એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિ અને તેમની પદ્ધતિઓનું નિયમન

જીવંત પદાર્થોના એકમ તરીકે, ઓપન બાયો સિસ્ટમ્સના સંકુલ તરીકે કામ કરે છે, સેલ સતત બાહ્ય પર્યાવરણ સાથે પદાર્થો અને ઊર્જાનું વિનિમય કરે છે. તેમાં હોમિયોસ્ટેસીસ જાળવવા માટે, પ્રોટીન પ્રકૃતિના વિશિષ્ટ તત્ત્વોનો એક જૂથ છે - ઉત્સેચકો. એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિનું માળખું, કાર્યો અને નિયમનનો અભ્યાસ જીવશાસ્ત્રના એક ખાસ શાખા દ્વારા કરવામાં આવે છે, જેને એન્ઝમોલોજી કહેવાય છે. આ લેખમાં, વિશિષ્ટ ઉદાહરણો પર, અમે ઉન્નત સસ્તન પ્રાણીઓ અને માનવોમાં રહેલા એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિને નિયંત્રિત કરવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ અને પદ્ધતિઓનો વિચાર કરીશું.

શ્રેષ્ઠ એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિ માટે જરૂરી શરતો

બાયોલોજીકલી સક્રિય પદાર્થો કે જે પસંદગીના પ્રતિક્રિયા અને ક્લીવેજ બંનેને અસર કરે છે તે ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ કોશિકાઓમાં તેમના ઉત્પ્રેરક ગુણધર્મો દર્શાવે છે. દાખલા તરીકે, કોશિકાના કયા ભાગમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો પ્રારંભ થાય છે તે જાણવા માટે તે મહત્વનું છે , જેમાં ઉત્સેચકો ભાગ લે છે. કોમ્પ્લાન્ટેલાઇઝેશન (વિભાગોમાં વિભાજીત) માં, તેના વિવિધ ભાગો અને ઓર્ગેગોઈડ્સમાં વિરોધી પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે.

આમ, પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ રાઈબોઝોમ્સ અને તેના વિભાજનમાં કરવામાં આવે છે - હાયલોપ્લાઝમમાં વિપરીત બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ ઉત્પ્રેરક ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિનું સેલ્યુલર નિયમન માત્ર ચયાપચયની શ્રેષ્ઠતમ દર પ્રદાન કરે છે, પરંતુ ઊર્જા-નકામું મેટાબોલિક માર્ગોની રચનાને અટકાવે છે.

મલ્ટિનેઝાઇમ સંકુલ

ઉત્સેચકોનું માળખાકીય અને કાર્યાત્મક સંગઠન સેલના એન્જીમેટિક ઉપકરણ બનાવે છે. મોટા ભાગની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ તેમાં સંકળાયેલા હોય છે. જો multistage રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં પ્રથમ પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદન અનુગામી પ્રતિક્રિયા માટે એક રિએજન્ટ છે, આ કિસ્સામાં કોશિકામાં ઉત્સેચકો ની સ્થાનિક વ્યવસ્થા ખાસ કરીને ઉચ્ચારવામાં આવે છે.

તે યાદ રાખવું જોઈએ કે ઉત્સેચકો તેમના સ્વભાવમાંથી સરળ અથવા જટિલ પ્રોટીન છે. અને સેલ્યુલર સબસ્ટ્રેટ પ્રત્યે તેમની સંવેદનશીલતા મુખ્યત્વે પેપ્ટાઇડનું તૃતીયાંશ અથવા ચતુર્ભુજ માળખાના અવકાશી ગોઠવણીમાં ફેરફારને કારણે છે. ઉત્સેચકો હાયલોપ્લાઝમના રાસાયણિક બંધારણ, રીએજન્ટ્સ અને પ્રતિક્રિયા પેદાશોનું પ્રમાણ, તાપમાન, પણ પડોશી કોશિકાઓમાં અથવા આંતરમાલિક પ્રવાહીમાં થતા ફેરફારો જેવા સેલ્યુલર પરિમાણોમાં માત્ર ફેરફારોને પ્રતિભાવ આપે છે.

શા માટે ખંડ ખંડમાં વહેંચાયેલો છે

જેમાં વસવાટ કરો છો પ્રકૃતિની ગોઠવણ અને તર્ક છે, તે માત્ર સુંદર છે. આ સેલના જીવનની લાક્ષણિકતાઓને સંપૂર્ણપણે લાગુ પડે છે. વૈજ્ઞાનિક-રસાયણશાસ્ત્રી માટે તે સંપૂર્ણપણે સ્પષ્ટ છે કે મલ્ટિડાઇરેક્શનલ એન્જીમેટિક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ, ઉદાહરણ તરીકે, ગ્લુકોઝ અને ગ્લાયકોસીસનું સંશ્લેષણ, એ જ ટ્યુબમાં આગળ વધી શકતું નથી. તો પછી, એક કોશિકાના હાયલોપ્લાઝમમાં વિપરીત પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે, જે તેમના વર્તન માટે સબસ્ટ્રેટ છે? તે તારણ આપે છે કે સેલ્યુલર વિષયવસ્તુ - સાયટોસોલ, - જેમાં વિરોધી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ હાથ ધરવામાં આવે છે, તે અવકાશી રીતે અલગ કરવામાં આવે છે અને અલગ સ્થાનીકૃત બનાવે છે - ખંડ. તેમને આભાર, ઉચ્ચ સસ્તન પ્રાણીઓ અને મનુષ્યોની મેટાબોલિક પ્રતિક્રિયાઓ ચોક્કસપણે ચોક્કસપણે નિયમન થાય છે, અને ચયાપચયની પેદાશો સ્વરૂપે સેપ્ટલ પાર્ટીશનો દ્વારા મુક્ત રીતે પ્રવેશી શકે છે. પછી તેઓ તેમના મૂળ માળખું પુનઃસ્થાપિત. સાયટોસોલ ઉપરાંત, એન્ઝાઇમ ઓર્ગેનીલ્સમાં જોવા મળે છે: રાયબોસોમ, મિટોકોન્ટ્રીયા, ન્યુક્લિયસ, લિઝોસ્મોસ.

ઊર્જા ચયાપચયમાં ઉત્સેચકોની ભૂમિકા

પિરુવેટના ઓક્સિડેટીવ ડેકાર્બોક્સિલેશનનો વિચાર કરો. તેમાં ઉત્સેચકોની ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિનું નિયમન એ એન્ઝમોલોજી દ્વારા સારી રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. આ બાયોકેમિકલ પ્રક્રિયા મિટોકોન્ટ્રીયામાં થાય છે, યુકેરીયોટિક કોશિકાઓના દ્વિ કલા વીજ અંગો, અને એનોક્સિક ગ્લુકોઝ ક્લીવેજ અને ક્રેબ્સ ચક્ર વચ્ચે મધ્યવર્તી પ્રક્રિયા છે . પિરુવેટ ડિહાઈડ્રોજનેઝ સંકુલ - પીડીએચ - ત્રણ ઉત્સેચકો છે. ઉચ્ચ સસ્તન અને મનુષ્યમાં, એસેટિલ-કોએ અને નાથ (NATH) ની સાંદ્રતામાં વધારો થતાં તેની ઘટાડો થાય છે, એટલે કે, એસિટિલ-કોએના અણુઓની રચના માટે વૈકલ્પિક શક્યતાઓ દેખાય છે. જો કોષને વધારાની ઊર્જાની જરૂર હોય અને ટ્રાયરોબોક્સિલીક એસિડ ચક્રની પ્રતિક્રિયાઓ વધારવા માટે નવા સ્વીકારનાર પરમાણુઓની જરૂર હોય, તો ઉત્સેચકો સક્રિય થાય છે.

Allosteric નિષેધ શું છે

એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિનો નિયમન વિશિષ્ટ પદાર્થો દ્વારા કરી શકાય છે - ઉત્પ્રેરક અવરોધકો. તેઓ તેના સક્રિય કેન્દ્રને બાયપાસ કરીને, એન્જીમમના ચોક્કસ સ્થાની સાથે સંમિશ્રિત રીતે જોડાઈ શકે છે. આનાથી ઉત્પ્રેરકના અવકાશી માળખાના વિરૂપતા તરફ દોરી જાય છે અને તેના એન્જીમેટિક ગુણધર્મોમાં આપમેળે ઘટાડો થાય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિના allosteric નિયમન થાય છે. અમે પણ ઉમેર્યું હતું કે આવા પ્રકારનું ઉત્પ્રેરક ક્રિયા ઓલીગોમોરિક એનઝાઇમમાં અંતર્ગત છે, એટલે કે, જેની પરમાણુઓમાં બે કે તેથી વધુ પોલિમરીક પ્રોટીન સબૂનિટ્સનો સમાવેશ થાય છે. અગાઉના પ્રકરણમાં ગણવામાં આવેલો પીડીએચ જટિલ બરાબર ત્રણ હાયિગોમેરિક એનઝાઇમ્સ ધરાવે છે: પાયરુવેટ ડીહાઈડ્રોજનેઝ, ડિહાઇડ્રોફિઓલ ડીહાઈડ્રોજનઝ અને હાઈડોલિલિપિઓલ ટ્રાન્સએક્લેટીઝ.

નિયમનકારી ઉત્સેચકો

એન્ઝાઇમોલોજીમાં અભ્યાસોએ એ હકીકત સ્થાપિત કર્યો છે કે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો દર એકાગ્રતા અને ઉત્પ્રેરકની પ્રવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે. મોટે ભાગે, મેટાબોલિક માર્ગોમાં મુખ્ય ઉત્સેચકો હોય છે જે તેના તમામ ભાગોમાં પ્રતિક્રિયાઓના દરને નિયમન કરે છે.

તેમને નિયમનકાર કહેવામાં આવે છે અને સામાન્ય રીતે જટીલની પ્રારંભિક પ્રતિક્રિયાઓને અસર કરે છે, અને ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રતિક્રિયાઓમાં ધીમા રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો પણ ભાગ લઈ શકે છે, અથવા તેઓ મેટાબોલિક માર્ગના શાખા બિંદુઓમાં રીએજન્ટ્સમાં જોડાય છે.

પેપ્ટાઇડ સંપર્ક કેવી રીતે કરવામાં આવે છે?

કોષમાં ઉત્સેચકોની ગતિવિધિનું નિયમન પ્રોટીન પ્રોટીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. આપણે શું વાત કરીએ છીએ? એન્ઝાઇમ અણુમાં નિયમનકારી પ્રોટીનનો ઉમેરો સમજાય છે, જેના પરિણામે તેનું સક્રિયકરણ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એન્ઝાઇમ એડિનેલેટે સાયક્લેઝ સેલ પટલની આંતરિક સપાટી પર સ્થિત છે અને આવા હોર્મોન રીસેપ્ટર, તેમજ તે અને એન્ઝાઇમ વચ્ચે સ્થિત પેપ્ટાઇડ સાથેના માળખાં સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકે છે. કારણ કે મધ્યવર્તી પ્રોટીન હોર્મોન અને રિસેપ્ટરના સંયોજનના પરિણામે તેની અવકાશી પુષ્ટિને બદલે, બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં એડિનેઇલટેક સાયક્લેજની ઉત્પ્રેરકના ગુણધર્મોને વધારવા માટેની આ પદ્ધતિને "નિયમનકારી પ્રોટીનના જોડાણને કારણે સક્રિયકરણ" કહેવામાં આવે છે.

પ્રોટોમોર્સ અને બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં તેમની ભૂમિકા

પદાર્થોના આ જૂથ, જેને પ્રોટીન કિનિસ કહેવામાં આવે છે, એપીન પી.ઓ. ₄ ^3- ના ટ્રાન્સપ્લિટને વેગ આપશે, પેપ્ટાઇડ મૉક્રોમોલેક્લ્યુમાં દાખલ થતા એમિનો એસિડના હાઇડ્રોક્સો ગ્રૂપમાં. પ્રોટોમિનર્સના ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિનો પ્રયોગ પ્રોટીન કિનેઝ એ. ના ઉદાહરણ સાથે કરવામાં આવશે. તેના પરમાણુ, ટેટ્રામર, બે ઉદ્દીપક અને બે નિયમનકારી પેપ્ટાઇડ સબૂનિટ ધરાવે છે અને પ્રોટોમરના નિયમનકારી પ્રદેશો સાથે સંકળાયેલી ચાર સજીવ સજીવ સાથે જોડાયેલા નથી. આ નિયમનકારી પ્રોટિનના અવકાશી માળખાના રૂપાંતરનું કારણ બને છે, જે બે સક્રિયકૃત કેલિટીક પ્રોટીન કણોના પ્રકાશન તરફ દોરી જાય છે, એટલે કે, પ્રોટોમર્સનું વિયોજન થાય છે. જો CAMP અણુઓ નિયમનકારી પેટાકંપનીઓથી અલગ પડે છે, તો નિષ્ક્રિય પ્રોટીન કિનઝ સંકુલને ફરીથી ટિટ્રામર પર પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવે છે, કારણ કે ઉત્પ્રેરક અને નિયમનકારી પેપ્ટાઇડ કણોનું જોડાણ થાય છે. આમ, ઉપર આપવામાં આવતી એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિનું નિયમન કરવાની રીતો તેમના ઉલટાવી શકાય તેવો પાત્રને નિશ્ચિત કરે છે.

એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિ રાસાયણિક નિયમન

બાયોકેમિસ્ટ્રી એ એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિના નિયમન માટે આવા પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કર્યો છે, જેમ કે ફોસ્ફોરીલેશન, ડેફોસ્ફોરીયલેશન. આ કિસ્સામાં એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિના નિયમનની પદ્ધતિ નીચે મુજબ છે: ઓ.એચ. ^- જૂથો ધરાવતા એન્ઝાઇમના એમિનો એસિડ અવશેષો તેમના પર ફોસ્ફોપ્રોટીન ફોસ્ફેટિસના પ્રભાવને કારણે તેમના રાસાયણિક ફેરફારને બદલે છે. આ કિસ્સામાં, એન્ઝાઇમના સક્રિય કેન્દ્રને સુધારણા આપવામાં આવે છે , અને કેટલાક ઉત્સેચકો માટે આ તે કારણ છે કે જે તેમને સક્રિય કરે છે, અને અન્ય લોકો માટે - અવરોધક. બદલામાં, ફોસ્ફોપ્રોટીન ફોસ્ફેટ્સની ઉત્પ્રેરક ગુણધર્મો હોર્મોન દ્વારા નિયમન કરવામાં આવે છે. દાખલા તરીકે, પ્રાણીનો સ્ટાર્ચ - ગ્લાયકોજેન - અને ભોજન વચ્ચેના અંતરાલોમાં ચરબી ગેસ્રોઇનટેસ્ટીનલ ટ્રેક્ટમાં વિભાજીત થાય છે, વધુ ચોક્કસપણે, ગ્લુકોગનના પ્રભાવ હેઠળ ડ્યુઓડેનિયમમાં - સ્વાદુપિંડનું એન્ઝાઇમ.

આ પ્રક્રિયા ટ્રોફિક ગેસ્ટ્રોઇનટેસ્ટેનલ એનઝાઇમ્સના ફોસ્ફોરાયલેશન દ્વારા વધારી છે. સક્રિય પાચનના સમયગાળામાં, જ્યારે પેટ પેટમાંથી ડ્યુઓડેનિયમમાં આવે છે, ગ્લુકોગનનું સંશ્લેષણ ઉન્નત છે. ઇન્સ્યુલિન - લૅન્જરહાન્સના ઇઝેલ્સના આલ્ફા સેલ્સ દ્વારા ઉત્પન્ન કરાયેલા સ્વાદુપિંડનો બીજો એન્ઝાઇમ - રીસેપ્ટર સાથે સંપર્ક કરે છે, જેમાં એ જ પાચન ઉત્સેચકોની ફોસ્ફોરાયલેશનની પદ્ધતિનો સમાવેશ થાય છે.

આંશિક પ્રોટીયોલીસીસ

જેમ આપણે જોયું તેમ, કોશિકામાં એન્ઝાઇમ પ્રવૃત્તિના નિયમનના સ્તરો અલગ અલગ છે. સિટોસોલ અથવા ઓર્ગેગોઇડ્સ (રક્ત પ્લાઝ્મામાં અથવા જઠરાંત્રિય માર્ગમાં) ની બહારના ઉત્સેચકો માટે, તેમના સક્રિયકરણની પ્રક્રિયા એ CO-NH પેપ્ટાઇડ બોન્ડ્સના જડોલીસીસની પ્રક્રિયા છે. તે જરૂરી છે, કારણ કે આવા ઉત્સેચકો નિષ્ક્રિય સ્વરૂપમાં સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. એન્ઝાઇમ પરમાણુમાંથી, પેપ્ટાઇડાનો ભાગ સાફ થઈ ગયો છે, અને સક્રિય કેન્દ્રને ફેરફારના બાકીના માળખાને આધિન છે. આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે એન્ઝાઇમ "કાર્યકારી રાજ્યમાં પ્રવેશ કરે છે" એટલે કે તે રાસાયણિક પ્રક્રિયાના કોર્સને પ્રભાવિત કરવામાં સક્ષમ બને છે. ઉદાહરણ તરીકે, ટ્રીપ્સિનોજન એક નિષ્ક્રિય સ્વાદુપિંડનું એન્ઝાઇમ, ડ્યુઓડેનિયમમાં દાખલ થતા પ્રોટીનને તોડી નાંખે છે. તે એન્ટોપેપ્ટીડેસની ક્રિયા હેઠળ પ્રોટીયોલીસીસની પ્રક્રિયા કરે છે. તે પછી, એન્ઝાઇમ સક્રિય થાય છે અને હવે ટ્રિપ્સીન કહેવાય છે. આંશિક પ્રોટીયોલીસીસ એક વિપરિત પ્રક્રિયા છે. તે આવા કિસ્સાઓમાં ઉદ્દભવ્યું છે કે રક્ત ગંઠન પ્રક્રિયાઓ માં પોલિપીપ્ટાઇડ્સને સાફ કરે છે.

સેલના ચયાપચયમાં પ્રારંભિક પદાર્થોની એકાગ્રતાની ભૂમિકા

સબસ્ટ્રેટની સુલભતા દ્વારા એન્ઝાઇમની પ્રવૃત્તિના નિયમનને અમારા દ્વારા પેટાશીર્ષક "મલ્ટિનેઝાઇમ જટિલ" માં આંશિક રૂપે તપાસ કરવામાં આવી હતી. કેટલાંક તબક્કામાંથી પસાર થતી ઉત્પ્રેરકની પ્રતિક્રિયાઓનો દર તેના પર આધાર રાખે છે કે પ્રારંભિક પદાર્થના કેટલા પરમાણુઓ સેલના હાયલોપ્લાઝમ અથવા ઓર્ગેનલ્સમાં છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે મેટાબોલિક માર્ગ સીધા શરૂ થતી સામગ્રીની સાંદ્રતાને પ્રમાણમાં છે. રીએજન્ટના વધુ પરમાણુઓ સાઇટોસોલમાં છે, તે પછીના તમામ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓનો દર ઊંચો છે.

ઍલોસ્ટરિક રેગ્યુલેશન

ઉત્સેચકો, જે પ્રવૃત્તિ માત્ર પ્રારંભિક રીએજન્ટ પદાર્થોની એકાગ્રતા દ્વારા નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે, પરંતુ અસરકારક દ્વારા, કહેવાતા allosteric નિયમન સહજ છે. મોટે ભાગે, આવા ઉત્સેચકો કોશિકામાં મેટાબોલિઝમના મધ્યસ્થી ઉત્પાદનો દ્વારા રજૂ થાય છે. અસરકર્તાઓને આભાર, ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિ નિયંત્રિત થાય છે. બાયોકેમિસ્ટ્રીએ સાબિત કર્યું છે કે આવા સંયોજનો, અલ્ોસ્ટરિક ઉત્સેચકો તરીકે ઓળખાય છે, સેલ ચયાપચય માટે ખૂબ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે તેમની હોમિયોસ્ટેસીસમાં ફેરફાર કરવા માટે તેઓ અત્યંત ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા ધરાવે છે. જો એન્ઝાઇમ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે, એટલે કે, તેની ગતિ ઘટાડે છે - તેને નકારાત્મક અસરકારક (અવરોધક) કહેવામાં આવે છે. વિપરીત કિસ્સામાં, જ્યારે પ્રતિક્રિયા દરમાં વધારો થાય છે, તે એક પ્રેરક છે, હકારાત્મક અસરકારક છે. મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, પ્રારંભિક સામગ્રીઓ, એટલે કે, રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશતા રીએજન્ટ્સ, સક્રિયકર્તાઓની ભૂમિકા ભજવે છે. મલ્ટીસ્ટાજ પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામ સ્વરૂપે રચાયેલ, વિતરિત ઉત્પાદનો, અવરોધકો તરીકે વર્તે છે. આ પ્રકારનું રેગ્યુલેશન, રીએજન્ટ્સ અને પ્રોડક્ટ્સની સાંદ્રતા વચ્ચેના સંબંધ પર બાંધવામાં આવે છે, જેને હેટરોટ્રોફિક કહેવાય છે.