انزایمي کاټالیز
انزایمي کاټالیز د یوه بیولوژیکي مالیکول، یو «انزایم» په واسطه د یوې پروسې د سرعت زیاتوالی دی. ډېری انزایمونه پروټین دي او ډېری دا پروسې کیمیاوي غبرګونونه دي. د انزایم د ننه، په عمومي توګه کاټالیز په یوه موضعي ځای کې چې د فعال سایټ په نوم یادېږي، ترسره کېږي.
ډېری انزایمونه په عمده ډول له پروټینونو څخه، یا یو منفرد پروټیني ځنځير یا په یوه ملټي سبیونټ کمپلکس کې ګڼ شمېر ځنځیرونو څخه جوړېږي. انزایمونه ډېری د غیر پروټیني اجزاوو لکه فلزي ایونونه یا په کوفکټور باندې نامتو (لکه اډنوزین ټرای فاسفېټ) تخصصي عضوي مالیکولونو، لرونکي دي. ډېری کوفکټورونه ویټامین دي او د ویټامین په توګه د هغوی رول په مستقیم ډول په میټابولیزم کې د بیولوژیکي پروسې کاټالیز پورې تړلی دی. په حجرو کې د بایوکیمیاوي غبرګونونو کاټالیز حیاتي دی ځکه چې له میټابولیکي نظره اړین ډېری غبرګونونه د غیر کاټالیز کېدو په وخت کې ډېر ورو سرعت لري. د پروټین تکامل یو چلوونکی، د داسې کاټالیزي فعالیتونو اصلاح کول دي، که څه هم یوازې ترټولو حیاتي انزایمونه نږدې کاټالیزي اغېزمنتیا محدودیتونه چلوي، او ډېری انزایمونه له اصلاح څخه لرې دي. په انزایمي کاټالیز کې مهم عوامل عبارت دي له د القلي او اسیډ عمومي کاټالیز، مداري هدایت، انټروپیک محدودیت، د سمت نېولو اغېزې (یانې د قفل او کیلي کاټالیز)، او همدارنګه د پروټین متحرکاتو په شمول حرکتي اغېزې.[۱]
د انزایمي کاټالیز میکانیزمونه توپیر لري، خو په اصل کې ټول نورو کیمیاوي کاټالیزونو ته ورته دي، ځکه مهم فکټور د انرژۍ خنډ کمېدل دي چې چې غبرګون کوونکي یا بسترونه له محصولاتو څخه جلا کوي. د فعال کولو انرژۍ (Ea) کمېدل د غبرګون کوونکو مالیکولونو کسر زیاتوي چې کولی شي پر دې خنډ غالب شي او محصول رامنځته کړي. یو مهم اصل دا دی، له هغه ځایه چې انزایمونه یوازې د غبرګون کوونکو او محصولاتو ترمنځ د انرژۍ خنډونه کموي، هغوی تل غبرګونونه په دواړو خواوو کې کاټالیز کوي او نشي کولی غبرګونونه په مخه هدایت کړي یا د موقعیت پر تعادل اغیزه وکړي – یوازې سرعت لوړولی شي کوم چې دوی ترلاسه کوي. د نورو کاټالیز کوونکو په څېر، انزایم په غبرګون کې نه مصرفېږي او بدلون نه مومي (لکه څنګه چې یو سبسټرېټ دی) بلکې بیا سایکل کېږي ځکه یو منفرد انزایم کولی شي څو دورې کاټالیز کړي.
انزایمونه اکثراً خورا مشخص دي او یوازې په ځانګړو سبسټرېټونو عمل کوي. ځېنې انزایمونه بالکل مشخص دي په دې معنا چې هغوی یوازې پر یوه سبسټرېټ عمل کوي، په داسې حال کې چې ځینې نورې ډلهییزې ځانګړتیاوې څرګندوي او کولی شي پر نورو ورته کیمیاوي ډلو لکه په بېلابېلو مالیکولونو کې په پپټایډي اړیکو عمل وکړي. ډېری انزایمونه د سټېریوکیمیاوي ځانګړتیا لرونکي دي او د یو سټېریوایزومېر پر سر عمل کوي خو په بل یې اغېز نه پرېږدي.[۲]
القایي تناسب
سمولد انزایم – سبسټرېټ غبرګون لپاره کلاسیک موډل د القایي تناسب موډل دی. دا موډل سپارښتنه کوي چې د انزایم او سبسټرېټ ترمنځ لومړنی غبرګون نسبتاً کمزوری دی، خو دا کمزوري غبرګونونه په چټکۍ سره په انزایم کې د جوړښتي بدلونونو رامنځته کېدو لامل کېږي چې نښلېدل پیاوړي کوي.[۳]
د القایي تناسب میکانیزم ګټې ځکه ډېرې دي چې د انزایم پیاوړي نښلېدل ثابت ساتي. د سبسټرېټ نښلېدو لپاره دوه بېلابېل میکانیزمونه شتون لري: یونیفورم نښلېدل، چې د سبسټرېټ پیاوړي نښلېدنه لري او توپیري نښلېدل چې د لېږد حالت پیاوړي نښلېدل لري. د یونیفورم نښلېدنې د ثبات اغیز د سبسټرېټ او لېږد حالت دواړو نښلېدو تمایل زیاتوي، په داسې حال کې چې توپیري نښلېدنه یوازې د لېږد حالت نښلېدو تمایل زیاتوي. دواړه د انزایمونو لخوا کارول کېږي او په تکاملي ډول په غبرګون کې د فعال سازۍ انرژۍ ترټولو کمې درجې ته رسولو لپاره ټاکل شوي دي. هغه انزایمونه چې اشباع شوي دي، یعنې د سبسټرېټ نښلېدو لپاره لوړ تمایل لري، هغوی توپیري نښلېدنې ته اړتیا لري، په داسې حال کې چې د کوچني سبسټرېټ آزاد انزایمونه کېدای شي له توپیري یا یونیفورم نښلېدنې څخه کار واخلي.[۴]
دا اغیزې د دې لامل شوي چې ډېری پروټینونه د فعال سازۍ انرژۍ کمېدو لپاره د توپیري نښلېدنې له میکانیزم څخه ګټه واخلي، له همدې کبله ډېری سبسټرېټان کله چې د لېږد په حالت کې وي د انزایمونو لپاره لوړ تمایل لري. توپیري نښلېدنه د القایي تناسب میکانیزم له لورې ترسره کېږي – سبسټرېټ لومړی په ضعیفه توګه نښلول کېږي، وروسته انزایم ترکیب ته بدلون ورکوي او تمایل د لېږد حالت ته بدلوي او هغه ثابتوي، له همدې کبله هغه ته د رسېدو لپاره د فعال کېدو انرژي کمېږي.
په هرحال، د دې ټکي روښانه کول اړین دي چې د القایي تناسب مفهوم د کاټالیز منطقي کولو لپاره نشو کارولی. یعنې کیمیاوي کاټالیز د Ea‡ (کله چې سیسټم له مخکې څخه ES‡ دی) په اوبو کې د نه کاټالیز شوي (پرته له انزایمه) Ea‡ په نسبت تعریفېږي. القایي تناسب یوازې څرګندوي چې د انزایم په تړل شوې بڼه کې خنډ کم وي، خو د خنډ د کمېدو دلیل موږ ته نه وایي.
القایي تناسب کېدای شي د جوړښتي تصحیح میکانیزم له لارې د سیالۍ او نویز په شتون کې د مالیکولي پېژندنې وفاداري لپاره ګټور وي.[۵]
د یوه بدیل غبرګون مسیر میکانیزمونه
سمولدا جوړښتي بدلونونه همدارنګه په فعاله سایټ کې کاټالیزي پاتې شوني په سبسټرېټ کې کیمیاوي اړیکو ته نږدې کوي چې په غبرګون کې به بدلون ومومي. د نښلېدو وروسته، د کاټالیز یو یا څو میکانیزمونه، د غبرګون لپاره د بدیل کیمیاوي مسیر وړاندې کولو لپاره، د غبرګون د انتقال حالت انرژي راکموي. «د خنډ پر سر» د کاټالیز شپږ ممکنه میکانیزمونه او همدارنګه «د خنډ له لارې» یو میکانیزم شتون لري:
نږدېوالی او جهت
سمولد انزایم – سبسټرېټ غبرګونونه غبرګون کوونکو کیمیاوي ډلو ته سمون ورکوي او هغوی په غوره هندسه کې یوبل ته نږدې ساتي، کوم کار چې د غبرګون سرعت زیاتوي. دا د غبرګون کوونکو انټروپي راکموي او له همدې کبله اضافي غبرګونونه یا انتقال لږ نامطلوب کوي، ځکه کله چې دوه غبرګون کوونکي یوه واحد محصول باندې بدلېږي، ټولیزه انټروپي راکمېږي. په هرحال، دا یو عمومي اغیز دی او په غیراضافي یا انتقالي غبرګونونو کې لیدل کېږي چې د ریجنټانو «اغیزمن غلظت» ډېرېدو له امله رامنځته کېږي. دا هغه وخت درک کېږي کله چې وګورو څنګه د غلظت زیاتوالی د غبرګون د سرعت زیاتوالي لامل کېږي: په اصل کې کله چې غبرګون کوونکي ډېر غلیظ وي، ډېر زیات له یوبل سره ټکر کوي او له همدې کبله لا ډېر غبرګون ښکاروي. په انزایمي کاټالیز کې، انزایم ته د ریجنټ نښلېدل، د غبرګون کوونکو جوړښتي فضا محدودوي او هغوی په «مناسب جهت» کې یوبل ته نږدې ساتي، داسې چې هغوی له صحیح هندسې سره لا ډېر یوبل سره ټکر کوي ترڅو مطلوب غبرګون ته اسانتیا وروبښي. «اغیزمن غلظت» هغه غلظت دی چې باید غبرګون کوونکی په محلول کې آزاد وي ترڅو د ټکر هماغه فریکانس تجربه کړي. اکثراً داسې نظري اغیزمن غلظتونه غیرفزیکي دي او په حقیقت کې یې درک کول ناممکن دي – کوم څه چې د ډېری انزایمونو لوی کاټالیزي قدرت لپاره یو وصیت دی، د نه کاټالیز شوي حالت په نسبت چې په سرعت کې خورا زیاتوالی راولي.[۶][۷][۸][۹][۱۰]
سرچينې
سمول- ↑ Kamerlin SC, Warshel A (May 2010). "At the dawn of the 21st century: Is dynamics the missing link for understanding enzyme catalysis?". Proteins. 78 (6): 1339–1375. doi:10.1002/prot.22654. PMC 2841229. PMID 20099310.
- ↑ Laidler KJ (1978). Physical Chemistry with Biological Applications. Benjamin/Cummings. p. 427. ISBN 978-0-8053-5680-9.
- ↑ Koshland DE (February 1958). "Application of a Theory of Enzyme Specificity to Protein Synthesis". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 44 (2): 98–104. Bibcode:1958PNAS...44...98K. doi:10.1073/pnas.44.2.98. PMC 335371. PMID 16590179.کينډۍ:Open access
- ↑ Anslyn EV, Dougherty DA (2006). Modern Physical Organic Chemistry. University Science Books. ISBN 978-1-891389-31-3.
- ↑ Anslyn EV, Dougherty DA (2006). Modern Physical Organic Chemistry. University Science Books. ISBN 978-1-891389-31-3.
- ↑ Stanton RV, Peräkylä M, Bakowies D, Kollman PA (1998). "Combined ab initio and Free Energy Calculations To Study Reactions in Enzymes and Solution: Amide Hydrolysis in Trypsin and Aqueous Solution". J. Am. Chem. Soc. 120 (14): 3448–3457. doi:10.1021/ja972723x.
- ↑ Kuhn B, Kollman PA (2000). "QM-FE and Molecular Dynamics Calculations on Catechol O-Methyltransferase: Free Energy of Activation in the Enzyme and in Aqueous Solution and Regioselectivity of the Enzyme-Catalyzed Reaction". J. Am. Chem. Soc. 122 (11): 2586–2596. doi:10.1021/ja992218v.
- ↑ Bruice TC, Lightstone FC (1999). "Ground State and Transition State Contributions to the Rates of Intramolecular and Enzymatic Reactions". Acc. Chem. Res. 32 (2): 127–136. doi:10.1021/ar960131y.
- ↑ Page MI, Jencks WP (August 1971). "Entropic contributions to rate accelerations in enzymic and intramolecular reactions and the chelate effect". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 68 (8): 1678–1683. Bibcode:1971PNAS...68.1678P. doi:10.1073/pnas.68.8.1678. PMC 389269. PMID 5288752.
- ↑ Warshel A, Parson WW (November 2001). "Dynamics of biochemical and biophysical reactions: insight from computer simulations". Quarterly Reviews of Biophysics. 34 (4): 563–679. doi:10.1017/s0033583501003730. PMID 11852595. S2CID 28961992.