تحفيز إنزيمي

مانحو ومستقبلو البروتون

وفي السياق ذاته، تفترض الكثير من آليات التفاعل التي تنطوي على التحفيز الحمضي / القاعدي تغيرًا كبيرًا في ثابت تفكك الحمض.هذا التغير الواقع في ثابت تفكك الحمض محتملاً من خلال البيئة المحلية للبقايا.

مثلًا:-

في هذا الإطار، يمكن كذلك أن يتأثر ثابت تفكك الحمض بشكلٍ كبير من البيئة المحيطة، للحد من البقايا التي هي أساسية في الحل قد تكون بمثابة متبرعي البروتون، والعكس صحيح.

كذلك، يمكن للمانحين والمستقبلين للبروتون، أي أن الأحماض والقاعدة قد تقوم بالتبرع بالبروتونات أو استقبالها لتحقيق الاستقرار بالنسبة لتكاليف التطوير في الحالة الانتقالية. هذا عادةً ما يكون له تأثير تفعيل مجموعات النيوكليوفيل والإلكتروفيل، أو استقرار مجموعات المغادرة. الهستيدينوغالبًا ما يكون الهستيدين عبارة عن بقايا تشارك في هذه التفاعلات الحمضية / القاعدية، لأنه على ثابت تفكك الحمضمقربة من المحايدة درجة الحموضة، وبالتالي يمكن لكليهما قبول البروتونات أو التبرع بها.

آليات مسار التفاعل البديل

وفي هذا السياق، تأتي هذه التغيرات التوافقية كذلك ببقايا مُحفزة في الموقع النشِط على مقربة من الروابط الكيميائية في الركيزة التي سيتم تعديلها في التفاعل. بعد حدوث عملية الربط، تقوم آلية واحدة أو أكثر من آليات التحفيز بتقليل طاقة الحالة الانتقالية للرد التفاعلي، من خلال توفير مسار كيميائي بديل للتفاعل. وهناك ست آليات ممكنة للتحفيز «على الحاجز» وكذلك آلية «من خلال الحاجز»:

الثالوث التحفيزي لـ بروتييز السيرين

كذلك، من المهم توضيح أن تعديل ثابت تفكك الحمض هو جزء نقي من الآلية الكهربية.[10]وعلاوة على ذلك، فإن تأثير المُحفز للمثال أعلاه يرتبط أساسًا مع الحد من ثابت تفكك الحمض من أوكسيانيون والزيادة في ثابت تفكك الحمض من الهستيدين، في حين أن نقل البروتون من السيرين إلى الهستيدين غير مُحفز كثيرًا، لأنه ليس هو معدل تحديد الحاجز.

التقريب والتوجيه

ومن ناحية أخرى، يمكن تقدير التركيز الفعال للأسيتيت في التفاعل الجزيئي كـ k2/k1 = 2 x 105 Molar.

إضافةً إلى ذلك، تحاكي ردود أفعال ركيزة الإنزيم المجموعات الكيميائية التفاعلية وتعقدها معًا بالقرب من بعضهم البعض في أفضل علم هندسي، مما يزيد من معدل التفاعل. وهذا يقلل من تداخل من المتفاعلات وبالتالي يقلل من ردود أفعال الإضافة أو النقل غير مؤاتية، منذ انخفاض التداخل العام عندما يصبح متفاعلين منتجًا واحدًا.

وفي هذا الصدد، هذا التأثير هو مماثل لزيادة فعالة في تركيز المواد الكاشفة. يمنحنا ربط المواد الكاشفة بالإنزيم سلسلة من التفاعلات بين الجزيئات، مما يعطي زيادة معدل كبيرة.

في هذا الإطار، ومع ذلك، قد يكون الوضع أكثر تعقيدًا، لأن الدراسات الحسابية الحديثة قد أثبتت أن الأمثلة التقليدية للآثار القرب لا يمكن أن تكون ذات صلة مباشرة بآثار التدهور الحتمي للإنزيم. وأيضًا، تم اكتشاف أن المقترح الأصلي للانتروبيا يساهم بشدة في انتروبيا التوجيه للمُحفز.

التحفيز الكهربائي

• أمثلة على الآليات التحفيزية
• التربسين
• ألدولاز

ومن جهة أخرى، عادةً ما يتبع ربط الركيزة استبعاد المياه من الموقع النشِط، وبالتالي يتم خفض ثابت العزل المحلي لذلك المذيب العضوي. وهذا يقوي التفاعلات الكهروستاتيكية بين الركائز المشحونة/القطبية والمواقع النشطة. وعلاوةً على ذلك، أظهرت الدراسات أن توزيع الشحنات حول المواقع النشطة يتم ترتيبها من أجل تحقيق الاستقرار في حالات الانتقال من التفاعلات المُحفزة. وفي الكثير من الإنزيمات، على ما يبدو أن توزيع هذه الشحنات لتوجيه الركائز القطبية نحو مواقع الربط ولذلك معدلات هذه التفاعلات الأنزيمية أكبر من حدودها الظاهرة التي يسيطر عليها الانتشار.

كذلك، وقد أثبتت دراسات المحاكاة الحاسوبية المنهجية أن التأثيرات الكهروستاتيكية تعطي، إلى حد بعيد، أكبر مساهمة في التحفيز على وجه الخصوص، وفقد تبين أن الإنزيم يوفر بيئة قطبية أكثر من الماء، وأن حالات الانتقال الأيونية تستقر بواسطة ثنائيات القطب الثابتة.وهذا يختلف كثيرًا عن استقرار الحالة الانتقالية في الماء، حيث جزيئات الماء يجب أن تدفع بما يُسمى «إعادة تنظيم الطاقة». من أجل تحقيق استقرار الحالات الأيونية والمشحونة. وهكذا، يرتبط التحفيز مع حقيقة أن مجموعات الإنزيم القطبية أعيد ترتيبها.

كذلك، يمكن كذلك تحقيق استقرار حالات النقل المشحونة بواسطة البقايا في الموقع النشِط مكونة بذلك روابط أيونية (أو تداخلات شحن أيونية جزئية) مع الوسيط.ويمكن أن تأتي هذه الروابط إما من سلاسل جانبية حمضية أو قاعدية موجودة على الأحماض الأمينية مثل ليسين أو أرجينين أو حمض الأسبارتيك أو حمض الجلوتاميك أو تأتي من عوامل مساعدة معدنية مثل الزنك. الأيونات المعدنية فعالة بشكل خاص ويمكن أن تقلل من ثابت تفكك الحمض من الماء بما فيه الكفاية لجعله نوكليوفيل فعال.

في هذا الإطار، وقد تبين أن حجم الحقل الكهروستاتيكي المبذول بفعل موقع الإنزيم النشط مرتبط ارتباطًا وثيقًا بتحسن معدل التحفيز الإنزيمي.