ENZYMAKTIVITÄT: EINHEIT, MESSUNG, REGULATION UND FAKTOREN - CHEMIE - 2025

Die enzymatische Aktivität ist ein Weg, um die zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandene Enzymmenge auszudrücken. Gibt die Menge an Substrat an, die durch die katalytische Wirkung des Enzyms pro Zeiteinheit in ein Produkt umgewandelt wurde.

Es wird durch die Bedingungen beeinflusst, unter denen die enzymatische Reaktion stattfindet, weshalb es sich normalerweise auf die Temperatur bezieht, bei der es gemessen wird. Aber was sind Enzyme? Sie sind biologische Katalysatoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen können, ohne während des katalysierten Prozesses eine irreversible Änderung zu erfahren.

Ananas oder Ananas, eine Frucht, die das Enzym Bromelain enthält und daher eine hohe enzymatische Aktivität aufweist Quelle: H. Zell

Enzyme sind im Allgemeinen Proteine ​​mit Ausnahme von Ribosomen, RNA-Molekülen mit enzymatischer Aktivität.

Enzyme erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit durch Verringerung der Energiebarriere (Aktivierungsenergie); das muss abgelaufen sein, um den Übergangszustand zu erreichen und somit tritt die Reaktion auf.

Die Substratmoleküle, die den Übergangszustand erreichen, unterliegen strukturellen Veränderungen, die dazu führen, dass die Produktmoleküle entstehen. Basierend auf den Funktionen, die sie erfüllen, werden Enzyme in sechs große Gruppen eingeteilt: Oxyreduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Isomerasen und Ligasen.

Die Enzyme Bromelain und Papain sind beispielsweise proteolytische Enzyme (Hydrolasen), die in Ananas oder Ananas bzw. Papaya oder Papaya vorkommen.

Es ist bekannt, dass sowohl Ananas als auch Papaya den Verdauungsprozess erleichtern, da sie durch die Wirkung der in ihnen enthaltenen proteolytischen Enzyme die Verdauung der Proteine ​​aus Fleisch und Getreide unterstützen.

Einheit der Enzymaktivität

Die Enzymeinheit (IE) ist die Enzymmenge, die die Umwandlung von 1 umol Substrat in einer Minute katalysiert.

Anschließend definierte das Internationale Einheitensystem (SI) die Einheit der Enzymaktivität als die Enzymmenge, die 1 Mol Substrat pro Sekunde in Produkt umwandelt. Diese Einheit erhielt den Namen katal (kat).

1 Mol = 10 ⁶ umol und 1 Minute = 60 Sekunden.

Daher entspricht 1 katal 60 · 10 ⁶ IE. Da das Katal eine große Einheit ist, werden häufig kleinere Einheiten verwendet, wie z. B.: Das Mikrokatal (µkat), 10 ^-6 katal und das Nanokatal (πkat), 10 ^-9 katal.

Spezielle Aktivität

Dies ist die Anzahl der Einheiten der Enzymaktivität geteilt durch die Milligramm Protein in der zu testenden Probe. Die spezifische Aktivität steht in direktem Zusammenhang mit dem Reinigungsgrad des Enzyms.

Wie wird die Enzymaktivität gemessen?

Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung der Aktivität eines Enzyms. Die Wahl einer bestimmten Methode hängt vom Ziel des Enzymtests ab. die Anwendbarkeit der Methode; Zugang zu den zur Durchführung des Experiments erforderlichen Geräten; die Kosten für die Verwendung einer bestimmten Methode usw.

Es gibt spektrophotometrische, fluorometrische, Chemilumineszenz-, kalorimetrische, radiometrische und chromatographische Methoden.

Spektralphotometrische Methoden können kolorimetrisch sein und im ultravioletten (UV) Bereich elektromagnetischer Strahlung abgelesen werden.

-Kolorimetrische Methode

Es basiert auf der Erzeugung eines Chromophors durch enzymatische Wirkung. Die Enzymaktivität kann kontinuierlich oder diskontinuierlich verfolgt werden.

Kontinuierliche Form

In der kontinuierlichen Form werden die Reagenzien in einer Küvette im Spektrophotometer bei der gewünschten Wellenlänge platziert, die derjenigen entspricht, bei der das Chromophor seinen maximalen optischen Dichtewert hat; und dass zusätzlich keine Störung mit einer anderen Substanz vorliegt, die erzeugt werden kann.

Die enzymatische Reaktion wird durch Zugabe der das Enzym enthaltenden Probe ausgelöst, deren Aktivität bestimmt werden soll. Gleichzeitig wird die Stoppuhr gestartet und von Zeit zu Zeit wird der Wert der optischen Dichte notiert.

Da die Äquivalenz der optischen Dichte mit den Mol Substrat oder dem Produkt der enzymatischen Wirkung bekannt ist, können abhängig von der verwendeten Technik die Mol des verbrauchten Substrats oder die produzierten Mol berechnet werden.

Da außerdem die verstrichene Zeit der enzymatischen Reaktion gemessen wurde, können die pro Sekunde verbrauchten oder produzierten Mol erhalten werden. Somit wird die enzymatische Aktivität in katalen Einheiten festgelegt.

Diskontinuierliche Form

In der Chargenform zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität werden die Reagenzgläser mit den Reaktionskomponenten mit Ausnahme der Probe, die das Enzym oder eine andere Komponente enthält, in ein Bad bei 37 ° C gestellt. Die Reaktion wird dann mit der Zugabe der fehlenden Komponente gestartet.

Die durch die Technik angegebene Zeit darf auftreten, und die Reaktion wird durch Zugabe einer Verbindung beendet, die die Reaktion stoppt. Die optische Dichte wird zu diesem Zeitpunkt abgelesen und verläuft schließlich auf die gleiche Weise wie auf kontinuierliche Weise, um die enzymatische Aktivität zu bestimmen.

-Methode der Ablesungen in ultraviolettem Licht

Das Coenzym Nicotinamidadinukleotid hat beispielsweise zwei Formen: NADH (reduziert) und NAD ⁺ (oxidiert). Ebenso hat das Coenzym Nicotinamityinukleotidphosphat zwei Formen, NADPH und NADP ⁺ , reduziert bzw. oxidiert.

Sowohl die reduzierte als auch die oxidierte Form des Coenzyms werden bei einer Länge von 260 nm aus ultraviolettem Licht abgelesen; Währenddessen werden nur die reduzierten Formen in einer Länge von 340 nm aus dem ultravioletten Licht abgelesen.

Daher werden sie sowohl bei den Oxidations- als auch bei den Reduktionsreaktionen, an denen die genannten Coenzyme teilnehmen, bei 340 nm abgelesen.

Die Bestimmung der enzymatischen Aktivität ist im wesentlichen dieselbe wie die, die in der kontinuierlichen Form der kolorimetrischen Methode folgt; mit der Ausnahme, dass die optische Dichte bei 340 nm abgelesen wird, um die Erzeugung von NADH oder NADPH zu beobachten oder den Verbrauch dieser Coenzyme zu messen.

Dies hängt davon ab, ob die gemessene Reaktion Oxidation oder Reduktion ist. Mittels der Entsprechung zwischen der optischen Dichte und den Molen von NADH und NADPH kann die enzymatische Aktivität berechnet werden, indem die Molen des Coenzyms durch die verstrichene Zeit in Sekunden geteilt werden.

Regulation der Enzymaktivität

Kontrolle auf Substrat- oder Produktebene

Mit zunehmender Konzentration des Substrats steigt die Enzymaktivität. Bei einer bestimmten Konzentration des Substrats sind jedoch das aktive Zentrum oder die aktiven Zentren des Enzyms gesättigt, so dass die Enzymaktivität konstant wird.

Das Produkt der enzymatischen Wirkung kann jedoch auch mit den aktiven Stellen des Enzyms interagieren, wodurch eine Hemmung der enzymatischen Aktivität erzeugt wird.

Das Produkt kann als kompetitiver Inhibitor wirken; Beispielsweise kann das Enzym Hexokinase erwähnt werden. Dieses Enzym erzeugt die Phosphorylierung von Glucose, wodurch Glucose-6-phosphat entsteht, eine Verbindung, die, wenn sie akkumuliert wird, die Hexokinase hemmt.

Rückmeldungskontrolle

Es kann vorkommen, dass eine Gruppe von Enzymen (A, B, C, D, E und F) nacheinander auf einem Stoffwechselweg wirkt. Enzym B verwendet das Produkt von Enzym A als Substrat und so weiter.

Die Zelle kann abhängig von ihrem Stoffwechselbedarf die Sequenzen enzymatischer Aktivitäten aktivieren oder hemmen. Beispielsweise kann die Akkumulation des Enzym-F-Produkts durch Hemmung des Enzyms A oder eines anderen der Enzyme in der Sequenz wirken.

Allosterische Enzyme

Ein Enzym kann aus mehreren Untereinheiten mit jeweils ihren aktiven Zentren bestehen. Diese Untereinheiten wirken jedoch nicht unabhängig voneinander, so dass die Aktivität einer der Untereinheiten die Wirkung der übrigen aktivieren oder hemmen kann.

Obwohl Hämoglobin nicht als Enzym angesehen wird, ist es ein großartiges Modell für das Phänomen des Allosterismus. Hämoglobin besteht aus vier Proteinketten, zwei α-Ketten und zwei β-Ketten, die jeweils an eine Hämgruppe gebunden sind.

Zwischen den Untereinheiten können zwei Phänomene auftreten: Homoalosterismus und Heteroalosterismus.

Homoalosterismus

Die Bindung des Substrats an eine der Untereinheiten erhöht die Affinität der anderen Untereinheiten für das Substrat, was wiederum die enzymatische Aktivität jeder der verbleibenden Untereinheiten erhöht.

Ebenso bewirkt die Hemmung der enzymatischen Aktivität in einer der Untereinheiten im Rest den gleichen Effekt.

Im Fall von Hämoglobin führt die Bindung von Sauerstoff an eine Hämgruppe einer der Proteinketten zu einer Erhöhung der Sauerstoffavidität in den verbleibenden Ketten.

Ebenso bewirkt die Freisetzung von Sauerstoff aus einer Hämgruppe die Freisetzung von Sauerstoff aus den verbleibenden Gruppen der Proteinketten.

Heterolosterismus

Die Bindung einer anderen aktivierenden oder inhibierenden Substanz als des Substrats an eine der Untereinheiten bewirkt eine Aktivierung oder Hemmung der enzymatischen Aktivität in den anderen Untereinheiten.

Im Fall von Hämoglobin verringert die Bindung an die Hämgruppe von H ⁺ , CO ₂ und 2,3-Diphosphoglycerat an eine der Untereinheiten die Affinität der Hämgruppe zu Sauerstoff und verursacht deren Freisetzung. Diese Freisetzung von Sauerstoff wird auch in den anderen Hämoglobinketten erzeugt.

Faktoren, die die Enzymaktivität beeinflussen

-Konzentration des Substrats

Mit zunehmender Substratkonzentration steigt auch die Enzymaktivität. Dies ist auf einen erhöhten Zugang der Substratmoleküle zu den aktiven Stellen des Enzyms zurückzuführen.

Bei einer gegebenen Konzentration des Substrats sind jedoch alle aktiven Stellen des Enzyms damit gesättigt, was dazu führt, dass die enzymatische Aktivität nicht zunimmt, selbst wenn die Konzentration des Substrats erhöht wird.

-pH aus der enzymatischen Reaktion

Enzyme haben einen optimalen pH-Wert, bei dem die Affinität des Enzyms zum Substrat am höchsten ist. Bei diesem pH wird der Maximalwert der enzymatischen Aktivität erreicht.

Die überschüssige Säure oder Basizität des Mediums kann eine Denaturierung des Enzyms verursachen, wodurch seine Aktivität verringert wird.

Das pH-Profil der Enzymaktivität wird variiert. So hat beispielsweise Pepsin eine maximale Aktivität zwischen 1-2 pH-Einheiten; Trypsin hat einen optimalen pH von 8; und Papain hat eine konstante Aktivität zwischen einem pH-Bereich zwischen 4 und 8.

-Temperatur der enzymatischen Reaktion

Die Enzymaktivität nimmt mit steigender Temperatur zu. Im Allgemeinen verdoppelt sich die Enzymaktivität mit jedem Anstieg um 10 Grad, bis die optimale Temperatur für die Enzymaktivität erreicht ist.

Wenn jedoch die optimale Temperatur überschritten wird, neigt die Enzymaktivität dazu, mit zunehmender Reaktionstemperatur abzunehmen. Dies liegt an der Tatsache, dass Proteine ​​und damit Enzyme aufgrund eines übermäßigen Temperaturanstiegs denaturiert werden.

-Ionenkonzentration der Reaktion

Im Allgemeinen weisen Enzyme eine optimale Aktivität in einem Konzentrationsbereich zwischen 0 und 500 mmol / l auf. Bei höheren Konzentrationen nimmt die Enzymaktivität jedoch tendenziell ab.

Unter diesen Umständen werden bestimmte ionische Wechselwirkungen in Enzymen, die für ihre maximale Aktivität notwendig sind, blockiert.

Verweise

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