ایگاه فعال نام دارد ودر مورد اتصال آنزیم به سوبسترا الگوهایی ارائه شدهاند که مدل کوشلند11 که الگوی القایی نام دارد و حالت دست در دستکش را دارد، نشان میدهد. بطوری که محل اتصال حالت انعطافپذیری دارد ]23-25 [.
شکل 1-3- الگوی القایی مدل کوشلند- حالت دست دردستکش
1-5-4- سینتیک واکنش آنزیمی:
اصول کلی سینتیک واکنشهای آنزیمی مشابه سینتیک واکنشهای شیمیایی است با این تفاوت که در آنزیمها پدیده سیرشدگی آنزیم توسط ماده اولیه مشاهده میشود، در حالی که این پدیده در واکنشهای غیرآنزیمی دیده نشده است. پدیده سیرشدگی آنزیم توسط ماده اولیه در تمام آنزیمها صادق است. یعنی جهت دستیابی به سرعت بیشینه واکنش، باید آنزیم به حالت سیر شده از ماده اولیه موجود باشد. سرعت واکنش آنزیمی تحت تأثیر بسیاری عوامل فیزیکی و شیمیایی واقع می شود که به ترتیب مدنظر قرار میگیرند.
برای اولین بار مدل ریاضی سینتیک واکنش آنزیمی در سال 1902 میلادی توسط هنری12 ارائه شد و در سال 1913 میکائلیس13 و منتن14 یک نظریه کلی راجع به سینتیک آنزیمی بیان کردند، اکثر واکنشهای آنزیمی ساده با سینتیک میکائیلس- منتن یا سینتیک اشباع بررسی میشوند. یک محلول آنزیمی تعداد ثابتی موضع فعال جهت پیوند با سوبسترا دارد. در غلظتهای بالا از سوبسترا، تمام این مواضع فعال توسط سوبسترا اشغال شده و در واقع آنزیم اشباع میگردد. سینتیک اشباع از یک طرح ساده واکنش به دست میآید که شامل یک مرحله برگشت پذیر جهت تشکیل حالت واسطه و یک مرحله برگشت ناپذیر جهت تجزیه حالت واسطه میباشد]26 [.
1-2- واکنش ساده آنزیمی مدل میکائیلیس- منتن
1-5-5-عوامل موثر برسرعت و فعالیت آنزیمها:
سرعت واکنش آنزیمی تحت تأثیر عواملی مانند غلظت ماده اولیه، غلظت آنزیم، pH، دما، وجود فعالساز و مهارکننده، ثابت دی الکتریک و قدرت یونی حلال واقع می شود. جهت تعیین اثر هر یک از عوامل ذکر شده بر روی خصوصیت آنزیم لازم است بقیه عوامل ثابت نگهداشته شوند.
1-5-5-1-اثر غلظت ماده اولیه برسرعت واکنش آنزیمی:
جهت بررسی اثر غلظت ماده اولیه برسرعت واکنش آنزیمی، لازم است کلیه پارامترها از جمله غلظت آنزیم را ثابت نگهداشته و تنها غلظت ماده اولیه تغییر کند.
سرعت واکنش آنزیمی برحسب غلظت ماده اولیه طبق شکل زیرتغییر میکند.
شکل 1-4- اثر غلظت ماده اولیه بر سرعت واکنش آنزیمی
طبق فرضیات هانری و براون در سال 1902، اگر غلظت ماده اولیه پایین باشد، تمام مولکولهای آنزیم با ماده اولیه ترکیب نمیشود. در حالت غلظت بالای ماده اولیه، مقدار بیشتری از آنزیم با ماده اولیه ترکیب میشود و بالاخره در غلظت بالاتر تمام آنزیم با ماده اولیه ترکیب میشود .
شکل 1-5- صورت اجمالی اثر غلظت ماده اولیه بر مقدار کمپلکس آنزیم- ماده اولیه تشکیل شده
در صورتی که تمام آنزیم با ماده اولیه ترکیب شود و آنزیم توسط ماده اولیه به حالت سیرشده درآید، افزایش بیشتر غلظت ماده اولیه، منجر به افزایش سرعت واکنش نمی شود و سرعت واکنش در این حالت سرعت پیشینه نامیده می شود.
1-5-6- معادله میکائیلیس- منتن:
اولین مدل ریاضی در مورد سرعت واکنش آنزیمی توسط میکائیلیس و منتن در 1913 براساس نظریه هانری و براون ارائه شد . طبق نظریه میکائیلیس و منتن در روابط زیر، E، آنزیم یا S، ماده اولیه و ES مجموعه آنزیم ـ ماده اولیه هستند. در شکل زیر منحنی فرضی واکنش آنزیمی دیده می شود.
شکل 1-6- منحنی فرضی واکنش آنزیمی ـ در حالت (الف) و (ب) واکنش برگشت ناپذیر است.
در حالت (الف)، غلظت آنزیم و ماده اولیه با هم برابرند. در حالت (ب)، غلظت ماده اولیه بیشتر از غلظت آنزیم است.
همانطور که در واکنش 1-2 مشخص است، سرعت تولید محصول به صورت زیر است:
1-3
سرعت کلی تولید حالت واسطه تفاضل سرعت واکنشهای تولید و مصرف این ماده میباشد:
1-4
ثابت میماند :
1-5
غلظت کل آنزیم برابر مجموع غلظتهای آنزیم آزاد و آنزیم متصل به سوبسترا میباشد:
1-6
با ترکیب روابط (1-4) و (1-6) عبارت زیر به دست میآید:
1-7
ثابت میکائیلیس (KM) ، به صورت زیر تعریف میشود:
1-8
در منحنی اشباع آنزیمی، Vm از نقاط سرعت های بهدست آمده در غلظت های بالای سوبسترا حاصل میشود. این نقاط در امتداد یک خط افقی قرار گرفته اند که محور V را در محل V=Vm قطع میکند.حال اگر نصف مقدار فوق یا 1/2Vm روی محور مشخص شده و از آن خطی به موازات محور V رسم گردد، محل تقاطع خط با منحنی معرف مقدار سوبسترایی است که مقدار عددی آن مساوی Km میباشد. به عبارتی میتوان گفت Km معادل مقدار سوبسترایی است که نصف سرعت ماکزیمم را ایجاد نماید. این ارتباط از طریق معادله میکائیلیس- منتن نیز حاصل میشود. زیرا چنانچه به جای S در معادله، Km جایگزین شود مقدار V=1/2Vm به دست میآید.
شکل 1-7- منحنی اشباع آنزیمی