فيديو الدرس: العوامل المؤثرة على نشاط الإنزيمات | نجوى فيديو الدرس: العوامل المؤثرة على نشاط الإنزيمات | نجوى

فيديو الدرس: العوامل المؤثرة على نشاط الإنزيمات الأحياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف تأثير الحرارة، والرقم الهيدروجيني، وتركيز الركيزة على نشاط الإنزيم.

١٦:٥٩

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف تتأثر الإنزيمات بظروف معينة. تتذكر على الأرجح مدى أهمية الإنزيمات؛ تلك البروتينات المتخصصة التي تحفز أو تسرع التفاعلات الكيميائية في أجسامنا. الآن سوف نتعلم كيف تتعامل الإنزيمات، أو لا تتعامل، مع الظروف المتغيرة في بيئاتها الحيوية المتناهية الصغر.

سنبدأ بمراجعة سريعة للإنزيمات. تحفز الإنزيمات التفاعلات الكيميائية أو تسرعها. لذلك، لكي نفهمها لا بد أن نشرحها في سياق التفاعلات الكيميائية. تبدأ التفاعلات الكيميائية بمادة أو أكثر من المواد المتفاعلة، ويعاد ترتيبها عبر تكسير الروابط الكيميائية وتكوين روابط أخرى للحصول على ناتج واحد أو أكثر. في عدم وجود الإنزيمات، تحتاج التفاعلات الكيميائية عادة إلى قدر من الطاقة كي تبدأ. ولهذا، تسخن المواد المتفاعلة الموجودة في أنبوب اختبار هنا بلهب يمدها بقدر الطاقة الذي تحتاجه لبدء التفاعل. ومن ثم يعاد ترتيب الروابط بين المواد المتفاعلة في التفاعل الكيميائي، بحيث تعطينا الناتج أو النواتج. ولكن إذا حفز إنزيم هذا التفاعل، فإنه يحتاج إلى قدر أقل من الطاقة. وفيما يلي كيفية عمل الإنزيم.

للإنزيمات شكل مكمل لركائزها. وهذا يعني أنها تتلاءم معًا مثلما يتلاءم القفل والمفتاح. عادة يستخدم مصطلح الركيزة بدلًا من مصطلح مادة التفاعل عندما يكون التفاعل الكيميائي محكومًا بإنزيم ما. وهذا يتيح للروابط بين الركيزة أو الركائز أن تعيد ترتيب نفسها لتعطينا الناتج، أو النواتج، مع تقليل الطاقة اللازمة لحدوث التفاعل.

الغالبية العظمى من الإنزيمات هي بروتينات. وتكون البروتينات أشكالًا معينة بناء على سلسلة الأحماض الأمينية الموجودة فيها. وأهم شكل على الإطلاق في الإنزيم هو موقعه النشط. وذلك لأن هذا هو المكان الذي تحتاج الركيزة أو الركائز إلى الارتباط أو الاقتران به. الإنزيمات مواد متخصصة للغاية. فكل إنزيم يحفز تفاعلًا واحدًا معينًا فقط، ويرتبط بجزيئات معينة فقط باعتبارها ركائز. كما أن الإنزيمات لا تستهلك خلال التفاعلات الكيميائية. فبعد الحصول على الناتج، تحفز الإنزيمات التفاعل نفسه مرة تلو الأخرى.

يحدث داخل أجسامنا جميعًا عدد هائل للغاية من التفاعلات الكيميائية التي تحفزها الإنزيمات في كل ثانية من حياتنا. وهذا ينقلنا من النظرة السريعة على الإنزيم إلى العوامل المؤثرة على نشاط الإنزيمات. في البداية، لماذا تحتاج الإنزيمات إلى نطاق معين من الظروف؟ سوف نستخدم هذا التمثيل، الذي يشبه لعبة سباق سهلة يتعين علينا فيها أن نبقي السيارة، أو الإنزيم الوظيفي، في وضع حركة للأمام على امتداد المحور ‪𝑥‬‏ داخل نطاق ظروف معينة مثل الحرارة والرقم الهيدروجيني.

إذن، ها نحن نبدأ. وعلينا أن نبقي هذه السيارة داخل نطاق الظروف التي يستمر فيها عمل هذا الإنزيم. يبدو أننا لا نحسن فعل ذلك؛ فنحن نرتفع أكثر من اللازم. ولكننا أنقذناها الآن، حسنًا. إلا أننا لا نسير في خط مستقيم. إننا ننخفض أكثر من اللازم أيضًا، أوه، لقد سقطنا! الإنزيم يتشوه؛ ما يعني انتهاء اللعبة بالنسبة لإنزيمنا.

الإنزيم المشوه هو إنزيم تغير بشكل دائم، بحيث أصبح غير قادر على أداء وظيفته مرة أخرى. حسنًا، لماذا تحتاج الإنزيمات إلى نطاق معين من الظروف؟ لأنه خارج هذه الظروف، قد تتشوه الإنزيمات ثم تتوقف عن تحفيز التفاعلات الكيميائية الشديدة الأهمية للحياة.

بعد ذلك، لنلق نظرة على ما قد يحدث للإنزيم الذي يتشوه. نعرف أن الإنزيمات تقلل الطاقة اللازمة لبدء التفاعل الكيميائي من خلال ربط الركيزة أو الركائز على امتداد المواضع المتكاملة الموجودة في موقعها النشط. إليك مراجعة صغيرة لتنشيط الذاكرة. ما الذي سيبقى موجودًا بعد تكون الناتج أو النواتج؟ نعم إنه الإنزيم، حيث يبقى في حالة جيدة وكأنه جديد، وجاهز لتحفيز مجموعة جديدة من التفاعلات الكيميائية. والآن، لنر ما يحدث عند تشوه الإنزيم.

إليك رسمًا كرتونيًّا لإنزيم مشوه. والتغير المحوري هنا هو تشوه شكل الموقع النشط. قد يحدث ذلك عندما تكون الظروف البيئية خارج النطاق الأمثل للإنزيم، مثل أن تكون الحرارة أعلى من اللازم أو يكون الرقم الهيدروجيني أقل من اللازم. هذا يعني أن الموقع النشط للإنزيم لم يعد متكاملًا مع الركيزة؛ لذا لا يمكنهما الارتباط. ومن ثم لا يحدث تفاعل كيميائي، ولا يتكون ناتج أو نواتج. وهذا هو السبب الذي قد يجعل الحمى الشديدة قاتلة. فبمجرد ارتفاع الحمى بما يكفي لتشوه الإنزيمات، لن تحدث التفاعلات الكيميائية اللازمة للحياة بالقدر الكافي.

إليك مثالًا يساعدك على تخيل الإنزيم المشوه بشكل أفضل. يتكون بياض البيض من بروتين، مثل الإنزيمات. وبمجرد تعرضه لحرارة عالية، تتشوه هذه البروتينات. حسنًا، فكر فيما يحدث لبياض البيض عند قليه. يحدث تغير كبير، فهو يتحول من مادة رائقة لزجة إلى مادة بيضاء صلبة. وهذا أمر لا يمكن عكسه، فلا يمكن أن يصبح بياض البيض نيئًا مرة أخرى. إذن، بمجرد حدوث التشوه، يظل الإنزيم مشوهًا، وهذا أمر لا رجعة فيه. يبدو أن التشوه هو تغير دائم يطرأ على الموقع النشط للإنزيم ويمنعه من أداء وظيفته.

إذن، ما هي الظروف المثلى للإنزيم؟ يمكن تحديد الظروف المثلى للإنزيم من خلال قياس مستوى نشاط الإنزيم وتحفيز التفاعل المعين الخاص به مع تغيير عامل ما. أعلى مستوى لنشاط الإنزيم عبر مجموعة من القيم للعامل أو العوامل هو الحالة المثلى لهذا الإنزيم. إذا كان مستوى العامل منخفضًا أكثر من اللازم، فسيكون نشاط الإنزيم منخفضًا أيضًا. وإذا كان مستوى العامل مرتفعًا أكثر من اللازم، فسيكون نشاط الإنزيم منخفضًا كذلك. ولكن عندما يكون مستوى العامل مناسبًا تمامًا للإنزيم، فإنه ينشط بالقدر المناسب ويحفز تفاعلًا تلو الآخر. وهذه هي الحالة المثلى للإنزيم.

لنأخذ الرقم الهيدروجيني مثالًا لأحد هذه العوامل. تختلف قيم الرقم الهيدروجيني إلى حد كبير في جهازنا الهضمي، من قيم منخفضة الحموضة في المعدة، إلى قيم مرتفعة أو قاعدية في الأمعاء. هل الإنزيمات في هذه الأجزاء لها الرقم الهيدروجيني الأمثل نفسه؟ الإجابة هي لا، فالإنزيمات الموجودة في المعدة لها رقم هيدروجيني أمثل يتلاءم مع تلك الموجودة في المعدة. والأمر نفسه ينطبق على الإنزيمات في أجزاء الأمعاء الأكثر قاعدية أو قلوية، أو ذات الأرقام الهيدروجينية المرتفعة. ولكن إذا انخفض نشاط الإنزيمات إلى الصفر لأن المواقع النشطة للإنزيمات فقدت شكلها للأبد، فإنها عندئذ تتشوه. إذن، الحالات المثلى للإنزيم هي الظروف التي تسمح بأعلى مستوى من نشاط الإنزيم.

لعلك تعرف بالفعل أن معدلات التفاعل تزداد بشكل عام مع زيادة درجة الحرارة، حيث تزيد طاقة حركة الجزيئات المتفاعلة؛ ما يعني أنها تتحرك بسرعة أكبر عند رفع درجة حرارتها. لكن الأمر يزداد تعقيدًا عندما يتضمن إنزيمات. إليك منحنى عامًّا عن كيفية تأثير درجة الحرارة على نشاط الإنزيمات. ولاحظ أن الانخفاض في نشاط الإنزيمات يكون أشد حدة في درجات الحرارة العالية مقارنة بدرجات الحرارة المنخفضة. وهذا لأن درجات الحرارة المرتفعة تسبب تشوه الإنزيمات، بينما تسبب درجات الحرارة المنخفضة خمول الإنزيمات. الفارق أن الإنزيمات الخاملة قد تنشط من جديد، أما الإنزيمات المشوهة فلا يمكنها أن تستعيد قدرتها على تحفيز التفاعلات. وما هي درجة الحرارة المثلى لهذا الإنزيم؟ درجة الحرارة المثلى لهذا الإنزيم تناظر أعلى مستوى لنشاط الإنزيم.

لنستعرض الآن كيف يؤثر تركيز الركيزة على نشاط الإنزيمات. نذكر ثانية أن الركائز هي المواد المتفاعلة في التفاعلات الكيميائية المحفزة بالإنزيمات. ويشير التركيز إلى الكمية المعطاة من المادة، مثل الركيزة في مساحة معينة. يوضح الرسم البياني تدرج تركيز جزيئات الركيزة من المنخفض إلى المرتفع. لنر كيف يتأثر نشاط الإنزيم بذلك.

أولًا، إذا بدأنا دون ركائز، فلن نحصل على أي تفاعلات كيميائية. ولكن في وجود المزيد من الركائز، سوف يجد الإنزيم المزيد من التفاعلات الكيميائية لتحفيزها. ولكنها تصل إلى نقطة معينة يحدث فيها أمر شبيه بما يحدث عندما تدخل إلى مخبز وأنت جائع جدًّا، وتشعر أنك تستطيع أن تأكل كل شيء في الحال، ولكن هذا لا يمكن أن يحدث. فلا يمكنك إلا تناول كمية معينة من الطعام وبسرعة معينة وحسب. ولذا، يستقر مستوى نشاط الإنزيم عند هذا الحد. عند هذا الحد، نقول إن نشاط الإنزيم وصل إلى طور الاستقرار. تعمل هذه الإنزيمات بأقصى سرعتها، منتقلة من تفاعل كيميائي إلى آخر. وتكون مواقعها النشطة ممتلئة بأقصى قدر ممكن. وحتى إذا كان لديك المزيد من الركائز، فلا يمكنها أن تعمل بسرعة أكبر.

لنأخذ ما تعلمناه حتى الآن ونطبقه على مسألة تدريبية.

يوضح التمثيل البياني كيفية تغير معدل تفاعل محكوم بالإنزيمات مع تغير الرقم الهيدروجيني. ما الرقم الهيدروجيني الأمثل لهذا الإنزيم؟

تتطلب المعرفة الأساسية المطلوبة للإجابة عن هذا السؤال بشكل صحيح فهم العوامل التي تؤثر على نشاط الإنزيم. ومن المفيد أن نبدأ بإلقاء نظرة على الكيفية التي تتحكم بها الإنزيمات في التفاعلات الكيميائية. في التفاعلات الكيميائية، تتحول مادة أو مواد التفاعل إلى ناتج أو نواتج. وإذا كان التفاعل الكيميائي محكومًا بإنزيم، فإننا نسمي مادة التفاعل ركيزة.

الموقع النشط للإنزيم له شكل متكامل مع الركيزة؛ ما يعني أنهما يتلاءمان معًا مثلما يتلاءم القفل والمفتاح. ارتباط الركيزة بالإنزيم يقلل كمية الطاقة اللازمة لبدء التفاعل. والتفاعلات التي تحدث بسهولة أكبر يمكنها أن تحدث بشكل أكثر تكرارًا. إذن، تزيد الإنزيمات معدل التفاعلات التي تحكمها. ومعدل التفاعل مصطلح مهم في هذا السؤال.

وظيفة الإنزيم هي تسريع أو تحفيز التفاعلات الكيميائية، وهذه طريقة أخرى للتعبير عن زيادة معدل التفاعل. نريد أن نعرف ما هو أقصى أو أعلى معدل للتفاعل عند مجموعة من قيم الرقم الهيدروجيني لإنزيم معين. هذه النقطة هنا تمثل أعلى أو أقصى معدل للتفاعل. إذن، سنحتاج إلى إيجاد قيمة الرقم الهيدروجيني التي تناظرها، والتي نجد أنها سبعة.

وإذا كان مقياس الرقم الهيدروجيني غير مألوف لك، فإليك مراجعة سريعة. توجد الأحماض في الطرف السفلي من مقياس الرقم الهيدروجيني. تمثل القيمة سبعة المستوى المتعادل، وأعلى من ذلك يكون الرقم الهيدروجيني قاعديًّا أو قلويًّا. ولهذا، فإن الإجابة عن سؤال: «ما الرقم الهيدروجيني الأمثل لهذا الإنزيم؟» هي الرقم الهيدروجيني سبعة.

إليك بعض النقاط الأساسية التي وردت في الفيديو. أولًا، تتمثل وظيفة الإنزيمات في تسريع التفاعلات الكيميائية أو تحفيزها. وتعتمد وظيفة الإنزيم على التكامل بين الركيزة والموقع النشط للإنزيم. الإنزيمات المشوهة هي التي فقدت شكلها المتكامل بشكل دائم، وكذلك قدرتها على تحفيز التفاعلات.

العوامل التي قد تؤدي إلى تشوه الإنزيم تتضمن درجات الحرارة الشديدة الارتفاع أو قيم الرقم الهيدروجيني الشديدة الارتفاع أو الانخفاض. وقد تؤثر قيم الرقم الهيدروجيني ودرجات الحرارة كذلك على معدل التفاعل. وتتحقق الظروف المثلى للرقم الهيدروجيني أو درجة الحرارة عندما تصل بمعدل التفاعل الكيميائي لأعلى درجة ممكنة. يستمر معدل التفاعل الكيميائي في الازدياد مع زيادة تركيز الركيزة وصولًا إلى حد معين. عند هذا الحد، تحفز الإنزيمات التفاعلات بأقصى سرعة لها ويستقر معدل التفاعل، وهذا يسمى طور الاستقرار.

حمِّل تطبيق «نجوى كلاسيز»

احضر حصصك، ودردش مع معلمك وزملائك، واطَّلِع على أسئلة متعلقة بفصلك. حمِّل تطبيق «نجوى كلاسيز» اليوم!

التحميل على الكمبيوتر

Windows macOS Intel macOS Apple Silicon

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