ביוכימיה/מבוא לאנזימים

כדאי לדעת: #שיווי משקל אנרגיה כימית יישום עקרונות

מבוא

חשיבות האנזימים במערכות ביולוגיות :

1. מבצעים ריאקציות כימיות בתא.
2. מוסתים ומבקרים תהליכים ביוכימיים, למשל כאשר התוצר מתנהג כמעכב תחרותי עבור האנזים שיצר אותו.

עקרון פעילות זרז כימי

תגובה (ריאקציה) כימית – תהליך של שבירה או יצרה של קשרים כימיים. במהלכו נעלמים המגיבים (ריאגנטים) ומופיעים תוצרים.

מהירות הריאקציה – נקבעת על פי קצב הופעת תוצרים או העלמות המגיבים ביחידת זמן. מהירות התגובה שונה בין ריאקציות שונות (תלוי בכמות החומרים) והיא הולכת ונחלשת ככל שעובר הזמן (בהנחה של משנים אתת התנאים - לא מוספים חומרים, לא מוצאים חומרים וכדומה).

שווי משקל - מתקבל כאשר קצב התגובה לכיוון אחד של התגובה שווה לקצב התגובה לכיוון ההפוך, כלומר, התוצרים הופכים למגיבים, והמגיבים הופכים לתוצרים בקצב זהה.

סוגי תגובות

• 
  תגובה אנדותרמית; השקעת אנרגיה (בנייה) - רמת האנרגיה של התגובה גבוה משל המגיבים – כלומר, למגיבים יש פחות אנרגיה מאשר לתוצרים, ולכן, במהלך התגובה מושקעת אנרגיה.
• 
  תגובה אקסותרמית; שחרור אנרגיה (פירוק) - רמת האנרגיה של התגובה נמוכה משל המגיבים – כלומר, למגיבים יש יותר אנרגיה מאשר לתוצרים, ולכן, במהלך התגובה, כאשר המגיבים הופכים לתוצרים, משתחררת אנרגיה.

תאורית ההתנגשויות

אנרגיית אקטיבציה (שפעול; Ea)

"כמות" האנרגיה שצריכים המגיבים על מנת להפוך לתוצרים ("גבוה ההר").

הגדרה : היא האנרגיה המינימאלית הדרושה להתרחשות תגובה כימית מסוימת, או כמות האנרגיה שמולקולה מסוימת צריכה על מנת להגיב עם מולקולה.

אנרגיה קינטית/אנרגיית תנועה

האנרגיה שגוף רוכש כתוצאה מתנועתו, והיא תלויה רק במסת הגוף ובמהירותו. במילים אחרות, זוהי האנרגיה שבפעול יש למגיבים. כאשר למגיבים, תהיה כמות אנרגיה קינטית הזהה לכמות האנרגיה שהם צריכים על מנת להפוך לתוצרים (אנרגית השפעול); הם יוכלו "לחצות" את ההר ולהפוך לתוצרים.

דרכים להגדלת מהירות תגובה

1. זרז (אנזים הוא זרז ביולוגי) – אינו חלק מהמערכת. הקטנת אנרגיה קנטית.
2. העלאת טמפרטורה – הגדלת האנרגיה הקינטית .

ריאקציות מסדר

1. ריאקצית אפס (קו ישר m=0)– אין השפעה של ריכוז המגיב על מהירות. במיכאליס מנטן, בריכוזי S גבוהים מקבלים סדר ריאקציה אפס.
2. סדר ריאקציה ראשון (גרף ליניארי)– מגיב אחד. ככל שריכוז המגיב עולה, כך מהירות הריאקציה עולה, כלומר, זוהי ריאקציה בה המגיב הופך ספונטאני לתוצר. הגורם המשפיע על מהירות הריאקציה הוא יווצרותו של תוצר ביניים.
3. סדר ראקציה שני – שני מגיבים. הריאקציה מושפעת משני מגיבים היוצרים יחד תוצר. מהירות הריאקציה מושפעת מטמפרטורה, ריכוז מגיבים ועוד. במיכאליס מנטן, בריכוז נמוך של סובסטרט מקבלים ריאקציה מסדר שני.
4. ריאקציה מסדר פסאודו ראשון- שני מגיבים. כאשר יש כמות גדולה של מגיב אחד מול כמות קטנה של מגיב שני. הריאקציה דומה לריאקציה ראשונה כיוון שהמגיב הנמצא בעודף הופך ספונטנית לתוצר יותר מאשר הופך לתוצר הנוצר יחד עם המגיב השני.

זרזים ביולוגים תכונות המאפיינות זרז ביולוגי-אנזים

תכונות של ביוקטליזה (זרז ביולוגי שהם למעשה אנזימים) :

1. ספציפיות.
2. צריכים תנאים מותניים של pH וטמפרטורה.
3. הפעילות האנזימטית היא חד שלבית, בניגוד לזרז כימי העובד במספר שלבים.