ACTIVITATEA ENZIMELOR: UNITATE, MĂSURĂTOARE, REGLARE ȘI FACTORI - CHIMIE - 2025

Activitatea enzimatică este o modalitate de a exprima cantitatea de enzimă prezentă la un moment dat. Indică cantitatea de substrat transformată în produs, prin acțiunea catalitică a enzimei pe unitatea de timp.

Este influențată de condițiile în care are loc reacția enzimatică, motiv pentru care se referă de obicei la temperatura la care este măsurată. Dar ce sunt enzimele? Sunt catalizatori biologici, capabili să accelereze viteza unei reacții fără a suferi o schimbare ireversibilă în timpul procesului catalizat.

Ananas sau ananas, fructe care conține enzimă bromelină și, prin urmare, prezintă activitate enzimatică ridicată Sursa: H. Zell

Enzimele, în general, sunt proteine ​​cu excepția ribozomilor, moleculelor de ARN cu activitate enzimatică.

Enzimele cresc viteza reacției prin reducerea barierei energetice (energia de activare); care trebuie expirat pentru a ajunge la starea de tranziție și astfel are loc reacția.

Moleculele de substrat care ajung la starea de tranziție suferă modificări structurale, ceea ce le determină să dea naștere la moleculele produsului. Pe baza funcțiilor pe care le îndeplinesc, enzimele sunt clasificate în șase grupe mari: oxidreductaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze și ligaze.

Enzimele bromelina și papaina, de exemplu, sunt enzime proteolitice (hidrolaze) care se găsesc în ananas sau ananas, respectiv papaya sau papaia.

Se știe că atât ananasul, cât și papaia facilitează procesul digestiv, deoarece prin acțiunile enzimelor proteolitice pe care le conțin, ajută la digerarea proteinelor din, adică din carne și cereale.

Unitate de activitate enzimatică

Unitatea enzimatică (UI) este cantitatea de enzimă care catalizează transformarea a 1 pmol de substrat într-un minut.

Ulterior, Sistemul Internațional de Unități (SI) a definit unitatea de activitate enzimatică ca cantitatea de enzimă care transformă 1 mol de substrat în produs pe secundă. Această unitate a primit numele de katal (kat).

1 mol = 10 ⁶ um și 1 minut = 60 secunde.

Prin urmare, 1 katal este egal cu 60 · 10 ⁶ UI. Deoarece katal este o unitate mare, se folosesc adesea unități mai mici, precum: microkatal (µkat), 10 ^-6 katal și nanokatal (πkat), 10 ^-9 katal.

Activitate specifică

Este numărul de unități de activitate enzimatică împărțite la miligrame de proteine ​​din eșantionul testat. Activitatea specifică este direct legată de gradul de purificare a enzimei.

Cum se măsoară activitatea enzimelor?

Există mai multe metode pentru determinarea activității unei enzime. Alegerea unei anumite metode va depinde de obiectivul testului enzimatic; aplicabilitatea metodei; acces la echipamentele necesare desfășurării experimentului; costul utilizării unei anumite metode etc.

Există metode spectrofotometrice, fluorometrice, chemiluminiscente, calorimetrice, radiometrice și cromatografice.

Metodele spectrofotometrice pot fi colorimetrice și citite în regiunea ultravioletă (UV) a radiațiilor electromagnetice.

-Metoda colimetrică

Se bazează pe generarea unui cromofor prin acțiune enzimatică. Activitatea enzimatică poate fi urmată continuu sau discontinuu.

Forma continuă

În formă continuă, reactivii sunt plasați într-o cuvă în spectrofotometru la lungimea de undă dorită, ceea ce corespunde cu cel la care cromoforul are valoarea maximă a densității optice; și că, în plus, nu există nicio interferență cu o altă substanță care poate fi generată.

Reacția enzimatică este inițiată prin adăugarea probei care conține enzimă, a cărei activitate urmează să fie determinată. Simultan este pornit cronometrul și, din când în când, se notează valoarea densității optice.

Deoarece se cunoaște echivalența densității optice cu alunitele de substrat sau produsul acțiunii enzimatice, în funcție de tehnica folosită, se pot calcula alunițele substratului consumat sau alunele produse.

Mai mult, deoarece timpul scurs al reacției enzimatice a fost măsurat, alunițele consumate sau produse pe secundă pot fi obținute. Astfel, activitatea enzimatică este stabilită în unități katal.

Formă discontinuă

În forma lotului pentru a determina activitatea enzimatică, epruvele cu componentele reacției, cu excepția probei care conține enzimă sau a unei alte componente, sunt plasate într-o baie la 37 ° C. Reacția este apoi începută cu adăugarea componentei lipsă.

Timpul indicat de tehnică este lăsat să apară și reacția este încheiată prin adăugarea unui compus care oprește reacția. Densitatea optică este citită în acel moment și, în sfârșit, se procedează la fel ca în mod continuu pentru a determina activitatea enzimatică.

-Metodul citirilor în lumina ultravioletă

Nicotinamidadinucleotida de coenzimă, de exemplu, are două forme: NADH (redusă) și NAD ⁺ (oxidată). De asemenea, coenzima nicotinamityinucleotidefosfat are două forme NADPH și NADP ⁺ , reduse și respectiv oxidate.

Atât formele reduse cât și cele oxidate ale coenzimei sunt citite la o lungime de 260 nm de lumina ultravioletă; între timp, numai formele reduse sunt citite la o lungime de 340 nm de lumina ultravioletă.

Prin urmare, atât în ​​reacțiile de oxidare sau de reducere la care participă coenzimele numite, acestea sunt citite la 340 nm.

Determinarea activității enzimatice, în esență, este aceeași cu cea urmată în forma continuă a metodei colorimetrice; cu excepția faptului că densitatea optică la 340 nm este citită pentru a observa generarea de NADH sau NADPH sau pentru a măsura consumul acestor coenzime.

Aceasta va depinde dacă reacția măsurată este oxidarea sau reducerea. Prin corespondența dintre densitatea optică și alunitele NADH și NADPH, după caz, activitatea enzimatică poate fi calculată prin împărțirea alunitelor coenzimei la timpul scurs în câteva secunde.

Reglarea activității enzimelor

Control la nivel de substrat sau produs

Pe măsură ce concentrația substratului crește, activitatea enzimelor crește. Dar la o anumită concentrație a substratului, situsul activ sau siturile active ale enzimei sunt saturate, astfel încât activitatea enzimei devine constantă.

Cu toate acestea, produsul acțiunii enzimatice poate interacționa și cu situsurile active ale enzimei, producând o inhibare a activității enzimatice.

Produsul poate acționa ca un inhibitor competitiv; de exemplu, enzima hexokinază poate fi menționată. Această enzimă produce fosforilarea glucozei dând naștere la glucoză-6-fosfat, un compus care, atunci când este acumulat, inhibă hexokinaza.

Controlul feedback-ului

Se poate întâmpla ca un grup de enzime (A, B, C, D, E și F) să acționeze secvențial într-o cale metabolică. Enzima B folosește produsul Enzimei A ca substrat, etc.

Celula, în funcție de cerințele metabolice ale acesteia, poate activa sau inhiba secvențele activităților enzimatice. De exemplu, acumularea de enzimă F produs poate acționa prin inhibarea enzimei A sau a oricărei alte enzime din secvență.

Enzime alosterice

O enzimă poate fi alcătuită din mai multe subunități, fiecare cu siturile sale active. Dar aceste subunități nu acționează independent, astfel încât activitatea uneia dintre subunități poate activa sau inhiba acțiunea restului.

Deși hemoglobina nu este considerată o enzimă, este un model magnific pentru fenomenul alosterismului. Hemoglobina este formată din patru lanțuri proteice, două lanțuri α și două lanțuri β, fiecare dintre ele atașate la o grupare heme.

Între subunități pot apărea două fenomene: homoalosterismul și heteroalosterismul.

Homoalosterism

Legarea substratului la una dintre subunități crește afinitatea celorlalte subunități pentru substrat, crescând la rândul său activitatea enzimatică a fiecăreia dintre subunitățile rămase.

De asemenea, inhibarea activității enzimatice într-una din subunități produce același efect în rest.

În cazul hemoglobinei, legarea oxigenului la o grupare heme a unuia dintre lanțurile proteice va determina o creștere a avidității pentru oxigenul din lanțurile rămase.

De asemenea, eliberarea de oxigen dintr-o grupare heme determină eliberarea de oxigen din grupele rămase ale lanțurilor proteice.

Heterolosterism

Legarea unei substanțe activatoare sau inhibatoare, alta decât substratul, la una dintre subunități va determina o activare sau inhibare a activității enzimatice din celelalte subunități.

În cazul hemoglobinei, legarea la grupa heme a H ⁺ , CO ₂ și 2,3-difosfoglicerului la una dintre subunități, scade afinitatea grupului hemo pentru oxigen, determinând eliberarea acestuia. Această eliberare de oxigen este produsă și în celelalte lanțuri ale hemoglobinei.

Factorii care influențează activitatea enzimelor

-Concentrarea substratului

Pe măsură ce concentrația substratului crește, activitatea enzimelor crește și ea. Acest lucru se datorează accesului crescut al moleculelor substratului la situsurile active ale enzimei.

Dar, pentru o concentrație dată a substratului, toate situsurile active ale enzimei sunt saturate cu acesta, ceea ce face ca activitatea enzimatică să nu crească chiar dacă concentrația substratului este crescută.

-pH din reacția enzimatică

Enzimele au un pH optim la care afinitatea enzimei pentru substrat este cea mai mare. La acest pH se atinge valoarea maximă a activității enzimatice.

Excesul de aciditate sau de bază al mediului poate provoca o denaturare a enzimei, reducând în consecință activitatea acesteia.

Profilul pH-ului activității enzimelor este variat. Astfel, de exemplu, pepsina are o activitate maximă între 1-2 unități de pH; trypsina are un pH optim de 8; iar papaina are o activitate constantă între un interval de pH între 4 și 8.

-Temperatura reacției enzimatice

Activitatea enzimelor crește pe măsură ce temperatura crește. În general, activitatea enzimatică se dublează pentru fiecare 10 grade de creștere, până la atingerea temperaturii optime pentru activitatea enzimelor.

Cu toate acestea, atunci când temperatura este optimă depășită, activitatea enzimelor tinde să scadă pe măsură ce temperatura reacției crește. Acest lucru se datorează faptului că proteinele și, prin urmare, enzimele, suferă denaturare din cauza creșterii excesive a temperaturii.

-Concentrația ionică a reacției

În general, enzimele au o activitate optimă într-un interval de concentrație, între 0 și 500 mmol / L. Cu toate acestea, pentru concentrații mai mari, activitatea enzimelor tinde să scadă.

În aceste condiții, anumite interacțiuni ionice în enzime, necesare activității lor maxime, sunt blocate.

Referințe

1. Segel, IH (1975). Calcule biochimice ( Ediția a ^doua ). John Wiley & Sons, INC
2. Lehninger, AL (1975). Biochimie. ( Ediția a ^doua ). Worth Publishers, inc.
3. Mathews, CK, van Holde, KE și Ahern, KG (2002). Biochimie. ( Ediția 3 ^ra ). Pearson Addison Weshley.
4. Wikipedia. (2019). Test enzimatic. Recuperat de la: en.wikipedia.org
5. González Juan Manuel. (Sf). Enzimă cinetică. Curs de biomolecule. Recuperat din: ehu.eus