เรียกว่า “ สารตั้งต้นฆ่าตัวตาย» มีบริเวณออกฤทธิ์ของเอนไซม์ ในกรณีนี้ พันธะโควาเลนต์จะเกิดขึ้นระหว่างสารตั้งต้นและเอนไซม์ ซึ่งจะสลายตัวช้ามาก และเอนไซม์ไม่สามารถทำหน้าที่ได้เป็นเวลานาน ตัวอย่างของ “สารตั้งต้นที่ฆ่าตัวตาย” คือยาปฏิชีวนะเพนิซิลิน (บทที่ 18, รูปที่ 18.1)

เนื่องจากเอนไซม์มีลักษณะจำเพาะของการออกฤทธิ์ จึงจัดประเภทตามประเภทของปฏิกิริยาที่กระตุ้น ตามการจำแนกประเภทที่ยอมรับในปัจจุบัน เอนไซม์แบ่งออกเป็น 6 คลาส:

1. Oxidoreductases (ปฏิกิริยารีดอกซ์)

2. Transferases (ปฏิกิริยาของการถ่ายโอนกลุ่มการทำงานระหว่างวัสดุพิมพ์)

3. ไฮโดรเลส (ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสตัวรับของกลุ่มที่ถูกถ่ายโอนคือโมเลกุลของน้ำ)

4. ไลเอส (ปฏิกิริยาของการกำจัดกลุ่มในลักษณะที่ไม่ไฮโดรไลติก)

5. ไอโซเมอเรส (ปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชัน)

6. Ligases หรือ synthetases (ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เนื่องจากพลังงานของความแตกแยกของนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตซึ่งส่วนใหญ่มักเป็น ATP)

จำนวนคลาสเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องได้รับการแก้ไขในการกำหนดหมายเลขรหัส (รหัส) รหัสเอนไซม์ประกอบด้วยตัวเลขสี่ตัวคั่นด้วยจุด ซึ่งระบุคลาสของเอนไซม์ คลาสย่อย คลาสย่อย และหมายเลขซีเรียลในคลาสย่อย