एंजाइम उत्प्रेरक क्रियाविधि

एंजाइम उत्प्रेरक क्रियाविधियाँ वे आणविक रणनीतियाँ हैं जिनके द्वारा सक्रिय स्थल रासायनिक अभिक्रियाओं को गति देते हैं, अक्सर कई परिमाण के क्रमों से। इन रणनीतियों में अम्ल-क्षार उत्प्रेरण, सहसंयोजक उत्प्रेरण, धातु-आयन उत्प्रेरण, अभिकारकों का सन्निकटन, और सक्रिय स्थल का इलेक्ट्रोस्टैटिक पूर्व-संगठन शामिल हैं। ये मिलकर समझाते हैं कि प्रोटीन सरल रासायनिक उत्प्रेरकों द्वारा बेजोड़ दर वृद्धि और विशिष्टता कैसे प्राप्त करते हैं।

Definition

एंजाइम उत्प्रेरक क्रियाविधियाँ रासायनिक और भौतिक रणनीतियों का संयोजन हैं जिनके द्वारा एक एंजाइम का सक्रिय स्थल एक विशिष्ट अभिक्रिया की सक्रियण बाधा को कम करता है, जिसमें सामान्य अम्ल-क्षार उत्प्रेरण, सहसंयोजक और धातु-आयन उत्प्रेरण, निकटता और अभिविन्यास प्रभाव, और आवेशित मध्यवर्ती और संक्रमण अवस्थाओं का इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण शामिल है।

Scope

यह विषय उन आवर्ती उत्प्रेरक रणनीतियों का सर्वेक्षण करता है जिनका एंजाइम उपयोग करते हैं, सक्रिय स्थल उन्हें तैनात करने के लिए कैसे व्यवस्थित होता है, और कैसे सब्सट्रेट बंधन और संरूपणात्मक परिवर्तन उत्प्रेरण में भाग लेते हैं। यह इन क्रियाविधियों को नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय संदर्भ जैव रसायन के रूप में मानता है।

Core questions

• सक्रिय स्थल अभिक्रियाओं को गति देने के लिए किन रासायनिक रणनीतियों का उपयोग करते हैं?
• उत्प्रेरक अवशेषों का स्थानिक संगठन दर वृद्धि में कैसे योगदान देता है?
• उत्प्रेरण में धातु आयन और सहकारक क्या भूमिका निभाते हैं?
• सब्सट्रेट बंधन और संरूपणात्मक परिवर्तन रसायन विज्ञान से कैसे जुड़ते हैं?

Key concepts

• अम्ल-क्षार उत्प्रेरण
• सहसंयोजक उत्प्रेरण
• धातु-आयन उत्प्रेरण
• निकटता और अभिविन्यास प्रभाव
• इलेक्ट्रोस्टैटिक उत्प्रेरण और सक्रिय-स्थल पूर्व-संगठन
• सहकारक और सहएंजाइम
• संरचनात्मक परिवर्तन और प्रेरित फिट

Key theories

इलेक्ट्रोस्टैटिक पूर्व-संगठन

एक प्रमुख मत यह है कि एंजाइम मुख्य रूप से एक पूर्व-संगठित ध्रुवीय वातावरण प्रदान करके अभिक्रियाओं को गति देते हैं जो संक्रमण अवस्था के आवेश वितरण को इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से स्थिर करता है, जिससे पुनर्गठन ऊर्जा कम हो जाती है जो अन्यथा आसपास के विलायक द्वारा लगाई जाती।

प्रेरित फिट

सब्सट्रेट बंधन एंजाइम में एक संरूपणात्मक परिवर्तन को प्रेरित करता है जो उत्प्रेरक समूहों को संरेखित करता है और पानी को बाहर करता है, विशिष्टता और प्रतिक्रियाशील समूहों की उत्पादक स्थिति को समझाने में मदद करता है।

Mechanisms

एंजाइम एक सटीक रूप से संगठित सक्रिय स्थल के भीतर कई रासायनिक रणनीतियों को जोड़ते हैं। सामान्य अम्ल-क्षार उत्प्रेरण संक्रमण अवस्था में प्रोटॉन दान करने या स्वीकार करने के लिए प्रोटीन साइड चेन का उपयोग करता है; सहसंयोजक उत्प्रेरण सब्सट्रेट के साथ एक क्षणिक सहसंयोजक मध्यवर्ती बनाता है; धातु-आयन उत्प्रेरण बंधों को ध्रुवीकृत करने, आवेश को स्थिर करने, या रेडॉक्स रसायन विज्ञान को मध्यस्थ करने के लिए बंधे हुए धातुओं का उपयोग करता है; और निकटता और अभिविन्यास प्रभाव प्रतिक्रियाशील समूहों को उत्पादक संरेखण में लाते हैं। इन सब में, एकीकृत भौतिक सिद्धांत संक्रमण अवस्था का स्थिरीकरण है, जिसे कई विश्लेषण मुख्य रूप से एक सक्रिय स्थल के लिए जिम्मेदार ठहराते हैं जो विकसित हो रहे आवेशों के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक पूरकता प्रदान करने के लिए पूर्व-संगठित होता है। सब्सट्रेट बंधन संरूपणात्मक परिवर्तनों को ट्रिगर कर सकता है जो उत्प्रेरक विन्यास को पूरा करते हैं, और आधुनिक सिमुलेशन इन योगदानों को संक्रमण-अवस्था और दर सिद्धांतों के भीतर एकीकृत करते हैं ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि चरण कैसे संयोजित होते हैं।

Clinical relevance

उत्प्रेरक क्रियाविधियों को समझना यह बताता है कि एंजाइम अवरोधकों की कल्पना कैसे की जाती है, जिसमें संक्रमण-अवस्था एनालॉग्स और सहसंयोजक अवरोधक शामिल हैं, और कई एंजाइम-लक्षित दवा वर्गों के आणविक आधार की व्याख्या करता है। यह विषय संदर्भ सामग्री के रूप में आणविक स्तर पर क्रियाविधि का वर्णन करता है और व्यक्तिगत निदान या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

शास्त्रीय एंजाइमोलॉजी ने बीसवीं सदी के मध्य तक अम्ल-क्षार, सहसंयोजक और धातु-आयन रणनीतियों को सूचीबद्ध किया, जबकि कोशलांड के 1958 के प्रेरित-फिट प्रस्ताव ने सब्सट्रेट बंधन का एक गतिशील दृष्टिकोण जोड़ा। 1970 के दशक से, वारशेल और कारप्लस द्वारा अग्रणी कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोणों ने इलेक्ट्रोस्टैटिक पूर्व-संगठन और पुनर्गठन ऊर्जा के संदर्भ में उत्प्रेरण को फिर से परिभाषित किया, और बेनकोविक, हैम्स-शिफर और अन्य द्वारा समीक्षाओं ने रसायन विज्ञान, संरचना और गतिशीलता को समकालीन चित्र में संश्लेषित किया।

Debates

उत्प्रेरण में प्रोटीन गतिशीलता की भूमिका

क्या प्रोटीन की गति सक्रिय रूप से बाधा पार करने को बढ़ावा देती है, या क्या उत्प्रेरण को अनिवार्य रूप से संक्रमण अवस्था के संतुलन इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण द्वारा समझाया जाता है, यह क्रियाविधि एंजाइमोलॉजी में एक विवादास्पद प्रश्न बना हुआ है।

Key figures

• Daniel Koshland
• Arieh Warshel
• Martin Karplus
• Stephen Benkovic
• William Jencks

Seminal works

• koshland-1958
• warshel-2006
• benkovic-hammes-schiffer-2003

Frequently asked questions

एंजाइम किन मुख्य उत्प्रेरक रणनीतियों का उपयोग करते हैं?

सामान्य रणनीतियों में सामान्य अम्ल-क्षार उत्प्रेरण, सहसंयोजक उत्प्रेरण, धातु-आयन उत्प्रेरण, अभिकारकों की निकटता और अभिविन्यास, और एक पूर्व-संगठित सक्रिय स्थल द्वारा संक्रमण अवस्था का इलेक्ट्रोस्टैटिक स्थिरीकरण शामिल हैं।

प्रेरित फिट क्या है?

प्रेरित फिट यह विचार है कि सब्सट्रेट बंधन एंजाइम में एक संरूपणात्मक परिवर्तन को ट्रिगर करता है जो उत्प्रेरक समूहों को उचित संरेखण में लाता है, जो विशिष्टता और उत्प्रेरक दक्षता दोनों में योगदान देता है।