1. Wstęp

Szybkość procesu enzymatycznego zależy od łatwości tworzenia kompleksu enzymu z substratem (powinowactwo enzymu do substratu). Zależność tę przedstawia równanie matematyczne L. Michaelisa i M.L. Menten, zawierające tzw. stałą Michaelisa  charakterystyczną dla danego enzymu. 
Stała Michaelisa K_m to wielkość liczbowa, określająca stężenie substratu (w molach na litr roztworu), przy którym szybkość reakcji enzymatycznej jest równa połowie szybkości maksymalnej, osiąganej przy wysyceniu enzymu substratem i niezależnej już od dalszego wzrostu jego stężenia.
Model  Michaelisa - Menten opiera się na następującej koncepcji katalizy enzymatycznej:

K_m dla poszczególnych substratów danego enzymu mają różne wartości; prawdopodobnie w żywych komórkach stężenie danego substratu jest bliskie jego wartości K_m (10^-3 - 10^-7), gdyż wówczas szybkość reakcji jest wprost proporcjonalna do stężenia substratu, co ułatwia utrzymanie stałej, właściwej dla komórki wartości tego stężenia.

Szybkość reakcji zależy nie tylko od stężenia enzymu i substratu, lecz także od:

- temperatury (optimum działania enzymu zwykle mieści się w granicach 30-40°C), 
- stężenia jonów wodorowych (optymalne pH reakcji jest różne dla różnych enzymów, np. dla pepsyny wynosi 1, dla arginazy — 10) 
- obecności enzymatycznych aktywatorów i enzymatycznych inhibitorów. 

Istnieje wiele typów cząsteczek , które są zdolne do zakłócania aktywności danego enzymu. Każda cząsteczka działająca bezpośrednio na enzym w kierunku zmniejszenia jego aktywności katalitycznej jest określana jako inhibitor.

2. Czynniki wpływające na aktywność enzymów - temperatura i pH.

Temperatura - wpływa na szybkość reakcji katalizowanych enzymatycznie w dwojaki sposób. Po pierwsze wzrost temperatury zwiększa energię termiczną cząsteczek substratu. To powoduje zwiększenie proporcji cząsteczek substratu mających dostateczną ilość energii, aby przekroczyć ∆G++ energię aktywacji, a przez to zwiększa szybkość reakcji (energia aktywacji równa jest różnicy w energii swobodnej między stanem przejściowym, a substratem). Równocześnie jednak w wyższych temperaturach ujawnia się drugi efekt; wzrastająca energia termiczna cząsteczek, które tworzą strukturę samego białka enzymatycznego, zwiększa szansę zerwania licznych słabych wiązań niekowalencyjnych (wiązania wodorowe, siły van der Wasala itd.) utrzymujących trójwymiarową strukturę enzymu. W końcowym efekcie będzie to prowadzić do denaturacji (rozfałdowania) enzymu, a nawet małe zmiany trójwymiarowego kształtu enzymu mogą zmienić strukturę miejsca aktywnego i doprowadzić do spadku aktywności katalitycznej. Ostateczny wpływ podwyższenia temperatury na szybkość reakcji enzymatycznej jest wynikiem równowagi między tymi dwoma przeciwnymi działaniami. Dlatego też wykres zależności V_o od temperatury będzie miał kształt krzywej o wyraźnie zaznaczonym optimum termicznym. Dla wielu enzymów ssaków przypada ono na około 37°C, ale istnieją organizmy, których enzymy zaadoptowały się do działania w temperaturach zarówno znacznie wyższych, jak i niższych.

pH - każdy enzym ma optymalne pH działania, w którym szybkość katalizowanej przez niego reakcji jest maksymalna. Małe odchylenia pH od wartości optymalnej powodują spadek aktywności, wywołany zmianami jonizacji grup w aktywnym miejscu enzymu. Większe odchylenia pH prowadzą do denaturacji samego białka enzymatycznego w wyniku zakłócania licznych słabych oddziaływań niekowalencyjnych, utrzymujących trójwymiarową strukturę białka. Wykres V_o jako funkcji pH daje zazwyczaj krzywą o kształcie dzwonu. Wiele enzymów wykazuje optimum aktywności w pobliżu pH 6,8, ale ogólnie istnieje duże zróżnicowanie optimum pH enzymów, wywołane różnicami środowiska, w którym enzymom przyszło działać. Na przykład enzym trawienny pepsyna jest przystosowany do działania w kwaśnym pH żołądka

(około pH 2,0).

3. Co to jest allosteria? Podaj przykład enzymu allosterycznego i wymień jego efektory.

Allosteria - zmiana konformacji łańcuchów polipeptydowych dużych cząsteczek białka pod wpływem przyłączenia małej cząsteczki substratu.

Oprócz enzymów z jednym centrum aktywnym mamy także enzymy allosteryczne. Są to związki mające więcej niż jedno miejsce aktywne, które to miejsca kooperatywnie wiążą cząsteczki substratu, dzięki czemu związanie substratu w jednym miejscu aktywnym indukuje w enzymie zmianę konformacyjną, zmieniającą powinowactwo do substratu w innych miejscach aktywnych. Ten typ enzymów może występować w formie białka  złożonego z wielu podjednostek, z których każda ma miejsce aktywne. Poza tym enzymy allosteryczne mogą być kontrolowane przez cząsteczki efektorowe (aktywatory i inhibitory), które wiążą się do innych miejsc niż miejsca aktywne i zmieniają szybkość aktywności enzymatycznej.

Regulacja allosteryczne (ATCazy)

Karbamoilotransferazy asparaginowej

4. Zymogeny

Zymogeny, proenzymy - nieaktywne formy enzymów, nieczynne prekursory enzymów, głównie proteolitycznych preteazy, ulegające aktywacji najczęściej z udziałem innego enzymu, w efekcie jedno- lub kilkustopniowej hydrolizy wiązań peptydowych; dotyczy to szczególnie enzymów trawiennych, pepsyny, trypsyny i chymotrypsyny oraz innych białek, np. insuliny i kolagenu; przedwczesna aktywacja proenzymów trawiennych powoduje ostre zapalenie trzustki.

5. Inhibicja

Istnieje wiele typów cząsteczek , które są zdolne do zakłócania aktywności danego enzymu. Każda cząsteczka działająca bezpośrednio na enzym w kierunku zmniejszenia jego aktywności katalitycznej jest określana jako inhibitor.

Pewne inhibitory enzymów są normalnymi metabolitami komórkowymi, które hamują dany enzym w ramach naturalnej metabolicznej kontroli  odpowiedniego szlaku. Inne inhibitory mogą być substancjami obcymi dla organizmu, takimi jak toksyny i leki, i w tym przypadku hamowanie enzymu może mieć działanie terapeutyczne , ale również letalne. 
Rozróżnia się dwa główne typu inhibicji : 
  - nieodwracalną
  - odwracalną 
            Inhibicję odwracalną można podzielić na:

1. Kompetycyjną 

2. Niekompetycyjną

Inhibicja nieodwracalna polega na wiązaniu się inhibitora i enzymu w sposób trwały , nieodwracalny, często tworząc wiązania kowalencyjne z resztami aminokwasów, znajdującymi się w miejscu aktywnym lub jego pobliżu i w ten sposób inaktywują enzym na stałe. W wiązaniu tym biorą udział reszty Ser i Cys mające, odpowiednio, reaktywne grupy -OH i -SH . 

1. struktura i mechanizm działania DIPF (diizopropylofluorofosforanu)

2. struktura i mechanizm działania amidu kwasy jodooctowego.

Inhibitor kompetycyjny jest zazwyczaj strukturalnie podobny do normalnego substratu danego enzymu. Dzięki temu współzawodniczy z cząsteczkami o wiązanie się z miejscem aktywnym. Enzym może się wiązać albo z cząsteczkę substratu, albo cząsteczkę inhibitora, ale nie z obiema  jednocześnie. Inhibitor kompetycyjny wiąże się z miejscem aktywnym odwracalnie. 
Przy dużych stężeniach substratu działanie inhibitora kompetucyjnego zostaje przezwyciężone , ponieważ duże stężenie substratu  będzie z powodzeniem współzawodniczyć z cząsteczką inhibitora o wiązanie się w miejscu aktywnym. Nie nastąpi więc żadna zmiana w wartości V_max enzymu , ale w obecności inhibitora kompetycyjnego zmniejsza się powinowactwo enzymu do jego substratu i dlatego wratośc K_m wzrasta.

Inhibitor niekompetycyjny wiąże się odwracalnie w innym miejscu enzymu niż jego miejsce aktywne i powoduje zmianę przestrzennego kształtu enzymu, co prowadzi do zmniejszenia aktywności katalitycznej. Ponieważ inhibitor wiąże się w innym miejscu niż substrat, enzym może wiązać albo inhibitor, albo substrat równocześnie. 
Efektu inhibitora niekompetycyjnego nie można przezwyciężyć przez zwiększanie stężenia substratu i dlatego zmniejsza się wartość V_max . W inhibicji niekompetycyjnej powinowactwo enzymu do substratu pozostaje nie zmienione, a więc wartość K_m nie zmienia się .
Przykładem inhibicji niekompetycyjnej jest działanie pepstatyny na enzym reninę .

1. Inhibitor niekompetycyjny wiąże się w miejscu odmiennym od miejsca aktywnego,

2. Enzym może wiązać albo substrat, albo inhibitor niekompetycyjny, albo oba naraz,

3. Wykres kinetyki enzymu w układzie współrzędnych, które są odwrotnościami V i [S], ukazujący wpływ inhibitora niekompetycyjnego na wartość K_m oraz V_max.

Enzymy wykazują rozmaitą swoistość katalitycznego oddziaływania na substraty. Niektóre reagują tylko z jednym związkiem, inne są mniej swoiste i działają na określoną grupę związków; swoistość enzymu zależy od budowy substratu, który musi zawierać wiązanie ulegające atakowi danego enzymu oraz grupę funkcyjną (lub grupy funkcyjne) umożliwiającą odpowiednie połączenie się enzymu z substratem i zapoczątkowanie katalizowanej reakcji. 
Enzymy wykazują także swoistość przestrzenną: działają tylko na jeden z możliwych stereoizomerów i syntetyzują asymetrycznie (np. tylko L-aminokwasy czy tylko b-glikozydy).

---