4.1 എൻസൈമുകൾ: വർഗ്ഗീകരണവും പ്രവർത്തനരീതിയും

എൻസൈമുകൾ ബയോകാറ്റലിസ്റ്റുകളാണ്, അവ ജൈവരാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ ഇൻ വിവോ (ജീവിതത്തിൽ) എന്നതുപോലെ ഇൻ വിട്രോ (പരീക്ഷണശാലയിൽ) എന്നീ രണ്ട് സാഹചര്യങ്ങളിലും ഉത്പ്രേരകമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. അവ അവയുടെ സബ്സ്ട്രേറ്റിനോട് വളരെ പ്രത്യേകത കാണിക്കുകയും വലിയ ഉത്പ്രേരക ശക്തി ഉള്ളതുമാണ്, അതായത്, അവ മാറ്റമില്ലാതെ തന്നെ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ നിരക്ക് വളരെയധികം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. റൈബോസൈമുകൾ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ചില ചെറിയ ഉത്പ്രേരക ആർഎൻഎ തന്മാത്രകളുടെ കൂട്ടം ഒഴികെയുള്ള എല്ലാ എൻസൈമുകളും പ്രോട്ടീനുകളാണ്. പ്രോട്ടീനുകളെപ്പോലെ, എൻസൈമുകളുടെ തന്മാത്രാ ഭാരം ഏകദേശം 2000 മുതൽ ഒരു ദശലക്ഷത്തിലധികം ഡാൾട്ടൺ വരെ വ്യാപിക്കുന്നു. പ്രോട്ടീൻ ഘടനയുള്ള എൻസൈമുകളുടെ എൻസൈമാറ്റിക് പ്രവർത്തനം അവയുടെ കോൺഫർമേഷണൽ ഘടനയെ ആശ്രയിച്ചും അവയുടെ ഡിനാചുറേഷൻ (പ്രകൃതിഭേദം) മൂലവും ബാധിക്കപ്പെടാം. അവയുടെ ഉത്പ്രേരക പ്രവർത്തനത്തിനായി കോഫാക്ടറുകൾ ആവശ്യമുള്ള നിരവധി എൻസൈമുകൾ ഉണ്ട്. കോഫാക്ടർ ഒരു സങ്കീർണ്ണമായ ജൈവ തന്മാത്രയായിരിക്കാം, അതിനെ കോഎൻസൈം (പട്ടിക 4.1) എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അല്ലെങ്കിൽ അത് $\mathrm{Fe}^{2+}, \mathrm{Mn}^{2+}$, $\mathrm{Zn}^{2+}, \mathrm{Mg}^{2+}$ (പട്ടിക 4.2) പോലുള്ള ഒരു ലോഹ അയോണായിരിക്കാം. ഒരു എൻസൈമും അതിന്റെ കോഫാക്ടറും ചേർന്നതിനെ ഹോളോഎൻസൈം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അത്തരം സന്ദർഭങ്ങളിൽ, കോഫാക്ടർ ആവശ്യമുള്ള എൻസൈമിലെ പ്രോട്ടീൻ ഘടകത്തെ അപോഎൻസൈം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

പട്ടിക 4.1: ചില കോഎൻസൈമുകളും അവയുടെ മുൻഗാമി വിറ്റാമിനുകളും അവയുടെ പങ്കും

കോഎൻസൈമുകൾ ഉത്പ്രേരണത്തിൽ താൽക്കാലികമായി പങ്കെടുക്കുകയും നിർദ്ദിഷ്ട ഫങ്ഷണൽ ഗ്രൂപ്പുകളുടെ വാഹകരായി പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മിക്ക കോഎൻസൈമുകളും വിറ്റാമിനുകളിൽ നിന്ന് (ആഹാരത്തിൽ ചെറിയ അളവിൽ ആവശ്യമായ ജൈവ പോഷകങ്ങൾ) ഉരുത്തിരിഞ്ഞതാണ്.

പട്ടിക 4.2: എൻസൈമുകൾക്ക് കോഫാക്ടറുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന ലോഹ അയോണുകൾ

ഒരു കോഎൻസൈം അല്ലെങ്കിൽ ലോഹ അയോൺ കോവാലന്റ് ബോണ്ട് വഴി എൻസൈം പ്രോട്ടീനുമായി ദൃഢമായി ബന്ധിപ്പിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, അതിനെ പ്രോസ്തറ്റിക് ഗ്രൂപ്പ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

4.1.1 എൻസൈമുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം

ഒരു വ്യവസ്ഥിതമായ പഠനത്തിനും, പുതിയ എൻസൈമുകൾ കണ്ടെത്തപ്പെടാനിടയുണ്ടെന്ന വസ്തുത പരിഗണിച്ച് അവ്യക്തതകൾ ഒഴിവാക്കാനും, 1964-ൽ ഇന്റർനാഷണൽ യൂണിയൻ ഓഫ് ബയോകെമിസ്ട്രി (I.U.B.) അവ ഉത്പ്രേരണം ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ തരത്തെ ആശ്രയിച്ച് എൻസൈമുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം സ്വീകരിച്ചു. ഈ കമ്മീഷൻ അനുസരിച്ച്, എല്ലാ എൻസൈമുകളും 6 പ്രധാന ക്ലാസുകളായി തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നു (പട്ടിക 4.3).

പട്ടിക 4.3: I.U.B. സ്വീകരിച്ച എൻസൈമുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം

ഐസോസൈമുകൾ

നിരവധി എൻസൈമുകൾ ഒരേ സ്പീഷീസിൽ, ടിഷ്യൂവിൽ അല്ലെങ്കിൽ ഒരേ കോശത്തിൽ പോലും ഒന്നിലധികം രൂപങ്ങളിൽ (ഒന്നിൽ കൂടുതൽ തന്മാത്രാ രൂപങ്ങൾ) കാണപ്പെടുന്നു. ഈ എൻസൈമുകളെ ഐസോഎൻസൈമുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഐസോസൈമുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഐസോഎൻസൈമുകൾ ഒരേ പ്രവർത്തനം ഉത്പ്രേരണം ചെയ്യുന്നു, പക്ഷേ വ്യത്യസ്ത അമിനോ ആസിഡ് ഘടന ഉള്ളതിനാൽ, വ്യത്യസ്ത ഭൗതികരാസ ഗുണങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു ഗ്ലൈക്കോലിറ്റിക് എൻസൈമായ ഹെക്സോകൈനേസ് വിവിധ ടിഷ്യൂകളിൽ നാല് ഐസോസൈം രൂപങ്ങളിൽ നിലനിൽക്കുന്നു. അതുപോലെ, അനാരോബിക് ഗ്ലൂക്കോസ് മെറ്റബോളിസത്തിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ലാക്റ്റേറ്റ് ഡിഹൈഡ്രോജനേസ് (LDH) മനുഷ്യനിൽ രണ്ട് ഐസോസൈം രൂപങ്ങൾ ഉണ്ട്, ഒന്ന് ഹൃദയത്തിലും മറ്റൊന്ന് ക്രിയാത്മക പേശികളിലും കാണപ്പെടുന്നു.

എൻസൈം സജീവ സ്ഥലം

എൻസൈമുകൾ നടത്തുന്ന ഉത്പ്രേരക പ്രവർത്തനം എൻസൈമിലെ ഒരു പ്രത്യേക സ്ഥലത്താണ് സംഭവിക്കുന്നത്. ഈ സ്ഥലത്തെ സജീവ സ്ഥലം എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇത് എൻസൈമിന്റെ മൊത്തം വലുപ്പത്തിന്റെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം മാത്രമാണ് പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നത്. സജീവ സ്ഥലം എൻസൈം തന്മാത്രയിലെ വ്യക്തമായി നിർവചിക്കപ്പെട്ട ഒരു പോക്കറ്റോ വിള്ളലോ ആണ്, അവിടെ സബ്സ്ട്രേറ്റിന്റെ മുഴുവൻ ഭാഗമോ ഒരു ഭാഗമോ യോജിക്കും. ഒരു പോളിപെപ്റ്റൈഡ് ശൃംഖലയുടെ ഭാഗങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നതിനാൽ സജീവ സ്ഥലത്തിന് ത്രിമാന ഘടനയുണ്ട്. എൻസൈം സബ്സ്ട്രേറ്റ് ബന്ധനത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന വിവിധ നോൺ കോവാലന്റ് ബോണ്ടുകൾ ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ഇന്ററാക്ഷനുകൾ, ഹൈഡ്രജൻ ബോണ്ടുകൾ, വാൻ ഡെർ വാൾസ് ബലങ്ങൾ, ഹൈഡ്രോഫോബിക് ഇന്ററാക്ഷനുകൾ എന്നിവയാണ്. സബ്സ്ട്രേറ്റിന്റെ ബന്ധനവും ഉത്പ്രേരണവും സുഗമമാക്കുന്ന നോൺ പോളാർ അന്തരീക്ഷമാണ് സജീവ സ്ഥലം പലപ്പോഴും ഉൾക്കൊള്ളുന്നത്.

എന്നിരുന്നാലും, ചില പോളാർ അവശിഷ്ടങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കാം. ഇത്തരത്തിലുള്ള അന്തരീക്ഷം എൻസൈം തന്മാത്രയുടെ മറ്റേതെങ്കിലും പ്രദേശത്ത് കാണപ്പെടുന്നില്ല.

ഫിഷറിന്റെ ലോക്ക് ആൻഡ് കീ മോഡൽ

1894-ൽ, സബ്സ്ട്രേറ്റും എൻസൈമും തമ്മിലുള്ള ഇന്ററാക്ഷനായി ലോക്ക് ആൻഡ് കീ മോഡൽ അവതരിപ്പിച്ചത് എമിൽ ഫിഷറാണ്. ഈ മോഡൽ അനുസരിച്ച്, എൻസൈമിനും സബ്സ്ട്രേറ്റിനും ഇടയിൽ പരസ്പര പൂരക ഘടനാപരമായ സവിശേഷതകൾ നിലനിൽക്കുന്നു, സബ്സ്ട്രേറ്റിന് യോജിക്കുന്നതിന് സജീവ സ്ഥലം മുൻകൂട്ടി രൂപപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. ഒരു ചാവി ഒരു പൂട്ടിലേക്ക് യോജിക്കുന്നതുപോലെ സബ്സ്ട്രേറ്റ് എൻസൈമിലെ അതിന്റെ പൂരക സ്ഥലത്തേക്ക് യോജിക്കും. ഇത് ഒരു എൻസൈം-സബ്സ്ട്രേറ്റ് കോംപ്ലക്സ് രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു (ചിത്രം 4.1).

ചിത്രം 4.1: ലോക്ക് ആൻഡ് കീ മോഡൽ അനുസരിച്ച് ഒരു എൻസൈമും അതിന്റെ സബ്സ്ട്രേറ്റും തമ്മിലുള്ള ഇന്ററാക്ഷൻ

കോഷ്ലാന്റിന്റെ ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ഫിറ്റ് മോഡൽ

1958-ൽ ഡാനിയൽ കോഷ്ലാന്റ് ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ഫിറ്റ് ഹൈപ്പോതെസിസ് മുന്നോട്ട് വച്ചു. ഒരു സബ്സ്ട്രേറ്റിന്റെ ഘടന എൻസൈം-സബ്സ്ട്രേറ്റ് കോംപ്ലക്സിലെ സജീവ സ്ഥലത്തിന് പൂരകമായിരിക്കാമെങ്കിലും സ്വതന്ത്ര എൻസൈമിൽ അങ്ങനെയല്ലെന്ന് അദ്ദേഹം സൂചിപ്പിച്ചു. സബ്സ്ട്രേറ്റും എൻസൈമും തമ്മിലുള്ള ഇന്ററാക്ഷൻ എൻസൈമിൽ കോൺഫർമേഷണൽ മാറ്റങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു, അത്

ചിത്രം 4.2: ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ഫിറ്റ് മോഡൽ അനുസരിച്ച് ഒരു എൻസൈമും അതിന്റെ സബ്സ്ട്രേറ്റും തമ്മിലുള്ള ഇന്ററാക്ഷൻ

സബ്സ്ട്രേറ്റ് ബന്ധനത്തിനോ, ഉത്പ്രേരണത്തിനോ, അല്ലെങ്കിൽ രണ്ടിനുമോ വേണ്ടി അമിനോ ആസിഡ് അവശിഷ്ടങ്ങളോ മറ്റ് ഗ്രൂപ്പുകളോ വിന്യസിക്കുന്നു. ഒരു സബ്സ്ട്രേറ്റിനും ഒരു സജീവ സ്ഥലത്തിനും ഇടയിലുള്ള ബന്ധം കൈയും കമ്പിളി ഗ്ലൗവും പോലെയാണ്. ഇന്ററാക്ഷൻ സമയത്ത്, ഒരു ഘടകത്തിന്റെ ഘടന, അതായത് സബ്സ്ട്രേറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ കൈ, കഠിനമായി നിലനിൽക്കുകയും രണ്ടാമത്തെ ഘടകത്തിന്റെ ആകൃതി, അതായത് സജീവ സ്ഥലം അല്ലെങ്കിൽ ഗ്ലൗവ്, ആദ്യത്തേതിന് പൂരകമാകുന്നതിന് വഴക്കമുള്ളതായിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 4.2).

എൻസൈം പ്രത്യേകത

എൻസൈമുകൾ പ്രവർത്തനത്തിൽ വളരെ പ്രത്യേകത കാണിക്കുന്നു. യഥാർത്ഥത്തിൽ, എൻസൈമുകളെ അത്തരം ശക്തമായ ഉത്പ്രേരകങ്ങളാക്കുന്ന ഗുണങ്ങൾ അവയുടെ സബ്സ്ട്രേറ്റ് ബന്ധനത്തിന്റെ പ്രത്യേകതയും അവയുടെ ഉത്പ്രേരക ഗ്രൂപ്പിന്റെ ആദർശ ക്രമീകരണവുമാണ്. വിവിധ തരം എൻസൈം പ്രത്യേകതകൾ ഇവയാണ്: ഗ്രൂപ്പ് പ്രത്യേകത, കേവല പ്രത്യേകത, സ്റ്റീരിയോസ്പെസിഫിസിറ്റി, ജ്യാമിതീയ പ്രത്യേകത. എൻസൈമുകൾ പല വ്യത്യസ്തമായ ബന്ധുത്വമുള്ള സബ്സ്ട്രേറ്റുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ അതിനെ ഗ്രൂപ്പ് പ്രത്യേകത എന്ന് വിളിക്കുന്നു. എൻസൈമുകൾ ഒരു പ്രത്യേക സബ്സ്ട്രേറ്റിൽ മാത്രം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, അതിനെ കേവല പ്രത്യേകത എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സ്റ്റീരിയോകെമിക്കൽ അല്ലെങ്കിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രത്യേകത സംഭവിക്കുന്നത് സബ്സ്ട്രേറ്റ് രണ്ട് സ്റ്റീരിയോകെമിക്കൽ രൂപങ്ങളിൽ (രാസപരമായി സമാനമാണെങ്കിലും ത്രിമാന സ്ഥലത്ത് ആറ്റങ്ങളുടെ വ്യത്യസ്ത ക്രമീകരണം) നിലനിൽക്കുമ്പോഴാണ്, അപ്പോൾ ഐസോമറുകളിൽ ഒന്ന് മാത്രമേ ഒരു പ്രത്യേക എൻസൈം വഴി പ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകൂ. ഉദാഹരണത്തിന്, D-അമിനോ ആസിഡ് ഓക്സിഡേസ് D-അമിനോ ആസിഡുകളുടെ ഓക്സിഡേഷൻ കീറ്റോ ആസിഡുകളാക്കി മാറ്റുന്നു. ജ്യാമിതീയ പ്രത്യേകതയിൽ, എൻസൈമുകൾ സിസ്, ട്രാൻസ് രൂപങ്ങളോട് പ്രത്യേകത കാണിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഫ്യൂമറേസ് ഫ്യൂമറേറ്റിന്റെയും മാലേറ്റിന്റെയും പരസ്പര പരിവർത്തനം ഉത്പ്രേരണം ചെയ്യുന്നു.

4.1.2 എൻസൈം പ്രവർത്തനത്തെ ബാധിക്കുന്ന ഘടകങ്ങൾ

പരിസ്ഥിതി സാഹചര്യങ്ങൾ മാറ്റുന്നതിലൂടെ എൻസൈം ഉത്പ്രേരണം ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ നിരക്ക് ബാധിക്കപ്പെടുന്നു. എൻസൈം ഉത്പ്രേരണം ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ പ്രവേഗത്തെ ബാധിക്കുന്ന പ്രധാന ഘടകങ്ങൾ താപനില, $\mathrm{pH}$, സബ്സ്ട്രേറ്റ് സാന്ദ്രത, മോഡുലേറ്ററുകൾ എന്നിവയാണ്.

1. താപനില

ഒരു എൻസൈം ഉത്പ്രേരണം ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനത്തിന്റെ നിരക്ക് താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ഒരു പരമാവധി വരെ വർദ്ധിക്കുകയും തുടർന്ന് കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. താപനിലയും എൻസൈം പ്രവർത്തനവും തമ്മിൽ ഒരു ഗ്രാഫ് പ്ലോട്ട് ചെയ്യുമ്പോൾ, ഒരു മണി-ആകൃതിയിലുള്ള വക്രം ലഭിക്കുന്നു (ചിത്രം 4.3). പ്രവർത്തനത്തിന്റെ പരമാവധി നിരക്ക് സംഭവിക്കുന്ന താപനിലയെ എൻസൈമിന്റെ ഒപ്റ്റിമം താപനില എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഒപ്റ്റിമം താപനില വ്യത്യസ്ത എൻസൈമുകൾക്ക് വ്യത്യസ്തമാണ്; എന്നാൽ മിക്ക എൻസൈമുകൾക്കും ഇത് $40^{\circ} \mathrm{C}-45^{\circ} \mathrm{C}$ ആണ്. മനുഷ്യ ശരീരത്തിലെ ഭൂരിഭാഗം എൻസൈമുകളും ഏകദേശം $37^{\circ} \mathrm{C}\left(98.6^{\circ} \mathrm{F}\right)$ ഒപ്റ്റിമം താപനിലയുള്ളവയാണ്, അങ്ങേയറ്റത്തെ താപനിലയിൽ അവ ഡിനേച്ചർ ചെയ്യപ്പെടുകയോ അധഃപതിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, തെർമോഫിലിക് ബാക്ടീരിയയായ തെർമസ് അക്വാറ്റിക്കസിൽ കാണപ്പെടുന്ന ടാക് ഡിഎൻഎ പോളിമറേസ്, വെനം ഫോസ്ഫോകൈനേസ്, പേശി അഡെനിലേറ്റ് കൈനേസ് എന്നിവ പോലുള്ള ചില എൻസൈമുകൾ $100^{\circ} \mathrm{C}$ൽ പോലും സജീവമാണ്.

ചിത്രം 4.3: താപനിലയുടെ എൻസൈം പ്രവർത്തനത്തിലുള്ള ഫലം

2. ഹൈഡ്രജൻ അയോൺ സാന്ദ്രത $(\mathrm{pH})$

എൻസൈം പ്രവർത്തനം $\mathrm{pH}$ മൂലവും ബാധിക്കപ്പെടുന്നു. എൻസൈം പ്രവർത്തനത്തിനെതിരെ $\mathrm{pH}$ പ്ലോട്ട് ചെയ്യുമ്പോൾ ഒരു മണി-ആകൃതിയിലുള്ള വക്രം ലഭിക്കുന്നു (ചിത്രം 4.4). ഓരോ എൻസൈമിനും അതിന്റേതായ അദ്വിതീയമായ ഒപ്റ്റിമം $\mathrm{pH}$ ഉണ്ട്, അതിൽ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ നിരക്ക് ഏറ്റവും കൂടുതലാണ്. ഒപ്റ്റിമം $\mathrm{pH}$ എന്നത് ഒരു പ്രത്യേക എൻസൈമിന്റെ പ്രവർത്തനം പരമാവധി ആയിരിക്കുന്ന $\mathrm{pH}$ ആണ്. ഉയർന്ന ജീവികളിലെ നിരവധി എൻസൈമുകൾ ന്യൂട്രൽ ⟦27