معلومة

نشاط الانزيم تحت الضغط العالي


تحتوي ويكيبيديا على هذه الصورة بعنوان "غرفة الضغط لقياس نشاط الإنزيم تحت ضغط عالٍ"

جعلني أتساءل لماذا نحتاج إلى قياس نشاط الإنزيم تحت ضغط عالٍ؟

هل توجد إنزيمات في الطبيعة يجب أن تعمل تحت ظروف ضغط متغير؟ كان انطباعي من معرفتي بالحركية الكيميائية التقليدية أنه في المرحلة السائلة ، كان تأثير الضغط على الحركية الكيميائية منخفضًا جدًا بسبب عدم انضغاط السوائل. ما لم تكن الضغوط عالية جدًا. أليس هذا مع نشاط الانزيم؟ أم أن هناك إنزيمات يجب أن تعمل تحت ضغوط عالية جدًا؟

https://en.wikipedia.org/wiki/Enzyme_assay


مجموعة واحدة على الأقل ممن نشروا عن تأثير الضغط على نشاط الإنزيم (تشو ونورثروب) هم ليس يهتمون به من وجهة نظر عملية ، أي أنهم لا يخضعون للتفاعلات الإنزيمية للضغوط التي يعتقدون أنهم يواجهونها بشكل طبيعي. بدلاً من ذلك ، يستخدمون تأثيرات الضغط لاختبار التنبؤات الحركية والديناميكية الحرارية لنماذج مختلفة من تحفيز الإنزيم. على وجه الخصوص ، يعتقدون أن تأثيرات الضغط توفر وسيلة لاختبار الفكرة ، التي اقترحها لأول مرة لينوس باولينج ، أن الإنزيم لديه تقارب أكبر للحالة الانتقالية ، وليس للركيزة.

تم شرح ذلك في ورقة بحثية عن نازعة هيدروجين الكحول الخميرة ، لكن الملخص فقط متاح مجانًا. يزعمون أن لديهم أدلة ضد فكرة بولينج ، لكنني لست متأكدًا من مدى قبول هذا بشكل عام.


تم تحمض هريس الكمثرى بحمض الستريك وتعرض للمعالجة الحرارية (TP) والضغط الحراري العالي (HPTP). يمنع حامض الستريك البيروكسيديز (POD) والبوليفينول أوكسيديز (PPO) ويحافظ على لون هريس الكمثرى. أدت إضافة حامض الستريك (2٪ ، وزن / وزن) إلى زيادة المحتوى الفينولي الكلي (TPC) والقدرة على امتصاص جذور الأكسجين (ORAC) من هريس الكمثرى بواسطة

50٪. كان POD أكثر حساسية من PPO للتثبيط الحراري و HPT. لوحظ تثبيط حراري محسن لحمض الستريك و HPT وتعطيل تام لـ POD بعد TP (90 درجة مئوية ، 7 دقائق) و HPTP (600 ميجا باسكال ، 90 درجة مئوية ، 5 دقائق) في العينات المحمضة ، بينما كان الحد الأقصى 60 ٪ تعطيل PPO لوحظ في ظل هذه الظروف. نتج عن TP احتفاظ أفضل قليلاً بالألوان للعينات المحمضة مقارنة بـ HPTP في ظل ظروف تثبيط إنزيم مكافئ ، بينما ظل TPC و ORAC مستقرين بغض النظر عن العملية.

الأهمية الصناعية

بحثت هذه الدراسة في تأثير المعالجة الحرارية والضغط العالي مع وبدون حامض الستريك على نشاط الإنزيمات المؤكسدة وخصائص الجودة المرتبطة بهريس الكمثرى. يثبط حامض الستريك اللون البني الإنزيمي ، ويحمي مضادات الأكسدة البوليفينولية من التحلل التأكسدي ، وأدى إلى زيادة قدرة مضادات الأكسدة بنسبة 50٪ عند إضافته بنسبة 2٪ (وزن / وزن). يمكن استخدام هريس الكمثرى المحمض كمكون في منتجات مثل الزبادي والمربيات وأغذية الأطفال بعد المعالجة الحرارية أو المعالجة الحرارية ذات الضغط العالي بسبب نشاط الإنزيم المؤكسد المنخفض ، ودرجة الحموضة المنخفضة ، والقدرة العالية المضادة للأكسدة والاحتفاظ الممتاز بالألوان.


المواد والأساليب

الحيوانات

تم فحص ثلاثة أنواع وثيقة الصلة من البيكا في هذه الدراسة: Ochotona princeps (بيكا أمريكا الشمالية) ، طوق Ochotona (البيكا ذات الياقات) و Ochotona hyperborea (نوع روسي من بيكا). وضعت التحليلات التصنيفية المبكرة الأشكال الثلاثة جميعها ضمن نوع واحد ، أوشوتونا ألبينا (جوريف ، 1964 كوربيت ، 1978) ، بينما أعطى آخرون O. hyperborea تعيينها الخاص والنظر فيها يا طوق و O. princeps أن تكون من نفس النوع (برودبووكس ، 1965 يونجمان ، 1975). على الرغم من أن التحليلات المورفومترية الحالية أدت إلى تقسيم يا طوق و O. princeps إلى نوعين منفصلين (Hall ، 1981 Weston ، 1981) ، من الواضح أن الأنواع الثلاثة جميعها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا.

Ochotona princeps هي الأنواع المرتفعة التي تم بحثها في هذه الدراسة. ثمانية بالغين O. princeps (متوسط ​​كتلة الجسم ، 148.41 جم ، 145.9-170.7 جم) تم احتجازها باستخدام مصائد توماهوك الحية المزودة بطعم من التفاح. تم محاصرة جميع الحيوانات في محطة أبحاث جامعة كولورادو الجبلية في نيوت ريدج ، كولورادو (40 ° 02 ′ شمالًا ، 105 ° 35 غربًا 3350 مترًا). تسعة بالغين يا طوق (متوسط ​​كتلة الجسم ، 125.37 جم ، 113.6-130.8 جم) كانت محاصرة بالمثل من إيجل سوميت ، ألاسكا (65 ° 29 ′ شمالًا ، 145 ° 25 غربًا 1070 م) وتعتبر حيوانات منخفضة الارتفاع في هذه الدراسة . أنسجة القلب من أربعة بالغين O. hyperborea تم الحصول عليها من مجموعة الأنسجة المجمدة في جامعة ألاسكا في فيربانكس. O. hyperborea تم محاصرة 18 كم شمال ماجادان ، روسيا (59 ° 45 ′ شمالًا ، 150 ° 53 شرق 0 م). تمت إزالة الأنسجة على الفور من الحيوانات عند الاصطياد وتجميدها في النيتروجين السائل. في هذه الدراسة، O. hyperboreaتم تحديد الأنواع على مستوى سطح البحر. جميع البيكا محاصرون بين شهري يونيو وأغسطس.

استخراج الأنسجة

تم فحص خمسة أنسجة عضلية في هذه الدراسة. تم اختيار ثلاث عضلات هيكلية (المتسعة الوحشية ، والبطنية والنعلية) من أجل مقارنة العضلات بالتركيبات المختلفة للألياف العضلية المؤكسدة والمحللة للجلوكوز. كما تم فحص عضلات القلب الحجابية والبطينية لأنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإيصال الأكسجين وهي مؤشرات ممتازة على الحالة الأيضية العامة للحيوان.

بعد الالتقاط ، O. princeps و يا طوق تم تخديرهم في الموقع باستخدام ميثوكسي فلوران ونقلهم إلى مركبة دفع رباعي مجهزة للعمل كمختبر متنقل. ثم تم حقن البيكاس مع بنتوباربيتال داخل الصفاق (50 مجم / كجم -1). بمجرد أن تم تخدير الحيوان بالكامل ، تم أخذ عينة 50-200 مجم من كل نسيج وتم تجميدها على الثلج الجاف. تم تنفيذ إجراءات مماثلة في المختبر على ثمانية أرانب مخبرية بالغة (Oryctolagus cuniculus). تُستخدم بيانات الأرانب كعنصر تحكم داخل المجموعة الخارجية.

O. hyperborea تمت إزالة عضلة القلب عند الاصطياد ، ووضعها في قوارير مبردة سعة 2 مل وتجميدها في نيتروجين سائل حتى يمكن تخزينها في مجمد بدرجة حرارة -70 درجة مئوية في جامعة ألاسكا في فيربانكس.

ظلت جميع الأنسجة مجمدة حتى تم تجانسها في 19 مجلداً (وزن / حجم) من محلول التجانس (175 مليمول لتر -1 بوكل ، 2 مليمول لتر -1 EDTA ، 10 مليمول لتر -1 تريس ، درجة الحموضة 7.0) باستخدام مجانسات أنسجة زجاجية مطحونة مبردة . تم وضع ما بين ثلاثة وستة قسامات منفصلة من المجانسة 1/20 في أنابيب إيبندورف 0.7 مل لكل نسيج. تم تخزين المتجانسات في درجة حرارة -70 درجة مئوية حتى قبل تحليل أنشطة الإنزيم مباشرة ، عندما تم إذابتها وتخفيفها باستخدام محلول التجانس إلى التركيزات المرغوبة. لم تظهر الاختبارات التي أجريت على متجانسات جديدة أي اختلاف في نشاط الإنزيم عند مقارنتها بالمقايسات باستخدام المتجانسات المجمدة.

تم تحديد تركيزات البروتين بالطيف الضوئي باستخدام تعديل مقايسة بروتين لوري (بيترسون ، 1977). تم استخدام الألبومين المصل البقري كمعيار واستخدم المجانسة 1/20 كمصدر للأنسجة. أظهرت فحوصات البروتين عدم وجود فرق معنوي في محتوى البروتين بين الأنسجة المتماثلة.

نشاط الانزيم

تم قياس أنشطة الإنزيم على مقياس الطيف الضوئي Gilford 260 (أوبرلين ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية) الذي تم الاحتفاظ به عند درجة حرارة ثابتة بواسطة حمام مائي متداول (Isotemp Model 900 Fisher Scientific ، بيتسبرغ ، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية). حدثت جميع التفاعلات في أواني كوارتز سابقة التسخين وكان حجمها النهائي 1 مل. تم قياس أنشطة الإنزيم عند 38 درجة مئوية (درجة حرارة جسم تشغيل الأرانب) وعند 40 درجة مئوية (درجة حرارة جسم التشغيل بيكا) لجميع الأنواع. تحليل انزيم Q10 أظهرت عدم وجود فروق بين الأنواع. لذلك ، تم إجراء مقارنات عند 40 درجة مئوية.

تم قياس أنشطة مركب السيترات (CS EC 4.1.3.7) و β-hydroxyacyl CoA dehydrogenase (HOAD EC 1.1.1.35) باستخدام تخفيف نهائي قدره 1/1000 لأنسجة القلب والحجاب الحاجز و 1/200 للعضلات الهيكلية. بالنسبة لـ CS ، احتوى حجم التفاعل 1 مل على 0.3 ملي مول لتر -1 أسيتيل CoA ، 0.1 ملي مول لتر -1 DTNB 5،5′-dithio-bis (2-nitrobenzoic acid) ، 100 ملي مول لتر -1 Tris-HCl عازلة عند الأس الهيدروجيني 8.0 و 100 ميكرولتر متجانس مخفف. بدأ التفاعل بإضافة 100 ميكرولتر من 0.5 ملي مول لتر -1 أوكسالو أسيتات. تم قياس الامتصاصية عند 412 نانومتر (Srere ، 1969). بالنسبة لـ HOAD ، احتوى حجم التفاعل النهائي 1 مل على 0.5 ملي مول لتر -1 EDTA ، 0.23 ملي مول لتر -1 NADH ، 100 ملي مول لتر -1 ثلاثي إيثانول أمين- HCl عازلة عند درجة الحموضة 7.0 و 100 ميكرولتر متجانس مخفف. بدأ التفاعل بإضافة 100 ميكرولتر من 0.1 ملي مول لتر -1 acetoacyl-CoA. تم قياس الامتصاصية عند 340 نانومتر (باس وآخرون ، 1969). تم قياس نشاط نازعة هيدروجين اللاكتات الكلي (LDH EC 1.1.1.27) باستخدام تخفيف نهائي قدره 1/1000 لجميع الأنسجة. يتكون حجم التفاعل 1 مل من 0.25 مليمول لتر -1 NADH ، 100 مليمول لتر -1 فوسفات البوتاسيوم عازلة عند درجة الحموضة 7.0 و 50 ميكرولتر متجانس مخفف. أدت إضافة 100 ميكرولتر من 10 مليمول لتر -1 من بيروفات الصوديوم إلى بدء التفاعل. تم قياس اختفاء NADH عند 340 نانومتر (جليسون وهاريسون ، 1986).

تفترض هذه الدراسة أنه ، بالنسبة للأنسجة المتماثلة ، ينتج نشاط CS g -1 للأنسجة الطازجة مقياسًا للقدرة التأكسدية الكلية النسبية ، وينتج نشاط HOAD g –1 للأنسجة الطازجة تقديرًا للقدرة النسبية للأكسدة للأحماض الدهنية ، ونشاط LDH g –1 الأنسجة الطازجة يوفر مقياسًا لقدرة التمثيل الغذائي اللاهوائية النسبية.

تحليل الأيزوزيم

تم فصل إيزوزيمات LDH بواسطة الرحلان الكهربائي للهلام متعدد الأكريلاميد الأصلي على نظام الفصل الكهربائي للهلام العمودي (نموذج V16 ، معامل أبحاث Bethesda ، Gaithersburg ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية). تتكون المواد الهلامية من هلام فصل من 7.5٪ أكريلاميد في 1.5 مول لتر -1 Tris-HCl (درجة الحموضة 8.5) وهلام مكدس من 5٪ أكريلاميد في 0.5 مول لتر -1 Tris-HCl (درجة الحموضة 6.8). تم تخفيف المتجانسات باستخدام محلول عينة 62.5 مليمول لتر -1 Tris-HCl و 10٪ جلسرين و 0.002٪ أزرق بروموفينول. تم استخدام عازلة تشغيل من 250 مليمول لتر -1 Tris-HCl و 190 مليمول لتر -1 جلايسين في جميع التجارب. تم إجراء الرحلان الكهربائي لمدة 12 ساعة عند 4 درجات مئوية باستخدام مصدر طاقة تيار مستمر (نموذج 3-1500 Haake-Buchler ، سادلباك ، نيو جيرسي) تم ضبطه عند 15 مللي أمبير. تم تلطيخ المواد الهلامية بمحلول يحتوي على 0.33 ملي مول لتر -1 NAD + ، 0.10 ملي مول لتر -1 فينازين ميثوسلفات ، 0.27 ملي مول لتر -1 نيترو تترازوليوم أزرق ، 25.0 ملي مول لتر -1 حمض اللاكتيك و 20 ملي مول لتر -1 تريس- حمض الهيدروكلوريك (الرقم الهيدروجيني) 8.2).

يتبع القياس الكمي لنشاط الإيزوزيم النسبي بروتوكول كليبي (1975). لكل من الأنسجة العضلية الخمسة التي تم فحصها ، تم اختبار عينات من ثلاثة حيوانات من كل نوع. تم فصل التخفيفات التسلسلية المزدوجة للعينات كهربائياً في ممرات متتالية ثم تلطيخها حتى الوصول إلى نقطة نهاية بصرية لكل رباعي. تم حساب النسبة المئوية النسبية للنشاط الناتج عن رباعي معين عن طريق قسمة عامل التخفيف لآخر نطاق مرئي على مجموع عوامل التخفيف لجميع رباعي التربيعات الخمسة. تم حساب مساهمة كل isozyme في النسبة المئوية النسبية للنشاط الناتج عن tetramer بضرب النسبة المئوية النسبية في نسبة كل isozyme داخل tetramer (على سبيل المثال M1: H3 = 0.25 M-type و 0.75 H-type). تم حساب قيم نشاط الإيزوزيم بضرب إجمالي مساهمة الإيزوزيم في إجمالي نشاط LDH.

تمت مقارنة قياسات أنشطة الإنزيم والإيزوزيم بين الأنواع عن طريق تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) و بعد المخصصاختبار Scheffe متعدد المدى. تم حساب التحليلات الإحصائية باستخدام البرامج الإحصائية SPSS (SPSS Inc. ، شيكاغو ، إلينوي ، الولايات المتحدة الأمريكية).


الإنتاج الميكروبي للمستقلبات والتفاعلات الأنزيمية المصاحبة لها تحت ضغط مرتفع

يمارس الضغط البيئي المرتفع ضغطًا خارجيًا على بقاء الكائنات الحية الدقيقة التي توجد عادة تحت الضغط الطبيعي. استجابة لذلك ، تتغير العديد من سمات النمو ، بما في ذلك مورفولوجيا الخلية وعلم وظائف الأعضاء ، والبنية الخلوية ، والتمثيل الغذائي ، والخصائص الفيزيائية والكيميائية ، والعملية التناسلية ، وآليات الدفاع. تم استخدام تقنية الضغط العالي (HP) صناعيًا في التعقيم المضغوط ، وتوليف المنتجات الناتجة عن الإجهاد ، والتحويل الميكروبي / الأنزيمي للمواد الكيميائية. تستعرض هذه المقالة الأبحاث الحالية حول إنتاج المستقلبات الناتج عن الضغط في ميكروبات الضغط الطبيعي وتفاعلاتها الأنزيمية. تلخيص العوامل التي تؤثر على إنتاج مثل هذه المستقلبات ، وكذلك تأثير الضغط على أداء التخمر الميكروبي وعائد مركبات النكهة ، والفئات المختلفة للتفاعلات الأنزيمية المستحثة وخصائصها في سائل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج ، وتأثيرها على الإنزيم ، واختيار السلالات البكتيرية المرغوبة. تناقش التحديات التكنولوجية ، وتقترح اتجاهات البحث المستقبلية. ستفيد المعلومات المقدمة هنا في البحث والتطوير وتطبيق تقنية HP لتحسين التخمير الميكروبي والإنتاج الأنزيمي للمواد النشطة بيولوجيًا ، وبالتالي المساعدة في تلبية الطلب المتزايد من السوق المتنامي باستمرار.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


الملخص

أجريت هذه الدراسة لتحديد ما إذا كان تطبيق الضغط الهيدروستاتيكي المرتفع يمكن أن يعدل النشاط الإنزيمي وسلامة غشاء الليزوزومات في العضلات. تم تطبيق عدة توليفات من الضغط (0−600 ميجا باسكال) والوقت (0-300 ثانية) على نوعين من العينات: الإنزيمات المنقاة (كاثيبسين D والفوسفاتاز الحمضي) في محلول منظم والعضلات السليمة (العضلة ذات الرأسين الفخذية). أظهرت الإنزيمات التي تمت دراستها درجات متفاوتة من الحساسية اعتمادًا على مستوى الضغط ووقت التثبيت والبيئة. تأثر نشاط الفوسفاتيز الحمضي بشكل طفيف بالضغط في محلول منظم ، بينما تم تعديل كاثيبسين D بشكل كبير بالضغط والوقت المطبق. تزداد فعالية الإنزيمات المستخرجة من اللحوم مع الضغط. أظهرت الملاحظات الكيميائية الخلوية وجود الجسيمات الأولية والثانوية في العضلات. بعد الضغط ، تم تعديل سلامة غشاء الجسيمات الحالة. يمكن إنشاء علاقة بين الأنشطة الأنزيمية الليزوزومية وانهيار الغشاء الليزوزومي.


إنزيم: عمل إنزيمي

مثل جميع المحفزات ، تعمل الإنزيمات على تسريع معدلات التفاعلات بينما لا تعاني من أي تعديل كيميائي دائم نتيجة مشاركتها. يمكن للإنزيمات أن تسرع ، غالبًا بعدة أوامر من حيث الحجم ، التفاعلات التي في ظل الظروف المعتدلة للتركيزات الخلوية ، ودرجة الحرارة ، صH ، والضغط سيستمر بشكل غير محسوس (أو لا يستمر على الإطلاق) في غياب الإنزيم. غالبًا ما تقاس كفاءة نشاط الإنزيم بمعدل الدوران ، والذي يقيس عدد جزيئات المركب التي يعمل عليها الإنزيم لكل جزيء من الإنزيم في الثانية. الأنهيدراز الكربوني ، الذي يزيل ثاني أكسيد الكربون من الدم عن طريق ربطه بالماء ، يبلغ معدل دورانه 10 6. هذا يعني أن جزيء واحد من الإنزيم يمكن أن يتسبب في تفاعل مليون جزيء من ثاني أكسيد الكربون في ثانية واحدة.

تحدث معظم التفاعلات الأنزيمية ضمن نطاق درجة حرارة ضيق نسبيًا (عادة من حوالي 30 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية) ، وهي ميزة تعكس مدى تعقيدها كجزيئات بيولوجية. كل إنزيم له النطاق الأمثل من صH للنشاط على سبيل المثال ، البيبسين في المعدة له أقصى تفاعل في ظل الظروف الحمضية للغاية صح 1 - 3. يعتمد التحفيز الفعال أيضًا بشكل حاسم على الحفاظ على البنية ثلاثية الأبعاد للجزيء. فقدان السلامة الهيكلية ، والذي قد ينجم عن عوامل مثل التغييرات في صH أو ارتفاع درجات الحرارة ، يؤدي دائمًا تقريبًا إلى فقدان النشاط الأنزيمي. يقال إن الإنزيم الذي تم تغييره تم تغيير طبيعته (انظر تمسخ).

بالتوافق مع دورها كمحفزات بيولوجية ، تُظهر الإنزيمات انتقائية كبيرة للجزيئات التي تعمل عليها (تسمى الركائز). تتفاعل معظم الإنزيمات مع مجموعة صغيرة فقط من المركبات الكيميائية وثيقة الصلة ببعضها البعض ، ويظهر الكثير منها خصوصية مطلقة ، مع وجود جزيء ركيزة واحد فقط مناسب للتفاعل.

تتطلب العديد من الإنزيمات لوظيفة تحفيزية فعالة وجود ذرات إضافية من جزيئات صغيرة غير بروتينية. وتشمل هذه جزيئات الإنزيم ، وكثير منها يرتبط بشكل عابر بالإنزيم فقط. تسمى المكونات غير البروتينية المرتبطة بإحكام بالبروتين المجموعات الاصطناعية. تُعرف المنطقة الموجودة على جزيء الإنزيم بالقرب من مكان حدوث الحدث التحفيزي بالموقع النشط. عادة ما توجد المجموعات التعويضية اللازمة للحفز هناك ، وهو المكان الذي ترتبط فيه الركيزة (والإنزيمات المساعدة ، إن وجدت) قبل حدوث التفاعل مباشرة.

تشارك مجموعات السلسلة الجانبية لبقايا الأحماض الأمينية التي تشكل جزيء الإنزيم في أو بالقرب من الموقع النشط في الحدث التحفيزي. على سبيل المثال ، في إنزيم trysin ، يجمع هيكله الثلاثي المعقد بقايا الهيستيدين من قسم واحد من الجزيء مع بقايا الجلايسين والسيرين من قسم آخر. تنتج السلاسل الجانبية للمخلفات في هذه الهندسة المعينة الموقع النشط الذي يمثل تفاعل الإنزيم.

موسوعة كولومبيا الإلكترونية ، الطبعة السادسة. حقوق النشر © 2012 ، مطبعة جامعة كولومبيا. كل الحقوق محفوظة.


لماذا تتوقف الإنزيمات عن العمل في درجات حرارة عالية؟

الإنزيمات محفزات بيولوجية. هذا يعني أنها تحفز التفاعلات الكيميائية في الجسم. لفهم سبب توقفهم عن العمل ، يجب عليك أولاً إلقاء نظرة على الهيكل. الإنزيمات عبارة عن بروتينات تتكون من هياكل أولية وثانوية وثالثية لإعطاء شكلها النهائي المعقد. يتكون الهيكل الأساسي من سلسلة من الأحماض الأمينية. يتكون الهيكل الثانوي من روابط هيدروجينية بين الأحماض الأمينية ، والبنية الثلاثية عبارة عن بنية ثلاثية الأبعاد تنتجها تداخلات السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية.

الروابط والتداخلات المكونة للبنية الترابية للإنزيم حساسة للحرارة. في درجات حرارة مختلفة ، يمكن أن تتغير هذه الروابط. إذا تم استخدام إنزيم في الجهاز الهضمي للإنسان (مثل الأميلاز) ، فإنه يعمل بشكل أفضل في درجة حرارة الجسم البالغة 37 درجة. في درجات الحرارة المرتفعة ، ستتغير روابط الإنزيم وتتغير بنية الإنزيم. هذا يعني أن الموقع النشط (حيث تتفاعل الركائز) ، سيكون شكلًا مختلفًا. لن تتناسب الركائز مع هذا الشكل الجديد ، وبالتالي لن يعمل الإنزيم بعد الآن. إنه مشوه.


الحياة تحت الضغط: الميكروبات في البيئات القاسية

يمكن أن تزدهر الحياة في بعض أكثر البيئات قسوة على هذا الكوكب. تزدهر الميكروبات داخل الفتحات الحرارية الأرضية الساخنة ، تحت الجليد المتجمد الذي يغطي القارة القطبية الجنوبية وتحت ضغوط هائلة في قاع المحيط. لكي تبقى هذه الكائنات الحية وتعمل ، يجب أن تفعل ذلك أيضا الإنزيمات التي تمكنها من العيش والنمو. الآن ، ركز باحثون من جامعة جورج تاون على ما يسمح لأنزيمات معينة بالعمل تحت ضغوط شديدة. سيقدم الفريق عمله خلال الاجتماع الحادي والستين لجمعية الفيزياء الحيوية الذي عقد في 11-15 فبراير 2017 في نيو أورلينز.

الإنزيمات عبارة عن بروتينات تسرع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائن الحي. لكي يعمل الإنزيم ، يجب أن يكون هيكله الجزيئي مستقرًا ومرنًا. لتسهيل التفاعل ، قد يتعين على الإنزيم أن يتخذ أشكالًا مختلفة ، تُعرف باسم التوافقات ، مثل التشكل المفتوح أو المغلق - وهي حركة ميكانيكية قد تفشل إذا كان هيكلها الجزيئي فضفاضًا جدًا أو ضيقًا جدًا.

قال Qi Huang ، طالب دراسات عليا في مختبر Toshiko Ichiye: "يجب الحفاظ على الشكل العام للبروتين ، وإلا فإنه سيتكشف ولن يفعل شيئًا ، ولكنه يحتاج أيضًا إلى أن يكون مرنًا بدرجة كافية بحيث يمكن أن يتحول هذا الشكل إلى تكوينات وظيفية مختلفة". في جامعة جورج تاون.

تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إرخاء التفاعلات الذرية في الإنزيم ، مما يجعله أقل استقرارًا ولكنه أكثر مرونة. قد تضغط الضغوط العالية على الإنزيم وتجبره على أن يصبح أكثر صلابة ، مما يجعله أكثر استقرارًا ولكنه أقل مرونة. لذلك لكي يعمل الإنزيم في ظل الظروف القاسية ، يجب أن يتكيف ليحصل على المستوى المناسب من الاستقرار والمرونة. قد يكون الإنزيم الذي يتكيف مع الضغوط العالية ، على سبيل المثال ، أكثر مرونة مما لو تم تكييفه مع الضغوط العادية.

لفهم تأثير الضغط على الإنزيم بشكل أفضل - وعلى وجه الخصوص ، كيفية تأثيره على مرونته - استخدم الباحثون بقيادة إيتشي أجهزة الكمبيوتر لمحاكاة سلوك الإنزيم على المستوى الجزيئي ، تحت ضغوط ودرجات حرارة مختلفة.

أراد الباحثون معرفة أي جانب من جوانب مرونة الإنزيم يمكّنه من العمل تحت ضغوط عالية. يمكن أن يكون الإنزيم أكثر مرونة بشكل عام ، مثل وعاء من الهلام ، أو أكثر مرونة فقط في المفاصل ، مثل الروبوت. على الأرجح ، يمكن أن تكون مرنة في كلا الاتجاهين.

ركز الباحثون على إنزيم مدروس جيدًا يسمى اختزال ثنائي هيدروفولات ، والذي يوجد في بكتيريا E. coli المألوفة ، وهي بكتيريا تعيش في ظل ظروف طبيعية ، تسمى mesophile. درسوا أيضًا نسخة عالية الضغط من الإنزيم الموجود في M. profunda ، وهو ميكروب موجود في قاع المحيط الأطلسي ، مما يجعله كائنًا حيويًا (محبًا للضغط) وكذلك كائنًا حيويًا (محبًا للبرد).

من خلال مقارنة الميكروبين ، اكتشف الباحثون أن الحركة الجماعية التي تنطوي على مجموعات صغيرة من الذرات التي تؤثر على الطبيعة الهلامية للبروتين هي الأكثر أهمية. يجب أن يعمل إنزيم ميسوفيليك بشكل أفضل تحت الضغوط العادية بينما يجب أن يعمل إنزيم بيزوفيليك بشكل أفضل تحت الضغوط العالية. وجد الباحثون أنه عندما تعمل هذه الإنزيمات بشكل أفضل ، كانت حركاتها الجماعية متشابهة ، ولكي يتكيف الإنزيم المحبب للضغط مع الضغوط العالية ، فإنه يحتاج إلى تعديل حركته الجماعية لتتناسب مع حركة mesophile تحت الضغط الطبيعي.

قال هوانغ إن فهم كيفية ازدهار هؤلاء الذين يطلق عليهم اسم المتطرفين يساعد العلماء على قياس الظروف التي يمكن أن توجد في ظلها - سواء كانت في المحيط أو في أعماق الأرض أو حتى في الفضاء الخارجي.

يمكن أن تساعد هذه الأنواع من الدراسات الباحثين في هندسة البروتينات من الكائنات الحية المتوسطة للعمل في الظروف القاسية. وقال هوانغ: "يمكننا تغيير تسلسل الحمض النووي أو الأحماض الأمينية لبروتين متوسطي ، وجعله يعمل تحت ضغط عالٍ ، أو درجات حرارة منخفضة أو عالية ، تمامًا مثل أولئك الذين يعيشون في ظروف قاسية". يمكن أن يكون ذلك مفيدًا في البيئات الصناعية ، على سبيل المثال في صنع الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الأخرى التي تتطلب ظروفًا قاسية للإنتاج الأمثل. يمكن أن تكون معرفة حدود الحياة الميكروبية مفيدة أيضًا في تعقيم الطعام وحفظه عن طريق المعالجة بالضغط العالي.


خيارات الوصول

احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


نشاط الانزيم تحت الضغط العالي - علم الاحياء

الإنزيمات حساسة وتعمل بشكل أفضل في ظل ظروف معينة. يتأثر نشاط الإنزيم بعدة أشياء ولكل نوع من الأنزيم خاص به الأمثل الظروف التي تعمل في ظلها بشكل أفضل.

1. تركيز الركيزة

تعمل الإنزيمات بشكل أفضل عندما يكون هناك a تركيز عالي من الركيزة لرد الفعل الذي يحفزونه. إذا كان هناك القليل من الركيزة المتاحة ، فإن معدل التفاعل يتباطأ ولا يمكن أن يزيد أكثر من ذلك.

في بعض الأحيان ، إذا كان هناك الكثير من المنتج المتراكم ، يمكن أيضًا إبطاء التفاعل. لذلك من المهم إزالة المنتج بانتظام.

2. درجة الحرارة

تتأثر الإنزيمات بدرجة كبيرة بالحرارة. إذا كانت درجة الحرارة شديدة البرودة ، فإن الإنزيمات تتحرك ببطء شديد لتلتقي مع الركيزة ولكي يحدث رد فعل. مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد معدل التفاعل أيضًا. وذلك لأن الطاقة الحرارية تسبب المزيد من الاصطدامات بين الإنزيم والركيزة. ومع ذلك ، كما ستتذكر ، فإن جميع الإنزيمات عبارة عن بروتينات وفي درجات حرارة عالية جدًا تتفكك البروتينات. يصبح الموقع النشط للإنزيم مشوهًا وبالتالي لم تعد الركيزة مناسبة وبالتالي لا يحدث التفاعل. نقول أن الإنزيم كان مشوه.

يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني صحيحًا حتى يعمل كل إنزيم في أفضل حالاته. تعمل الإنزيمات المختلفة بشكل أفضل عند قيم الأس الهيدروجيني المختلفة. ال الأمثل يعتمد الرقم الهيدروجيني للإنزيم على موقع عمله. على سبيل المثال ، تحتوي الإنزيمات في المعدة على درجة حموضة مثالية تبلغ حوالي 2 لأن المعدة حمضية ، لكن الإنزيمات المعوية لها درجة حموضة مثالية تبلغ حوالي 7.5. إذا كانت الظروف قلوية أو حمضية للغاية بالنسبة لهذا الإنزيم المعين ، فإن نشاطه يتأثر. يحدث هذا بسبب تغيير شكل الإنزيم و rsquos ، وخاصة الموقع النشط ، بحيث لا يمكن بعد الآن الارتباط بجزيء الركيزة. نقول أن الإنزيم هو مشوه.


شاهد الفيديو: سبب المشاكل بين الدكتور محمد منصور و فكر تاني دكتور كريم علي (كانون الثاني 2022).