عبارت "فعالیت آنزیم" به چه معناست؟ فعالیت آنزیمی خاک فرآیندهای آنزیمی در خاک

اجازه دهید به طور خلاصه عواملی را که میزان واکنش های کاتالیز شده توسط آنزیم ها را تعیین می کنند و سؤالاتی در مورد فعال سازی و مهار آنزیم ها در نظر بگیریم.

همانطور که مشخص است، سرعت هر واکنش شیمیایی با زمان کاهش می‌یابد، اما منحنی سرعت واکنش‌های آنزیمی در برابر زمان کاهش می‌یابد.

برنج. 4.17) معمولاً شکل کلی که مشخصه واکنش های شیمیایی همگن است را ندارد. کاهش سرعت واکنش های آنزیمی در طول زمان ممکن است به دلیل اثر بازدارندگی محصولات واکنش، کاهش درجه اشباع آنزیم با سوبسترا (از آنجایی که غلظت سوبسترا با ادامه واکنش کاهش می یابد) و جزئی باشد. غیرفعال شدن آنزیم در دمای معین و pH محیط. علاوه بر این، باید تأثیر سرعت واکنش معکوس را نیز در نظر گرفت، که می تواند با افزایش غلظت محصولات واکنش آنزیمی قابل توجه باشد. با در نظر گرفتن این شرایط، هنگام مطالعه سرعت واکنش های آنزیمی در بافت ها و مایعات بیولوژیکی، سرعت واکنش اولیه معمولاً در شرایطی تعیین می شود که سرعت واکنش آنزیمی به خطی نزدیک می شود (از جمله زمانی که غلظت سوبسترا به اندازه کافی بالا باشد تا آنزیم اشباع شود. ).

تأثیر غلظت سوبسترا و آنزیم بر سرعت واکنش آنزیمی

یک نتیجه گیری مهم از مواد فوق به دست می آید که یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده سرعت یک واکنش آنزیمی، غلظت سوبسترا است. در غلظت ثابت آنزیم، سرعت واکنش به تدریج افزایش می یابد و به حداکثر معینی می رسد (شکل 4.12 و 4.13 را ببینید)، زمانی که افزایش بیشتر در مقدار سوبسترا عملاً تأثیری بر سرعت واکنش ندارد. در این موارد معمولاً فرض می شود که سوبسترا بیش از حد است و آنزیم کاملاً اشباع شده است. عامل محدود کننده سرعت در مورد دوم غلظت آنزیم است.

سرعت هر واکنش آنزیمی به طور مستقیم به غلظت آنزیم بستگی دارد. در شکل شکل 4.18 رابطه بین سرعت واکنش و افزایش مقادیر آنزیم را در حضور غلظت های اشباع سوبسترا نشان می دهد. رابطه خطی موجود بین این مقادیر نشان می دهد که سرعت واکنش متناسب با مقدار آنزیم موجود است.

فعال سازی و مهار آنزیم ها

سرعت یک واکنش آنزیمی، یعنی فعالیت آنزیم، نیز با حضور فعال‌کننده‌ها و بازدارنده‌ها در محیط تعیین می‌شود: اولی سرعت واکنش را افزایش می‌دهد و گاهی آن را اصلاح می‌کند، دومی واکنش را مهار می‌کند. در میان ترکیبات شیمیایی که بر فعالیت آنزیم ها تأثیر می گذارند، انواع مختلفی وجود دارد

جدول 4.4. آنزیم های فعال فلزی

آنزیم	فلز	آنزیم	فلز
سیتوکروم ها	Fe	آمیلاز	حدود
کاتالاز	»	لیپاز	»
پراکسیداز	>>	کربنیک انیدراز	روی
تریپتوفان اکسیداز	»	لاکتات دهیدروژناز	»
هموژنتیزیکاز	»	اوریکازا	»
آسکوربات اکسیداز	سی	کربوکسی پپتیداز	»
تیروزیناز	»	پیرووات کربوکسیلاز	Mg
فنل اکسیداز	»	فسفاتازها	»
گزانتین اکسیداز	مو	فسفوگلوکوکیناز	»
نیترات ردوکتاز	»	آرژیناز	منگنز
آلدهید اکسیداز	»	فسفوگلوکوموتاز	»
برخی از پپتیدازها	شرکت	کولین استراز	»

مواد مختلف بنابراین، اسید هیدروکلریک عمل پپسین، اسیدهای صفراوی - لیپاز پانکراس را فعال می کند. برخی از آنزیم های بافتی (اکسیدوردوکتازها، کاتپسین ها، آرژیناز)، پروتئیناز گیاهی پاپائین و سایرین به طور قابل توجهی توسط ترکیبات حاوی گروه های SH آزاد (گلوتاتیون، سیستئین) و برخی نیز توسط ویتامین C فعال می شوند. یون های دو ظرفیتی به ویژه اغلب به عنوان فعال کننده ها و گاهی اوقات فلزات تک ظرفیتی عمل می کنند. شواهدی به دست آمده است که حدود یک چهارم تمام آنزیم های شناخته شده نیاز به حضور فلزات برای نشان دادن فعالیت کاتالیزوری کامل دارند. بسیاری از آنزیم ها در غیاب فلزات اصلاً فعال نیستند. بنابراین، هنگام حذف روی، کربنیک انیدراز عملاً فاقد فعالیت آنزیمی است. علاوه بر این، برای عمل این آنزیم، روی را نمی توان با هیچ فلز دیگری جایگزین کرد. آنزیم هایی شناخته شده اند که عمل آنها توسط تعدادی از فلزات فعال می شود، به ویژه انولاز توسط Mg 2 +، Mn 2 +، K + فعال می شود. روی میز 4.4 نمونه هایی از مشارکت فلزات در عمل برخی از آنزیم ها را ارائه می دهد."

با توجه به نقش فلزات در فعالیت فعال‌سازی آنزیم‌ها، داده‌های موجود نشان می‌دهد که در برخی موارد یون‌های فلزی (Co 2 +، Mg 2 +، Zn 2 +، Fe 2 +) وظایف گروه‌های مصنوعی آنزیم‌ها را انجام می‌دهند یا به عنوان الکترون عمل می‌کنند. پذیرندگان و اهداکنندگان یا به عنوان الکتروفیل یا هسته دوست عمل می کنند و گروه های واکنشی را در جهت گیری مورد نیاز حفظ می کنند. در موارد دیگر، آنها به اتصال سوبسترا به محل فعال و تشکیل کمپلکس آنزیم-سوبسترا کمک می کنند. به عنوان مثال، یون های Mg 2+ از طریق یک گروه فسفات با بار منفی، افزودن استرهای مونوفسفریک مواد آلی را به مرکز فعال فسفاتازها که هیدرولیز این ترکیبات را کاتالیز می کنند، تضمین می کند. در برخی موارد، فلز با سوبسترا ترکیب می‌شود و بستر واقعی را تشکیل می‌دهد که آنزیم روی آن اثر می‌کند. به طور خاص، یون های Mg 2+ به دلیل تشکیل یک بستر واقعی - نمک منیزیم ATP، کراتین فسفوکیناز را فعال می کنند. در نهایت، شواهد تجربی از مشارکت مستقیم فلزات (به عنوان مثال، یون های Ca2+ در مولکول آمیلاز بزاقی) در تشکیل و تثبیت مرکز فعال و کل ساختار سه بعدی مولکول آنزیم وجود دارد. همچنین باید توجه داشت که فلزات اغلب به عنوان تعدیل کننده آلوستریک عمل می کنند (اثرگذارها، به شکل 4.22 مراجعه کنید). با برهمکنش با مرکز آلوستریک، چنین فلزی (اثرگر) باعث ایجاد مطلوب ترین پیکربندی فضایی آنزیم و کمپلکس فعال آنزیم-سوبسترا می شود.

آنیون‌ها در غلظت‌های فیزیولوژیکی معمولاً بی‌اثر هستند یا اثر فعال‌کننده کمی روی آنزیم‌ها دارند. استثناء pe-

syn، برخی از اکسیدوردوکتازهای فعال شده توسط آنیون ها، و همچنین آمیلاز بزاقی، که هیدرولیز نشاسته را کاتالیز می کند، که فعالیت آن تحت اثر یون های کلر افزایش می یابد، و آدنیلات سیکلاز، که توسط آنیون های هالوژن فعال می شود.

بازدارنده ها معمولاً به موادی گفته می شود که باعث مهار جزئی یا کامل واکنش های کاتالیز شده توسط آنزیم ها می شوند. اخیراً آنتی آنزیم ها (آنتی آنزیم ها) کشف شده اند که پروتئین ها (یا پلی پپتیدها) هستند که به عنوان بازدارنده آنزیم عمل می کنند. از جمله این مواد می توان به مهارکننده تریپسین سویا و آنتی تریپسین سرم اشاره کرد. آنها مجتمع هایی را تشکیل می دهند که به سختی با آنزیم های مربوطه جدا می شوند. گاهی اوقات یک مهار کننده می تواند بخشی از آنزیم های پیچیده باشد، به عنوان مثال، پروتئین کینازها و پروتئین فسفاتازها، که فرآیندهای فسفوریلاسیون و دفسفوریلاسیون را در موجودات زنده کاتالیز می کنند. با این حال، هنوز مشخص نشده است که آیا چنین آنتی آنزیمی‌ها مهارکننده‌های واقعی هستند یا زیرواحدهای تنظیم‌کننده، به‌ویژه، تفاوت در هدف زیرواحد تنظیمی (R) در پروتئین کیناز و زیرواحد بازدارنده (I) در پروتئین فسفاتاز چیست. .

آنزیم ها پروتئین هستند، بنابراین هر عاملی که باعث دناتوره شدن پروتئین شود (گرما، اسیدها، قلیایی ها، نمک های فلزات سنگین) منجر به غیر فعال شدن آنزیم می شود. با این حال، چنین غیر فعال سازی نسبتا غیر اختصاصی است. ربطی به مکانیسم عمل آنزیم ها ندارد. گروه بسیار بزرگ‌تری شامل به اصطلاح مهارکننده‌های خاص است که روی یک آنزیم یا گروهی از آنزیم‌های مرتبط اثر می‌گذارند. تحقیق در مورد این مهارکننده ها به دلایل متعددی مهم است. اول، بازدارنده‌ها می‌توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد ماهیت محل فعال آنزیم، و همچنین گروه‌های عملکردی و پیوندهای شیمیایی آن که تشکیل کمپلکس آنزیم-سوبسترا را تضمین می‌کنند، ارائه دهند. موادی شناخته شده اند که به طور خاص به یک یا گروه دیگر در یک مولکول آنزیم متصل می شوند و آن را از کره یک واکنش شیمیایی حذف می کنند. بنابراین، یدواستات 1CH 2 -COOH، آمید و اتیل استر آن، پاراکلرومرکوری بنزوات ClHg-CgH 4 -COOH و سایر معرف ها نسبتاً به راحتی با برخی از گروه های آنزیم SH وارد پیوندهای شیمیایی می شوند. اگر چنین گروه هایی برای عمل کاتالیز ضروری باشند، افزودن چنین مهارکننده هایی منجر به از دست دادن کامل فعالیت آنزیم می شود:

R- S H+ICH 2 -COOH-«-HI+R- S -CH2-COOH

عملکرد تعدادی از آنزیم های دیگر (کولین استراز، تریپسین و کیموتریپسین) به شدت توسط برخی از ترکیبات ارگانوفسفره مانند DPP، به دلیل مسدود شدن گروه هیدروکسیل کلیدی سرین در محل فعال، مهار می شود. ثانیاً، بازدارنده‌ها در آنزیم‌شناسی در مطالعه ماهیت اشکال متعدد آنزیم‌ها و ایزوآنزیم‌ها استفاده گسترده‌ای پیدا کرده‌اند که نه چندان در تحرک الکتروفورتیک، بلکه در تفاوت در حساسیت به یک بازدارنده، تفاوت دارند.

با کمک بازدارنده هایی که مراحل جداگانه یک فرآیند متابولیک چند مرحله ای را خاموش می کنند، می توان توالی واکنش های شیمیایی و ماهیت آنزیم های درگیر را به دقت تعیین کرد. بنابراین، با استفاده از یدوااستات، فلوراید و سایر مهارکننده‌ها، مسیر گلیکولیتیک تبدیل‌های ردوکس گلوکز به اسید لاکتیک در بافت عضلانی رمزگشایی شد که شامل 11 مرحله شامل 11 آنزیم و 10 متابولیت میانی است.

مکانیسم اثر بسیاری از سموم و سموم روی بدن با مهار آنزیم مرتبط است. بنابراین، مشخص شده است که در موارد مسمومیت با اسید هیدروسیانیک، مرگ به دلیل مهار کامل آنزیم های تنفسی (سیتوکروم اکسیداز) به ویژه سلول های مغز رخ می دهد. اثر سمی برخی حشره کش ها بر بدن انسان و حیوان به دلیل مهار فعالیت کولین استراز، آنزیمی است که نقش اصلی را در فعالیت سیستم عصبی ایفا می کند.

شیمی درمانی منطقی - استفاده هدفمند از داروها در پزشکی - باید مبتنی بر دانش دقیق مکانیسم اثر این داروها بر روی بیوسنتز آنزیم ها، خود آنزیم ها یا تنظیم آنها در بدن باشد. گاهی اوقات از مهارکننده های انتخابی برای درمان برخی بیماری ها استفاده می شود. بنابراین، یک مهار کننده تریپسین، کیموتریپسین و کالیکرئین - تراسیلول - به طور گسترده برای درمان پانکراتیت حاد استفاده می شود. اثر بازدارنده انتخابی برخی از ترکیبات طبیعی و مصنوعی (به اصطلاح آنتی متابولیت ها) بر روی آنزیم ها به عنوان پایه ای برای توسعه روش های موثر برای سنتز داروهای شیمی درمانی عمل می کند. این مسیر فرصت های گسترده ای را برای تنظیم سنتز آنزیم و سرعت متابولیسم باز می کند.

انواع بازدارندگیبین مهار برگشت پذیر و غیر قابل برگشت تمایز قائل می شود. اگر یک مولکول بازدارنده باعث تغییرات دائمی یا اصلاح گروه های عملکردی آنزیم شود، این نوع مهار غیر قابل برگشت نامیده می شود. با این حال، اغلب، مهار برگشت پذیر رخ می دهد، که می تواند به صورت کمی بر اساس معادله Michaelis-Menten مورد مطالعه قرار گیرد. بسته به اینکه بتوان با افزایش غلظت سوبسترا بر مهار واکنش آنزیمی غلبه کرد یا نه، مهار برگشت پذیر به نوبه خود به رقابتی و غیر رقابتی تقسیم می شود.

مهار رقابتی می تواند توسط موادی ایجاد شود که ساختاری مشابه زیرلایه دارند، اما کمی متفاوت از ساختار بستر واقعی هستند. یک مثال کلاسیک از این نوع مهار، مهار سوکسینات دهیدروژناز (SDH) توسط مالونیک اسید است. این آنزیم با هیدروژن زدایی اسید سوکسینیک (سوکسینات) به اسید فوماریک، اکسیداسیون را کاتالیز می کند:

اگر مالونات (بازدارنده) به محیط اضافه شود، در نتیجه شباهت ساختاری آن با سوکسینات سوبسترای واقعی (وجود دو گروه کربوکسیل یونیزه یکسان)، با مرکز فعال واکنش داده و یک بازدارنده آنزیم تشکیل می دهد. پیچیده، با این حال، انتقال هیدروژن از مالونات رخ نمی دهد. از آنجایی که ساختار بستر (سوکسینات) و بازدارنده (مالونات)

هنوز هم تا حدودی متفاوت هستند، آنها برای اتصال به سایت فعال رقابت می کنند! و درجه مهار با نسبت غلظت مالونات: و سوکسینات تعیین می شود و نه با غلظت مطلق بازدارنده. این نوع مهار گاهی اوقات مهار آنتاگونیسم متابولیک نامیده می شود (شکل 4.19 به طور کلی، واکنش بین یک بازدارنده و یک آنزیم را می توان با معادله زیر نشان داد:

کمپلکس حاصل که کمپلکس آنزیم-بازدارنده (EI) نامیده می شود، برخلاف کمپلکس آنزیم-سوبسترا (ES)، برای تشکیل محصولات واکنش تجزیه نمی شود. ثابت تفکیک کمپلکس EI یا ثابت بازدارنده (ATj) را می‌توان با پیروی از نظریه Michaelis-Menten به عنوان نسبت ثابت‌های واکنش‌های معکوس و رو به جلو تعریف کرد:

یعنی ثابت بازدارنده با محصول غلظت آنزیم و بازدارنده نسبت مستقیم دارد و با غلظت کمپلکس E1 نسبت معکوس دارد.

روش بازداری رقابتی کاربرد وسیعی در عمل پزشکی پیدا کرده است. به عنوان مثال، مشخص است که داروهای سولفونامید برای درمان برخی بیماری های عفونی ناشی از باکتری ها استفاده می شود. مشخص شد که این داروها از نظر ساختاری شبیه به اسید پارا آمینو بنزوئیک هستند که سلول باکتری از آن برای سنتز اسید فولیک که بخشی جدایی ناپذیر از آنزیم های باکتری است استفاده می کند. به دلیل این شباهت ساختاری، سولفونامید با جابجایی اسید پاراآمینو بنزوئیک از کمپلکس با آنزیمی که اسید فولیک را سنتز می کند، عمل آنزیم را مسدود می کند که منجر به مهار رشد باکتری می شود.

برخی از آنالوگ های ویتامین B6 و اسید فولیک، به ویژه دئوکسی پیریدوکسین و آمینوپترین (به فصل 5 مراجعه کنید)، به عنوان مهارکننده های رقابتی، به اصطلاح مهارکننده های کوآنزیم (یا آنتی ویتامین ها) عمل می کنند و بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی را در بدن مهار می کنند.

مهار غیر رقابتی توسط موادی ایجاد می شود که از نظر ساختاری شبیه به سوبسترا نیستند و اغلب نه به مرکز فعال، بلکه به جای دیگری در مولکول آنزیم متصل می شوند. درجه مهار در بسیاری از موارد با طول مدت اثر مهار کننده بر روی آنزیم تعیین می شود. با این نوع مهار، به دلیل تشکیل پیوند کووالانسی پایدار، آنزیم اغلب دچار غیرفعال شدن کامل می شود و سپس مهار غیر قابل برگشت می شود. نمونه هایی از مهار غیرقابل برگشت (غیرفعال) عبارتند از عمل یدوااستات، DPP، و همچنین دی اتیل-p-نیتروفنیل فسفات و اسید هیدروسیانیک، که شامل اتصال و خاموش کردن گروه های عاملی یا یون های فلزی در مولکول آنزیم است.

برای روشن شدن سوال از نوع بازداری، از معادلات Michaelis-Menten، Lineweaver-Burk یا معادلات دیگر استفاده کنید، برای مثال معادله Edie-Hofstee:

و نمودارهای مربوطه در مختصات مستطیل.

در شکل 4.20 واضح است که با نوع رقابتی بازداری، بازدارنده ارزش را افزایش می دهد. K t(با مقداری برابر با اختلاف طول قطعات بریده شده روی آبسیسا)، بدون اینکه بر حداکثر سرعت تأثیر بگذارد. این بدان معنی است که در یک غلظت سوبسترای به اندازه کافی بالا [S]، بازدارنده توسط مولکول‌های بستر از کمپلکس EI جابجا می‌شود. با مهار غیر رقابتی (شکل 4.21)، بازدارنده حداکثر سرعت را کاهش می دهد. اگر ارزش K tکاهش نمی یابد، سپس آنها از مهار کاملا غیر رقابتی صحبت می کنند. نوع مشابهی از مهار در طول تشکیل کمپلکس‌های EI و (یا) EIS غیر فعال و به سختی تفکیک می‌شود. با این حال، اغلب یک نوع مختلط از بازداری وجود دارد (گاهی اوقات نوع جزئی غیررقابتی نامیده می شود)، که در آن کاهش Fmax با افزایش همزمان ترکیب می شود. K t.این بدان معنی است که کمپلکس EI فعالیت جزئی را حفظ می کند، یعنی توانایی تشکیل یک EIS پیچیده سه تایی میانی، که در آن بستر تحت یک تبدیل کاتالیزوری تاخیری قرار می گیرد. در موارد نادر، درجه مهار فعالیت آنزیم ممکن است با افزایش غلظت سوبسترا افزایش یابد. برای این نوع بازداری، اصطلاح نسبتاً نادرست بازداری غیررقابتی پیشنهاد شده است. یکی از مکانیسم های چنین مهاری به دلیل امکان ترکیب بازدارنده با کمپلکس ES برای تشکیل یک کمپلکس سه تایی ESI غیر فعال یا با واکنش آهسته است.

بنابراین، با تجزیه و تحلیل گرافیکی نرخ واکنش آنزیمی به عنوان تابعی از غلظت سوبسترا، اطلاعات ارزشمندی در مورد سینتیک واکنش‌های آنزیمی به دست می‌آید که مکانیسم احتمالی کاتالیز آنزیمی را روشن می‌کند.

تنظیم فعالیت آنزیمی

یکی از خواص منحصر به فرد موجودات زنده تعادل شگفت انگیز فرآیندهای کاتابولیک (زیست تخریبی) و آنابولیک (بیوسنتزی) است. در همان زمان، فرآیندهای سنتز، تجزیه و تبدیل صدها و هزاران ماده مختلف به طور همزمان در سلول ها انجام می شود که توسط مکانیسم های تنظیمی متنوعی تنظیم می شود که ثبات محیط داخلی بدن را تضمین می کند. برخی از این مکانیسم های تنظیمی، که در میان آنها نقش مهمی توسط مکانیسم های تنظیم کننده فعالیت آنزیم ایفا می شود، در زیر مورد بحث قرار خواهند گرفت.

_£ نفوذقانون عمل توده ای در یک واکنش شیمیایی برگشت پذیر کاتالیز شده با آنزیم، به عنوان مثال: A + B<=* С + D концентрация компонентов реакции и со­ответственно направление реакции будут регулироваться влиянием закона действия масс. Оно, в частности, может быть показано в обратимой реакции трансаминиро-вания, катализируемой ферментом аланинаминотрансферазой:

آلانیا + a-Ketoglutarate +± پیرووات + گلوتامات

این نوع تنظیم بدیهی است که نقش محدودی ایفا می کند، زیرا در شرایط واقعی واکنش معمولاً در یک جهت پیش می رود، زیرا محصولات حاصل ممکن است سوبستراهایی برای عمل آنزیم های دیگر باشند و از کره واکنش حذف شوند. در این موارد، یک حالت پایدار (ایستا) به جای یک تعادل واقعی برقرار می شود.

^تغییر در کمیت آنزیمپدیده سنتز آنزیم القایی به خوبی در باکتری ها مورد مطالعه قرار گرفته است، زمانی که آنها در محیطی رشد می کنند که تنها منبع کربن و انرژی این یا کربوهیدرات دیگری است، مثلاً گلوکز. جایگزینی گلوکز در محیط با لاکتوز منجر به سنتز القایی یا تطبیقی ​​(پس از یک دوره کوتاه فاز تاخیر) آنزیم گالاکتوزیداز (برنامه ریزی شده توسط ژن لاکتوز، فصل 13) می شود که لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تجزیه می کند. در بافت های حیوانی، چنین سنتز سریع آنزیم ها نسبتا کمتر مشاهده می شود، و مکانیسم القای سنتز تنها برای تعداد کمی از آنزیم ها (تیروزین ترانس آمیناز، سرین و ترئونین دهیدراتاز، تریپتوفان پیرولاز، و غیره) مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، هنگامی که برخی از سموم، مواد سرطان زا، آلکالوئیدها و حشره کش ها وارد بدن می شوند، پس از چند روز فعالیت (به ترتیب، مقدار) آنزیم ها - هیدروکسیلازهای شبکه آندوپلاسمی سلول های کبدی که خارجی را اکسید می کنند، افزایش می یابد. موادی را به محصولاتی تبدیل می کند که برای بدن غیر سمی هستند. از سوی دیگر، مواردی توصیف شده است که تحت اثر چنین هیدروکسیلازهایی، مواد خارجی در بدن به ترکیبات سمی تری تبدیل می شوند. این پدیده برعکس سم زدایی، سنتز کشنده نامیده می شود.

"-■ پروآنزیم هاآنزیم های پروتئولیتیک دستگاه گوارش و لوزالمعده به شکل غیر فعال، به شکل پروآنزیم ها (زیموژن ها) سنتز می شوند. تنظیم در این موارد به تبدیل پروآنزیم ها به آنزیم های فعال تحت تأثیر عوامل خاص ختم می شود. بنابراین، تریپسین در پانکراس به شکل تریپسینوژن سنتز می شود. دومی در روده در نتیجه اتوکاتالیز یا تحت اثر سایر پروتئینازها به تریپسین فعال تبدیل می شود (به فصل 11 مراجعه کنید). تبدیل پپسینوژن غیر فعال به پپسین فعال به صورت اتوکاتالیستی در نتیجه پروتئولیز محدود در حضور اسید کلریدریک انجام می شود و همچنین با جدا شدن یک مهارکننده خاص با ماهیت پلی پپتیدی از پروآنزیم همراه است. سنتز پروتئینازها به شکل غیرفعال و تعدادی دیگر از پروتئین های پیش ساز غیرفعال، بدیهی است که معنای بیولوژیکی خاصی دارد و از تخریب سلول های اندامی که در آن پروآنزیم ها تشکیل می شوند، جلوگیری می کند.

اصلاح شیمیایی آنزیمبرخی از پروتئین ها در طول شکل گیری ساختار سوم خود تحت تغییرات پس سنتزی قرار می گیرند (به فصل 1 مراجعه کنید). معلوم شد،

که آنزیم های کلیدی متابولیسم انرژی - فسفوریلاز، گلیکوژن سنتاز و غیره - نیز توسط فسفوریلاسیون و دفسفوریلاسیون توسط آنزیم های خاص - پروتئین کیناز و پروتئین فسفاتاز کنترل می شوند که سطح فعالیت آنها به نوبه خود توسط هورمون ها تنظیم می شود. سطح فعالیت آنزیم های کلیدی متابولیسم کربوهیدرات و بر این اساس، شدت و جهت خود فرآیندهای متابولیک با نسبت اشکال فسفریله و دفسفریله این آنزیم ها تعیین می شود. اصلاح شیمیایی پس سنتزی آنزیم ها همچنین شامل فرآیندهای محدود پروتئولیز، متیلاسیون، گلیکوزیلاسیون و غیره است، در نتیجه یک نوع میکروسکوپی تنظیم فعالیت آنزیم و بر این اساس، نرخ فیزیولوژیکی فرآیندهای متابولیک را فراهم می کند.

تنظیم فعالیت آنزیم بر اساس اصل بازخورد.در بسیاری از واکنش‌های کاملاً بیوسنتزی، نوع اصلی تنظیم سرعت یک فرآیند آنزیمی چند مرحله‌ای، مهار بازخورد است، زمانی که محصول نهایی زنجیره بیوسنتزی، فعالیت آنزیمی را که مرحله اول را کاتالیز می‌کند، سرکوب می‌کند.

فرض کنید یک فرآیند بیوسنتزی چند مرحله‌ای در سلول‌ها انجام می‌شود که هر مرحله توسط آنزیم خاص خود کاتالیز می‌شود:

سرعت چنین توالی کلی از واکنش ها تا حد زیادی توسط غلظت محصول نهایی (P) تعیین می شود، که تجمع آن در بالاتر از حد مجاز اثر مهاری قدرتمندی بر روی مرحله اول فرآیند، به ترتیب، بر روی آنزیم دارد. و همکاران

برای اولین بار، وجود چنین مکانیسمی برای کنترل فعالیت آنزیم توسط متابولیت ها در E. coli هنگام مطالعه سنتز ایزولوسین و CTP نشان داده شد. مشخص شد که ایزولوسین، که محصول نهایی است، به طور انتخابی فعالیت ترئونین دهیدراتاز را سرکوب می کند، که اولین مرحله در فرآیند تبدیل ترئونین به ایزولوسین را کاتالیز می کند که شامل پنج واکنش آنزیمی است. به طور مشابه، CTP، به عنوان محصول نهایی مسیر بیوسنتزی، یک اثر مهاری بر روی آنزیم اول (آسپارتات کاربامویل ترانسفراز) دارد و در نتیجه سنتز خود را تنظیم می کند. به این نوع بازداری، بازداری بازخورد یا بازداری مجدد گفته می شود. وجود آن در تمام موجودات زنده ثابت شده است و در حال حاضر یکی از انواع اصلی تنظیم فعالیت آنزیم ها و متابولیسم سلولی به طور کلی در نظر گرفته می شود.

از سوی دیگر، در فرآیندهای آمفیبولیک که به طور همزمان عملکردهای بیوسنتزی و زیست تخریبی را انجام می دهند، وجود تنظیم هم از طریق نوع بازداری مجدد و هم توسط ترکیبات پرانرژی - شاخص های وضعیت انرژی سلول به اثبات رسیده است. برای فرآیندهای آمفیبولیک، یک نوع تنظیم منحصر به فرد، که فقط مختص آنهاست، علاوه بر این، فعال شدن توسط یک پیش ساز است، زمانی که اولین متابولیت در یک مسیر چند مرحله ای، آنزیمی را فعال می کند که آخرین مرحله را کاتالیز می کند. بنابراین، اثر فعال کننده گلوکز-6-فسفات، که پیش ساز گلیکوژن است، بر روی آنزیم گلیکوژن سنتاز ثابت شده است.

انواع مشابه مهار توسط محصول نهایی و فعال شدن توسط محصول اول مشخصه آنزیم های آلوستریک (تنظیمی) است، زمانی که عامل، از نظر ساختاری متفاوت از بستر، در مرکز خاصی (آلوستریک) مولکول آنزیم، از نظر مکانی دور از آنزیم متصل می شود. مرکز فعال تبدیل‌های متقابل آنزیم‌های آلوستریک فعال و غیرفعال به شکل ساده‌شده، و همچنین تغییرات ساختاری مشاهده‌شده پس از اتصال سوبسترا و عوامل مؤثر، در شکل ارائه شده‌اند. 4.22. اتصال یک عامل منفی به یک مرکز آلوستریک باعث تغییرات قابل توجهی در پیکربندی مرکز فعال مولکول آنزیم می شود که در نتیجه آنزیم تمایل خود را به بستر خود از دست می دهد (تشکیل یک کمپلکس غیر فعال).

فعل و انفعالات آلوستریک در ماهیت منحنی‌های وابستگی سرعت واکنش اولیه به غلظت سوبسترا یا عامل، به ویژه در شکل S این منحنی‌ها (انحراف از منحنی هذلولی Michaelis-Menten) آشکار می‌شوند. این بدان معنی است که اتصال یک مولکول بستر اتصال مولکول دوم را در محل فعال تسهیل می کند و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش می دهد. علاوه بر این، آنزیم های تنظیم کننده آلوستریک با وابستگی غیرخطی سرعت واکنش به غلظت آنزیم مشخص می شوند.

انواع دیگر تنظیم فعالیت آنزیم.تعدادی مکانیسم دیگر وجود دارد که سرعت فرآیندهای متابولیک و فعالیت آنزیم های داخل سلولی را کنترل می کند. مقدار مطلق آنزیم موجود در سلول با سرعت سنتز و تجزیه آن تنظیم می شود. مکانیسم‌های تنظیمی ممکن است شامل رقابت بین آنزیم‌ها برای یک سوبسترای مشترک، خاموش کردن فعالیت یکی از ایزوآنزیم‌ها (در اشکال متعدد آنزیم)، تأثیر غلظت کوفاکتور، و پدیده تقسیم‌بندی باشد. مکانیسم تقسیم‌بندی ظاهراً نقش بیولوژیکی مهمی دارد، آنزیم‌ها را به‌صورت فضایی از بسترهایشان با استفاده از غشاهای زیستی جدا می‌کند (به‌عنوان مثال، آنزیم‌های لیزوزومی: پروتئینازها، فسفاتازها، ریبونوکلئازها و سایر آنزیم‌های هیدرولیتیک، از مواد سیتوپلاسمی که روی آن‌ها عمل می‌کنند). علاوه بر این، این مکانیسم امکان جداسازی فرآیندهای متابولیکی را که همزمان ناسازگار هستند را ممکن می سازد. نمونه ای از دومی ممکن است مسیرهای سنتز اسیدهای چرب باشد که عمدتاً در بخش محلول سیتوپلاسم رخ می دهد و مسیرهای تجزیه اسیدهای چرب متمرکز در میتوکندری.

تعیین فعالیت آنزیمی

تعیین محتوای کمی آنزیم ها در اشیاء بیولوژیکی مشکلات خاصی را ایجاد می کند، زیرا، به استثنای نادر، آنزیم ها در بافت ها در غلظت های بسیار ناچیز وجود دارند. بنابراین، مقدار آنزیم ها بر اساس سرعت واکنش کاتالیز شده تحت شرایط اندازه گیری معین و توافق شده، قضاوت می شود. در شرایط بهینه دما، pH محیط و اشباع کامل آنزیم با سوبسترا، سرعت واکنش کاتالیز شده متناسب با

غلظت آنزیم سرعت یک واکنش آنزیمی یا بر اساس سرعت از دست دادن سوبسترا یا با سرعت تشکیل محصول واکنش ارزیابی می شود. برای بیان غلظت یک آنزیم و تعیین کمیت فعالیت آن، کمیسیون آنزیم های اتحادیه بین المللی بیوشیمیایی یک واحد استاندارد بین المللی (E یا U) را توصیه کرده است: ! واحد فعالیت هر آنزیم، مقدار آنزیمی است که در شرایط بهینه، تبدیل 1 میکرومول سوبسترا را در دقیقه (μmol/min) کاتالیز می کند. در ارتباط با معرفی سیستم بین المللی واحدها (SI)، تعریف جدیدی از واحد آنزیمی کاتال (kat) ارائه شده است. 1 فعالیت کاتالیزوری قادر است واکنشی را با سرعتی برابر با 1 مول در 1 ثانیه (1 مول در ثانیه) انجام دهد. نسبت واحد بین المللی (E) به کاتال را می توان به صورت زیر بیان کرد: 1 گربه = 1 مول -با"" = 60 mol x x min " = 60 10 6 μmol x x min " 1 = 6 10 7 E؛ یا 1 E = = 1 میکرومول در دقیقه ~" =

= (1/60) µmol s " = = (1/60) µkat = 16.67 nkat. بنابراین، 1 E آنزیم با 16.67 nkat مطابقت دارد._23

همچنین اندازه گیری واحدهای آنزیمی در دمای 25 درجه سانتیگراد، pH بهینه و غلظت سوبسترا بالاتر از غلظت اشباع توصیه می شود. در این موارد، سرعت مربوط به یک واکنش مرتبه صفر نسبت به بستر است و تنها به غلظت آنزیم بستگی دارد.

برای بیان فعالیت در کار عملی با آنزیم ها، اغلب از مفاهیم مشتق شده از فعالیت خاص و مولی استفاده می شود. فعالیت خاص یک آنزیم معمولاً به صورت تعداد واحدهای فعالیت آنزیمی در 1 میلی گرم پروتئین (یا تعداد کاتال ها در هر 1 کیلوگرم پروتئین فعال) بیان می شود. تعداد مولکول های سوبسترا که توسط یک مولکول آنزیم در ثانیه تبدیل می شوند معمولاً تعداد دور یا فعالیت مولی نامیده می شود (فعالیت کاتالیزوری مولی بر حسب کاتالیت در هر 1 گرم مول آنزیم بیان می شود). برای مثال، یک مولکول کاتالاز گلبول قرمز قادر به تجزیه 1 در 44000 مولکول پراکسید هیدروژن 1 است.

محلی سازی درون سلولی آنزیم ها

مسئله محلی سازی آنزیم ها در تشکیلات ساختاری سلول (هسته، میتوکندری، لیزوزوم و غیره) بسیار مهم است، به ویژه در آنزیم شناسی آماده سازی، زمانی که محقق وظیفه دارد آنزیم را به شکل خالص آن جدا و جدا کند. تشخیص محلی سازی آنزیم با استفاده از سیتوشیمی و هیستوشیمی نسبتا آسان است. برای این کار، مقاطع نازکی از اندام با بسترهای مناسب انکوبه می شوند و پس از انکوباسیون، با افزودن معرف های مناسب برای ایجاد رنگ خاص، محل یابی محصول واکنش آشکار می شود.

در آنزیم شناسی آماده سازی، از روش سانتریفیوژ افتراقی هموژنه های بافتی بیشتر استفاده می شود. برای انجام این کار ابتدا ساختار سلولی با استفاده از یک تجزیه کننده مناسب از بین می رود و جرم شبه همگن (همگن) حاصل در دمای 0 - 4 درجه سانتی گراد تحت سانتریفیوژ افتراقی قرار می گیرد. نمودار تقریبی سانتریفیوژ افتراقی هموژن ها در سانتریفیوژهای پرسرعت در شکل 1 نشان داده شده است. 4.23 "معمولاً، توزیع آنزیم ها در بخش های مجزای متوالی جدا شده با سانتریفیوژ جزئی هموژن ها، به ویژه در بخش هسته ای که با سرعت سانتریفیوژ پایین به دست می آید، در بخش میتوکندری که با سرعت سانتریفیوژ متوسط ​​ته نشین می شود، مطالعه می شود. در بخش میکروزومی (یا ریبوزوم)، که برای جداسازی نیاز به سانتریفیوژ با سرعت بالا دارد، و در نهایت در ماده رویی شفاف باقیمانده، که کسر محلول سیتوپلاسم است، باید توجه داشت که کسر میتوکندری همگن نیست، زیرا ذرات لیزوزوم ها را می توان از آن جدا کرد و به نوبه خود، بخش میکروزومی نیز ناهمگن است، زیرا عمدتاً از عناصر شبکه آندوپلاسمی ساختار ناهمگن نشات می گیرد.

با استفاده از روش شکنش سانتریفیوژ، نشان داده شد که بخش هسته ای کبد و کلیه حاوی تعداد کمی آنزیم است، اگرچه مشخص است که برخی از پروتئین ها در هسته ها سنتز می شوند. محل اصلی سنتز پروتئین، همانطور که اکنون مشخص شده است، بخش ریبوزوم سیتوپلاسم است. همچنین نشان داده شده است که آنزیم‌های گلیکولیتیک عمدتاً در بخش محلول سیتوپلاسم متمرکز می‌شوند، در حالی که سیتوکروم اکسیداز و آنزیم‌های چرخه کربس در بخش میتوکندری متمرکز هستند. آنزیم هایی که فسفوریلاسیون اکسیداتیو و تجزیه اسیدهای چرب را کاتالیز می کنند نیز با میتوکندری مرتبط هستند. برعکس، آنزیم هایی که بیوسنتز اسیدهای چرب را کاتالیز می کنند، در بخش محلول سیتوپلاسم وجود دارند.

برای جداسازی و جداسازی آنزیم‌ها از اشیاء بیولوژیکی در حالت خالص (همگن)، از کل زرادخانه روش‌های جداسازی پروتئین‌ها به شکل فردی استفاده می‌شود که در بالا به تفصیل مورد بحث قرار گرفت (به فصل 1 مراجعه کنید).

طبقه بندی و نامگذاری آنزیم

طبقه بندی و نامگذاری مدرن آنزیم ها توسط کمیسیون آنزیم های اتحادیه بین المللی بیوشیمیایی ایجاد شد و در کنگره بین المللی بیوشیمی پنجم در سال 1961 در مسکو به تصویب رسید.

نیاز به نامگذاری سیستماتیک اساساً به دلیل افزایش سریع تعداد آنزیم های تازه کشف شده در هر سال بود که محققان مختلف بنا به صلاحدید خود نام هایی را برای آنها تعیین کردند. علاوه بر این، گاهی اوقات دو یا چند نام برای یک آنزیم استفاده می شد که باعث سردرگمی در نامگذاری می شد. نام برخی از آنزیم ها به هیچ وجه نشان دهنده نوع واکنش کاتالیز شده نیست.

تا سال 1961، هیچ طبقه بندی واحدی از آنزیم ها وجود نداشت. مشکلات در این واقعیت نهفته است که محققان مختلف اصول متفاوتی را به عنوان مبنای طبقه بندی آنزیم ها در نظر گرفته اند. این کمیسیون سه اصل را در نظر گرفت که می تواند مبنای طبقه بندی آنزیم ها و تعیین آنها باشد. اولین اصل، ماهیت شیمیایی آنزیم است، یعنی متعلق به فلاووپروتئین ها، پروتئین های پیریدوکسال فسفات، هموپروتئین ها، متالوپروتئین ها و غیره است. با این حال، این اصل نمی تواند به عنوان یک مبنای کلی برای طبقه بندی باشد، زیرا فقط برای تعداد کمی از آنزیم ها گروه های پروتز موجود، شناسایی و تعریف مستقیم هستند. اصل دوم ماهیت شیمیایی بستری است که آنزیم بر روی آن اثر می کند. طبق این اصل، طبقه بندی یک آنزیم دشوار است، زیرا ترکیبات مختلف در یک کلاس خاص از مواد (پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک) و محصولات متابولیک میانی بی شماری می توانند به عنوان سوبسترا عمل کنند. طبقه بندی پذیرفته شده بر اساس اصل سوم است - نوع واکنش کاتالیز شده، که مخصوص عمل هر آنزیمی است. منطقی است که از این اصل به عنوان مبنای طبقه بندی و نامگذاری آنزیم ها استفاده شود.

بنابراین، نوع واکنش شیمیایی کاتالیز شده، همراه با نام سوبسترا، به عنوان پایه ای برای نامگذاری سیستماتیک آنزیم ها عمل می کند. بر اساس این طبقه بندی، آنزیم ها به شش کلاس اصلی تقسیم می شوند: 1) اکسیدوردوکتازها. 2) ترانسفرازها 3) هیدرولازها 4) لیازها؛ 5) ایزومرازها 6) لیگازها (سینتازها).

اکسیدرودوکتازها بهکلاس اکسیدوردوکتازها شامل آنزیم هایی است که واکنش های ردوکس را کاتالیز می کنند که زمینه اکسیداسیون بیولوژیکی را فراهم می کند. نام سیستماتیک آنها به شکل "دهنده: گیرنده اکسیدو ردوکتاز" است، به عنوان مثال لاکتات: NAD "1" اکسیدوردوکتاز برای LDH.

اکسیدوردوکتازهای اصلی زیر متمایز می شوند: دهیدروژنازها یا اکسیدازهای هوازی، که انتقال پروتون ها (الکترون ها) را مستقیماً به اکسیژن کاتالیز می کنند، دهیدروژنازهای بی هوازی، که انتقال پروتون ها (الکترون ها) به یک بستر میانی را تسریع می کنند، اما نه به اکسیژن، سیتوکروم. انتقال تنها الکترون ها را کاتالیز می کند. این کلاس همچنین شامل آنزیم‌های حاوی هِم کاتالاز و پراکسیداز است که واکنش‌های مربوط به پراکسید هیدروژن را کاتالیز می‌کنند.

نقل و انتقالاتکلاس ترانسفرازها شامل آنزیم هایی است که واکنش های انتقال بین مولکولی اتم ها، گروه های اتم و رادیکال های مختلف را کاتالیز می کنند. نام آنها به این شکل جمع آوری شده است: "اهداکننده: گروه حمل شده - ترانسفراز".

ترانسفرازهایی وجود دارند که انتقال باقیمانده های تک کربنی، آسیل، گلیکوزیل، آلدهید یا کتون، باقی مانده های نوکلئوتیدی، گروه های نیتروژنی، باقی مانده های اسید سولفوریک و فسفر و غیره را کاتالیز می کنند. به عنوان مثال: متیل و فرمیل ترانسفرازها، استیل ترانسفرازها، آمینوترانسفوترانسفرازها، و غیره.

هیدرولازها که درکلاس هیدرولازها شامل گروه بزرگی از آنزیم‌ها است که با مشارکت یک مولکول آب، برش پیوندهای درون مولکولی مواد آلی را کاتالیز می‌کنند. نام آنها به شکل زیر جمع آوری شده است: "سوبسترا - هیدرولاز". اینها عبارتند از: استرازها - آنزیمهایی که واکنشهای هیدرولیز و سنتز گلیکوزیدازها را کاتالیز می کنند، که باعث تسریع شکستن پیوندهای گلیکوزیدی و هیدرولازهای پپتیدی می شوند - پیوندهای انیدریدی غیر از پیوندهای پپتیدی و غیره

لیازهاکلاس لیازها شامل آنزیم هایی است که جداسازی پیوندهای C-O، C-C، C-N و سایر پیوندها و همچنین واکنش های برگشت پذیر حذف گروه های مختلف را کاتالیز می کنند.

از بسترهای غیر هیدرولیتیکی. این واکنش ها با شکل گیری همراه است»!

پیوند دوگانه یا با افزودن گروه ها به محل پیوند دوگانه. آنزیم ها مشخص شده اند*!

آنها با اصطلاح "سوبسترا-لیاز" نامیده می شوند. به عنوان مثال، فومارات هیدراتاز (سیستماتیک

نام روسی: L-malate hydrolyase) برش برگشت پذیر مولکول ها را کاتالیز می کند.

آب از اسید مالیک برای تشکیل اسید فوماریک. به همین گروه"

شامل دکربوکسیلازها (کربوکسی لیازها)، آمیدین لیازها و غیره است.

ایزومرازها کلاس ایزومرازها شامل آنزیم هایی است که انواع مختلفی را کاتالیز می کنند

انواع واکنش های ایزومریزاسیون نام سیستماتیک آنها با در نظر گرفتن تدوین شده است

نوع واکنش: "سوبسترا - ایزومراز سیس ترانس". اگر ایزومریزاسیون شامل انتقال گروه درون مولکولی باشد، آنزیم موتاز نامیده می شود.

کلاس ایزومرازها شامل راسمازها و اپی مرازهایی است که روی اسیدهای آمینه و هیدروکسی، کربوهیدرات ها و مشتقات آنها، اکسیدوردوکتازهای درون مولکولی که تبدیل آلدوزها و کتوزها را کاتالیز می کنند، ترانسفرازهای درون مولکولی که آسیل، فسفوریل و سایر گروه ها را انتقال می دهند و غیره را شامل می شود.

لیشازها (سینتازها). کلاس لیگازها شامل آنزیم هایی است که سنتز مواد آلی را از دو مولکول اولیه با استفاده از انرژی تجزیه ATP (یا دیگر تری فسفات نوکلئوزیدی) کاتالیز می کنند. نام سیستماتیک آنها به این شکل است: "X: Y لیگاز"، که در آن X و Y مواد اولیه را نشان می دهند. یک مثال L-گلوتامات است: آمونیاک لیگاز (گلوتامین سنتتاز) که با مشارکت آن گلوتامین از اسید گلوتامیک و آمونیاک در حضور ATP سنتز می شود.

فهرست آنزیم ها

بر اساس سیستم توسعه‌یافته، که به عنوان مبنایی برای طبقه‌بندی و شماره‌گذاری (نمایه‌گذاری) آنزیم‌ها عمل می‌کند، کمیسیون بین‌المللی همچنین یک طبقه‌بندی آنزیم (EC) شامل فهرستی از آنزیم‌ها را تهیه کرد که در ابتدا تا سال 1961 شامل تقریباً 900 آنزیم بود. فهرست آنزیم‌ها (به نام‌گذاری آنزیم‌ها، 1979 مراجعه کنید) قبلاً شامل 2142 آنزیم منفرد بود. تا به امروز، حتی بیشتر شناسایی شده است. در لیست برای هر آنزیم، علاوه بر شماره (کد)، نام سیستماتیک (منطقی)، نام توصیه شده (کار)، واکنش شیمیایی که آنزیم کاتالیز می کند، و همچنین نکاتی در مورد ویژگی عمل آورده شده است. توصیه می شود برای هر آنزیم یک عدد با استفاده از یک کد چهار رقمی اختصاص دهید.

بنابراین کد هر آنزیم شامل چهار عدد است که با نقطه از هم جدا شده اند و طبق اصل زیر جمع آوری می شود. رقم اول تعداد یکی از شش کلاس اصلی آنزیم را نشان می دهد. عدد دوم به معنای زیر کلاسی است که انواع اصلی زیرلایه های درگیر در این نوع تبدیل شیمیایی را مشخص می کند. به عنوان مثال، در ترانسفرازها، رقم دوم ماهیت گروهی را که در هیدرولازها منتقل می شود، نوع پیوند هیدرولیز شده، و غیره را نشان می دهد. در ماهیت شیمیایی ترکیبات (اهداکننده یا پذیرنده) شرکت کننده در این زیر گروه از واکنش ها. در کد آنزیم، تعداد یا بهتر است بگوییم تعداد زیر کلاس در جایگاه سوم قرار گرفته است. به عنوان مثال برای هیدرولازها این عدد نوع پیوند هیدرولیز شده را مشخص می کند و برای لیازها نوع گروه خروجی و ... را مشخص می کند. سه رقم اول کد دقیقاً نوع آنزیم را مشخص می کند. در نهایت، تمام آنزیم های متعلق به یک زیر کلاس معین یک شماره سریال به ترتیب حروف الفبا دریافت می کنند که در رتبه چهارم کد قرار می گیرد.

بنابراین، هر آنزیم، که با یک مجموعه ثابت از چهار عدد مشخص می شود، دارای یک کد مربوطه است که تحت آن در لیست آنزیم ها قرار می گیرد. به عنوان مثال در جدول 4.5 دو آنزیم را از لیست نشان می دهد.

جدول 4.5. قطعه	از لیست آنزیم ها
	توصیه شده		نظام	یادداشت های خاص
رمز	(کار کردن)	واکنش	نام	کراوات ها و دیگران
	نام			وابستگی ها
CF 1.1.1.27	لاکتادهید -	L-لاکتات + NAD + =	ال-لاکتات:	دیگران را اکسید می کند
	روژناز	پیروات + NADH 2	NAD+ -اکسیدور-	اکسی مونو کربوکسیلیک
			دوکتاز	اسیدها
CF 2.6.1.5	تیروزین ها-	L-تیروزین + 2-oxo-	ال-تیروزین:	پروتئین پیریدوک
	buttransferacha	گلوتارات = 4-hydroxyphe-	۲-اکسوگلوتارات	سالفسفات فنی-
		نیلپیروات + ال-گلو-	آمینوترانسفر-	لالانین می تواند عمل کند
		تمات	پشت	به جای عمل کردن
				روزینا

به ویژه باید توجه داشت که طبقه بندی بین المللی آنزیم ها را نمی توان کاملاً کامل در نظر گرفت، زیرا از برخی جهات با طبقه بندی واکنش های شیمیایی که عموماً در شیمی آلی پذیرفته شده است مطابقت ندارد، علیرغم این واقعیت که آنزیم ها اساساً همان واکنش ها را کاتالیز می کنند.

مفهوم آنزیم ها

آنزیم ها (آنزیم ها)پروتئین های محلول یا متصل به غشاء هستند که دارای فعالیت کاتالیزوری هستند. (علاوه بر پروتئین ها، برخی از RNA (ریبوزیم ها) و آنتی بادی ها (ابزیم ها) می توانند فعالیت کاتالیزوری را در بدن نشان دهند، اما آنها هزاران بار کمتر از آنزیم ها موثر هستند.) این نام ها از لاتین "fermentatio" - تخمیر و یونانی " آمده اند. en zym” - داخل خمیر مایه . آنها یادآور اولین منابع آنزیم هستند. بیوشیمی که آنزیم ها را مطالعه می کند، نامیده می شود آنزیم شناسی. در نمودارها و معادلات واکنش، مولکول های آنزیم مشخص می شوند - E. موادی که تبدیل آنها توسط آنزیم ها کاتالیز می شود نامیده می شوند بسترها (S). محصولاتواکنش آنزیمی به معنی - آر. از آنجایی که آنزیم ها پروتئین هستند، با استفاده از روش های مشابه سایر پروتئین ها به شکل همگن به دست می آیند. آنزیم ها با ویژگی های فیزیکوشیمیایی ذاتی پروتئین ها مشخص می شوند.

تفاوت بین آنزیم ها و کاتالیزورهای معدنی:

الف) سرعت واکنش ها را بسیار موثرتر می کند.

ب) دارای ویژگی عمل بالایی است.

ج) تحت شرایط فیزیولوژیکی تحت نظارت هستند.

د) تحت شرایط ملایم عمل کند.

ساختار آنزیم ها

آنزیم ها می توانند پروتئین های ساده و پیچیده (مجموعه) باشند که ممکن است شامل لیپیدها، کربوهیدرات ها، یون های فلزی، بازهای نیتروژنی و مشتقات ویتامین باشد. در بدن، آنزیم ها می توانند هم در حالت محلول و هم به صورت مجتمع های نامحلول عمل کنند یا بخشی از غشاهای بیولوژیکی باشند.

یک ویژگی متمایز آنزیم وجود آن است مرکز فعال. مرکز فعال -این ترکیبی منحصر به فرد از بقایای اسید آمینه نزدیک در فضا است که ارائه می دهد:

الف) شناخت مولکول بستر،

ب) اتصال سوبسترا به آنزیم،

ج) اجرای یک تبدیل کاتالیزوری (در مورد یک آنزیم پیچیده، کوآنزیمی که بخشی از مرکز فعال است نیز در عمل کاتالیز شرکت می کند).

محل فعال زمانی رخ می دهد که پروتئین تا می شود و ترکیب اصلی (فعال) خود را به خود می گیرد. ساختار مرکز فعال ممکن است در اثر تعامل با بستر تغییر کند. با توجه به بیان مجازی D. Koshland، بستر مانند یک دست به یک دستکش به مرکز فعال نزدیک می شود.

یک مولکول آنزیم، به خصوص اگر از چندین زیر واحد تشکیل شده باشد، ممکن است حاوی بیش از یک مکان فعال باشد.

دو منطقه در مرکز فعال وجود دارد. اولین ناحیه مسئول شناسایی و اتصال بستر است. به آن محل اتصال بستر یا محل لنگر می گویند. بخش دوم، بخش کاتالیزوری نامیده می شود که شامل بقایای اسیدهای آمینه است که در عمل کاتالیز شرکت می کنند.

آنزیم ها پروتئین هایی هستند که از نظر وزن مولکولی و پیچیدگی ساختاری بسیار متفاوت هستند. نمونه ای از یک آنزیم مولکولی کوچک ریبونوکلئاز است که از یک زیر واحد با وزن مولکولی 13700 دا تشکیل شده است. (توالی اسید آمینه ریبونوکلئاز مشخص شده است. در سال 1969، ریبونوکلئاز در آزمایشگاه B. Merrifield در نیویورک سنتز شد.) بسیاری از آنزیم ها از چندین زیر واحد تشکیل شده اند، برای مثال لاکتات دهیدروژناز از چهار زیر واحد از دو نوع تشکیل شده است. تا به امروز، چندین مجتمع چند آنزیمی شناخته شده است که از ده ها زیر واحد مختلف و چندین نوع کوآنزیم تشکیل شده است. به عنوان مثال، کمپلکس پیروات دهیدروژناز از 60 زیر واحد از سه نوع و پنج نوع کوفاکتور تشکیل شده است. وزن مولکولی چنین کمپلکسی بسته به منبع آنزیم 2.3 * 10 6 - 10 * 10 6 Da است. مولکول آنزیم ممکن است کوچکتر از مولکول سوبسترا باشد. به عنوان مثال: مولکول های آنزیم های آمیلاز و ریبونوکلئاز کوچکتر از مولکول های زیرلایه های آنها - نشاسته و RNA هستند.

بخش پروتئینی آنزیم های پیچیده از نظر کاتالیزوری غیر فعال است و نامیده می شود آپوآنزیم. اتصال یک آپوآنزیم به یک جزء غیر پروتئینی منجر به تشکیل یک آنزیم فعال کاتالیزوری (هولوآنزیم) می شود:

بسیاری از آنزیم ها حاوی یون فلزی هستند که می تواند عملکردهای مختلفی را انجام دهد:

الف) در اتصال بستر و فرآیند تبدیل کاتالیزوری آن شرکت می کند.

ب) تقویت اتصال کوآنزیم به مولکول آنزیم.

ج) تثبیت ساختار سوم آنزیم (به عنوان مثال، Ca2+ در آمیلاز).

د) با اتصال به سوبسترا، تشکیل یک بستر واقعی که آنزیم بر روی آن عمل می کند.

بسیاری از کوآنزیم ها مشتقات ویتامین ها هستند، بنابراین اختلالات متابولیک ناشی از کمبود ویتامین در اثر کاهش فعالیت آنزیم های خاص ایجاد می شود.

برخی از آنزیم ها همراه با یک مرکز فعال حاوی مرکز آلوستریک (تنظیمی) -ناحیه ای از گلبول پروتئین، خارج از مرکز فعال، جایی که موادی که فعالیت آنزیمی را تنظیم می کنند، می توانند به آن متصل شوند. به این مواد آلوستریک می گویند عوامل موثر (فعال کننده ها یا مهارکننده های آلوستریک). در نتیجه اتصال عامل به مرکز آلوستریک، تغییری در ساختار پروتئین رخ می دهد که منجر به تغییر در آرایش فضایی باقی مانده اسیدهای آمینه در مرکز فعال و در نهایت، تغییر در فعالیت آنزیمی می شود.

آنزیم هایی که در یک ارگانیسم یافت می شوند و واکنش شیمیایی مشابهی را کاتالیز می کنند، اما با ساختارهای پروتئین اولیه متفاوت، ایزوآنزیم نامیده می شوند. ایزوآنزیم ها در خواص فیزیکوشیمیایی مانند وزن مولکولی، پایداری حرارتی، ویژگی بستر و تحرک الکتروفورتیک با یکدیگر متفاوت هستند. ماهیت ظاهر ایزوآنزیم ها متفاوت است، اما اغلب به دلیل تفاوت در ساختار ژن های کد کننده این ایزوآنزیم ها یا زیر واحدهای آنها است. به عنوان مثال، آنزیم لاکتات دهیدروژناز (LDH) که واکنش برگشت پذیر اکسیداسیون لاکتات به پیروات را کاتالیز می کند، دارای چهار زیرواحد از دو نوع M و H است (شکل 1). برای تشخیص بیماری های قلبی و کبدی، مطالعه طیف ایزوآنزیم LDH در سرم خون ضروری است، زیرا LDH 1 و LDH 2 در عضله قلب و کلیه ها و LDH 4 و LDH 5 در عضلات اسکلتی فعال هستند. و کبد

شکل 1 ساختار ایزوآنزیم های مختلف LDH.

اندازه گیری فعالیت آنزیم

فعالیت آنزیم با اندازه گیری سرعت واکنش های کاتالیز شده تعیین می شود. سرعت واکنش های آنزیمی با کاهش غلظت سوبسترا یا افزایش غلظت محصول در واحد زمان اندازه گیری می شود:

v = -ΔΣ S /Δτ، v = ΔC P /Δτ،

جایی که ΔС S- تغییر در غلظت مولی بستر (mol/l)

ΔC P- تغییر در غلظت مولی محصول واکنش (مول در لیتر)،

Δτ - تغییر زمان (دقیقه، ثانیه).

توصیه می شود مطالعات سینتیکی در غلظت های اشباع سوبسترا انجام شود، در غیر این صورت آنزیم قادر به نشان دادن حداکثر فعالیت نخواهد بود.

واحدهای فعالیت آنزیمی:

واحد بین المللی آنزیم (U)- این مقدار آنزیمی است که تبدیل 1 میکرومول از سوبسترا را در 1 دقیقه در دمای 25 درجه سانتیگراد و pH بهینه محیط کاتالیز می کند.

واحد SI آنزیم است نورد (کات)- این مقدار آنزیمی است که تبدیل یک مول از بستر را در 1 ثانیه کاتالیز می کند. محاسبه آن آسان است که:

1 U = (1 * 10 -6 M)/60 s = 1.67 * 10 -8 M s-1 = 1.67 * 10 -8 گربه = 16.7 ncat.

اغلب تعریف می شود فعالیت خاصآماده سازی آنزیمی با تقسیم فعالیت یک نمونه از آماده سازی آنزیمی، بیان شده در (U)، بر وزن نمونه بر حسب میلی گرم:

ضربان = U/وزن دارو (میلی گرم)

هنگام تصفیه آنزیم ها، فعالیت خاص افزایش می یابد. با افزایش فعالیت خاص، می توان در مورد اثربخشی مراحل تصفیه و خلوص آماده سازی آنزیم قضاوت کرد.

برای ارزیابی فعالیت آنزیم‌های همگن و با خالص‌سازی بالا، تعداد واحدهای بین‌المللی (U) آنزیم در نمونه بر مقدار ماده آنزیمی (μmol) در این نمونه تقسیم می‌شود. فعالیت مولی(سرعت). از نظر فیزیکی، فعالیت مولی تعداد مولکول‌های سوبسترا است که در یک دقیقه یا ۱ ثانیه روی یک مولکول آنزیم تغییر شکل می‌دهند. به عنوان مثال: برای اوره آز، که هیدرولیز اوره را تسریع می کند، فعالیت مولی 30000، تریپسین - 102، گلوکز اکسیداز - 17000 سیکل در ثانیه است.

خواص آنزیم ها

4.1. مکانیسم عمل.آنزیم ها تعادل واکنش های کاتالیز شده را به سمت تشکیل محصولات تغییر نمی دهند، بنابراین ثابت تعادل واکنش ثابت می ماند. مانند همه کاتالیزورها، آنزیم ها فقط زمان لازم برای رسیدن به این تعادل را کاهش می دهند. در بیشتر موارد، آنزیم ها واکنش ها را بین 10 7 - 10 14 برابر سرعت می بخشند. اثربخشی کاتالیز آنزیمی مبتنی بر کاهش شدید انرژی فعال سازی واکنش به دلیل تبدیل بستر به محصول از طریق حالت های گذار است.

4.2. خاص بودن عمل. ویژگی اتصال به سوبسترا و مسیر واکنش آنزیمی توسط آپوآنزیم تعیین می شود. ویژگی عمل آنزیم ها متابولیسم جهت دار در بدن را تعیین می کند.

گفته می شود که آنزیم ها دارند ویژگی باریک بستر، اگر روی محدوده بسیار کمی از بسترها عمل کنند. گاهی اوقات می توانیم در مورد آن صحبت کنیم ویژگی مطلق بستر،به عنوان مثال، کاتالاز تنها یک واکنش را کاتالیز می کند - تجزیه پراکسید هیدروژن:

بیشتر آنزیم ها با ویژگی نسبی (گسترده، گروهی) بسترهنگامی که آنها گروهی از واکنش های مشابه را کاتالیز می کنند. به عنوان مثال، الکل دهیدروژناز تبدیل الکل ها به آلدهیدها را کاتالیز می کند و متانول، اتانول، پروپانول و سایر الکل ها می توانند به عنوان سوبسترا عمل کنند. یک واقعیت جالب این است که الکل دهیدروژناز می تواند الکل های غیر خطی و همچنین گروه الکل را که بخشی از مولکول های پیچیده است اکسید کند، این آنزیم می تواند تبدیل رتینول به شبکیه را کاتالیز کند. به طور طبیعی، آنزیم هایی که دارای ویژگی سوبسترای وسیع هستند، تبدیل سوبستراها را با کارایی های متفاوت کاتالیز می کنند.

آنزیم ها نیز وقفی دارند ویژگی استریوشیمیایی: مرکز فعال آنها مولکول های بستر را با پیکربندی فضایی تشخیص می دهد. به عنوان مثال، اکسیدازهای اسید آمینه L فقط در برابر اسیدهای آمینه L فعال هستند و هیچ تاثیری بر روی آنالوگ های D آنها ندارند. برای دآمیناسیون اکسیداتیو اسیدهای آمینه D، موجودات زنده دارای اکسیدازهای اسید آمینه D هستند که روی اسیدهای آمینه L عمل نمی کنند. این توانایی مرکز فعال برای اتصال به استریو ایزومرهای خاصی از بستر است که زیربنای عملکرد آنزیم هایی مانند راسمازها است که برخی از استریو ایزومرها را به برخی دیگر تبدیل می کنند.

ویژگی مسیرهای تبدیلاین است که یک سوبسترا تحت تأثیر آنزیم های مختلف می تواند به محصولاتی تبدیل شود که از نظر ساختار و نقش در متابولیسم متفاوت هستند.

در اینجا یک مثال است: L-آمینو اسید اکسیدازبر روی اسیدهای آمینه L تأثیر می گذارد و آنها را با تشکیل آمونیاک و پراکسید هیدروژن به اسیدهای آلفا کتو تبدیل می کند.

L-آمینو اسید دکربوکسیلازبه لایه های مشابه متصل می شود، اما واکنش متفاوتی را کاتالیز می کند: دکربوکسیلاسیون با تشکیل آمین های بیوژنیک و آزاد شدن دی اکسید کربن.

مثال دیگر امکان تبدیل گلوکز-6 فسفات تحت اثر آنزیم های مختلف، در امتداد یکی از مسیرهای متابولیک ممکن است:

4.3. پایداری حرارتی .

مانند بسیاری از پروتئین ها، هنگامی که دما افزایش می یابد، آنزیم ها دچار دناتوره شدن حرارتی می شوند که منجر به اختلال در ساختار بومی آنزیم و تغییر در ساختار مرکز فعال می شود. آنزیم های پستانداران در دمای بالای 40 درجه سانتیگراد شروع به دناتوره شدن قابل توجهی می کنند.

در رابطه با موارد فوق، توصیه می شود که آماده سازی آنزیمی در دمای پایین نگهداری شود. یکی از بهترین راه‌ها برای حفظ آنزیم‌ها، لیوفیلیزه کردن آن‌ها (خشک شدن در دمای زیر 70 درجه سانتی‌گراد در خلاء)، تبدیل آن‌ها به حالت نیمه دناتوره شده با استفاده از نمک‌های آمونیوم و قرار دادن آن‌ها در یخچال است.

4.4. وابستگی سرعت واکنش به دماسرعت واکنش های آنزیمی مانند هر واکنش شیمیایی به دما بستگی دارد. هنگامی که دما 10 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، سرعت واکنش طبق قانون وانت هاف 2-4 برابر افزایش می یابد. با این حال، در دمای بالاتر از 40 درجه سانتیگراد، دناتوره شدن آنزیم ها قابل توجه است که منجر به کاهش فعالیت کل می شود (شکل 2):

برنج. 2. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی به دما.

4.5. وابستگی سرعت واکنش به pHوابستگی سرعت واکنش آنزیمی به pH به شکل زنگ است (شکل 3). مقادیر pH که در آن بالاترین سرعت واکنش آنزیمی مشاهده می شود بهینه (pH-optimum) نامیده می شود. ماهیت منحنی ها و مقدار pH بهینه به ماهیت گروه های باردار بستر و گروه های باردار آنزیم (به ویژه آنهایی که در مرکز فعال هستند) بستگی دارد. pH بهینه برای اکثر آنزیم ها در محدوده 6.0 تا 8.0 قرار دارد (شکل 3).

برنج. 3. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی به pH.

با این حال، استثنائاتی وجود دارد، به عنوان مثال، پپسین در pH 1.5 - 2.0 بیشتر فعال است و آلکالین فسفاتاز در pH 10.0 - 10.5 (شکل 4)

برنج. 4. وابستگی سرعت واکنش آنزیمی (v) به pH محیط.

در مقادیر شدید pH (بسیار کم یا بسیار بالا)، ساختار سوم مولکول آنزیم مختل می شود و منجر به از دست دادن فعالیت آنزیمی می شود.

اطلاعات مربوطه.

قبل از بحث در مورد خواص آنزیم ها و وابستگی آنزیم ها به هر عاملی، لازم است مفهوم آن را تعریف کنیم. فعالیت آنزیمی.

در عمل بیوشیمیایی روزمره، تقریبا مقدار تخمین زده نمی شودآنزیم، اما فقط فعالیت آن. فعالیت مفهومی گسترده تر از کمیت است. یعنی اول از همه نتیجه واکنش، برای مثال از دست دادن بستریا انباشتتولید - محصول.طبیعتاً نمی توان این موضوع را نادیده گرفت زمان، که آنزیم کار کرده است و تعداد مولکول هاآنزیم اما از آنجایی که معمولاً محاسبه تعداد مولکول های آنزیم غیرممکن است، استفاده می کنند تعدادمواد بیولوژیکی حاوی یک آنزیم (حجم یا جرم).

بنابراین، هنگام تعیین فعالیت آنزیم، سه عامل باید به طور همزمان در نظر گرفته شود: متغیرها:

• وزنمحصول حاصل یا بستر ناپدید شده،
• زمان، صرف واکنش،
• مقدار آنزیم، اما در واقع جرم یا حجم مواد بیولوژیکی حاوی آنزیم است.

برای درک روابط بین این عوامل به روشی روشن و ساده مثالمی تواند در خدمت ساخت دو ساختمان باشد. ساختمانبرابر با محصول واکنش، کارگران- اینها آنزیم هستند تیپبگذارید با حجم مواد بیولوژیکی مطابقت داشته باشد. بنابراین، مشکلات از کلاس سوم:

1. یک تیم 10 نفره روی ساخت یک ساختمان و یک تیم 5 نفره روی ساختمان مشابه دیگری کار کردند. ساخت و ساز به طور همزمان و کامل به پایان رسید. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

2. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان 3 طبقه و یک تیم 10 نفره در ساختمان 12 طبقه دیگر کار کردند. ساخت و ساز به طور همزمان و کامل به پایان رسید. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

3. یک تیم 10 نفره در ساخت یک ساختمان 5 طبقه و یک تیم 10 نفره روی ساختمان مشابه دیگری کار کردند. ساخت اولین ساختمان 20 روز به طول انجامید، دومی در 10 روز ساخته شد. فعالیت کارگر کجا بالاتر است؟

مبانی کمی سازی فعالیت آنزیم

1. فعالیت آنزیمیبیان شده در سرعتنرخ انباشت محصول یا از دست دادن بستر بر حسب مقدار موادحاوی یک آنزیم

در عمل معمولاً از:

• واحدهای مقدار یک ماده - مول (و مشتقات آن mmol، میکرومول)، گرم (کیلوگرم، میلی گرم)،
• واحدهای زمان - دقیقه، ساعت، ثانیه،
• واحد جرم یا حجم - گرم (کیلوگرم، میلی گرم)، لیتر (میلی لیتر).

سایر مشتقات نیز به طور فعال مورد استفاده قرار می گیرند - کاتال (مول در ثانیه)، واحد بین المللی فعالیت (IU، واحد) با میکرومول در دقیقه مطابقت دارد.

بنابراین، فعالیت آنزیم را می توان به عنوان مثال در mmol/s×l، g/h×l، IU/l، cat/ml و غیره بیان کرد.

مثلاً معلوم است

• 1 گرم چیست پپسین 50 کیلوگرم سفیده تخم مرغ را در یک ساعت تجزیه می کند - بنابراین فعالیت آن 50 کیلوگرم در ساعت در هر 1 گرم آنزیم خواهد بود.
• اگر 1.6 میلی لیتر بزاق 175 کیلوگرم نشاسته را در ساعت تجزیه کند - فعالیت آمیلاز بزاقی 109.4 کیلوگرم نشاسته در ساعت به ازای هر 1 میلی لیتر بزاق یا 1.82 کیلوگرم در دقیقه× گرم یا 30.3 گرم نشاسته در s×ml خواهد بود.

2. خلقت شرایط استانداردبه طوری که می توانید نتایج به دست آمده در آزمایشگاه های مختلف - pH بهینه و دمای ثابت مثلاً 25 درجه سانتی گراد یا 37 درجه سانتی گراد را با رعایت زمان انکوباسیون بستر با آنزیم مقایسه کنید.

آنزیم‌ها نوع خاصی از پروتئین‌ها هستند که طبیعتاً نقش کاتالیزور فرآیندهای شیمیایی مختلف را ایفا می‌کنند.

این اصطلاح به طور مداوم شنیده می شود، با این حال، همه نمی دانند یک آنزیم یا آنزیم چیست، این ماده چه وظایفی را انجام می دهد، و همچنین تفاوت آنزیم ها با آنزیم ها و اینکه آیا اصلاً تفاوت دارند یا خیر. اکنون همه اینها را خواهیم فهمید.

بدون این مواد، نه مردم و نه حیوانات قادر به هضم غذا نیستند. و برای اولین بار، بشریت بیش از 5 هزار سال پیش به استفاده از آنزیم ها در زندگی روزمره متوسل شد، زمانی که اجداد ما یاد گرفتند که شیر را در "رگ ها" از معده حیوانات ذخیره کنند. در چنین شرایطی، تحت تأثیر مایه پنیر، شیر به پنیر تبدیل شد. و این تنها یک نمونه از نحوه عملکرد آنزیم به عنوان کاتالیزوری است که فرآیندهای بیولوژیکی را تسریع می کند. امروزه آنزیم ها در صنعت ضروری هستند، آنها برای تولید شکر، مارگارین، ماست، آبجو، چرم، منسوجات، الکل و حتی بتن مهم هستند. مواد شوینده و پودرهای لباسشویی نیز حاوی این مواد مفید هستند - آنها به از بین بردن لکه ها در دمای پایین کمک می کنند.

تاریخچه کشف

آنزیم ترجمه شده از یونانی به معنای "خمیر مایه" است. و بشریت کشف این ماده را مدیون جان باپتیست ون هلمونت هلندی است که در قرن شانزدهم می زیست. زمانی به تخمیر الکلی علاقه زیادی پیدا کرد و در طول تحقیقاتش ماده ناشناخته ای پیدا کرد که این فرآیند را تسریع می کند. هلندی آن را fermentum نامید که به معنی تخمیر است. سپس، تقریباً سه قرن بعد، لوئی پاستور فرانسوی، همچنین با مشاهده فرآیندهای تخمیر، به این نتیجه رسید که آنزیم ها چیزی بیش از مواد یک سلول زنده نیستند. و پس از مدتی ادوارد بوشنر آلمانی آنزیمی را از مخمر استخراج کرد و تشخیص داد که این ماده موجود زنده ای نیست. او همچنین نام خود را - "zimaza" گذاشت. چند سال بعد، آلمانی دیگری به نام Willi Kühne پیشنهاد کرد که تمام کاتالیزورهای پروتئینی به دو گروه تقسیم شوند: آنزیم ها و آنزیم ها. علاوه بر این، او پیشنهاد کرد که اصطلاح دوم را "خمیر ترش" نامیده شود، که اقدامات آن فراتر از موجودات زنده است. و تنها در سال 1897 به تمام اختلافات علمی پایان داد: تصمیم گرفته شد از هر دو اصطلاح (آنزیم و آنزیم) به عنوان مترادف مطلق استفاده شود.

ساختار: زنجیره ای از هزاران اسید آمینه

همه آنزیم ها پروتئین هستند، اما همه پروتئین ها آنزیم نیستند. مانند سایر پروتئین ها، آنزیم ها از آن تشکیل شده اند. و آنچه جالب است این است که ایجاد هر آنزیم از صد تا یک میلیون اسید آمینه نیاز دارد که مانند مروارید روی یک نخ قرار گرفته اند. اما این نخ هرگز مستقیم نیست - معمولاً صدها بار منحنی می شود. این یک ساختار سه بعدی منحصر به فرد برای هر آنزیم ایجاد می کند. در همین حال، مولکول آنزیم یک سازند نسبتاً بزرگ است و تنها بخش کوچکی از ساختار آن، به اصطلاح مرکز فعال، در واکنش‌های بیوشیمیایی دخالت دارد.

هر آمینو اسید توسط نوع خاصی از پیوند شیمیایی به دیگری متصل است و هر آنزیم دارای توالی منحصر به فرد اسیدهای آمینه است. برای ایجاد اکثر آنها، تقریباً 20 نوع ماده آمینه استفاده می شود. حتی تغییرات جزئی در توالی اسیدهای آمینه می تواند به طور چشمگیری ظاهر و "استعداد" آنزیم را تغییر دهد.

خواص بیوشیمیایی

اگرچه تعداد زیادی واکنش در طبیعت با مشارکت آنزیم ها رخ می دهد، اما همه آنها را می توان در 6 دسته دسته بندی کرد. بر این اساس، هر یک از این شش واکنش تحت تأثیر نوع خاصی از آنزیم رخ می دهد.

واکنش های مربوط به آنزیم ها:

1. اکسیداسیون و احیا.

آنزیم های دخیل در این واکنش ها اکسیدوردوکتاز نامیده می شوند. به عنوان مثال، ما می توانیم به یاد بیاوریم که الکل دهیدروژنازها چگونه الکل های اولیه را به آلدهید تبدیل می کنند.

1. واکنش انتقال گروهی

آنزیم هایی که این واکنش ها را قادر می سازند، ترانسفراز نامیده می شوند. آنها توانایی انتقال گروه های عاملی از یک مولکول به مولکول دیگر را دارند. این اتفاق می افتد، برای مثال، زمانی که آلانین آمینوترانسفرازها گروه های آمینو آلفا را بین آلانین و آسپارتات منتقل می کنند. ترانسفرازها همچنین گروه های فسفات را بین ATP و سایر ترکیبات جابجا می کنند و از باقی مانده های گلوکز دی ساکارید ایجاد می کنند.

1. هیدرولیز.

هیدرولازهای دخیل در واکنش قادر به شکستن پیوندهای منفرد با افزودن عناصر آب هستند.

1. ایجاد یا حذف یک پیوند دوگانه.

این نوع واکنش به صورت غیر هیدرولیتیکی با مشارکت لیاز رخ می دهد.

1. ایزومریزاسیون گروه های عاملی

در بسیاری از واکنش های شیمیایی، موقعیت یک گروه عاملی در داخل مولکول تغییر می کند، اما مولکول خود از همان تعداد و انواع اتم های قبل از شروع واکنش تشکیل شده است. به عبارت دیگر، بستر و محصول واکنش ایزومر هستند. این نوع تبدیل تحت تأثیر آنزیم های ایزومراز امکان پذیر است.

1. تشکیل یک پیوند واحد با حذف عنصر آب.

هیدرولازها با افزودن عناصر آب به مولکول پیوند را می شکنند. لیازها واکنش معکوس را انجام می دهند و قسمت آبی را از گروه های عاملی حذف می کنند. به این ترتیب یک ارتباط ساده ایجاد می شود.

نحوه عملکرد آنها در بدن

آنزیم ها تقریباً تمام واکنش های شیمیایی را که در سلول ها اتفاق می افتد سرعت می بخشند. آنها برای انسان حیاتی هستند، هضم را تسهیل می کنند و متابولیسم را تسریع می کنند.

برخی از این مواد به شکستن مولکول‌های بسیار بزرگ به «تکه‌های» کوچک‌تر کمک می‌کنند که بدن می‌تواند هضم کند. برعکس، برخی دیگر، مولکول های کوچک را متصل می کنند. اما آنزیم ها، از نظر علمی، بسیار انتخابی هستند. این بدان معنی است که هر یک از این مواد فقط قادر به تسریع یک واکنش خاص هستند. مولکول‌هایی که آنزیم‌ها با آن‌ها کار می‌کنند، سوبسترا نامیده می‌شوند. سوبستراها به نوبه خود با بخشی از آنزیم به نام محل فعال پیوند ایجاد می کنند.

دو اصل وجود دارد که ویژگی تعامل بین آنزیم ها و سوبستراها را توضیح می دهد. در مدل موسوم به "کلید قفل"، مرکز فعال آنزیم موقعیت کاملاً مشخصی را در بستر اشغال می کند. بر اساس مدل دیگری، هر دو شرکت کننده در واکنش، محل فعال و بستر، شکل خود را برای ترکیب تغییر می دهند.

صرف نظر از اصل تعامل، نتیجه همیشه یکسان است - واکنش تحت تأثیر آنزیم چندین برابر سریعتر انجام می شود. در نتیجه این فعل و انفعال، مولکول های جدیدی "متولد" می شوند که سپس از آنزیم جدا می شوند. و ماده کاتالیزور به کار خود ادامه می دهد، اما با مشارکت ذرات دیگر.

بیش فعالی و کم تحرکی

مواقعی وجود دارد که آنزیم ها وظایف خود را با شدت اشتباه انجام می دهند. فعالیت بیش از حد باعث تشکیل محصول واکنش بیش از حد و کمبود سوبسترا می شود. نتیجه بدتر شدن سلامتی و بیماری جدی است. علت بیش فعالی آنزیم می تواند یک اختلال ژنتیکی و یا مصرف بیش از حد ویتامین ها یا ویتامین های مورد استفاده در واکنش باشد.

کم کاری آنزیم ها حتی می تواند باعث مرگ شود، به عنوان مثال، آنزیم ها سموم را از بدن دفع نکنند یا کمبود ATP رخ دهد. علت این وضعیت همچنین می تواند ژن های جهش یافته یا برعکس هیپوویتامینوز و کمبود سایر مواد مغذی باشد. علاوه بر این، دمای پایین بدن به طور مشابه عملکرد آنزیم ها را کند می کند.

کاتالیزور و موارد دیگر

امروزه اغلب می توانید در مورد فواید آنزیم ها بشنوید. اما این مواد چه هستند که عملکرد بدن ما به آنها بستگی دارد؟

آنزیم ها مولکول های بیولوژیکی هستند که چرخه زندگی آنها با تولد و مرگ تعریف نمی شود. آنها به سادگی در بدن کار می کنند تا زمانی که حل شوند. به عنوان یک قاعده، این تحت تأثیر آنزیم های دیگر رخ می دهد.

در طی واکنش بیوشیمیایی آنها بخشی از محصول نهایی نمی شوند. هنگامی که واکنش کامل شد، آنزیم از بستر خارج می شود. پس از این، ماده آماده است تا دوباره کار کند، اما روی یک مولکول متفاوت. و این تا زمانی که بدن نیاز دارد ادامه می یابد.

منحصر به فرد بودن آنزیم ها در این است که هر یک از آنها فقط یک عملکرد اختصاص داده شده را انجام می دهند. یک واکنش بیولوژیکی تنها زمانی رخ می دهد که آنزیم بستر مناسب خود را پیدا کند. این تعامل را می توان با اصل عملکرد یک کلید و یک قفل مقایسه کرد - فقط عناصر به درستی انتخاب شده می توانند با هم کار کنند. ویژگی دیگر: آنها می توانند در دماهای پایین و pH متوسط ​​کار کنند و به عنوان کاتالیزور نسبت به سایر مواد شیمیایی پایدارتر هستند.

آنزیم ها به عنوان کاتالیزور برای سرعت بخشیدن به فرآیندهای متابولیک و سایر واکنش ها عمل می کنند.

به طور معمول، این فرآیندها از مراحل خاصی تشکیل شده اند که هر یک نیاز به کار یک آنزیم خاص دارند. بدون این، چرخه تبدیل یا شتاب نمی تواند کامل شود.

شاید شناخته شده ترین عملکرد آنزیم ها، کاتالیزور باشد. این بدان معنی است که آنزیم ها معرف های شیمیایی را به گونه ای ترکیب می کنند که هزینه های انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک محصول را سریعتر کاهش دهد. بدون این مواد، واکنش های شیمیایی صدها برابر کندتر پیش می رود. اما توانایی آنزیم ها به همین جا ختم نمی شود. همه موجودات زنده حاوی انرژی مورد نیاز برای ادامه زندگی هستند. آدنوزین تری فسفات یا ATP نوعی باتری شارژ شده است که انرژی سلول ها را تامین می کند. اما عملکرد ATP بدون آنزیم غیرممکن است. و آنزیم اصلی تولید کننده ATP سنتاز است. برای هر مولکول گلوکز که به انرژی تبدیل می شود، سنتاز حدود 32-34 مولکول ATP تولید می کند.

علاوه بر این، آنزیم ها (لیپاز، آمیلاز، پروتئاز) به طور فعال در پزشکی استفاده می شود. به طور خاص، آنها به عنوان جزئی از آماده سازی های آنزیمی مانند فستال، مزیم، پانزینورم، پانکراتین که برای درمان سوء هاضمه استفاده می شود، استفاده می شوند. اما برخی از آنزیم ها نیز می توانند بر سیستم گردش خون تأثیر بگذارند (لخته های خون را حل می کنند) و بهبود زخم های چرکی را تسریع می کنند. و حتی در درمان ضد سرطان نیز به کمک آنزیم ها متوسل می شوند.

عوامل تعیین کننده فعالیت آنزیم

از آنجایی که آنزیم قادر است چندین بار واکنش ها را تسریع کند، فعالیت آن به اصطلاح با عدد گردش تعیین می شود. این اصطلاح به تعداد مولکول های سوبسترا (ماده واکنش دهنده) اطلاق می شود که 1 مولکول آنزیم می تواند در 1 دقیقه تبدیل کند. با این حال، تعدادی از عوامل وجود دارد که سرعت واکنش را تعیین می کند:

1. غلظت سوبسترا

افزایش غلظت بستر منجر به تسریع واکنش می شود. هر چه تعداد مولکول‌های ماده فعال بیشتر باشد، واکنش سریع‌تر رخ می‌دهد، زیرا مراکز فعال بیشتری درگیر هستند. با این حال، شتاب تنها تا زمانی امکان پذیر است که تمام مولکول های آنزیم استفاده شوند. پس از این، حتی افزایش غلظت سوبسترا باعث تسریع واکنش نمی شود.

1. درجه حرارت.

به طور معمول، افزایش دما واکنش ها را سرعت می بخشد. این قانون برای اکثر واکنش های آنزیمی کار می کند، تا زمانی که دما از 40 درجه سانتیگراد بالاتر نرود. پس از این علامت، برعکس، سرعت واکنش شروع به کاهش شدید می کند. اگر دما به کمتر از حد بحرانی برسد، سرعت واکنش های آنزیمی دوباره افزایش می یابد. اگر دما به افزایش خود ادامه دهد، پیوندهای کووالانسی شکسته می شوند و فعالیت کاتالیزوری آنزیم برای همیشه از بین می رود.

1. اسیدیته

سرعت واکنش های آنزیمی نیز تحت تأثیر pH است. هر آنزیم سطح اسیدیته بهینه خود را دارد که در آن واکنش به اندازه کافی رخ می دهد. تغییر سطح pH بر فعالیت آنزیم و در نتیجه سرعت واکنش تأثیر می گذارد. اگر تغییرات خیلی زیاد باشد، سوبسترا توانایی خود را برای اتصال به هسته فعال از دست می دهد و آنزیم دیگر نمی تواند واکنش را کاتالیز کند. با بازیابی سطح pH مورد نیاز، فعالیت آنزیم نیز احیا می شود.

آنزیم های موجود در بدن انسان را می توان به 2 گروه تقسیم کرد:

• متابولیک؛
• گوارشی

"کار" متابولیک برای خنثی کردن مواد سمی و همچنین کمک به تولید انرژی و پروتئین. و البته، آنها فرآیندهای بیوشیمیایی را در بدن تسریع می کنند.

آنچه که اندام های گوارشی مسئول هستند از نام آن مشخص است. اما در اینجا نیز اصل انتخاب پذیری مطرح می شود: نوع خاصی از آنزیم تنها بر یک نوع غذا تأثیر می گذارد. بنابراین، برای بهبود هضم، می توانید به یک ترفند کوچک متوسل شوید. اگر بدن چیزی از غذا را به خوبی هضم نمی کند، باید رژیم غذایی را با یک محصول حاوی آنزیمی که می تواند غذای سخت هضم را تجزیه کند، تکمیل کرد.

آنزیم های غذایی کاتالیزورهایی هستند که غذا را به حالتی تجزیه می کنند که بدن قادر به جذب مواد مفید از آنها باشد. آنزیم های گوارشی انواع مختلفی دارند. در بدن انسان انواع مختلفی از آنزیم ها در قسمت های مختلف دستگاه گوارش یافت می شود.

حفره دهان

در این مرحله غذا در معرض آلفا آمیلاز قرار می گیرد. کربوهیدرات ها، نشاسته و گلوکز موجود در سیب زمینی، میوه ها، سبزیجات و سایر غذاها را تجزیه می کند.

معده

در اینجا پپسین پروتئین ها را به پپتید تجزیه می کند و ژلاتیناز ژلاتین و کلاژن موجود در گوشت را تجزیه می کند.

پانکراس

در این مرحله آنها "کار می کنند":

• تریپسین - مسئول تجزیه پروتئین ها است.
• آلفا کیموتریپسین - به هضم پروتئین ها کمک می کند.
• الاستازها - برخی از انواع پروتئین ها را تجزیه می کند.
• نوکلئازها - به تجزیه اسیدهای نوکلئیک کمک می کنند.
• استیپسین - باعث جذب غذاهای چرب می شود.
• آمیلاز - مسئول جذب نشاسته است.
• لیپاز - چربی ها (لیپیدها) موجود در لبنیات، آجیل، روغن ها و گوشت را تجزیه می کند.

روده کوچک

آنها ذرات غذا را "تداعی" می کنند:

• پپتیدازها - ترکیبات پپتیدی را تا سطح اسیدهای آمینه تجزیه می کنند.
• ساکاراز - به هضم قندهای پیچیده و نشاسته کمک می کند.
• مالتاز - دی ساکاریدها را به مونوساکاریدها (قند مالت) تجزیه می کند.
• لاکتاز - لاکتوز (گلوکز موجود در محصولات لبنی) را تجزیه می کند.
• لیپاز - جذب تری گلیسیرید و اسیدهای چرب را افزایش می دهد.
• Epsin - بر پروتئین ها تأثیر می گذارد.
• ایزومالتاز - با مالتوز و ایزومالتوز "کار می کند".

کولون

در اینجا عملکرد آنزیم ها توسط:

• اشرشیاکلی - مسئول هضم لاکتوز؛
• لاکتوباسیل ها - لاکتوز و برخی دیگر از کربوهیدرات ها را تحت تأثیر قرار می دهند.

علاوه بر آنزیم های ذکر شده در بالا، موارد زیر نیز وجود دارد:

• دیاستاز - نشاسته گیاه را هضم می کند.
• اینورتاز - ساکارز (شکر سفره) را تجزیه می کند.
• گلوکوامیلاز - نشاسته را به گلوکز تبدیل می کند.
• آلفا گالاکتوزیداز - هضم لوبیا، دانه ها، محصولات سویا، سبزیجات ریشه و برگ را تقویت می کند.
• بروملین - آنزیمی که از آن به دست می آید، باعث تجزیه انواع مختلف پروتئین ها می شود، در سطوح مختلف اسیدیته محیطی موثر است و دارای خواص ضد التهابی است.
• پاپایین آنزیمی است که از پاپایای خام جدا شده و باعث تجزیه پروتئین های کوچک و بزرگ می شود و در طیف وسیعی از سوبستراها و اسیدیته ها موثر است.
• سلولاز - سلولز، الیاف گیاهی (که در بدن انسان یافت نمی شود) را تجزیه می کند.
• اندوپروتئاز - پیوندهای پپتیدی را تجزیه می کند.
• عصاره صفرا گاو - آنزیمی با منشاء حیوانی، تحرک روده را تحریک می کند.
و سایر مواد معدنی؛
• زیلاناز - گلوکز را از دانه ها تجزیه می کند.

کاتالیزورها در محصولات

آنزیم ها برای سلامتی حیاتی هستند زیرا به بدن کمک می کنند تا اجزای غذا را به حالت قابل استفاده برای مواد مغذی تجزیه کند. روده ها و پانکراس طیف وسیعی از آنزیم ها را تولید می کنند. اما علاوه بر این، بسیاری از مواد مفید آنها که هضم غذا را تقویت می کند، در برخی غذاها نیز یافت می شود.

غذاهای تخمیر شده منبع تقریباً ایده آلی از باکتری های مفید هستند که برای هضم مناسب ضروری هستند. و در حالی که پروبیوتیک های دارویی فقط در قسمت بالایی دستگاه گوارش "کار می کنند" و اغلب به روده ها نمی رسند، اثر محصولات آنزیمی در سراسر دستگاه گوارش احساس می شود.

به عنوان مثال، زردآلو حاوی مخلوطی از آنزیم های مفید از جمله اینورتاز است که مسئول تجزیه گلوکز است و باعث آزاد شدن سریع انرژی می شود.

آووکادو می تواند به عنوان منبع طبیعی لیپاز (به هضم سریعتر لیپیدها) عمل کند. در بدن، این ماده توسط پانکراس تولید می شود. اما برای اینکه زندگی را برای این اندام آسان تر کنید، می توانید به عنوان مثال، با یک سالاد با آووکادو - خوشمزه و سالم - خود را درمان کنید.

موز علاوه بر اینکه شاید شناخته شده ترین منبع پتاسیم باشد، آمیلاز و مالتاز را نیز برای بدن تامین می کند. آمیلاز همچنین در نان، سیب زمینی و غلات یافت می شود. مالتاز به تجزیه مالتوز کمک می کند، به اصطلاح قند مالت که به وفور در آبجو و شربت ذرت یافت می شود.

یکی دیگر از میوه های عجیب و غریب، آناناس حاوی مجموعه کاملی از آنزیم ها، از جمله بروملین است. و طبق برخی مطالعات دارای خواص ضد سرطانی و ضد التهابی نیز می باشد.

اکستروموفیل ها و صنعت

اکستروموفیل ها موادی هستند که قادر به حفظ عملکردهای حیاتی در شرایط شدید هستند.

موجودات زنده و همچنین آنزیم هایی که به آنها اجازه عملکرد می دهند، در آبفشان هایی که دما نزدیک به نقطه جوش است و در عمق یخ و همچنین در شرایط شوری شدید (دره مرگ در ایالات متحده) یافت شده اند. علاوه بر این، دانشمندان آنزیم هایی را پیدا کرده اند که سطح pH آنها، همانطور که مشخص است، نیاز اساسی برای عملکرد موثر نیز نیست. محققان در حال مطالعه آنزیم های اکستروموفیل به عنوان موادی هستند که می توانند به طور گسترده در صنعت استفاده شوند. اگرچه امروزه آنزیم ها در صنعت به عنوان مواد بیولوژیکی و سازگار با محیط زیست کاربرد خود را پیدا کرده اند. از آنزیم ها در صنایع غذایی، آرایشی و بهداشتی و تولید مواد شیمیایی خانگی استفاده می شود.

علاوه بر این، "خدمات" آنزیم ها در چنین مواردی ارزان تر از آنالوگ های مصنوعی است. علاوه بر این، مواد طبیعی زیست تخریب پذیر هستند که استفاده از آنها را دوستدار محیط زیست می کند. در طبیعت، میکروارگانیسم‌هایی وجود دارند که می‌توانند آنزیم‌ها را به اسیدهای آمینه جداگانه تجزیه کنند، که سپس به اجزای یک زنجیره بیولوژیکی جدید تبدیل می‌شوند. اما همانطور که می گویند داستان کاملاً متفاوت است.

آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی، مواد پروتئینی با مولکولی بالا هستند که توسط یک سلول زنده تولید می شوند. آنها کاملاً اختصاصی هستند و نقش حیاتی در متابولیسم میکروارگانیسم ها دارند. ویژگی آنها با مراکز فعال تشکیل شده توسط گروهی از اسیدهای آمینه مرتبط است، به عنوان مثال، هر آنزیم با یک ترکیب شیمیایی خاص واکنش می دهد یا یک یا چند واکنش شیمیایی مرتبط را کاتالیز می کند. به عنوان مثال: آنزیم لاکتاز لاکتوز را تجزیه می کند، مالتاز مالتوز را تجزیه می کند و غیره.

اگزوآنزیم ها - آزاد شده در سیستم خارجی - اندوآنزیم ها - در واکنش های متابولیکی به ترکیبات ساده تر که می توانند توسط سلول میکروبی جذب شوند، تا حدی ماکرومولکول های مواد مغذی را تجزیه می کنند (اگزونزیم های هیدرولیز باعث هیدرولیز چربی ها، پروتئین ها، کربوهیدرات ها می شوند).

ترکیب آنزیمی میکروارگانیسم ها ثابت است و انواع مختلف میکروب ها به وضوح در مجموعه آنزیم ها متفاوت هستند. بنابراین، مطالعه ترکیب آنزیمی برای شناسایی میکروارگانیسم های مختلف مهم است.

استفاده عملی از خواص آنزیمی میکروب ها: فرآیندهای تخمیر، قارچ در دم کردن و شراب سازی، پردازش پوست، برای نرم شدن. کنسرو کردن تهیه مواد افزودنی بیولوژیکی برای پودرهای لباسشویی برای حذف آلاینده های پروتئینی، زیرا آنها پروتئین ها را به مواد محلول در آب تجزیه می کنند.

ویتامین ها، هورمون ها و آلکالوزها با استفاده از آنزیم ها به دست می آیند.

موادی که در داخل سلول وجود دارند.

بیشتر ببین:

که دردر فعالیت حیاتی باکتری ها، آنزیم ها نقش مهمی ایفا می کنند، زیرا آنها شرکت کنندگان اجباری در واکنش های بیوشیمیایی مختلف هستند که زیربنای عملکردهای تغذیه، تنفس و تولید مثل هستند.

پایداری سیستم های آنزیمی باکتریایی اجازه می دهد تا از خواص بیوشیمیایی آنها در ترکیب با خصوصیات مورفولوژیکی و فرهنگی برای تعیین انواع میکروارگانیسم ها استفاده شود.

برای تشخیص آنزیم ها فقط از کشت خالص میکروارگانیسم ها استفاده می شود که روی محیط های تشخیص افتراقی مخصوص تلقیح می شوند. آنزیم های ساکارولیتیک، پروتئولیتیک و ردوکس در مطالعه فعالیت بیوشیمیایی باکتری ها از اهمیت اولیه برخوردار هستند.

آنزیم های ساکارولیتیک میکروب هافعالیت ساکارولیتیک میکروارگانیسم‌ها با تجزیه آنزیمی الکل‌های پلی‌هیدریک و کربوهیدرات‌ها هنگام تلقیح در محیط‌های تشخیصی افتراقی تعیین می‌شود. انواع مختلف میکروب ها، در شرایط بهینه، نگرش متفاوتی نسبت به قندهای یکسان دارند، برخی را تجزیه می کنند و نسبت به برخی دیگر خنثی می مانند. این خاصیت میکروب ها در عمل باکتری شناسی برای تمایز گونه ها و گونه های مختلف باکتری استفاده می شود.

در محیط های جامد، مایع و نیمه مایع مواد مغذی حاوی شاخص های مختلف (اغلب نشانگر آندره)، قندها با عمل آنزیم های ساکارولیتیک باکتری ها به آلدئیدها و اسیدها تجزیه می شوند. محصولات نهایی تجزیه آنها دی اکسید کربن و هیدروژن است. تجمع اسیدها باعث کاهش PH محیط غذایی می شود که منجر به تغییر رنگ نشانگر و خود محیط می شود. اگر باکتری ها برای یک کربوهیدرات معین آنزیمی ترشح نکنند، رنگ نشانگر و محیط غذایی تغییر نمی کند. بنابراین به مجموعه ای از محیط های غذایی دارای شاخص، سری رنگی یا رنگی می گویند.

برای شناسایی آنزیم‌های ساکارولیتیک، کشت باکتریایی مورد مطالعه اغلب در محیط‌های رنگی ("سری‌های متنوع") هیس (Rec. 15) با کربوهیدرات‌ها و شاخص اندره (Rec. 16) یا شاخص BP (مخلوطی از آبی آبی با تلقیح می‌شود. اسید روزولیک). "ردیف موتلی" هیس معمولاً شامل پنج لوله آزمایش است. با گلوکز، لاکتوز، مانیتول، مالتوز و ساکارز. در برخی موارد، برای مطالعه عمیق‌تر خواص بیوشیمیایی میکروارگانیسم‌ها، «سری‌های متنوع» هیس با دولسیت، سوربیتول، زایلوز و آرابینوز تکمیل می‌شود. قندهای مورد استفاده برای تشخیص آنزیم های ساکارولیتیک باید از نظر شیمیایی خالص باشند.

محیط هیس می تواند مایع یا نیمه مایع (با افزودن 0.5% آگار-آگار) باشد. یک لوله تخمیر (شناور)، که یک لوله شیشه ای است که در یک انتها مهر و موم شده است، در لوله های آزمایش با محیط های غذایی مایع پایین می آید. در طول عقیم سازی، شناور کاملاً با محیط غذایی پر می شود. هنگامی که محصولات گازی در محیط تشکیل می‌شوند، مایع را از شناور جابه‌جا می‌کنند تا یک زنگ هوا تشکیل شود. در محیط های نیمه مایع، تشکیل گاز با وجود حباب در ضخامت محیط تعیین می شود.

آنزیم های پروتئولیتیک میکروب ها برخی از میکروارگانیسم‌ها آنزیم‌های پروتئولیتیک را تولید و در محیط خارجی آزاد می‌کنند که تجزیه پروتئین‌ها را کاتالیز می‌کنند. در نتیجه تجزیه مولکول پروتئین، محصولات تجزیه متوسط ​​مولکولی بالا - پپتون ها، اسیدهای آمینه و پلی پپتیدها تشکیل می شوند.

برای شناسایی آنزیم های پروتئولیتیک، کشت میکروارگانیسم مورد مطالعه به یک محیط غذایی حاوی یک پروتئین خاص تلقیح می شود. اغلب برای این منظور از ژلاتین استفاده می شود، کمتر - آب پنیر اسب منعقد شده، سفیده تخم مرغ منعقد شده، شیر یا تکه های گوشت آب پز.

برای تعیین فعالیت پروتئولیتیک میکروارگانیسم ها بر روی ژلاتین، ژلاتین گوشت-پپتون (رک. 17) تهیه شده و در یک ستون 5-6 میلی لیتری در لوله های آزمایش ریخته می شود. پس از سفت شدن محیط غذایی، کاشت با تزریق انجام می شود و حلقه را تا انتهای لوله آزمایش در عمق محیط غذایی فرو می برند.

میکروب هایی که می توانند در دمای پایین رشد کنند در دمای 20-22 درجه سانتی گراد انکوبه می شوند. محصولات باقیمانده در دمای 37 درجه سانتیگراد انکوبه می شوند. در دمای 37 درجه سانتی گراد، ژلاتین ذوب می شود، بنابراین پس از انکوباسیون، لوله های آزمایش برداشته شده را در یخچال یا آب سرد قرار می دهند تا محیط جامد شود. پس از جامد شدن محیط، آنها شروع به مشاهده نتایج رشد میکروارگانیسم ها می کنند. هنگامی که آنزیم پروتئولیتیک ژلاتیناز آزاد می شود، پروتئین ها شکسته می شوند و محیط غذایی با الگوی مشخصه انواع خاصی از میکروارگانیسم ها مایع می شود (شکل 37). به عنوان مثال، باسیل سیاه زخم ژلاتین را به شکل قیف، استافیلوکوک ها - به شکل جوراب ساق بلند، سودوموناس آئروژینوزا - به صورت لایه ای و غیره مایع می کند.

فعالیت آنزیمی میکروارگانیسم ها

اشکال مختلف مایع سازی ژلاتین توسط میکروارگانیسم ها

تعیین فعالیت پروتئولیتیک میکروب ها بر روی شیر آگار Eijkman.شیر آگار Eijkman را با افزودن 3 میلی لیتر شیر بدون چربی به 10 میلی لیتر مواد مغذی مذاب استریل و مخلوط کردن، آماده کنید. شیر آگار Eijkman (rec. 18) در ظروف پتری ریخته می شود و پس از سرد شدن با میکروارگانیسم مورد مطالعه با استفاده از یک حلقه یا کاردک تلقیح می شود تا کلنی های جدا شده به دست آید. پس از 24 تا 48 ساعت انکوباسیون در یک ترموستات، کشت های تولید کننده آنزیم های پروتئولیتیک، پروتئین شیر - کازئین را تجزیه می کنند و در نتیجه مناطق شفاف شفاف در اطراف کلنی ها در برابر پس زمینه یک محیط مغذی کدر ایجاد می شود.

تاریخ انتشار: 1394/11/11; خواندن: 1165 | نقض حق چاپ صفحه

studopedia.org - Studopedia.Org - 2014-2018 (0.001 ثانیه)…

سخنرانی شماره 3. ساختار شیمیایی، خواص بیوشیمیایی و آنزیم های باکتری.

سلول یک واحد جهانی از ماده زنده است. تفاوت معنی داری در ترکیب شیمیایی سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی وجود ندارد.

عناصر شیمیایی تشکیل دهنده ماده زنده را می توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد.

1.بیوژنیکعناصر شیمیایی (C، O، N، H). آنها 95٪ از باقیمانده خشک را تشکیل می دهند. 50٪ - C، 20٪ - O، 15٪ - N، 10٪ - H).

2.درشت مغذی ها- P، S، Cl، K، Mg، Ca، Na. آنها حدود 5 درصد را تشکیل می دهند.

3.ریز عناصر- Fe، Cu، I، Co، Mo و غیره. آنها کسری از درصد را تشکیل می دهند، اما در فرآیندهای متابولیک مهم هستند.

عناصر شیمیایی بخشی از مواد مختلف هستند - آب، پروتئین ها، لیپیدها، چربی های خنثی، کربوهیدرات ها، اسیدهای نوکلئیک. سنتز ترکیبات توسط ژن ها کنترل می شود. سلول باکتری می تواند بسیاری از مواد را از خارج دریافت کند - از محیط یا ارگانیسم میزبان.

اب 70 تا 90 درصد زیست توده را تشکیل می دهد. محتوای آب در باکتری های کپسولی بیشتر و در هاگ ها کمتر است.

سنجاب هادر تمام عناصر ساختاری سلول یافت می شود. پروتئین ها می توانند ساده تر (پروتئین ها) یا پیچیده (پروتئین ها)، به شکل خالص یا در ترکیب با لیپیدها و قندها باشند. پروتئین های ساختاری (سازنده ساختار) و عملکردی (تنظیمی) وجود دارد که دومی شامل آنزیم ها است.

حاوی پروتئین استشامل هر دو اسید آمینه مشترک یوکاریوت ها و اسیدهای آمینه اصلی است - دی آمینوپیملیک، دی آلانین، دی گلوتانین،شامل پپتیدوگلیکان ها و کپسول های برخی باکتری ها می شود. فقط در بحث دی پی کولینیک اسیدکه با مقاومت اسپور بالا همراه است. تاژک ها از پروتئین ساخته شده اند تاژکدارای قابلیت انقباض و خواص آنتی ژنی بارز است. پیلی (پرزها) حاوی پروتئین خاصی است - پیلین.

کپسول های نمایندگان جنس Bacillus، عامل ایجاد طاعون، و آنتی ژن های سطحی تعدادی از باکتری ها، از جمله استافیلوکوک ها و استرپتوکوک ها، ماهیت پپتیدی دارند. پروتئین A- یک پروتئین خاص از استافیلوکوکوس اورئوس - عاملی که تعدادی از خواص این پاتوژن را تعیین می کند. پروتئین M- یک پروتئین خاص از استرپتوکوک های همولیتیک از سروگروه A، که امکان تمایز سرووارها (حدود 100) را فراهم می کند، که از اهمیت اپیدمیولوژیک برخوردار است.

غشای خارجی باکتری های گرم منفی حاوی تعدادی پروتئین است که 3 تا 4 مورد آن عمده(عمده) و بیش از 10 فرعی که وظایف مختلفی را انجام می دهند. در میان پروتئین های اصلی - پورین ها، منافذ منتشر را تشکیل می دهد که از طریق آنها مولکول های کوچک آبدوست می توانند به داخل سلول نفوذ کنند.

پروتئین ها شامل می شوند پپتیدوگلیکان- یک بیوپلیمر که اساس دیواره سلولی باکتری را تشکیل می دهد. این شامل یک ستون فقرات (مولکول های متناوب از دو قند آمینه) و دو مجموعه زنجیره پپتیدی - جانبی و عرضی است. وجود دو نوع پیوند - گلیکوزیدی (بین قندهای آمینه) و پپتید، که زیرواحدهای پپتیدوگلیکان را به هم متصل می کنند، ساختار این هتروپلیمر را می دهد. شبکه مولکولی. پپتیدوگلیکان پایدارترین ترکیبی است که یک ماکرومولکول کیسه مانند سفت و سخت را تشکیل می دهد که شکل دائمی باکتری ها و تعدادی از خواص آنها را تعیین می کند..

1. پپتیدوگلیکان حاوی عوامل تعیین کننده آنتی ژنی جنس و گونه خاص است.

2. مسیرهای کلاسیک و جایگزین فعال سازی سیستم کمپلمان را راه اندازی می کند.

3. پپتیدوگلیکان فعالیت فاگوسیتی و مهاجرت ماکروفاژها را مهار می کند.

4. قادر به شروع توسعه ازدیاد حساسیت نوع تاخیری (DTH) است.

5. پپتیدوگلیکان اثر ضد توموری دارد.

6. اثر تب زایی دارد، یعنی. باعث تب می شود

از بین ترکیبات پروتئین های دارای اجزای غیر پروتئینی، مهمترین آنها هستند لیپوپروتئین ها، گلیکوپروتئین ها و نوکلئوپروتئین ها.

راز شگفت انگیز زندگی - سنتز پروتئین در آن رخ می دهد ریبوزوم ها. دو نوع اصلی ریبوزوم وجود دارد - 70S (ثابت رسوب S، واحد Svedberg) و 80S. ریبوزوم های نوع 1 فقط در پروکاریوت ها یافت می شوند. آنتی بیوتیک ها بر سنتز پروتئین در ریبوزوم های نوع 80S که در یوکاریوت ها رایج است تأثیر نمی گذارند.

لیپیدها(عمدتاً فسفولیپیدها) در غشای سیتوپلاسمی (دولایه لیپیدی) و همچنین در غشای خارجی باکتری های گرم منفی یافت می شوند. میکروارگانیسم هایی وجود دارند که حاوی مقدار زیادی لیپید (تا 40٪ ماده خشک) هستند - مایکوباکتریوم. لیپیدها حاوی انواع مختلفی هستند اسید چرب، برای گروه های مختلف میکروارگانیسم ها بسیار خاص است. تعیین آنها در برخی موارد، به عنوان مثال، در بی هوازی ها و مایکوباکتری ها ارزش تشخیصی دارد.

مایکوباکتریوم توبرکلوزیس حاوی تعدادی اسیدهای چرب مقاوم به اسید در لیپیدهای خود است. فتیونیک، مایکولیکمحتوای بالای لیپیدها و ترکیبات آنها بسیاری از خواص مایکوباکتریوم توبرکلوزیس را تعیین می کند:

مقاومت در برابر اسیدها، قلیاها و الکل ها؛

رنگ آمیزی با رنگ ها دشوار است (از روش های رنگ آمیزی خاص استفاده می شود که اغلب طبق گفته Ziehl-Neelsen).

مقاومت پاتوژن در برابر تشعشعات خورشیدی و مواد ضد عفونی کننده؛

- بیماری زایی

اسیدهای تیکوئیکدر دیواره سلولی باکتری های گرم مثبت یافت می شود.

آنها پلیمرهای خطی محلول در آب هستند که حاوی گلیسرول یا باقی مانده های ریبول هستند که توسط پیوندهای فسفودی استر به هم متصل شده اند. آنتی ژن های سطحی اصلی تعدادی از باکتری های گرم مثبت با اسیدهای تیکوئیک مرتبط هستند.

کربوهیدرات هابیشتر در فرم یافت می شود پلی ساکاریدهاکه می تواند بیرونی و درون سلولی باشد. در بین پلی ساکاریدهای خارجی سلولی، پلی ساکاریدهای قاب (بخشی از کپسول ها) و اگزوپلی ساکاریدهای واقعی (خروج به محیط خارجی) متمایز می شوند. در میان پلی ساکاریدهای باکتریایی، بسیاری از آنها کاربرد پزشکی پیدا می کنند. دکسترانس- پلی ساکاریدهایی با وزن مولکولی زیاد که از نظر ظاهری شبیه مخاط هستند. محلول 6٪ - پلی گلوکین جایگزین خون. ژل دکستران سفادکسدر کروماتوگرافی ستونی به عنوان غربال مولکولی استفاده می شود. پلی ساکاریدهای درون سلولی مواد مغذی ذخیره سلول (نشاسته، گلیکوژن و غیره) هستند.

لیپوپلی ساکارید (LPS)- یکی از اجزای اصلی دیواره سلولی باکتری های گرم منفی، ترکیبی از لیپید و پلی ساکارید است. LPS از یک مجموعه تشکیل شده است:

1. لیپید آ.

2. برای همه باکتری های گرم منفی یکسان است هسته پلی ساکارید

3. زنجیره ساکارید پایانی ( زنجیره جانبی خاص O).

مترادف: LPS - اندوتوکسین، O - آنتی ژن.

LPS دو عملکرد اصلی را انجام می دهد: تعیین ویژگی آنتی ژن و یکی از عوامل اصلی بیماری زایی است. این یک اندوتوکسین است که خواص سمی آن عمدتاً از طریق تخریب سلول های باکتریایی ظاهر می شود. سمیت آن توسط لیپید A تعیین می شود. LPS باعث سنتز بیش از 20 ماده فعال بیولوژیکی می شود که پاتوژنز اندوتوکسمی را تعیین می کند و اثر تب زایی دارد.

اسیدهای نوکلئیک- DNA و RNA اسیدهای ریبونوکلئیک(RNA) عمدتاً در ریبوزوم ها (r-RNA - 80-85٪)، t (حمل و نقل) - RNA - 10٪، m (الگو) - RNA - 1-2٪، عمدتاً به صورت تک رشته ای یافت می شود. DNA (اسید دئوکسی ریبونوکلئیک) می تواند در دستگاه هسته ای (DNA کروموزومی) یا در سیتوپلاسم در سازندهای تخصصی - پلاسمیدها - پلاسمید (اکستراکروموزومی) DNA قرار گیرد. میکروارگانیسم ها در ساختار اسیدهای نوکلئیک، محتوای متفاوت هستند پایه های نیتروژنی. کد ژنتیکی تنها از چهار حرف (پایه) تشکیل شده است - A (آدنین)، T (تامین)، G (گوانین) و C (سیتوزین). اغلب، برای مشخص کردن میکروارگانیسم ها، نسبت درصد G/C به عنوان یک ویژگی طبقه بندی استفاده می شود که در گروه های مختلف میکروارگانیسم ها به طور قابل توجهی متفاوت است.

میکروارگانیسم ها انواع مختلفی را سنتز می کنند آنزیم ها- کاتالیزورهای پروتئینی خاص در باکتری ها یافت می شود آنزیم های 6 کلاس اصلی.

1. اکسیدرودوکتازها - واکنش های ردوکس را کاتالیز می کنند.

2. ترانسفرازها - واکنش های انتقال گروه های اتم را انجام می دهند.

3. هیدرولازها - تجزیه هیدرولیتیک ترکیبات مختلف را انجام می دهند.

4. لیازها - واکنشهای حذف یک گروه شیمیایی از یک بستر را به روشی غیر هیدرولیتیک با تشکیل یک پیوند دوگانه یا افزودن یک گروه شیمیایی به پیوندهای دوگانه کاتالیز می کنند.

5. لیگازها یا سنتتازها - اتصال دو مولکول همراه با جدا شدن پیوند پیروفسفات در مولکول ATP یا یک تری فسفات مشابه را فراهم می کند.

6. ایزومرازها - آرایش فضایی گروهی از عناصر را تعیین می کند.

مطابق با مکانیسم های کنترل ژنتیکی در باکتری ها، سه گروه از آنزیم ها متمایز می شوند:

— سازنده، که سنتز آن به طور مداوم اتفاق می افتد;

- القایی، که سنتز آن با حضور یک بستر القا می شود.

- سرکوبگر، که سنتز آن توسط بیش از حد محصول واکنش سرکوب می شود.

آنزیم های باکتریایی به دو دسته تقسیم می شوند اگزو و اندوآنزیم ها. اگزونزیم ها در محیط خارجی آزاد می شوند و فرآیندهای تجزیه ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا را انجام می دهند. توانایی تشکیل اگزونزیم ها تا حد زیادی تعیین کننده است تهاجمیباکتری ها - توانایی نفوذ به مخاط، بافت همبند و سایر موانع بافتی.

مثال ها: هیالورونیدازاسید هیالورونیک را که بخشی از ماده بین سلولی است تجزیه می کند و باعث افزایش نفوذپذیری بافت می شود (کلستریدیا، استرپتوکوک، استافیلوکوک و بسیاری از میکروارگانیسم های دیگر). نورآمینیدازغلبه بر لایه مخاط، نفوذ به سلول ها و انتشار در فضای بین سلولی (ویبریوکلرا، باسیل دیفتری، ویروس آنفولانزا و بسیاری دیگر) را تسهیل می کند. این گروه همچنین شامل آنزیم هایی است که آنتی بیوتیک ها را تجزیه می کنند.

در باکتری شناسی، برای تمایز میکروارگانیسم ها بر اساس خواص بیوشیمیایی، محصولات نهایی و نتایج حاصل از عمل آنزیم ها اغلب از اهمیت اولیه برخوردار هستند. بر این اساس وجود دارد طبقه بندی میکروبیولوژیکی (کاری) آنزیم ها.

1.ساکارولیتیک.

2. پروتئولیتیک.

3. اتولیتیک.

4. اکسیداسیون - احیا.

5. آنزیم های بیماری زایی (ویروسلانس).

ترکیب آنزیمی یک سلول توسط ژنوم تعیین می شود و یک ویژگی نسبتاً ثابت است. آگاهی از خواص بیوشیمیایی میکروارگانیسم ها به آنها اجازه می دهد تا توسط مجموعه ای از آنزیم ها شناسایی شوند. محصولات اصلی تخمیر کربوهیدرات ها و پروتئین ها اسید، گاز، ایندول، سولفید هیدروژن هستند، اگرچه طیف واقعی برای میکروارگانیسم های مختلف بسیار گسترده تر است.

آنزیم های اصلی بیماری زایی هیالورونیداز، پلاسماکوآگولاز، لسیتیناز، نورآمینیداز، DNAاز هستند. تعیین آنزیم های بیماری زایی در شناسایی تعدادی از میکروارگانیسم ها و شناسایی نقش آنها در آسیب شناسی مهم است.

تعدادی از آنزیم های میکروبی به طور گسترده در پزشکی و زیست شناسی برای تولید مواد مختلف (اتولیتیک، پروتئولیتیک) و در مهندسی ژنتیک (آنزیم های محدود کننده، لیگازها) استفاده می شود.

قبلی12345678910111213141516بعدی

بیشتر ببین:

آنزیم های باکتریایی فعالیت آنزیمی

آنزیم های باکتریایی آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی بسیار اختصاصی هستند که بدون آنها حیات و تولید مثل غیرممکن است. تعداد زیاد واکنش هایی که در طول زندگی یک سلول باکتری رخ می دهد، نشان دهنده وجود تعداد قابل توجهی آنزیم در باکتری است. آنزیم ها مواد پروتئینی با وزن مولکولی زیاد هستند. برخی از آنها پروتئین و برخی دیگر پروتئین های پیچیده هستند. آنها از دو بخش پروتئینی و یک بخش غیر پروتئینی به نام گروه پروتز ساخته شده اند. ممکن است حاوی ویتامین باشد. نوکلئوتیدها، اتم های آهن و غیره ارتباط بین قسمت پروتئینی آنزیم و گروه پروتز می تواند قوی یا شکننده باشد. اگر پیوند ضعیفی در محلول‌ها وجود داشته باشد، تجزیه آنزیم رخ می‌دهد و یک گروه پروتز آزاد می‌تواند آزاد شود.
گروه های ایروستتیک آنزیم هایی که به راحتی جدا می شوند کوآنزیم نامیده می شوند. آنزیم ها معمولاً به گروه های اصلی زیر تقسیم می شوند:

1. اکسیدرودوکتازها. تمام آنزیم هایی که واکنش های ردوکس را کاتالیز می کنند.
2. نقل و انتقالات. کاتالیزور انتقال گروه های خاص (به عنوان مثال، گروه های آمینه، باقی مانده های فسفات و غیره).
3.

روش های مطالعه فعالیت آنزیمی باکتری ها

هیدرولازهایی که GT یا سایر ترکیبات را با هیدرولیز تجزیه می کنند. این کلاس همچنین شامل فسفاتازها و دآمپنازها - آنزیم هایی است که به ترتیب گروه های فسفات یا آمونیوم را از ترکیبات آلی مختلف حذف می کنند.
4. لیازها، آنزیم هایی که گروه های خاصی را از بسترها به روشی غیر هیدرولیتیک جدا می کنند (مثلاً CO2، HgO، SH2 و غیره).
5. ایزومرازهایی که بازآرایی های درون مولکولی را در بستر کاتالیز می کنند.
6. لیگازها (سینتازها) - دسته ای از آنزیم ها که افزودن دو مولکول به یکدیگر را با شکسته شدن همزمان پیوند pprophosphate در تری فسفات ها کاتالیز می کنند (به عنوان مثال، تشکیل پیوندهای C-O، C-N یا C-S).

ساپروفیت ها بیشترین فعالیت آنزیمی را دارند. این خاصیت به میزان کمتری در باکتری های بیماری زا بیان می شود. مطالعه آنزیم های باکتری های بیماری زا بسیار مهم است، زیرا بر اساس تعیین فعالیت آنزیمی میکروب ها، می توان انواع مختلف را افتراق داد و ماهیت یک پاتوژن خاص را تعیین کرد. در کنار این، فعالیت آنزیمی میکروب ها پاتوژنز و تصویر بالینی بیماری عفونی را تعیین می کند.
آنزیم ها به اگزو و اندوآنزیم ها تمایز می یابند. اگزونزیم ها توسط سلول در محیط خارجی آزاد می شوند و فرآیندهای تجزیه ترکیبات آلی با مولکولی بالا را به ترکیبات ساده تر که برای جذب در دسترس هستند انجام می دهند.
آنزیم های باکتریایی به دو دسته سازنده و القایی تقسیم می شوند. گروه اول شامل آنزیم هایی است که بدون توجه به محیطی که باکتری روی آن رشد می کند، توسط سلول باکتری سنتز می شود. آنزیم های القایی توسط این باکتری تنها در پاسخ به عمل یک القا کننده خاص موجود در محیط تولید می شوند.

تمام واکنش های متابولیک در یک سلول باکتری بر اساس فعالیت آنزیم هایی است که به 6 کلاس تعلق دارند: اکسی ردوکتازها، ترانسفرازها، هیدرولازها، لیگازها، لیازها، ایزومرازها. آنزیم های تولید شده توسط یک سلول باکتری می تواند هم در داخل سلول - آنزیم ها - و هم در محیط - اگزونزیم ها منتشر شود. اگزونزیم ها نقش عمده ای در تامین منابع کربن و انرژی سلول باکتری برای نفوذ دارند. بیشتر هیدرولازها اگزونزیم هایی هستند که با آزاد شدن در محیط، مولکول های بزرگی از پپتیدها، پلی ساکاریدها و لیپیدها را به مونومرها و دایمرهایی تجزیه می کنند که می توانند به داخل سلول نفوذ کنند. تعدادی از اگزونزیم ها، به عنوان مثال هیالورونیداز، کلاژناز و غیره، آنزیم های تهاجمی هستند. برخی از آنزیم ها در فضای پری پلاسمیک سلول باکتری قرار دارند. آنها در فرآیندهای انتقال مواد به سلول باکتری شرکت می کنند. طیف آنزیمی یک ویژگی طبقه بندی مشخصه یک خانواده، جنس و - در برخی موارد - گونه است. بنابراین، تعیین طیف فعالیت آنزیمی برای تعیین موقعیت طبقه بندی باکتری ها استفاده می شود. وجود اگزوآنزیم‌ها را می‌توان با استفاده از محیط‌های تشخیصی افتراقی تعیین کرد، بنابراین، سیستم‌های آزمایشی ویژه‌ای متشکل از مجموعه‌ای از محیط‌های تشخیصی افتراقی برای شناسایی باکتری‌ها ایجاد شده‌اند.

شناسایی باکتری ها با فعالیت آنزیمی

اغلب، آنزیم های کلاس هیدرولازها و اکسیدوردوکتازها با استفاده از روش ها و رسانه های خاص تعیین می شوند.

برای تعیین فعالیت پروتئولیتیک، میکروارگانیسم ها با تزریق به یک ستون ژلاتین تلقیح می شوند. پس از 3-5 روز، محصولات مورد بررسی قرار می گیرند و ماهیت مایع شدن ژلاتین ذکر می شود. هنگامی که پروتئین توسط برخی از باکتری ها تجزیه می شود، محصولات خاصی می توانند آزاد شوند - ایندول، سولفید هیدروژن، آمونیاک. برای تعیین آنها، از کاغذهای شاخص مخصوص استفاده می شود که بین گردن و یک پلاگین پنبه ای در یک لوله آزمایش با MPB و/یا آب پپتون تلقیح شده با میکروارگانیسم های مورد مطالعه قرار می گیرد. ایندول (محصول تجزیه تریپتوفان) نواری از کاغذ آغشته به محلول اشباع اسید اگزالیک را صورتی رنگ می کند. کاغذ آغشته به محلول استات سرب در حضور سولفید هیدروژن سیاه می شود. برای تعیین آمونیاک از کاغذ تورنسل قرمز استفاده می شود.

برای بسیاری از میکروارگانیسم ها، یک ویژگی طبقه بندی، توانایی تجزیه کربوهیدرات های خاص برای تشکیل اسیدها و محصولات گازی است. برای تشخیص این موضوع از محیط هیس حاوی کربوهیدرات های مختلف (گلوکز، ساکارز، مالتوز، لاکتوز و غیره) استفاده می شود. برای تشخیص اسیدها، معرف Andrede به محیط اضافه می شود که رنگ آن از زرد کم رنگ به قرمز در محدوده pH 7.2-6.5 تغییر می کند، بنابراین مجموعه محیط های Hiss با رشد میکروارگانیسم ها "ردیف متنوع" نامیده می شود.

برای تشخیص تشکیل گاز، شناورها در محیط مایع پایین می آیند یا از محیط های نیمه مایع با 0.5% آگار استفاده می شود.

به منظور تعیین مشخصه تشکیل اسید شدید در تخمیر مخلوط، نشانگر قرمز متیل که در pH 4.5 و بالاتر زرد و در مقادیر pH پایین تر قرمز است.

هیدرولیز اوره با آزاد شدن آمونیاک (کاغذ تورنسل) و قلیایی شدن محیط تعیین می شود.

هنگام شناسایی بسیاری از میکروارگانیسم ها، از واکنش Voges-Proskauer به استوئین استفاده می شود، که یک ترکیب واسطه در تشکیل بوتاندیول از اسید پیروویک است. یک واکنش مثبت نشان دهنده وجود تخمیر بوتاندیول است.

کاتالاز را می توان با حباب های اکسیژن که بلافاصله پس از مخلوط کردن سلول های میکروبی با محلول پراکسید هیدروژن 1٪ شروع به آزاد شدن می کند، شناسایی کرد.

برای تعیین سیتوکروم اکسیداز، از معرف های زیر استفاده می شود:

1) محلول الکل 1٪ ss-naphthol-1؛

2) محلول آبی 1% N-dimethyl-p-phenylenediamine dihydrochloride.

وجود سیتوکروم اکسیداز با رنگ آبی که بعد از 2 تا 5 دقیقه ظاهر می شود قضاوت می شود.

برای تعیین نیتریت ها از معرف گریس استفاده می شود: ظاهر یک رنگ قرمز نشان دهنده وجود نیتریت ها است.

خواص آنزیمی باکتری ها

برای تعیین خواص ساکارولیتیک کربوهیدرات ها معمولا از لاکتوز، گلوکز، مالتوز، ساکارز و مانیتول استفاده می شود. نتیجه واکنش با استفاده از شاخص های مختلف اضافه شده به محیط غذایی تعیین می شود و واکنش های رنگی را نشان می دهد. از این رو به روش کاشت روی بسترهای تشخیص افتراقی، کاشت روی ردیف رنگارنگ می گویند. گاهی اوقات در ردیف های به اصطلاح رنگارنگ بلند، آرابینوز، زایلوز، گالاکتوز، اینولین، نشاسته و غیره اضافه می شود.

هنگامی که کربوهیدرات ها تجزیه می شوند، اسیدهای آلی (لاکتیک، استیک، فرمیک) و گاز (CO2 و H2) تشکیل می شوند. اسیدها باعث تغییر در pH محیط می شوند که در نتیجه واکنش نشانگر منجر به تغییر رنگ آن می شود. گاز حاصل، مایع را در قسمت بالایی شناور جابجا می کند (هنگام استفاده از سری های رنگارنگ مایع) یا باعث پارگی آگار (هنگام استفاده از قندهای نیمه مایع) می شود.

محیط برای تعیین خواص ساکارولیتیک

رسانه هیسشامل آب پپتون، کربوهیدرات 1% و اندیکاتور آندره (اسید فوشین، تغییر رنگ با قلیایی) است. یک شناور داخل محیط قرار می گیرد که در هنگام عقیم سازی با محیط پر می شود. هنگامی که شکر توسط باکتری تخمیر می شود، رنگ محیط به قرمز تغییر می کند و گاز در شناور جمع می شود.

قندهای نیمه مایعشامل 0.7٪ پپتون آگار گوشت، 1٪ شکر و نشانگر pH (رنگ آبی-آبی و اسید روزولیک). کاشت به صورت تزریقی انجام می شود. در حین تخمیر شکر، اگر در حین کاشت گاز تشکیل شود، رنگ محیط آبی می شود، حباب های گاز قابل مشاهده است و خود آگار پاره می شود. در عمل آزمایشگاهی، سایر رسانه های تشخیص افتراقی حاوی قند نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

خواص پروتئولیتیکباکتری ها (تجزیه پروتئین) با تشخیص مشخص می شوند محصولات نهایی تخمیر پروتئین(ایندول، هیدروژن سولفید، آمونیاک) و قابلیت مایع سازی ژلاتین (آب گوشت پپتون با 10-15 درصد ژلاتین).

ژلاتین را مایع کنیدمیکروب هایی که آنزیمی مانند ترشح می کنند کلاژنازفرآیند مایع سازی از بالا انجام می شود و انواع مختلف میکروب ها شکل مشخصی به آنها می دهند، بنابراین از این خاصیت برای شناسایی باکتری ها نیز استفاده می شود.

تعیین تخمیر پروتئین توسط محصولات تجزیه نهایی زمانی انجام می شود که روی آب گوشت-پپتون یا آب پپتون کاشته می شود.

بنابراین، با تکمیل کار جداسازی یک کشت خالص، داده هایی در مورد خواص مورفولوژیکی، رنگی، فرهنگی و بیوشیمیایی کشت های باکتریایی جدا شده در اختیار داریم. این زمینه را برای انجام شناسایی گونه ها فراهم می کند - وظیفه اصلی آخرین مرحله تحقیقات باکتریولوژیکی. برای این منظور از دترمینانت برگی استفاده می شود. این یک نشریه مرجع، یک کاتالوگ از باکتری ها است. در آن، همه میکروارگانیسم ها بر اساس خواص بیولوژیکی اولیه خود گروه بندی می شوند. با مقایسه خصوصیات محصولات انتخابی با آنهایی که در تعیین کننده آمده است، تعلق آنها را به یک گروه، خانواده، جنس و در نهایت گونه مشخص می کنند.

بر اساس مورفولوژی، نوع تنفس، خواص رنگی، و توانایی تشکیل هاگ، یک گروه طبقه بندی برای فرهنگ شناسایی شده یافت می شود. بر اساس ویژگی‌های مورفولوژیکی، رنگ‌آمیزی، نوع تنفس، اسپورزایی، خواص فرهنگی و برخی ویژگی‌های بیوشیمیایی، یک خانواده بر اساس ویژگی‌های روش‌شناختی (وجود کپسول‌ها، تاژک‌ها و غیره)، ویژگی‌های فرهنگی و بیوشیمیایی، یک جنس مشخص می‌شود. و داخلی هر جنس با خواص بیوشیمیایی و آنتی ژنی آن تعیین می شود.

کار مستقل دانشجو

در طول یک درس عملی

کنترل سوالات

1. تغذیه باکتری ها: اتوتروف ها و هتروتروف ها.

2. طبقه بندی محیط های غذایی.

3. شرایط پرورش میکروب.

4. الزامات برای محیط های غذایی.

5. ترکیب شیمیایی میکروب ها.

6. مفهوم فرهنگ و مستعمرات ناب.

7. روش های جداسازی کشت خالص میکروب های هوازی.

8. مراحل جداسازی کشت خالص باکتری های هوازی.

9. خواص فرهنگی باکتری ها.

10. اکسیداسیون بیولوژیکی در باکتری های هوازی و بی هوازی.

11. روش های پرورش بی هوازی.

12. روش های جداسازی کشت خالص بی هوازی ها.

13. اهمیت آنزیم ها در شناسایی باکتری ها.

موضوع: تاثیر عوامل محیطی بر میکروارگانیسم ها. اثر عوامل فیزیکی و شیمیایی. استریلیزاسیون و ضد عفونی

هدف:

– آموزش روش های استریل کردن ظروف شیشه ای آزمایشگاهی و

رسانه های مغذی

وظایف:

– بتواند روش استریلیزاسیون مناسب را به درستی انتخاب کند

اشیاء مختلف (محیط زیست، ظروف، ابزار و غیره)؛

- بر گروه های اصلی ضدعفونی کننده ها و مکانیسم تسلط داشته باشید

اثرات آنها بر باکتری ها

در محیط خارجی، میکروب ها تحت تأثیر عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قرار می گیرند که فعالیت حیاتی آنها را مهار یا تحریک می کند.

به عوامل فیزیکیشامل: دمای بالا و پایین، خشک کردن، انرژی تابشی، اولتراسوند، فشار بالا.

درجه حرارت. فعالیت فیزیولوژیکی هر میکروارگانیسم با دمای بهینه خاصی سازگار است. در رابطه با دما، همه میکروارگانیسم ها به دو دسته تقسیم می شوند روان دوست ها(از 0 تا +10 درجه سانتیگراد)، مزوفیل ها(از 20+ تا 40+ درجه سانتی گراد) و ترموفیل ها(+50°С – 70+°С). اکثر میکروارگانیسم های بیماری زا مزوفیل هستند.

اکثر میکروارگانیسم ها به دماهای پایین مقاوم هستند (گونوکوکی ها و مننگوکوک ها استثنا هستند).

فعالیت آنزیمی باکتری ها

دمای بالا (+50 ° C - + 60 ° C) تأثیر مخربی بر روی اشکال رویشی باکتری ها دارد. هاگ ها می توانند تا 2 ساعت در برابر جوشیدن مقاومت کنند. اثر مخرب دمای بالا اساس روش های عقیم سازی است.

اقدامات اساسی ضد اپیدمی

در آزمایشگاه

عقیم سازی

عقیم سازی عبارت است از حذف یا از بین بردن تمام میکروارگانیسم های زنده (شکل های رویشی و اسپور) در داخل یا روی سطح اشیا.

عقیم سازی با روش های مختلفی انجام می شود: فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی.

الزامات اساسی برای فرآیند استریلیزاسیون در استاندارد صنعتی 42-21-2-82 "استریل سازی و ضد عفونی دستگاه های پزشکی" منعکس شده است. روش‌ها، ابزارها، رژیم‌ها».

روش های فیزیکی

رایج ترین روش عقیم سازی قرار گرفتن در معرض دمای بالا است. در دمای نزدیک به 100 درجه سانتی گراد، بیشتر باکتری ها و ویروس های بیماری زا می میرند. اسپورهای باکتری های گرمادوست خاک وقتی به مدت 8.5 ساعت بجوشد می میرند. میکروارگانیسم هایی که در لایه های عمیق زمین به دام افتاده اند یا با خون لخته شده پوشیده شده اند، در برابر دمای بالا محافظت می شوند و قابلیت حیات خود را حفظ می کنند.

هنگام استریل کردن با روش های فیزیکی، از دماهای بالا، فشار، تابش فرابنفش و غیره استفاده می شود.

ساده ترین اما مطمئن ترین نوع عقیم سازی — کلسینه کردن. برای استریل کردن سطح اجسام غیر قابل اشتعال و مقاوم در برابر حرارت بلافاصله قبل از استفاده استفاده می شود.

یکی دیگر از روش های ساده و در دسترس عقیم سازی است غلیان. این فرآیند در یک دستگاه ضدعفونی کننده - یک جعبه فلزی مستطیلی با دو دسته و یک درب محکم انجام می شود. در داخل یک توری فلزی قابل جابجایی با دسته هایی در طرفین وجود دارد که ابزاری که قرار است استریل شود روی آن قرار می گیرد. عیب اصلی روش این است که هاگ ها را از بین نمی برد، بلکه فقط اشکال رویشی را از بین می برد.

هنگام استریلیزاسیون با بخار، لازم است شرایط خاصی انجام شود که اثربخشی آن و حفظ استریل بودن محصولات را برای مدت معینی تضمین می کند. اول از همه، استریل کردن ابزار، کتانی جراحی و پانسمان باید در بسته بندی انجام شود. برای این منظور از موارد زیر استفاده می شود: جعبه های استریلیزاسیون (جعبه)، بسته بندی دوتایی نرم ساخته شده از کالیکو، کاغذ پوستی، کاغذ مقاوم در برابر رطوبت (کاغذ کرافت)، پلی اتیلن با چگالی بالا.

یک الزام اجباری برای بسته بندی سفتی است. مدت زمان حفظ استریلیت بستگی به نوع بسته بندی دارد و برای محصولات استریل شده در جعبه های بدون فیلتر، در بسته بندی دوتایی نرم ساخته شده از کیسه های کاغذی کالیکو و مقاوم در برابر آب سه روز است. در جعبه های استریلیزاسیون دارای فیلتر، استریل بودن محصولات در طول سال حفظ می شود.

استریلیزاسیون با حرارت خشک

فرآیند استریلیزاسیون با حرارت خشک در یک کوره با حرارت خشک (در اجاق پاستور و غیره) انجام می شود - یک کابینت فلزی با دو جداره. بدنه کابینت شامل یک محفظه کار است که دارای قفسه هایی برای قرار دادن اقلام مورد پردازش است و عناصر گرمایشی که به طور یکنواخت هوا را در اتاق کار گرم می کنند.

حالت های استریلیزاسیون:

درجه حرارت 150 درجه سانتیگراد - 2 ساعت؛

دما 160 درجه سانتیگراد - 170 درجه سانتیگراد - 45 دقیقه - 1 ساعت؛

دما 180 درجه سانتیگراد - 30 دقیقه؛

دما 200 درجه سانتیگراد - 10-15 دقیقه.

لازم به یادآوری است که در دمای 160 درجه سانتیگراد، کاغذ و پشم پنبه در دمای بالاتر زرد می شوند - می سوزند (کربن می شوند). شروع عقیم سازی لحظه ای است که درجه حرارت در کوره به مقدار لازم می رسد. پس از اتمام استریلیزاسیون، فر خاموش می شود، دستگاه تا 50 درجه سانتیگراد خنک می شود و پس از آن موارد استریل شده از آن خارج می شود.

محصولات موجود در دستگاه ضدعفونی کننده هوا را می توان بدون بسته بندی استریل کرد، اما فقط در صورتی که بلافاصله پس از استریل کردن استفاده شوند. کاغذ کیسه ای ساخته شده مطابق با GOST 2228-81 را می توان به عنوان بسته بندی استفاده کرد.

حالت استریلیزاسیون هوا با دو مقدار دما - 160 درجه سانتیگراد برای 2.5 ساعت یا 180 درجه سانتیگراد برای 1 ساعت نشان داده می شود.

استریلیزاسیون با بخار جریانی

این نوع استریلیزاسیون در دستگاه کوخ یا اتوکلاو با درب باز و دریچه خروجی باز انجام می شود. دستگاه کوخ یک استوانه توخالی فلزی با کف دوتایی است. ماده ای که قرار است استریل شود به طور محکم در محفظه دستگاه قرار نمی گیرد تا از حداکثر تماس با بخار اطمینان حاصل شود. گرم شدن اولیه آب در دستگاه ظرف 10-15 دقیقه اتفاق می افتد.

بخار روان برای استریل کردن موادی که در دمای بالای 100 درجه سانتیگراد تجزیه یا خراب می شوند - محیط های مغذی با کربوهیدرات ها، ویتامین ها، محلول های کربوهیدرات و غیره استفاده می شود.

عقیم سازی با بخار جاری با استفاده از روش کسری انجام می شود - در دمای بیش از 100 درجه سانتیگراد به مدت 20-30 دقیقه به مدت 3 روز. در این حالت، اشکال رویشی باکتری ها می میرند و هاگ ها زنده می مانند و در مدت 24 ساعت در دمای اتاق جوانه می زنند. گرمایش بعدی، مرگ این سلول‌های رویشی را که از هاگ‌ها در بین مراحل عقیم‌سازی بیرون می‌آیند، تضمین می‌کند.

Tyndalization- روشی برای استریلیزاسیون کسری که در آن حرارت دادن مواد استریل شده در دمای 56-58 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت به مدت 5-6 روز متوالی انجام می شود.

پاستوریزاسیون- حرارت دادن یکبار مواد به 50-65 درجه سانتیگراد (برای 15-30 دقیقه)، 70-80 درجه سانتیگراد (برای 5-10 دقیقه). برای از بین بردن اشکال غیر اسپور میکروب ها در محصولات غذایی (شیر، آب میوه، شراب، آبجو) استفاده می شود.

قبلی1234567891011121314بعدی