ביוכימיה 3 מיכאליס מנטן

Question 1

הרוב המוחלט של האנזימים הם חלבונים:

Answer 1

קיימות גם מולקולות רנא מסוימות שמתפקדות כאנזימים , ואלו למעשה היו האנזימים הקדמונים שפעלו בתחילת החיים. אך כאמור מבחינה מספרית , רוב האנזימים הם חלבונים.

חלבונים אנזימטיים הם לרוב קומפלקסים גדולים וגלובולריים.

Question 2

מה קובע את תכונותיו של האתר הפעיל באנזים:

Answer 2

מסתבר שתכונות האתר הפעיל נקבעות לפי חומצות האמינו שנמצאות שם , שאלו הן שנותנות לו את מאפייניו הכימיים (מטען למשל) והפיזיקליים (גודל למשל).

בד”כ באתר הפעיל יש בין חומצה אמינית אחת לשלש שפועלות בו ומהוות את היחידה הפונקציונלית הקטליטית , אך לעיתים יתכן גם יותר. הסובסטרט נכנס לאתר הפעיל ונקשר לקבוצות ה R של חומצות אלו בקשרים חלשים ולא קוולנטיים.

Question 3

אנזימים רבים עובדים עם קו פקטורים:

Answer 3

קו-פקטור הוא כל קבוצה , שיכולה להיות חלבונית ויכולה להיות לא חלבונית , שפועלת ביחד עם האנזים.

קו אנזימים: הם מולקולות קטנות , חלבוניות או לא חלבוניות , שפועלות עם האנזים , אך נקשרות אליו באופן הפיך ולא נמצאות שם באורח קבע. למשל מגנזיום בחלק מהקינאזות

קבוצה פרוסטטית: קבוצה לא חלבונית בהכרח , שקשורה לחלבון באורח קבע ומהווה חלק בלתי נפרד ממנו. למשל קבוצת heme בהמופרוטאינים.

• האנזים עם הקו פקטור נקרא הולואנזים
• האנזים ללא הקו פקטור נקרא אפו אנזים

Question 4

אפו אנזים:

Answer 4

זהו האנזים ללא הקו פקטור שלו ,

חלק מהאנזימים ממשיכים לתפקד גם ללא הקו פקטור , כאפו אנזימים , רק שהפעילות שלהם יורדת.

Question 5

אנזימים הם חיוניים לקיום החיים:

Answer 5

כדי שאורגניזם יוכל להתקיים נחוצים בעבורו שני תהליכים:

• יכולת לשכפל את עצמו
• יכולת לזרז תהליכים וריאקציות כימיות

תפקיד האנזים הוא לגרום לריאקציה , שמראש הייתה אמורה להתרחש , לקרות בפרק זמן הרבה יותר קצר!! התפרקות סוכר למשל , ל CO2 ומים בנוכחות חמצן , הינה ריאקציה אקסרוגנית ומועדפת אנרגטית , אולם בשל אנרגיית אקטיבציה גבוהה מאד (יציבות קינטית) התגובה תתרחש בפרק זמן ארוך מכדי שאורגניזם חי יוכל לקצור ממנה אנרגיה , ופה חשיבותו הרבה של האנזים , הוא מוריד את אנרגיית האקטיבציה , ומאפשר התרחשות התגובה בשניות , כך שגוף חי יוכל להניב אנרגיה , ובעצם להמשיך לחיות.

Question 6

אנזים הוא זרז ביולוגי:

Answer 6

אם נשווה אנזים עם זרזים אחרים , זרזים סנטטיים או אורגניים כלשהם , נראה שלאנזים יש תכונות רבות שכמעט ולא קיימות בסוגי זרזים אחרים:

• לאנזים כח קטליטי רב שעולה על הכח הקטליטי של זרזים אחרים
• אנזימים הם מאד ספיציפיים (סטריאו ספיציפיים)
• מאיצים תגובות ביולוגיות ביעילות רבה מאד , פי 7 סדרי גודל , ואף יותר
• פועלים בסביבות מימיות תחת תנאי טמפ’ ו pH מתונים

למעט זרזים אחרים יש את התכונות האלה.

Question 7

סוגי אנזימים:
שקף 4 , טבלה 6-2

Answer 7

!!

Question 8

האנזים אוקסידו-רדוקטאז:
Oxidoreductase

Answer 8

משפחה של אנזימים הפועלים בתגובות חמצון-חיזור (אוקסידציה ורדוקציה) ועל כן השם.

במערכות ביולוגיות חלק גדול מתגובות החמצון חיזור מתרחשות דרך העברת מימנים או יון הידריד (אטום מימן עם שני אלקטרונים).

חברים במשפחה כוללים:

• דהידרוגנאזות
• אוקסידאזות
• ציטוכרומים

Question 9

טרנספראזות:
Transferases

Answer 9

אנזימים שיודעים להעביר קבוצה כימית ממולקולה אחת , למולקולה אחרת.

למשל קינאזות שמעבירים קבוצת פוספוריל מנוקליאוזיד טרי-פוספט למולקולה אחרת.

האם האנזים פוספורילאז הוא טרנספראז ?

Question 10

הידרולאזות:
Hydrolases

Answer 10

אנזימים שמפרקים קשרים קוולנטיים באמצעות מולקולת מים.

• פרוטאזות
• פפטידאזות (מפרק קשר פפטידי)
• גליקוזידאזות (מפרקים קשרים גליקוזידיים בין סוכרים)
• פוספטאזות (מנתקים קבוצת פוספוריל ממולקולה)
• ליפאז (מפרק טריגליצרידים)

Question 11

מה עושים אנזימים ממשפחת הליאזות?
Lyases

Answer 11

מארגנים קשרי פחמן:

• פירוק קשרי C-C
• פירוק קשרי C-O
• מייצרים או מפרקים קשרים כפולים בין פחמנים
• מוסיפים קבוצות כימיות לקשרי פחמן

Question 12

איזומראז:
Isomerase

Answer 12

יוצר איזומר אחד מאיזור שני , כמו למשל יצירת אלדהיד מקטון.

איזומראזות אינם מוסיפים או מחסירים שום דבר מהמולקולה , אלא פשוט מעבירים קבוצות כימיות בתוך אותה מולקולה.

דוגמאות:
- רצמזות הם אנזימים המעבירים אננטיומר ממצב D/L לאננטיומר השני , ליצירת תערובת רצמית.
- מוטאזות מעבירים קבוצות כימיות מפחמן אחד לפחמן שני בתוך אותה מולקולה.

Question 13

ליגאזות:
Ligase

Answer 13

מחבר בין שתי מולקולות בריאקציית דחיסה.

הריאקציה של הליגאז דורשת מקור אנרגיה:

• אם האנרגיה הזו מתקבלת מנוקליאוזיד טרי-פוספט כגון אטפ , האנזים יקרא סינטאז synthetase
• אם האנרגיה הזו מסופקת ממקור אחר כגון שבירת קשר תיו אסתרי או גרדיינט פרוטונים , האנזים יקרא סנטאז synthase

Question 14

האתר הפעיל של האנזים לעומת הסביבה הפזיולוגית בגוף:

Answer 14

ריאקציות מועדפות תרמודינמית יתרחשו בנוכחות אנזים ובהעדרו.

אולם הסביבה הפזיולוגית בגוף שלנו הינה סביבה מתונה מאד מבחינת טמפ’ , לחץ , pH וכו’… ואינה מספיקה כדי לדחוף ריאקציות רבות להתרחש. כמו כן , בעת התרחשות ריאקציות ביוכימיות , נוצר צורון מעבר אנרגטי מאד שאינו יציב תרמודינמית , ולכן בפועל לא יכול להתקיים בתנאים הפיזיולוגיים. דבר אחרון , זה שלעיתים כדי ששתי מולקולות יתרכבו , הם צריכות להתנגש אחת בשניה בדיוק באוריינטציה הספיציפית הנחוצה לכך , דבר שהסתברותית קשה שיקרה. האנזים מספק פתרון לכל הבעיות האלה הודות לאתר הפעיל שלו:

• האנזים מספק דרך האתר הפעיל שלו סביבה ספיציפית שבתוכה הריאקציה יכולה להתרחש מהר
• האנזים יוצר באתר הפעיל שלו קשרים חלשים רבים עם צורון המעבר ומייצב אותו
• האנזים מפנה ומכוון את המולקולות לאוריינטציה הנכונה כדי שיוכלו להתרכב

בחלק מהאנזימים , האנזים ממש עוטף את הסובסטרט ועושה לו sequestering מהסביבה

ניתן , בהעדר אנזים , להעלות את קצב הריאקציה ע”י העלאת הטמפרטורה או הלחץ במערכת , אולם זה דבר שאינו מתאפשר במערכת פיזיולוגית שחייבת להתקיים בטווח ערכים מסוים וצר , ולכן נחיצות האנזימים.

Question 15

משוואת הריאקציה האנזימטית:

Answer 15

E+S = ES = EP = E + P

לפי זה ניתן לראות שריאקציות אנזימטיות יכולות להגיע לשיווי משקל , כלומר אותו אנזים יכול לזרז ריאקציה אחת , ואת הריאקציה ההופכית שלה בכיוון השני. האנזים אינו משפיע על שיווי המשקל , אלא פשוט גורם לריאקציה להגיע אליו מהר יותר , על ידי זה שהוא מעלה את קצב הריאקציה , בכך שהוא מוריד את אנרגיית האקטיבציה (הנחוצה כדי להתגבר על המחסום האנרגטי).

Question 16

מצב הבסיס של ריאקציה:
Ground state

Answer 16

נקודת המוצא של הריאקציה , בין אם היא הולכת קדימה או אחורה. בגרף בעצם מדובר במגיב או בתוצר.

ה ground state מתאר את התרומה האנרגטית של אחד הצורונים האלה (מגיב או תוצר) לאנרגיה החופשית של המערכת , במכלול של תנאים נתונים.

שקף 10

Question 17

ריאקציות בעלות דלתא ג׳י שלילי אפקטבלי הם בלתי הפיכות:

Answer 17

כל ריאקציה בתיאוריה יכולה להגיע לשיווי משקל , כלומר להתרחש בשני הכיוונים , אך אם נתבונן בגרף (שקף 10) נראה שהריאקציה בכיוון הנתון מייצרת תוצר בעל אנרגיה חופשית נמוכה יותר מהמגיב , כלומר זוהי ריאקציה אקסורגנית שפולטת אנרגיה חופשית לסביבה. כל ריאקציה , גם אם היא אקסורגנית , דורשת השקעת אנרגית אקטיבציה , ולכן אם נסתכל על אותה ריאקציה מהכיוון השני , נראה שההשקעה האנרגטית (אקטיבציה) הנחוצה כדי שהריאקציה תתקדם מהתוצר למגיב הינה עצומה , ולכן בפועל הריאקציה תתרחש רק בכיוון אחד.

עכשיו , אנרגיית אקטיבציה הינה מונח קינטי , אנרגיה חופשית הינה מונח תרמודינמי , ולכן גם אם בתאוריה התגובה יכולה ללכת אחורה , קינטית זה לא יתאפשר כי נדרשת אנרגיית אקטיבציה מטורפת.

שקף 10

Question 18

צורון מעבר (מצב מעבר):

Answer 18

מצב המעבר הינו ישות תיאורטית שלא ניתן לבודד אותה!! הוא אינו שלב ביניים בריאקציה אנזימטית כגון ES או EP. כמו כן , אנרגיית האקטיבציה שיש להשקיע כדי להגיע אליו היא גם כן תאורטית.

בגרף של “תהליך הריאקציה” רואים “גבעה” , גבעה זו מתארת מצב אנרגטי גבוה שבו “שוכן” מצב המעבר , שמתאר את יצירת האוריינטציה הנכונה ויישור הקבוצות המגיבות אחת כלפי השניה , יצירת מטענים זמניים בלתי יציבים , שבירת קשרים ויצירת קשרים חדשים.

אנזימים מייצבים את צורון המעבר , ועל כן מורידים את הגבעה , ובכך מעלים את קצב הריאקציה.

ממצב המעבר יש שתי אופציות , שיכולות להתקיים בסבירות שווה:
- או “שניפול” חזרה למגיבים
- או “שניפול” לתוצרים

כי גם המגיב וגם התוצר הם פחות אנרגטיים ממצב המעבר.

Question 19

כיצד אנזימים פועלים ?

Answer 19

באתר הפעיל שלהם מייצרים סביבה עבור מצב המעבר שמייצבת אותו דרך יצירת המון קשרים חלשים , ברגע שזה יוצב נדרשת פחות אנרגיית אקטיבציה כדי להגיע אליו (להתגבר על המחסום האנרגטי) , ובכך קצב הריאקציה עולה.

Question 20

משוואת הריאקציה האנזימטית:
E+S = ES = EP = E + P

Answer 20

באה להמחיש את העיקרון כי “כל אנזים שמזרז את התגובה קדימה יזרז גם את התגובה ההפוכה”.

האנזים אינו משפיע על כיוון הריאקציה , או על שיווי המשקל , והוא אינו משתנה במהלך הריאקציה.

Question 21

מודל מפתח ומנעול לעומת התאמה מושרית:

Answer 21

מודל המפתח והמנעול מציע כי האתר הפעיל של האנזים מתאים באופן מושלם לסובסטרט , תאוריה זו שגויה כי במידה ואכן זה המצב , האנזים היה מייצב את הסובסטרט עד כדי שכך שזה יהיה כמעט בלתי אפשרי שהריאקציה תתקדם לכיוון התוצרים , כי הסובסטרט הוא עד כדי כך יציב “שאין לו אינטרס” להשתנות , ועל כן אנרגיית האקטיבציה שהייתה דרושה לשם הריאקציה הייתה גבוהה מאאאאאאאד.

האתר הפעיל של האנזים מייצב את הסובסטרט דרך יצירת קשרים חלשים רבים איתו , **היווצרות קשרים רבים אלה גורמת לפליטת אנרגיה רבה , שנקראת binding energy ומייצבת את הסובסטרט , עד כדי כך שהסובסטרט , כחלק מקומפלקס ES נהיה יותר יציב ממצב ה ground state ההתחלתי שלו , כלומר האנרגיה החופשית שלו יותר נמוכה מזו של ה ground state , כך שלריאקציה יהיה אפילו עוד יותר קשה להתרחש.

שקף16: רואים שמצב הביניים ES הרבה יותר יציב מה S לבד , ובעל אנרגיה חופשית נמוכה יותר.

בפועל , האנזים קושר הכי טוב את מצב המעבר ומייצב אותו דווקא ולא את הסובסטרט , ע”י ייצוב מצב המעבר אנרגיית האקטיבציה הדרושה להתרחשות הריאקציה יורדת. אין זה אומר שבין האנזים לסובסטרט לא נוצרים קשרים מייצבים כלל , כי בכל זאת יש בינהם אפיניות והתאמה מסוימת.

Question 22

עד כמה הסובסטרט מתאים לאתר הפעיל של האנזים ?

Answer 22

הסובסטרט חייב להתאים במידה מסוימת לאנזים אך לא באופן מושלם , וזאת כי מצד אחד התאמה מסוימת נחוצה כדי שהם יקשרו ותהיה בינהם אפיניות , מצד שני חוסר התאמה מושלם גורם לסובסטרט “לשאוף” להגיע למצב המעבר , שאליו דווקא האתר הפעיל של האנזים מתאים הכי טוב , וזה דוחף את הריאקציה קדימה.

שקף 18

Question 23

בריאקציה אחת יכולות להיות כמה אנרגיות אקטיבציה:

Answer 23

בגב של עמוד 9 מובא גרף שמתאר את מהלך הריאקציה , רואים שבמהלכה נוצרים כמה צורוני ביניים , בעצם ES ו- EP , כאשר המעבר בין הצורונים דורש אנרגיית אקטיבציה , ועל כן נראה כמה פיקים.

Question 24

קנטיקה של אנזימים:

Answer 24

בחקר הקנטיקה של האנזימים , ריכוז הסובסטרט הוא הגורם המרכזי המשפיע על קצב הריאקציות המזורזות ע”י אנזימים.

אי לכך , בעיה שעלולה לצוץ היא שריכוז הסובסטרט , ככל שהריאקציה מתקדמת , הולך ויורד כי הוא הופך לתוצר , אז כיצד פותרים את הבעיה הזאת? שני אופנים:

• לוקחים ריכוז סובסטרט הרבה יותר גדול מריכוז האנזים ( בכ 6 סדרי גודל יותר) , כך שעד כמה סובסטרט הופך לתוצר , מבחינה כמותית מספר מולקולות הסובסטרט נשאר גבוה.
• מודדים רק את נקודת תחילת הריאקציה , או מהירות התחלתית: בעצם את הדקה הראשונה של הריאקציה (או אפילו קצת פחות) , ואכן נמצא שמספר מולקולות הסובסטרט שהופך לתוצר בפרק זמן זה הוא זניח למדי , ואין לו השפעה ממשית על קצב הריאקציה.

נמצא שבתחילית הריאקציה במהירות V0 , השינויים בריכוזי הסובסטרט הם קבועים , כאשר ריכוז האנזים נותר קבוע.

Question 25

שקף 20: גרף שמתאר את המהירות ההתחלתית:

Answer 25

אמנם זה מוצג בגרף , אך בפועל את הניסוי ערכו עם ריכוז סובסטרט שונה בכל פעם , ולא שהעלו את הריכוז באופן הדרגתי , וכך נמצא: 1) אם מכניסים למערכת סובסטרט בריכוזים נמוכים (קרוב לראשית): נמצא שקיים קשר לינארי בין ריכוז הסובסטרט ל V0 2) אם מכניסים למערכת ריכוזי סובסטרט מעט גבוהים (אמצע הגרף): נמצא שאין קשר לינארי בין ריכוז הסובסטרט ל V0 , והעליה במהירות ההתחלתית כנגד העליה בריכוזי הסובסטרט תהיה מתונה יחסית. 3) אם מכניסים למערכת ריכוזי סובסטרט גבוהים (הפלאטו): נמצא שהמהירות ההתחלתית אינה מושפעת מריכוז הסובסטרט , וגם אם נעלה את ריכוז הסובסטרט יותר , המהירות לא תשתנה , פה ניתן להגיד שמהירות הריאקציה ההתחלתית V0 קרובה למהירות המקסימלית של הריאקציה Vmax

Question 26

קבועי קצב בריאקציה אנזימטית:

Answer 26

E+S = ES = E+P השלב האיטי ביותר בריאקציה אנזימטית הוא השלב שבו הקומפלקס ES מתפרק לאנזים חופשי ותוצר, זהו אם כך השלב קובע המהירות. לשלב זה קבעו קבוע קצב שנקרא k2. אם k2 הוא קבוע הקצב של השלב האיטי ביותר , השלב **קובע המהירות** , והסובסטרט של k2 הוא הקומפלקס ES , ואמרנו שריכוז הסובסטרט של ריאקציה הוא זה שקובע את V0 , אז מכאן ניתן להבין שהקצב **הכולל** של הריאקציה כולה הינו פרופורציונלי לריכוז המגיב של k2 , הלא הוא הקומפלקס ES , מכאן: **V0 = k2*[ES]** בכל רגע נתון במהלך ריאקציה אנזימטית כלשהי , האנזים מתקיים בשני אופנים , אנזים חופשי שאינו קושר סובסטרט (E) , וכחלק מקומפלקס אנזים-סובסטרט (ES). בריכוזי סובסטרט נמוכים , **רוב האנזים יתקיים בצורתו החופשית E** , אי לכך קצב הריאקציה פרופורציונלי לריכוז הסובסטרט , כי ככל שריכוז הסובסטרט עולה , נוצר יותר קומפלקס ES , וכך V0 יעלה לפי V0 = k2*[ES]. בריכוזי סובסטרט נמוכים , יש הרבה אנזים פנוי במערכת , ולכן הוא אינו מהווה גורם מגביל , ועל כן אינו משפיע על V0.

Question 27

Vmax:

Answer 27

סך כל האנזימים במערכת בכל זמן נתון נמצאים בשני מצבים , E ו- ES , שניתן להגדיר אותם ביחד כ Et. בריכוזי סובסטרט גבוהים אמרנו שהמהירות ההתחלתית של הריאקציה V0 , היא גם המהירות המקסימלית שלה Vmax , בריכוזי סובסטרט גבוהים נמצא גם כן **שכל האנזימים במערכת יהיו במצב ES , כלומר קשורים לסובסטרט** , כך שמתקיים Et=Es מכאן , שאם ריכוז הסובסטרט במערכת יהיה גבוה , והמהירות בזמן אפס , אי לכך , היא למעשה המהירות המקסימלית V0=Vmax, ומתקבל ש Et=Es כלומר כל האנזימים כבר קושרים סובסטרט , אז עליה בריכוז הסובסטרט לא תשפיע על מהירות הריאקציה , כי לא משנה כמה סובסטרט אני מוסיף , אין אנזים שיפעל עליו , מפה מתקבל: **Vmax=k2*[ET]** כלומר ש Vmax פרופורציונלי , בריכוזי סובסטרט גבוהים , לריכוז האנזים , ואם אעלה את ריכוז האנזים , אז Vmax יעלה.

Question 28

מודל מיכאליס מנטן:

Answer 28

**המודל אינו מתייחס לאנזימים מטבוליים**, ובתוך כך כל הבקרות והמעכבים שנדון בהם במסגרת המודל אינם קשורים לאנזימים מטבוליים. המודל לוקח את משוואת הריאקציה האנזימטית E+S = ES = E+P וטוען שכעבור 60 שניות , בזמן המהירות ההתחלתית , לא נוצר מספיק תוצר כדי שהריאקציה תלך לכיוון ההופכי ולכן הריאקציה לפי המודל היא **E+S = ES -> E+P**

Question 29

הנחות יסוד במודל מיכאליס מנטן:

Answer 29

- קבוע הקצב k2 מייצג שלב קובע מהירות , בעצם התפרקות ES לכדי E + P - מזניחים את קבוע הקצב k-2 שמסמל את חזרת E +P לכדי ES - [S]>>[E] - ריכוז הסובסטרט והאנזים הם מסדר ראשון - משך כל הריאקציה הוא 60 שניות - ריכוז הקומפלקס ES נשאר קבוע (קצב היצירה שלו שווה לקצב התפרקותו)

Question 30

Steady state:

Answer 30

בריאקציה אנזימטית קיים מצב שבו האנזים מעורבב לראשונה עם **עודף גדול של סובסטרט** , כך שקיימת תקופה ראשונית אשר במהלכה מצטבר הקומפלקס ES , תקופה זו נקראת pre steady state , והיא אורכת מיקרו שניות בודדות , ולכן קשה מאד למדוד אותה!! מהר מאד הריאקציה מתקדמת ממצב של pre steady state למצב של steady state שבו **ריכוז ה ES נשאר קבוע , וכן ריכוזם של צורוני ביניים נוספים (EP) נשארים קבועים**

Question 31

לפי מודל מיכאליס מנטן , כשהריאקציה מתרחשת במהירות התחלתית (V0) בזמן אפס , ריכוז התוצר הוא מאד נמוך: נכון / לא נכון ?

Answer 31

נכון , וזוהי הסיבה שבמהלך V0 ניתן להזניח את k-2

Question 32

ריאקציה שמתרחשת במהירות מקסימלית , לא יהיה ניתן למצוא סובסטרים חופשיים: נכון / לא נכון ?

Answer 32

לא נכון , ניתן למצוא סובסטרים חופשיים , כי ריכוז הסובסטרט הוא ממש ממש גבוה יחסית לאנזים , אך לא ניתן למצוא אנזימים פנויים. Et=Es

Question 33

קבוע מיכאליס Km

Answer 33

1) זהו **ריכוז הסובסטרט** שבו מהירות הריאקציה היא מחצית ממהירותה המקסימלית , כלומר Vmax/2 2) קבוע מיכאליס גם מבטא את ריכוז הסובסטרט שבו חצי מהאנזימים במערכת קושרים סובסטרט ES=ET/2 3) יחידותיו של Km הם יחידות של מולאר 4) קבוע מיכאליס אינו אינדיקטור לאפיניות בין אנזים לסובסטרט (ברוב המקרים) , אך מבטא את יציבות הקומפלקס ES 5) מבוטא על ידי המשוואה k2+k-1/k-2 (שקף 25)

Question 34

מה ההבדל בין קבוע מיכאליס Km לקבוע הדיסוציאציה Kd ?

Answer 34

למרות ששני הקבועים , מתמטית , מבוטאים דרך משוואת התפרקותו של הצורון חלקי התרכבותו , רק קבוע הדיסוציאציה Kd מהווה מדד לאפיניות , בעוד שקבוע מיכאליס אינו אינדיקטור לאפיניות , מלבד מקרים בודדים **ונדירים** שבהם k2 הוא כל כך נמוך שניתן להזניח אותו כמו למשל עקב תקלה באנזים שלא ממיר את הסובסטרט שקשר לתוצר , או אם הרצתי את הניסוי לזמן כל כך קצר (10 שניות ולא 60 ואז לא נוצר p בכלל) , ואז בכלל מתקבלת המשוואה **E+S=ES** שהיא כבר משוואה רגילה של חלבון וליגנד. **במצב זה יוצא ש Km=Kd**

Question 35

מתי קבוע מיכאליס יהיה שווה לקבוע הדיסוציאציה ?

Answer 35

כאשר קבוע הקצב k2 נמוך מאד , כך שניתן להזניח אותו , במצב זה משוואת הריאקציה האנזימטית נהיית יותר דומה למשוואת חלבון עם ליגנד. E+S=ES / P+L=PL

Question 36

מודל מיכאליס מנטן , ביטוי מתמטי של V0: Km>>[S]

Answer 36

בשקף 26 יש את המשוואה: 1) בריכוזי סובסטרט ממש ממש נמוכים כאשר Km>>[S] , כלומר באזור שקרוב לראשית הצירים מתקיים יחס ישר ולינארי בין המהירות ההתחלתית לריכוז הסובסטרט. מבחינה מתמטית , ניתן להזניח את [S] במכנה בגלל שהוא קטן , במצב כזה המשוואה הופכת להיות משוואה **לינארית** מסוג y=ax , כאשר Km ו- Vmax קבועים ומיוצגים ע”י a , כך שבפועל הפרופורציונליות היא y~x , כלומר המהירות ההתחלתית היא פרופורציונלית באופן ישר ולינארי לריכוז הסובסטרט: V0~[S]

Question 37

מודל מיכאליס מנטן , ביטוי מתמטי של V0: [S]>>Km

Answer 37

בשקף 26 יש את המשוואה: בריכוזי סובסטרט גבוהים בהרבה מ Km ניתן להזניח את Km , ואז מתקבל שהמהירות ההתחלתית של הריאקציה בזמן אפס היא המהירות המקסימלית , כלומר V0=Vmax

Question 38

מודל מיכאליס מנטן , ביטוי מתמטי של V0: Km=[S]

Answer 38

שקף 27 במצב כזה יתקבל ש V0=Vmax/2 , כך שכאשר Km=[S] המהירות ההתחלתית שתתקבל תהיה שווה לחצי מהמהירות המקסימלית , וזה מסתדר עם ההגדרה של Km: שזהו ריכוז הסובסטרט שבו V0=Vmax/2 , או במילים אחרות זהו ריכוז הסובסטרט שבו חצי מהאנזימים קושרים סובסטרט: Et/2 = ES

Question 39

על מה מייעדים ערכים של Km ?

Answer 39

**ערכים נמוכים של Km:** מעידים על כך שנדרש ריכוז נמוך של סובסטרט כדי שהמהירות ההתחלתית של הריאקציה תהיה כבר ב Vmax/2. זה אומר שמחצית האנזימים (Et/2) נמצאים במצב ES , **אך לזכור ש Km הוא אינו מדד לאפיניות** , אלא שפשוט ערכים נמוכים שלו מעידים על יציבות גבוהה של הקומפלקס ES. **אפיניות גבוהה בין האנזים לסובסטרט תתבטא בערך Kd נמוך**. **ערכים גבוהים של Km:** מלמדים שנדרש ריכוז גבוהה של סובסטרט כדי שהריאקציה תצא לפועל במהירות התחלתית ששווה למחצית מהמהירות המקסימלית. זאת אומרת שהקומפלקס ES הוא פחות יציב ונוטה להתפרק , ולכן נדרש ריכוז גבוה של סובסטרט כדי שבכל פעם שהסובסטרט משתחרר מהאנזים , יבוא סובסטרט אחר ויקשר במקומו. אפיניות נמוכה בין האנזים והסובסטרט תתבטא בערכי Kd גבוהים P + L = PL ומכאן ניתן לראות איך Kd הוא ביטוי של אפיניות

Question 40

מה משפיע על הערכים של Km ?

Answer 40

הערך של Km מושפע מה: pH טמפרטורה חוזק יוני אופי הסובסטרט

Question 41

מה מבטא הביטוי K0.5

Answer 41

מצב שבו מחצית מהחלבונים (למשל רצפטורים) קושרים ליגנד. לזכור שבמשוואה P + L = PL ה Kd מבטא אפיניות.

Question 42

משוואת לינוויבר-בורק:

Answer 42

ביטוי לינארי של משוואת מיכאליס מנטן , שמתאר את מהירות הריאקציה ההתחלתית כתלות בריכוז הסובסטרט (שקף 30). לשים לב לצירים , לנקודות החיתוך עם הצירים ולשיפוע. כלל אצבע: ככל שמתקרבים לראשית הצירים , ערך Vmax (ציר y) גדל , וכל שמתרחיקים מהראשית הוא קטן. וכך גם לגבי הערך של Km (ציר x) , ככל שנעים הרחק מהראשית הוא קטן וככל שמתקרבים הוא גדל. **במערכת לינוויבר-בורק נקודת ראשית הצירים היא הערך הכי גבוה**. ככל שנקודת החיתוך של הגרף עם ציר x קרובה יותר לראשית , כלומר ערך Km גדול יותר , זה אומר שהקומפלקס ES יציב פחות (ולכן נדרש ריכוז סובסטרט גבוה יותר)

Question 43

מעכבים אנזימטיים במודל מיכאליס מנטן:

Answer 43

אנחנו מחלקים את סוגי המעכבים לשניים: **מעכבים בלתי הפיכים**: אלו מעכבים שבסוף האינטראקציה שלהם עם האנזים הוא מושבת לחלוטין. כאלה למשל שקושרים את האנזים בקשר קוולנטי , או למשל פרוטאזות שחותכות את האנזים ומשביתות אותו. **מעכבים הפיכים**: כאלה שקושרים את האנזים בצורה הפיכה ,ומתנתקים ממנו. בסוף האינטראקציה , כעבור מספיק זמן , האנזים יוכל לחזור לעבוד.

Question 44

מעכבים הפיכים:

Answer 44

כאמור אלה מעכבים שקושרים את האנזים באופן הפיך , קיימים 4 סוגים: - תחרותי - בלתי תחרותי UN - לא תחרותי non - משולב mixed

Question 45

מעכב תחרותי:

Answer 45

מעכב תחרותי דומה במבנהו לסובסטרט , ועל כן מתחרה עמו על קישור לאתר הפעיל של האנזים , אי לכך , כדי שיקשר דווקא הסובסטרט לאנזים ולא המעכב נדרש יותר סובסטרט , כי זה עניין הסתברותי , מכאן , שמעכב תחרותי מעלה את Km , כי נדרש עכשיו יותר סובסטרט כדי להגיע ל Vmax , אולם ברגע שמספיק סובסטרטים קשרו את האנזים , חרף נוכחות המעכב , כך שכעת Et=ES **מהירות הריאקציה המקסימלית לא תושפע** , ולכן מעכב תחרותי אינו משפיע על Vmax. בנוכחות מעכב תחרותי נוצרים פחות קומפלקסים של ES כי חלק מהאנזימים החופשיים יוצרים קומפלקס EI עיכוב תחרותי מגדיל את Km בפקטור אלפא , כאשר אלפא הוא פקטור העיכוב. שקף 33 + 34

Question 46

עיכוב בלתי תחרותי: Uncompetitive

Answer 46

מעכב בלתי תחרותי ידע להקשר לאנזים , ולעכב אותו , **רק לאחר שהאנזים קשר את הסובסטרט**. זאת אומרת שמעכב תחרותי אינו קושר אנזימים חופשיים , אלא רק תצמיד ES. אז מה אנחנו יודעים על מעכב בלתי תחרותי? - הפיך - אינו קושר את האתר הפעיל - אינו דומה מבנית לסובסטרט **מעכב בלתי תחרותי מוריד את Vmax , מדוע ?** ככל שנעלה את ריכוז הסובסטרט , בעצם נגביר את אפקט העיכוב כי מלכתחילה המעכב קושר קומפלקס ES , כך שבהעלאת ריכוזי סובסטרט אנחנו פשוט מייצרים יותר אפשרויות למעכב לפעול. נמצא שמעכב בלתי הפיך גם כן מוריד את Km , באותו פקטור שהוא מוריד את Vmax. **בסוג עיכוב זה נראה שכל הגרפים במערכת לינוובר-בורק יהיו מקבילים.**

Question 47

במעכב בלתי תחרותי un נדרש יותר / פחות סובסטרט כדי להגיע ל Vmax ?

Answer 47

פחות , ולכן נראה שסוג זה של עיכוב מוריד את Km. הסיבה לכך היא שהמעכב גם מוריד את ערך Vmax עצמו ולכן נדרש פחות סובסטרט שני הפרמטרים , Km ו- Vmax יורדים באותו פקטור , בעצם אלפא תג

Question 48

לשים לב בגרפים של מיכאליס מנטן שנקודת המוצא של כל הגרפים , עם מעכב או בלי מעכב , היא מנקודת הראשית !!

Answer 48

!!

Question 49

מעכב משולב: Mixed

Answer 49

מעכב משולב: - משלב תכונות של מעכב תחרותי ושל מעכב בלתי תחרותי - נקשר גם ל E חופשי וגם לתצמיד ES **הוא אינו נקשר לאתר הפעיל של האנזים** , למרות שהוא חולק תכונות משותפות עם המעכב התחרותי. מעכב משולב , מוריד Vmax ומשפיע על Km באופנים שונים , הוא יכול להעלות אותו (אם מתנהג כמעכב תחרותי) , ויכול להוריד אותו (אם מתנהג כמעכב בלתי תחרותי un). במידה ופועל כמעכב בלתי , נראה שהוא מוריד Vmax ו- km באותו פקטור , בעצם אלפא תג

Question 50

מעכב לא תחרותי: non

Answer 50

זהו מקרה מיוחד של מעכב משולב mixed שבו למעכב אפיניות זהה , או נטיה שווה , לקשור הן את האנזים החופשי E והן את התצמיד ES. אי לכך יוצא שמעכב לא תחרותי מסוג non לא משנה את km ולא משפיע עליו , אך הוא מוריד את Vmax

Question 51

מעכב לא הפיך:

Answer 51

פועל על האנזים באופן שהורס או משבית אותו. אם נסתכל על המשוואה Vmax=K2*[Et] אז נוכל לראות שהואיל והמעכב הורס חלק מהאנזימים , אז כמות האנזימים הכללית במערכת יורדת , ולכן גם Vmax ירד. לעומת זאת המעכב אינו משפיע על ה Km , מדוע ? הפרמטר Km מתאר תכונה אנטרנזית של האנזים החופשי E ואת יכולתו ליצר תצמיד ES יציב עם הסובסטרט. פר אנזים , תכונה זו לא משתנה גם בנוכחות המעכב , ולכן ה Km לא משתנה.