شارح الدرس: العوامل المؤثِّرة على نشاط الإنزيمات | نجوى شارح الدرس: العوامل المؤثِّرة على نشاط الإنزيمات | نجوى

شارح الدرس: العوامل المؤثِّرة على نشاط الإنزيمات الأحياء • الصف الأول الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلم كيف نصِف تأثير درجة الحرارة، والرقم الهيدروجيني، وتركيز الركيزة على نشاط الإنزيمات.

هل تعلم أن الخلية النموذجية في الإنسان تصنع ما يزيد عن 1‎ ‎000 إنزيم مختلف؟ تعد الإنزيمات ذات أهمية حيوية لجميع مظاهر الحياة على الأرض. فهي تسمح لخلايا الإنسان بتنفيذ العديد من التفاعلات الكيميائية المختلفة المسئولة عنها، بسرعة وفعالية. وهي عوامل حفازة حيوية تعمل على خفض طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث أي تفاعل. هذا يعني أنه يمكن أن يحدث المزيد من التفاعلات خلال فترة زمنية محددة، مما يتسبب في زيادة معدل التفاعل. فالإنزيمات لا تحفز فقط معظم التفاعلات التي تحدث في أجسامنا والضرورية لبقائنا على قيد الحياة مثل التنفس والهضم، لكنها تُستخدم أيضًا بشكل تجاري؛ على سبيل المثال، في تصنيع المضادات الحيوية.

تتكون الإنزيمات من جزيئات بروتين، وتوجد منطقة على سطحها تسمى الموقع النشط. لكل إنزيم موقع نشط مختلف ذو شكل محدد. يرجع ذلك إلى أن كل نوع من الإنزيمات يتكامل مع جزيء معين واحد يرتبط به، يُسمى الركيزة. في الشكل 1، ترتبط الركيزة بالموقع النشط للإنزيم، والمركب الكلي يُسمى مركب الإنزيم والركيزة. عندما يؤدي الإنزيم وظيفته، يحرر الجزيئات (التي تُسمى الآن النواتج) من موقعه النشط. ويصبح الموقع النشط خاليًا حتى يرتبط بالمزيد من جزيئات الركيزة. في التفاعلات الكيمائية، لا «تُستهلك» الإنزيمات ـــ وهذا يعني أنها يمكن أن تستمر في تحفيز تفاعلات، حتى بعد حدوث عدة تفاعلات.

مصطلح رئيسي: الموقع النشط

الموقع النشط هو منطقة موجودة على سطح جزيء الإنزيم ترتبط بها ركيزة معينة لتؤدي تفاعلًا كيميائيًّا.

مصطلح رئيسي: الركيزة

الركيزة هي جزيء، أو مجموعة جزيئات، لها شكل محدد ومتكامل يتناسب مع الموقع النشط لإنزيم ما.

مصطلح رئيسي: الناتج

الناتج هو الجزيء أو مجموعة الجزيئات التي تنطلق من الموقع النشط للإنزيم بعد تفاعل محكوم بالإنزيمات.

على الرغم من أن الإنزيمات قابلة لإعادة الاستخدام، فإنها من الممكن أن تتدمر. كما هو موضح في الشكل 2، عندما يتعرض الإنزيم إلى ظروف مثل درجة حرارة مرتفعة أو قِيَم عالية أو منخفضة للغاية من الرقم الهيدروجيني، يتغير التركيب البروتيني للإنزيم. هذا يعني تغيُّر شكل موقعه النشط، ويُقال إن الإنزيم قد تشوَّه. أي لم يعد الموقع النشط متكاملًا مع شكل جزيء الركيزة الخاص به، ولن يتمكن من أداء وظيفته لتحفيز أي تفاعل حيوي. لجميع الإنزيمات درجة حرارة مُثلى ورقم هيدروجيني أمثل تؤدي عندها الإنزيمات وظيفتها لتحفيز أي تفاعل بشكل أسرع. إذا تم تجاوز هذه الظروف المثلى، فستبدأ الإنزيمات المشاركة في التفاعل في التشوه وسينخفض معدل التفاعل. وهذا التغير نهائي، لذلك عندما يتغير شكل الموقع النشط، فلن يكون قادرًا على عكس هذا التغيير.

مصطلح رئيسي: الظروف المثلى (درجة الحرارة/الرقم الهيدروجيني)

الظروف المثلى هي المستوى المناسب من عامل معين لحدوث تفاعل ما عند أعلى معدل له. على سبيل المثال، درجة الحرارة المثلى أو الرقم الهيدروجيني الأمثل لإنزيم ما يعني المستوى المناسب الذي يؤدي عنده الإنزيم وظيفته لتحفيز تفاعل ما بأسرع معدل له.

تعريف: التشوه

يحدث التشوه عندما يتغير شكل الموقع النشط لإنزيم ما بصورة نهائية بحيث لا يمكنه التكامل مع شكل جزيء الركيزة المعين الخاص به.

مثال ١: تفسير عملية التشوه

أيُّ من الآتي يفسر ما يحدث عند تشوه الإنزيم؟

  1. يتسبب تغير في التركيب الليبيدي للإنزيم في تغيير شكل الموقع النشط.
  2. يتسبَّب تغير في تركيب الإنزيم في تقييد الموقع النشط بصورة دائمة بالركيزة.
  3. يتسبب تغير في تركيب كربوهيدرات الإنزيم في تغيير شكل الموقع النشط.
  4. يتسبب تغير في التركيب البروتيني للإنزيم في تغيير شكل الموقع النشط.

الحل

الإنزيمات عبارة عن بروتينات تزيد معدل التفاعل عن طريق خفض طاقة التنشيط المطلوبة لحدوث التفاعل. فهي تعمل من خلال وجود موقع نشط متكامل مع شكل جزيء الركيزة، حيث يمكن لجزيء واحد فقط أن يتناسب مع شكل الموقع النشط. عندما تتعرض الإنزيمات لدرجات حرارة مرتفعة وقيم عالية من الرقم الهيدروجيني، يتغير التركيب البروتيني للإنزيم؛ مما يعني أن الموقع النشط يتغير شكله أيضًا بشكل نهائي. هذا يسمى التشوه، ويعني أن الموقع النشط لم يعد متكاملًا مع شكل جزيء الركيزة. وبناءً عليه، فإن جزيء الركيزة لم يعد بإمكانه أن يرتبط بالموقع النشط، وكذلك لم يعد من الممكن أن تحدث التفاعلات المحكومة بالإنزيمات؛ لذلك ينخفض معدل التفاعل.

بما أن الإنزيمات هي بروتينات، وليست كربوهيدرات أو ليبيدات، فالخيارين اللذين يذكران خلاف ذلك غير صحيحين.

وبما أن التشوه يسبب تغير في الموقع النشط للإنزيم، فلا يمكن أن ترتبط الركيزة به مطلقًا، وبالتأكيد لن تتقيد الركيزة بصورة دائمة بالإنزيم. إذن، الإجابة التي تنص على خلاف ذلك غير صحيحة أيضًا.

ومن ثَمَّ، فإن العبارة الآتية هي التفسير الصحيح لما يحدث عندما يتشوه إنزيم: يتسبب تغير في التركيب البروتيني للإنزيم في تغيير شكل الموقع النشط.

سنلقي نظرة الآن بمزيد من التفصيل على تأثير درجة الحرارة، والرقم الهيدروجيني، وتركيز الركيزة على معدل نشاط الإنزيم. وسوف نتدرب على التمييز بين وصف ما يحدث عندما تتغير هذه العوامل وتفسيره. فالوصف يعني أننا نذكر ما يمكننا ملاحظة حدوثه. هذا يعني عادة النظر إلى بيانات موضحة على تمثيل بياني، على سبيل المثال، وتوضيح كيف تغير تدرج الخط أو انحداره وفقًا للمتغيرين. ومن الجيد أن تذكر القيم التي تستخدمها كدليل عند وصف تمثيل بياني أو جدول. أما التفسير، فإنه يوضح السبب العلمي الكامن وراء ما يحدث. فإننا نفسر «لماذا» لاحظنا التغير الذي قد وصفناه للتو.

لنلقِ نظرة على كيفية تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيم.

يمكن أن نصف التمثيل البياني في الشكل 3 بأنه يوضح أنه مع زيادة درجة الحرارة من 0C إلى 65C، سيزداد معدل التفاعل أيضًا. ومن 65C إلى 90C، سينخفض معدل التفاعل. إذن، المدى الحراري للإنزيم، أي المدى بين درجة الحرارة التي يبدأ عندها نشاط الإنزيم ودرجة الحرارة التي يتوقف عندها نشاطه، هو 090CC. هذا هو المدى الكلي لدرجات الحرارة التي يؤدي خلالها هذا الإنزيم وظيفته.

لنوضح لماذا نرى هذه التغيرات.

تزداد سرعة معظم التفاعلات الكيميائية من خلال التسخين. هذا لأن زيادة درجة الحرارة تزيد الطاقة الحرارية (الحرارة) التي تُزود بها الجسيمات المتضمَّنة. تتحول هذه الطاقة الحرارية إلى طاقة حركة، وزيادة طاقة الحركة تعني أن الجسيمات تتحرك أسرع ويتصادم بعضها ببعض على نحو أكثر تكرارًا.

في حالة التفاعلات المحكومة بالإنزيمات، زيادة طاقة الحركة تعني أن الركائز سوف تتصادم بالموقع النشط للإنزيم بشكل أكثر تكرارًا، وتُكَوِّن المزيد من مركبات الإنزيم والركيزة؛ ومن ثَمَّ المزيد من النواتج. إذا تكون المزيد من النواتج عند درجات حرارة مرتفعة في الفترة الزمنية نفسها مقارنة بدرجة حرارة منخفضة، فهذا يعني أن معدل التفاعل قد زاد. تذكر أنه على الرغم من أن الإنزيمات «قابلة لإعادة الاستخدام»، ويمكن أن ترتبط بركائز عديدة، فإن كل ركيزة يمكنها أن ترتبط بإنزيم مرة واحدة فقط.

هذا موضح على التمثيل البياني في الشكل 3، حيث عند النقطة 1، من 0C إلى 65C، كلما زادت درجة الحرارة، زاد معدل التفاعل أيضًا. والنقطة 2 عند 65C تُوصف بأنها درجة الحرارة المثلى للإنزيم. وهذه هي درجة الحرارة التي يقابلها أعلى معدل للتفاعل؛ لذلك يتكون أكبر قدر من النواتج لكل وحدة زمنية. بمجرد تجاوز درجة الحرارة 65C عند النقطة 3، تبدأ الإنزيمات في التشوه لأن درجة الحرارة تصبح مرتفعة للغاية. هذا يقلل معدل التفاعل بسبب نقص عدد المواقع النشطة المكملة المتاحة للارتباط بالركائز.

من المفيد أن نعرف درجات الحرارة المثلى لإنزيمات محددة نظرًا للوظائف المفيدة التي تؤديها لنا. على سبيل المثال، عادة ما تحتوي المنظفات المستخدمة لغسل الملابس على إنزيمات. ومن خلال معرفة درجات الحرارة المثلى لهذه الإنزيمات، يعرف المصنعون درجة الحرارة التي ستنظف الملابس بفعالية.

مثال ٢: تفسير التمثيلات البيانية لتأثير درجة الحرارة على معدل التفاعلات المحكومة بالإنزيمات

يوضح التمثيل البياني الآتي معدل تفاعل محكوم بالإنزيمات مقارنة بدرجة الحرارة.

  1. حدد أي عدد على التمثيل البياني يوضح أن معدل التصادمات بين الإنزيمات والركائز يزيد مع ارتفاع درجة الحرارة.
  2. حدد أي عدد على التمثيل البياني يوضح أن الإنزيمات بدأت في التشوه.

الحل

الجزء الأول

كلما زادت درجة الحرارة، زادت أيضًا طاقة حركة جزيئي الركيزة والإنزيم. هذا يعني أنهما يتحركان بسرعة أكبر، وتزيد وتيرة تصادم الركائز بنجاح مع الموقع النشط للإنزيم. تذكر أنه على الرغم من أن الإنزيمات «قابلة لإعادة الاستخدام»، ويمكن أن ترتبط بركائز عديدة، فإن كل ركيزة يمكنها أن ترتبط بإنزيم مرة واحدة فقط.

على هذا التمثيل البياني، يحدث ذلك بين 0C و50C. إذن، العدد الموجود على التمثيل البياني الذي يوضح أن معدل التصادمات بين الإنزيمات والركائز يزيد مع ارتفاع درجة الحرارة هو 1.

الجزء الثاني

درجة الحرارة المثلى لإنزيم ما هي درجة الحرارة التي يعمل عندها الإنزيم بأسرع معدل له لتحفيز التفاعل وتكوين النواتج، لذلك يتيح أعلى معدل للتفاعل. على هذا التمثيل البياني، درجة الحرارة المثلى لهذا الانزيم هي 50C، وهذه هي درجة الحرارة التي يُقابلها أعلى معدل للتفاعل.

بمجرد تجاوز الإنزيم درجة حرارته المثلى، يبدأ الموقع النشط في تغيير شكله بحيث لا يمكنه التكامل مع شكل جزيء الركيزة المحدد الخاص به. وفي هذه الحالة، يُقال إن الإنزيم مشوه، وهذا التغير نهائي. هذا يعني أن الإنزيم لم يعد قادرًا على تحفيز التفاعل، وسينخفض معدل التفاعل. النقطة التي تبدأ عندها الإنزيمات في التشوه على هذا التمثيل البياني هي التي تتجاوز 50C.

إذن، العدد الموجود على التمثيل البياني الذي يوضح أن الإنزيمات بدأت في التشوه هو 3.

من المهم أن نتذكر أنه التشوه لا يحدث لكل الإنزيمات عندما تتجاوز درجة الحرارة المثلى؛ ومن ثَمَّ فإن معدل التفاعل لا ينخفض على الفور إلى صفر. حيث يوجد مليارات الإنزيمات والركائز الصغيرة المشاركة في التفاعلات، ولن تُمد كلها بنفس كمية الطاقة الحرارية حتى تتسبب في تشوهها كلها على الفور. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعديد من الإنزيمات تحمل زيادات طفيفة في درجات الحرارة أعلى من درجات الحرارة المثلى لها.

وأخيرًا، عندما تصل درجة الحرارة إلى 90C، تكون جميع الإنزيمات قد تشوهت ولا يمكن أن يحدث التفاعل على الإطلاق. ليس لجميع الإنزيمات درجة الحرارة المثلى نفسها، لكن معظم الإنزيمات التي تعمل داخل جسم الإنسان درجة حرارتها المثلى هي 37.5C؛ لذلك تعمل أجسامنا جاهدة للحفاظ على درجة الحرارة هذه باستمرار. فأي ارتفاع في درجة الحرارة لبضع درجات فقط يهدد صحتنا على نحو خطير؛ حيث تتوقف إنزيماتنا ببساطة عن العمل بكفاءة لأن بعضها يبدأ في التشوه.

مثال ٣: شرح تأثير انخفاض درجات الحرارة على معدل التفاعلات المحكومة بالإنزيمات

لماذا يحدث معظم التفاعلات المحكومة بالإنزيمات ببطء في درجات الحرارة المنخفضة؟

  1. درجات الحرارة المنخفضة تعني أن طاقة وضع المرونة للجزيئات أقل؛ ولذلك لا ترتبط كثيرًا.
  2. درجات الحرارة المنخفضة تعني أن طاقة حركة الجزيئات أكبر؛ ولذلك تتصادم كثيرًا.
  3. هذا غير صحيح؛ لأن معظم التفاعلات المحكومة بالإنزيمات يحدث بسرعة في درجات الحرارة المنخفضة.
  4. درجات الحرارة المنخفضة تعني أن طاقة حركة الجزيئات أقل؛ ولذلك لا تتصادم كثيرًا.

الحل

كلما زادت درجة الحرارة، زادت أيضًا طاقة حركة جزيئات الركيزة والإنزيم. هذا يعني أنها تتحرك بسرعة أكبر، وتتصادم الركائز بنجاح مع الموقع النشط للإنزيم بشكل أكثر تكرارًا. يؤدي ذلك إلى تكوين المزيد من مركبات الإنزيم والركيزة، والحصول على المزيد من النواتج لكل وحدة زمنية؛ لذلك يزيد معدل التفاعل المحكوم بالإنزيمات.

إذا انخفضت درجة الحرارة، فستقل أيضًا طاقة حركة جزيئي الركيزة والإنزيم. هذا يعني أن كليهما سيتحرك ببطء أكثر، وأن التصادمات الناجحة بين الموقع النشط للإنزيم وجزيء الركيزة سيقل تكرارها.

إذن، السبب الكامن وراء حدوث معظم التفاعلات المحكومة بالإنزيمات ببطء في درجات الحرارة المنخفضة هو: درجات الحرارة المنخفضة تعني أن طاقة حركة الجزيئات أقل؛ ولذلك لا تتصادم كثيرًا.

لنلق نظرة على تأثير الرقم الهيدروجيني على نشاط الإنزيم ونصف التغيرات الموضحة في التمثيل البياني في الشكل 4.

الرقم الهيدروجيني (pH) هو تمثيل لتركيز أيونات الهيدروجين في محلول ما. يشير ارتفاع تركيز أيون الهيدروجين إلى أن المحلول أكثر حامضية وقيمة الرقم الهيدروجيني له منخفضة. أما انخفاض تركيز أيونات الهيدروجين، فإنه يشير إلى أن المحلول أكثر قاعدية أو قلوية؛ ولذلك تكون قيمة الرقم الهيدروجيني له أعلى.

يوضح التمثيل البياني كيف يتغير نشاط الإنزيم بتغير قيمة الرقم الهيدروجيني. كلما زاد الرقم الهيدروجيني من 2 إلى 7، يزداد معدل التفاعل. أما من الرقم الهيدروجيني 7 إلى الرقم الهيدروجيني 12، ينخفض معدل التفاعل. في الظروف الحمضية أو القلوية للغاية، تنخفض معدلات التفاعلات المحكومة بالإنزيمات.

لنوضح لماذا نرى هذه التغيرات.

على سبيل المثال، بالنسبة للإنزيم الموضح في الشكل 4، الرقم الهيدروجيني الأمثل له هو 7، لأنه هو الرقم الهيدروجيني الذي يُقابله أعلى معدل للتفاعل. كل إنزيم له رقم هيدروجيني أمثَل معين. يقل معدل التفاعل في الظروف الحمضية بدءًا من الرقم الهيدروجيني 2 إلى الرقم الهيدروجيني 6، وفي الظروف القلوية بدءًا من الرقم الهيدروجيني 8 إلى الرقم الهيدروجيني 12. هذا لأنه عند أعلى أو أقل من الرقم الهيدروجيني الأمثل، يبدأ العديد من الإنزيمات المتضمنة في هذا التفاعل في التشوه، وتتغير المواقع النشطة لها بحيث لا يُمكنها التكامل مع شكل جزيء الركيزة الخاص بها.

على الرغم من أن العديد من الإنزيمات في جسم الإنسان لها رقم هيدروجيني أمثل قيمته 7 مثل الموضح في الشكل 4، فإنه ليس لجميع الإنزيمات نفس الرقم الهيدروجيني الأمثل. فذلك يتوقف على موقعها. على سبيل المثال، المعدة ذات وسط حامضي للغاية، الأمر الذي يحمينا من الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض. لذلك، تحتاج جميع الإنزيمات التي تعمل في المعدة إلى رقم هيدروجيني أمثل ذي قيمة منخفضة؛ لأنها سوف تكون عُرضة لهذه الظروف الحمضية باستمرار.

مثال ٤: تفسير التمثيلات البيانية لتأثير الرقم الهيدروجيني على معدل التفاعلات المحكومة بالإنزيمات

يوضح التمثيل البياني كيفية تغير معدل تفاعل محكوم بالإنزيمات مع تغير الرقم الهيدروجيني.

ما الرقم الهيدروجيني الأمثل لهذا الإنزيم؟

الحل

لكل إنزيم رقم هيدروجيني أمثل معين. هذا الرقم الهيدروجيني هو الذي يزداد عنده معدل تصادم الموقع النشط للإنزيم بجزيء الركيزة بنجاح؛ ومن ثَمَّ يحفز التفاعل بأسرع معدل له. وعندما يتغير الرقم الهيدروجيني بدرجة كبيرة أعلى أو أقل من هذا الرقم الهيدروجيني الأمثل، تبدأ الإنزيمات في التشوه. هذا يغير شكل الموقع النشط للإنزيم؛ ولذلك لا يُصبح بإمكانه التكامل مع شكل جزيء الركيزة، ولن يحدث التفاعل المحكوم بالإنزيمات.

الرقم الهيدروجيني الأمثل يُقابله أعلى معدل للتفاعل؛ لذا نبحث عن أعلى نقطة على التمثيل البياني ونقرأ قيمة الرقم الهيدروجيني التي تقع عند تلك النقطة.

إذن، الرقم الهيدروجيني الأمثل لهذا الإنزيم هو 7.

وأخيرًا، لنلقِ نظرة على تأثير تركيز الركيزة على نشاط الإنزيم.

يصف تركيز الركيزة كمية الركائز الموجودة مقارنة بحجم الحيز الذي تشغله. على سبيل المثال، إذا كان لدينا 50 جزيء ركيزة في خلية ثم زاد عددها ليصبح 100 جزيئًا في الخلية نفسها، هذا يعني أن تركيز الركيزة سوف يزيد؛ لأن حجم الخلية لم يتغير.

مصطلح رئيسي: التركيز

تركيز أي مادة هو مقدار كميتها بالنسبة إلى الحجم الذي تشغله. على سبيل المثال، إذا شغلت الكمية نفسها من مادة ما مساحة أصغر، يصبح تركيزها أعلى.

لنصف التمثيل البياني الموضح في الشكل 5.

كلما زاد تركيز الركيزة عن صفر، زاد معدل التفاعل. وهذا يحدث حتى النقطة 2، حيث يستقر معدل التفاعل. وبعد الخط الرأسي المتقطع، حيث الجزء المظلل باللون البنفسجي عند النقطة 3، يبدأ الخط في الثبات. عندما يصل تفاعل إلى مستوى الثبات؛ فهذا يعني أن الخط أصبح مسطحًا وأفقيًّا لأن معدل التفاعل لم يعد يزداد.

مصطلح رئيسي: الثبات

يحدث الثبات عندما يساوي تدرج خط على تمثيل بياني صفرًا؛ ولذلك يبدو الخط مسطحًا وأفقيًّا.

لنبدأ تفسير هذه التغيرات.

كلما زاد تركيز الركيزة، زاد عدد جزيئات الركيزة التي تشغل المساحة نفسها. يمكن ملاحظة ذلك في الشكل 6، حيث يوجد تركيز منخفض من الركيزة ناحية اليسار يشغل المساحة نفسها، بينما يزداد تركيز الركيزة ناحية اليمين. ويعني تركيز الركيزة المرتفع زيادة احتمالية حدوث تصادم ناجح بين الركيزة والموقع النشط للإنزيم. هذا يعني تكوين المزيد من النواتج في الفترة الزمنية نفسها؛ الأمر الذي يزيد معدل التفاعل.

وعلى الفور، عندما تبدأ الركائز في الارتباط بالمواقع النشطة للإنزيم، تُصبح المزيد من المواقع النشطة مشغولة. هذا يعني أنه، بصورة مؤقتة، يوجد عدد أقل من المواقع النشطة المتاحة للارتباط بركائز أخرى. ومن ثَمَّ، فإن النقطتين 1، 2 على التمثيل البياني في الشكل 5 يحدثان بصورة متزامنة، لكن تزداد التأثيرات تزداد كلما زاد تركيز الركيزة.

عندما تصبح كل المواقع النشطة للإنزيم مشغولة، لن تصبح زيادة تركيز الركيزة مفيدة لمعدل التفاعل؛ لأنه لن يتبقى مواقع نشطة خالية ومتاحة لكي تشغلها الركائز. هذا يعني أنه بعد زيادة تركيز الركيزة بمقدار معين، سيظل معدل التفاعل كما هو، أو سيثبت، كما هو واضح في الشكل 5 عند النقطة 3، حيث الجزء المظلل باللون البنفسجي في التمثيل البياني. إذا لم يرتفع تركيز الإنزيم بحيث يسمح بتوفر المزيد من المواقع النشطة لترتبط بجزيئات الركائز الفائضة، يظل معدل التفاعل ثابتًا.

مثال ٥: شرح تأثير تركيز الركيزة على معدل التفاعلات المحكومة بالإنزيمات

يوضح التمثيل البياني معدل تفاعل محكوم بالإنزيمات مقارنةً بتركيز الركائز.

  1. لماذا يثبت المنحنى البياني؟
    1. لا توجد إنزيمات متوفرة للارتباط بالمزيد من الركائز؛ ومن ثم وصل معدل التفاعل إلى أقصى نقطة له.
    2. تشوهت الإنزيمات؛ ومن ثَمَّ توقف التفاعل.
    3. لا يوجد مزيد من الركائز لتكسيرها؛ ومن ثَمَّ وصل معدل التفاعل إلى أقصى نقطة له.
    4. ارتبطت النواتج بالمواقع النشطة؛ ومن ثَمَّ لا يوجد مزيد من الركائز التي يمكن الارتباط بها.
  2. أي تغير من التغيرات الآتية يتيح الاستمرار في زيادة معدل التفاعل؟
    1. خفض تركيز الركيزة.
    2. زيادة تركيز الإنزيمات.
    3. خفض تركيز الإنزيمات.
    4. خفض درجة الحرارة سريعًا.

الحل

الجزء الأول

كلما زاد تركيز الركيزة، سوف يتوفر المزيد من الركائز للارتباط بالمواقع النشطة للإنزيمات في المساحة نفسها. هذا يعني أن معدل التفاعل سيزداد نظرًا لتكوين المزيد من النواتج لكل وحدة زمنية.

ومع ذلك، بمجرد زيادة تركيز الركيزة بصورة كبيرة لدرجة أن جميع المواقع النشطة للإنزيم تصبح مشغولة، فإن زيادة تركيز الركيزة أكثر من ذلك لن يكون له تأثير. ويرجع ذلك إلى عدم وجود مواقع نشطة للإنزيم متاحة للارتباط بها. لهذا السبب، يظل معدل التفاعل كما هو، أو سيثبت، لأنه لا يمكن أن يزيد أكثر من ذلك.

إذن، المنحنى البياني سيَثبُت، لأنه لا توجد إنزيمات متوفرة للارتباط بالمزيد من الركائز؛ ومن ثَمَّ وصل معدل التفاعل إلى أقصى نقطة له.

الجزء الثاني

إذا زاد تركيز الإنزيم بشكل أكبر بعد أن ثبت المنحنى البياني، ستتوافر مواقع نشطة أكثر للارتباط بالركائز الفائضة. هذا سيسمح لمعدل التفاعل بأن يزيد؛ لأنه سيكون من المتاح حدوث المزيد من التفاعلات المحكومة بالإنزيمات. لذا، فإن زيادة تركيز الإنزيم ستسمح لمعدل التفاعل بالاستمرار في الزيادة.

إذن، زيادة تركيز الإنزيمات ستسمح لمعدل التفاعل بالاستمرار في الزيادة.

من الجدير بالملاحظة هنا أن درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني والركيزة وتركيز الإنزيم ليست العوامل الوحيدة التي تؤثر على معدل نشاط الإنزيم.

على سبيل المثال، يمكن أن ترتبط جزيئات تُسمى المثبطات أيضًا بالإنزيم، إما بموقعها النشط أو بمناطق أخرى. وإذا ارتبط مثبط بالموقع النشط لإنزيم، فإنه يَشْغَله ولذلك لن يمكن أن يرتبط بجزيء ركيزة. في بعض الأحيان، يكون هذا الارتباط دائمًا ونهائيًّا. كما يمكن أن تتسبب المثبطات التي ترتبط بالمناطق الأخرى من الإنزيم في تغير شكل الموقع النشط للإنزيم، مثلما تفعل درجات الحرارة شديدة الارتفاع. والتغير في شكل الموقع النشط يعني أن الإنزيم لم يعد متكاملًا مع شكل الركيزة.

إذا كان تأثير هذه المثبطات يحدث على نطاق واسع لكثير من الإنزيمات المتضمنة في أي تفاعل، فهذا سيقلل بدرجة كبيرة معدل التفاعلات المحكومة بالإنزيمات. وبناء عليه، تؤدي زيادة تركيز مثبطات الإنزيم إلى تقليل معدل التفاعل أيضًا.

لنلخص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • كلما زادت درجة الحرارة، زاد معدل التفاعلات المحكومة بالإنزيمات حتى يصل إلى درجة الحرارة المثلى، التي عند تجاوزها تتشوه الإنزيمات ويقل معدل التفاعل.
  • عندما يصبح الرقم الهيدروجيني أعلى أو أقل من الرقم الهيدروجيني الأمثل، تتشوَّه الإنزيمات مما يتسبب في انخفاض معدل التفاعل.
  • يتسبب تركيز الركيزة في زيادة نشاط الإنزيم حتى لا يتبقى المزيد من المواقع النشطة المتاحة، وعند هذه النقطة يثبت معدل التفاعل إذا لم يرتفع تركيز الإنزيم.

انضم إلى نجوى كلاسيز

شارك في الحصص المباشرة على نجوى كلاسيز وحقق التميز الدراسي بإرشاد وتوجيه من معلم خبير!

  • حصص تفاعلية
  • دردشة ورسائل
  • أسئلة امتحانات واقعية

تستخدم «نجوى» ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. اعرف المزيد عن سياسة الخصوصية