ENZYMACTIVITEIT: EENHEID, METING, REGELING EN FACTOREN - CHEMIE - 2026

De enzymatische activiteit is een manier om de hoeveelheid enzym die op een bepaald moment aanwezig is tot expressie te brengen. Geeft de hoeveelheid substraat aan die in product wordt omgezet door de katalytische werking van het enzym per tijdseenheid.

Het wordt beïnvloed door de omstandigheden waarin de enzymatische reactie plaatsvindt, daarom verwijst het meestal naar de temperatuur waarbij het wordt gemeten. Maar wat zijn enzymen? Het zijn biologische katalysatoren die de reactiesnelheid kunnen versnellen zonder een onomkeerbare verandering te ondergaan tijdens het gekatalyseerde proces.

Ananas of ananas, fruit dat het enzym bromelaïne bevat en daarom een ​​hoge enzymatische activiteit vertoont Bron: H. Zell

Enzymen zijn in het algemeen eiwitten met uitzondering van ribosomen, RNA-moleculen met enzymatische activiteit.

Enzymen verhogen de reactiesnelheid door de energiebarrière (activeringsenergie) te verminderen; die moet zijn verlopen om de overgangstoestand te bereiken en dus vindt de reactie plaats.

De substraatmoleculen die de overgangstoestand bereiken, ondergaan structurele veranderingen, waardoor ze aanleiding geven tot de productmoleculen. Op basis van de functies die ze vervullen, worden enzymen ingedeeld in zes grote groepen: oxyreductases, transferases, hydrolases, lyases, isomerases en ligases.

De enzymen bromelaïne en papaïne zijn bijvoorbeeld proteolytische enzymen (hydrolasen) die worden aangetroffen in respectievelijk ananas of ananas en papaja of papaja.

Het is bekend dat zowel ananas als papaja het spijsverteringsproces vergemakkelijken, omdat ze door de proteolytische enzymen die ze bevatten te laten werken, de eiwitten helpen verteren van, dat wil zeggen, vlees en granen.

Eenheid van enzymactiviteit

De enzymeenheid (IE) is de hoeveelheid enzym die de transformatie van 1 µmol substraat in één minuut katalyseert.

Vervolgens definieerde het International System of Units (SI) de eenheid van enzymactiviteit als de hoeveelheid enzym die 1 mol substraat per seconde omzet in product. Deze eenheid kreeg de naam katal (kat).

1 mol = 10 ⁶ umol en 1 minuut = 60 seconden.

Daarom 1 katal is gelijk aan 60 · 10 ⁶ IU. Omdat de katal een grote eenheid is, worden vaak kleinere eenheden gebruikt, zoals: de microkatal (µkat), 10 ^-6 katal, en de nanokatal (πkat), 10 ^-9 katal.

Specifieke activiteit

Het is het aantal eenheden enzymactiviteit gedeeld door de milligram proteïne in het te testen monster. De specifieke activiteit is direct gerelateerd aan de mate van zuivering van het enzym.

Hoe wordt de enzymactiviteit gemeten?

Er zijn verschillende methoden om de activiteit van een enzym te bepalen. De keuze van een bepaalde methode hangt af van het doel van de enzymtest; de toepasbaarheid van de methode; toegang tot de apparatuur die nodig is om het experiment uit te voeren; de kosten van het gebruik van een bepaalde methode, enz.

Er zijn spectrofotometrische, fluorometrische, chemiluminescentie-, calorimetrische, radiometrische en chromatografische methoden.

Spectrofotometrische methoden kunnen colorimetrisch zijn en worden gelezen in het ultraviolette (UV) gebied van elektromagnetische straling.

-Colorimetrische methode

Het is gebaseerd op het genereren van een chromofoor door enzymatische werking. Enzymactiviteit kan continu of discontinu worden gevolgd.

Doorlopende vorm

In de continue vorm worden de reagentia in een cuvet in de spectrofotometer geplaatst op de gewenste golflengte, die overeenkomt met die waarbij de chromofoor zijn maximale optische dichtheidswaarde heeft; en dat er bovendien geen interferentie is met een andere stof die kan worden gegenereerd.

De enzymatische reactie wordt op gang gebracht door de toevoeging van het monster dat het enzym bevat, waarvan de activiteit moet worden bepaald. Tegelijkertijd wordt de stopwatch gestart en van tijd tot tijd wordt de waarde van de optische dichtheid genoteerd.

Aangezien de gelijkwaardigheid van de optische dichtheid met het aantal molen substraat of het product van de enzymatische werking bekend is, kunnen, afhankelijk van de gebruikte techniek, het aantal molen van het verbruikte substraat of de geproduceerde molen worden berekend.

Bovendien, aangezien de verstreken tijd van de enzymatische reactie is gemeten, kunnen de molen die per seconde worden verbruikt of geproduceerd worden verkregen. De enzymatische activiteit wordt dus vastgesteld in katal-eenheden.

Discontinue vorm

In de batchvorm om de enzymatische activiteit te bepalen, worden de reageerbuizen met de componenten van de reactie, behalve het monster met het enzym of een andere component, in een bad van 37 ° C geplaatst. De reactie wordt dan gestart met de toevoeging van de ontbrekende component.

De tijd die door de techniek wordt aangegeven, mag optreden en de reactie wordt beëindigd door de toevoeging van een verbinding die de reactie stopt. De optische dichtheid wordt op dat moment afgelezen en verloopt tenslotte op dezelfde manier als bij de continue manier om de enzymatische activiteit te bepalen.

-Methode voor metingen in ultraviolet licht

Het co-enzym nicotinamidadinucleotide heeft bijvoorbeeld twee vormen: NADH (gereduceerd) en NAD ⁺ (geoxideerd). Evenzo heeft het co-enzym nicotinamityinucleotidefosfaat twee vormen NADPH en NADP ⁺ , respectievelijk gereduceerd en geoxideerd.

Zowel de gereduceerde als de geoxideerde vormen van het co-enzym worden op een lengte van 260 nm uit ultraviolet licht gelezen; Ondertussen worden alleen de gereduceerde vormen op een lengte van 340 nm uit het UV-licht gelezen.

Daarom worden zowel bij de oxidatie- als bij de reductiereacties waaraan de genoemde co-enzymen deelnemen, ze gelezen bij 340 nm.

De bepaling van de enzymatische activiteit is in wezen dezelfde als die gevolgd in de continue vorm van de colorimetrische methode; behalve dat de optische dichtheid bij 340 nm wordt afgelezen om de generatie van NADH of NADPH te observeren, of om het verbruik van deze co-enzymen te meten.

Dit hangt ervan af of de gemeten reactie oxidatie of reductie is. Door middel van de overeenkomst tussen de optische dichtheid en het aantal mol NADH en NADPH, al naargelang het geval, kan de enzymatische activiteit worden berekend door het aantal mol van het co-enzym te delen door de verstreken tijd in seconden.

Regulatie van enzymactiviteit

Controle op substraat- of productniveau

Naarmate de concentratie van het substraat toeneemt, neemt de enzymactiviteit toe. Maar bij een bepaalde concentratie van het substraat is de actieve plaats of actieve plaatsen van het enzym verzadigd, zodat de enzymactiviteit constant wordt.

Het product van de enzymatische werking kan echter ook een interactie aangaan met de actieve plaatsen van het enzym, waardoor de enzymatische activiteit wordt geremd.

Het product kan werken als een competitieve remmer; het enzym hexokinase kan bijvoorbeeld worden genoemd. Dit enzym produceert de fosforylering van glucose, waardoor glucose-6-fosfaat ontstaat, een verbinding die, wanneer geaccumuleerd, hexokinase remt.

Feedback controle

Het kan voorkomen dat een groep enzymen (A, B, C, D, E en F) opeenvolgend in een metabolische route werken. Enzym B gebruikt het product van enzym A als substraat, enzovoort.

De cel kan, afhankelijk van zijn metabolische behoeften, de sequenties van enzymatische activiteiten activeren of remmen. De accumulatie van enzym F-product kan bijvoorbeeld werken door enzym A of een ander van de enzymen in de sequentie te remmen.

Allosterische enzymen

Een enzym kan bestaan ​​uit verschillende subeenheden, elk met zijn respectievelijke actieve sites. Maar deze subeenheden werken niet onafhankelijk, dus de activiteit van een van de subeenheden kan de werking van de rest activeren of remmen.

Hoewel hemoglobine niet als een enzym wordt beschouwd, is het een prachtig model voor het fenomeen allosterisme. Hemoglobine bestaat uit vier eiwitketens, twee α-ketens en twee β-ketens, elk verbonden met een heemgroep.

Twee verschijnselen kunnen optreden tussen de subeenheden: homoalosterisme en heteroalosterisme.

Homoalosterisme

Binding van het substraat aan een van de subeenheden verhoogt de affiniteit van de andere subeenheden voor het substraat, waardoor de enzymatische activiteit van elk van de resterende subeenheden toeneemt.

Evenzo produceert de remming van de enzymatische activiteit in een van de subeenheden hetzelfde effect in de rest.

In het geval van hemoglobine zal de binding van zuurstof aan een heemgroep van een van de eiwitketens een verhoging van de zuurstofbereidheid in de overige ketens veroorzaken.

Evenzo veroorzaakt de afgifte van zuurstof uit een heemgroep de afgifte van zuurstof uit de resterende groepen van de eiwitketens.

Heterolosterisme

De binding van een activerende of remmende stof, anders dan het substraat, aan een van de subeenheden zal een activering of remming van de enzymatische activiteit in de andere subeenheden veroorzaken.

In het geval van hemoglobine, de binding aan het heem groep H ⁺ , CO ₂ en 2,3-difosfoglyceraat op een van de subeenheden, vermindert de affiniteit van het heem groep zuurstof, waardoor de release. Deze afgifte van zuurstof wordt ook geproduceerd in de andere ketens van hemoglobine.

Factoren die de enzymactiviteit beïnvloeden

-Concentratie van het substraat

Naarmate de substraatconcentratie toeneemt, neemt ook de enzymactiviteit toe. Dit komt door de verhoogde toegang van de substraatmoleculen tot de actieve plaatsen van het enzym.

Maar voor een bepaalde concentratie van het substraat zijn alle actieve plaatsen van het enzym ermee verzadigd, waardoor de enzymatische activiteit niet toeneemt, zelfs niet als de concentratie van het substraat toeneemt.

-pH van de enzymatische reactie

Enzymen hebben een optimale pH waarbij de affiniteit van het enzym voor het substraat het hoogst is. Bij deze pH wordt de maximale waarde van de enzymatische activiteit bereikt.

De overmatige zuurgraad of basiciteit van het medium kan een denaturatie van het enzym veroorzaken, waardoor de activiteit afneemt.

Het pH-profiel van enzymactiviteit is gevarieerd. Zo heeft pepsine bijvoorbeeld een maximale activiteit tussen 1-2 pH-eenheden; trypsine heeft een optimale pH van 8; en papaïne heeft een constante activiteit tussen een pH-bereik tussen 4 en 8.

-Temperatuur van de enzymatische reactie

Enzymactiviteit neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Over het algemeen verdubbelt de enzymactiviteit bij elke 10 graden toename, totdat de optimale temperatuur voor enzymactiviteit is bereikt.

Wanneer de optimale temperatuur echter wordt overschreden, heeft de enzymactiviteit de neiging af te nemen naarmate de temperatuur van de reactie toeneemt. Dit komt door het feit dat eiwitten, en dus enzymen, denaturatie ondergaan als gevolg van een te sterke temperatuurstijging.

-Ionische concentratie van de reactie

Over het algemeen hebben enzymen een optimale activiteit in een concentratiebereik tussen 0 en 500 mmol / L. Bij hogere concentraties neigt de enzymactiviteit echter af te nemen.

Onder deze omstandigheden worden bepaalde ionische interacties in enzymen, die nodig zijn voor hun maximale activiteit, geblokkeerd.

Referenties

1. Segel, IH (1975). Biochemische berekeningen. ( ^2e editie). John Wiley & Sons, Inc.
2. Lehninger, AL (1975). Biochemie. ( ^2e editie). Worth Publishers, inc.
3. Mathews, CK, van Holde, KE en Ahern, KG (2002). Biochemie. (3 ^ra Edition). Pearson Addison Weshley.
4. Wikipedia. (2019). Enzymtest. Hersteld van: en.wikipedia.org
5. González Juan Manuel. (sf). Kinetisch enzym. Biomoleculen natuurlijk. Hersteld van: ehu.eus