آنزیم ها

مکانیسم عمل آنزیم ها :

 آنزیم ها پروتئین های هستند که توسط سلول های موجودات زنده یرای انجام عمل ویژۀ کاتالیز واکنش های شیمیایی، اختصاص یافته اند. آنزیم ها سرعتی را که در آن، واکنش ها به حالت تعادل نزدیک می شوند، افزایش می دهند. سرعت واکنش به این صورت تعریف شده است تغییر مقدار مواد اولیه  یا محصولات عمل (برحسب مول یا گرم ) در واحد زمان، آنزیم با عمل کردن به عنوان یک کاتالیز باعث افزایش سرعت واکنش می شود. کاتالیزورها بطور اعم و آنزیم ها به طور اخص دارای دو ویژگی مهم هستند که نباید فراموش شود. اولین ویژگی این است که آنزیم  با وجود وارد شدن در واکنش شیمیایی، تغییر نمی کند. ویژگی دوّم  این که: آنزیم، ثابت  تعادل واکنش را تغییر نمی دهد و فقط باعث افزایش سرعتی می شود که در آن واکنش به حالت  تعادل نزدیک می گردد. بنابراین، یک  کاتالیزور باعث  افزایش سرعت واکنش می شود ولی خواص ترمودینامیکی  سیستمی را که با آن  در واکنش متقابل است، تعییر نمی دهد.

آنزیم ها کاتالیزورهایی کارا و بسیاراختصاصی هستند:

آنزیم هایی که تبدیل یک یا چند ترکیب (سوبستراها) را به یک یا چند ترکیب (محصول ها) کاتالیز می کنند باعث  افزایش حداقل 10 برابر سرعت نسبت  به واکنش بدون کاتالیز می شوند. مثل تمام کاتالیزورها، آنزیم ها نه مصرف می شوند و نه در اثر شرکت در یک  واکنش دچار تغییر دائمی می شوند . آنزیم ها علاوه بر کارایی بالا، کاتالیزورهایی بسیار انتخابی هستند برخلاف کاتالیزورهای مورد استفاده در شیمی، آنزیم ها هم برای نوع  واکنش کاتالیز شده و هم  برای یک سوبسترای خاص یا یک مجموعۀ کوچک از سوبسترا هایی که ارتباط نزدیک دارند، اختصاصی هستند و معمولا فقط واکنش مربوط به ایزومرهای فضایی خاص مربوط به یک ترکیب معین را کاتالیز می کنند.

 آنزیم ها براساس نوع واکنش به 6 دسته طبقه بندی می شوند:

۱- اکسیدوردوکتازها: اکسیداسیون واحیاء را کاتالیز می کنند.

2- ترانسفرازها: انتقال گروه هایی مثل متیل، گلیکوزیل یا گروه های فسفریل را کاتالیز می کنند.

3- هیدرولاز ها: شکست هیدرولیتیک پیوند های C-C وC-O وC-N و سایر پیوند ها را کاتالیز می کنند.

4- لیازها: شکست هیدرولیتیک پیوندهای C-Cو C-O وC-N سایر پیوند ها را با حذف اتم و باقی گذاشتن پیوندهای دوگانه کاتالیز می کند.

5- ایزومرازها: تغییرات هندسی یا ساختمان درون یک مولکول را کاتالیز می کنند.

6- لیگازها: اتصال دو مولکول را به همدیگر توأم با هیدرولیز ATP کاتالیز می کند.

مکانیزم آنزیم ها:

آنزیم ها نمی توانند موجب تغییر تعادل در یک واکنش بیوشیمیایی شوند زیرا موجب  افزایش سرعت رفت و برگشت به مقادیر یکسانی می شوند بنابراین آنزیم ها فقط باعث تسریع  در برقراری تعادل می شوند به عنوان مثال چنان چه درغیاب آنزیم چندین ساعت وقت لازم است تا یک واکنش به حالت تعادل برسد، در حضور آنزیم  مناسب، تعادل در طی یک ثانیه برقرار می شود زیرا آنزیم  به علت  ساختمان فضائی خاص خود می تواند با سوبسترا ترکیب شده و کمپلکس آنزیم- سوبسترا را به وجود آورد بنابراین غلظت سوبسترا در  مناطقی از سیستم افزایش  فوق العاده زیادی پیدا می کند، در نتیجه برخورد مولکول های واکنش کننده با یکدیگر زیاد می شود علاوه بر این آنزیم  به تنهائی و یا به کمک کوفاکتور قادر است در ساختمان مولکولی سوبسترا تغییراتی ایجاد کرده و آن را به فرم فعال و انتقالی تبدیل نماید به طوری که قادر باشد از سد انرژی عبور کرده و به حالت انتقال برسد، بدون اینکه نیازی به حرارت زیاد و یا محیط های اسیدی قوی وجود داشته باشد بنابراین آنزیم ها با ایجاد کمپلکس هائی با سوبسترا، موجب کاهش انرژی آزاد اکیتواسیون و پایدارشدن وضعیت انتقال و در نتیجه افزایش غلظت سوبسترا در وضعیت انتقالی و تسریع واکنش می شوند.

نظریه هایی که درمورد نحوی عمل آنزیم بیان شده است:

نظریه قفل و کلید: بر اساس آن جایگاه کاتالیز آنزیم و سوبسترا دارای ساختمان مکمل یکدیگر می باشند به طوری که هر آنزیم فقط به سوبسترای خاص خود متصل می شود، مثل قفل و کلید یکی از نواقص این مدل، شکل بدون تغییر جایگاه کاتالیز آن است.

مدل قالب القاء شده برای جایگاه کاتالیز: یکی ازخصوصیات بارز آن قابلیت انعطاف جایگاه کاتالیز می باشد به این ترتیب که سوبسترا سبب القاء یک تغییر شکل مولکولی در ساختمان پروتئینی آنزیم می گردد و با این عمل، آنزیم اسیدهای آمینه و گروه های دیگر را در جهت مناسبی قرار می دهد تا اتصال و یا کاتالیز (یا هردو) به بهترین شکل انجام شود.

 عوامل موثر بر سرعت واکنش های آنزیمی:  

۱-دما : در موجودات مختلف دمایی که آنزیم در بیشترین فعالیت و بالاترین سرعت دارد (دمای بهینه) متفاوت است .

2-PH : PH با تغییر شرایط یونیزاسیون محلول یا تغییر غلظت یونی محلول، سرعت محلول را کاهش می دهد.

3-غلظت آنزیم : هرچه غلظت آنزیم بیشتر باشد، سرعت واکنش های آنزیمی  بیشتر است.

4- غلظت سوبسترا: هر چه قدر غلظت سوبسترا افزایش یابد سرعت واکنش های آنزیمی نیز افزایش می یابد اما این مقدار محدود است زیرا تعداد آنزیم ها محدود است.

۵-غلظت کوفاکتورها و کوآنزیم ها : بعضی از آنزیم ها برای انجام عمل خود نیاز به کوفاکتور یا کوآنزیم دارند. 

6-غلظت یون ها ونمک ها

مهار کننده ها:

بعضی از ترکیبات قادرند که با عوامل شیمیائی موجود در جایگاه فعال آنزیم یا با کوآنزیم و یا با یون های فعال کننده آنزیم ترکیب شده و سدی در مقابل فعالیت کاتالیزوری آنزیم  ایجاد کنند مهارکننده ها را بر اساس نحوه اثر آن ها به دو دسته تقسیم می کنند:

الف) مهارکننده های برگشت پذیرکه خود به دو دسته تقسیم می شوند: 1-مهارکننده های رقابتی 2-مهارکننده های غیررقابتی.

ب) مهارکننده های برگشت ناپذیر

اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)

EDTA

اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)

 Ethylene di amine tetra acetic acid

حالت فیزیکی: جامد 
ظاهر: پودر سفید رنگ
فرمول شیمیایی:  C₁₀H₁₆N₂O₈
دانسیته:86/0 gr.cm³
نام مترادف:
N,N'-1,2-ethanediylbis(N-(carboxymethyl)glycine)edetic acid
جرم مولکولی: 2/292
محلول : حلالیت در آب
نقطه ذوب:245-237 درجه سانتیگراد

اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) :

این مولکول 6 مکان بالقوه برای پیوند با یون های فلزی دارد، 4 گروه کربوکسیل و 2 گروه آمین، در نتیجه یک لیگاند 6 دندانه و یک اسید 4 ظرفیتی است و طی چهار تفکیک متوالی، هیدروژن آزاد کرده و به عنوان تیتران استفاده می شود.

نکات ایمنی:

باعث سرفه و گلودرد میگردد. در صورت خوردن، باعث دل درد، سوزش، اسهال می گردد. این ماده به هنگام حرارت دادن، به بخارات سمی اکسیدهای ازت تجزیه می گردد. با اکسید کننده های قوی، بازهای قوی، مس و آلیاژهای مس و نیکل وارد واکنش می شود.

مقدمه

بیوشیمی :      

بیوشیمی علمی با پهنای وسیع و نامحدود است و این علم تمامی علوم پایه ای را در خود جا داده است. تاریخچه این علم به 100 سال نمی رسد ولیکن در طول 50 سال اخیر پیشرفت های خیلی  چشمگیری در این زمینه صورت گرفته است. بیوشیمی پایه ی ملکولی یک موجود زنده و واکنش هایی که در طول آن رخ می دهد تا فعالیت های آن را مورد بررسی قرار می دهد. امروزه با کشف پروتئین های خاص در درون سلولی کنتیک آنزیمی مورد بررسی قرار می گیرد.

بیوشیمی شامل 3 رشته است:

1. Structural Biochemistry بیوشیمی ساختمانی
2. MEtabolib Biochemistry بیوشیمی متابولیکی
3. Clinical Biochemistry بیوشیمی کلینیکی

 ١- ساختمانی: علمی که به بررسی ساختار یک مولکول مثل پروتئین یا لیپید و یا ... می پردازد. ٢- متابولیکی: علمی که به بررسی واکنش های متابولیکی و مسیرهایی که مواد مغذی (nutrient) مثل کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها قرار می گیرند را مورد بررسی قرار می دهد. ٣- کلینیکی : علمی که به بررسی علل بروز بیماری می پردازد . امروزه به طور صد در صد مشخص شده است که بیشتر بیماری هایی که داخلی هستند و توسط عوامل خارجی مثل تصادفات بروز نمی کنند پایه بیوشیمیایی دارند مثلاً دیابت. بیوشیمی ارتباطات بیماری ها را مورد مطالعه قرار می دهد. 90 تا 95 % بیماری ها تحت تاثیر اختلالات مسیرهای بیوشیمی و مهار کننده های شیمیایی ایجاد می شوند. (بیماری هایی در دام و انسان)   واژه ی بیوشیمی از کجا آمده است ؟ از کلمه ی عربی Alchemy  آمده است که در عربی به معنای نهفته هاست و در حقیقت همان کیمیا گری است. کیمیا گری: علمی بوده است که در زمان قدیم به صورت مخفی و نهفته صورت می گرفته است. بیوشیمی واکنش های درون سلولی موجود زنده را مورد بررسی قرار می دهند. موجود زنده یک سری  ویژگی هایی دارد که از موجود غیر زنده آن را متمایز می کند. در جهان حدود 100 عنصر شناخته شده است. از بین این عناصر پیکره موجود زنده تا 95% از H , C , O, N  درست شده است . این نحوه و توالی ترکیبی عناصر باعث بوجود آمدن ترکیبات آلی مختلف پیچیده ای در طبیعت شده است که هر موجود را با موجود دیگر متمایز می کند و یا هر ارگان با ارگان دیگری و یا حتی هر سلول را با سلول دیگر متمایز می کند. یکی از ویژگی های موجود زنده این است که با توجه به ساختار پیچیده شیمیایی که در موجود است ارگان و مولکول ها به طور بسیار منظم و مرتب کنار هم قرار گرفته اند و باعث فعالیت های حیاتی درون سلول می شود که در حقیقت در پروتوپلاسم سلولی رخ می دهد و آن ساختار شیمیایی درون پروتوپلاسم است که فعالیت سلول را تعیین می کند. ممکن است که این ترکیبات در موجود غیر زنده هم باشد اما چون آن نظم را ندارد عملکردی هم در کار نیست. پس نظم و ویژگی هایی خاص عناصر یا مولکول های درون پروتوپلاسم موجود زنده را از غیر زنده متمایز می کند. از دیگر ویژگی های موجود زنده این است که هر ارگان یا موجود یا سلول هدف خاصی را دنبال می کند. سومین ویژگی موجود زنده این است که آن ها قادرند مواد مورد نیاز خود را از محیط اطراف بگیرند و بعد از متابولیسم یا هضم مواد، مواد زاید خود را به محیط دفع کنند. موجود زنده از طریق ادرار و مدفوع و یا از طریق تولید شیر و پشم و تخم مرغ مواد را از خود دفع می کند.   کاتابولیسم =  تولید انرژی   و   آنابولیسم = مصرف انرژی   FMN, GTP, NADH, NADPH, ATP: مواد واسطه ای موجود در تبادل با محیط است اما در تعادل با محیط نیست. چون اگر در حالت تعادل باشد دیگر هیچ واکنشی صورت نمی گیرد و سلول می میرد. حتی در شرایط ایده ال حالت تعادل را نداریم چون راندمان هیچ وقت 100% نیست.   یکی از مهم ترین ویژگی های موجود زنده همانند سازی است.   اصول کلی برای بررسی یک پدیده علمی شامل 4 مرحله است: 1- مشاهدات  Observation 2- فرضیه: بر پایه مشاهدات صورت می گیرد   Hypothesis 3- آزمایش: بر مبنای فرضیه صورت می گیرد. Experiment 4- مشاهدات: نتایج حاصل آزمایش  Observation