يتمثل النشاط الخلوي في العديد من التفاعلات الكيميائية الأيضية ، حيث تلعب الأنزيمات دورا أساسيا في تحفيز التفاعلات الحيوية . للتعرف على العلاقة بين بنية هذه الإنزيمات و وظيفتها ، نقترح الدراسة التالية :
تمثل الوثيقة (1) على التوالي :
- (1-أ ) : تغيرات تركيز 2O في وجود الغلوكوز أو الفراكتوز بإضافة إنزيم غلوكوز أكسيداز في درجة حرارة و درجة PH ثابتين .
- (1-ب) : تأثير ال PH على النشاط الإنزيمي .
حلل الوثيقة (1-أ) ، ماذا تستخلص ؟
تحليل الوثيقة (1-أ) :
قبل إضافة الإنزيم : يلاحظ ثبات تركيز الأكسجين و متساوي بالنسبة لكل من حالة الغلوكوز و الفركتوز .
عند إضافة الإنزيم :
- يلاحظ ثبات تركيز 2O في وجود الفركتوز ، و هذا يدل على عدم استعماله من طرف الإنزيم .
- يلاحظ انخفاض شديد في تركيز (2O) في وجود الغلوكوز ، و هذا يدل على استعماله بكمية كبيرة من طرف الإنزيم .
الإستنتاج : الإنزيم مادة متخصصة على نوع محدد من مواد التفاعل
ماهي المعلومة التي يمكن استخراجها من الوثيقة (1-ب) ؟
المعلومة المستخرجة من 1-ب : لكل إنزيم درجة PH مثلى تكون عندها سرعة التفاعل أعظمية .
تمثل الوثيقة (2) مرحلة من مراحل تشكيل المعقد ( إنزيم – مادة التفاعل ) تم تمثيلها بواسطة الحاسوب .
قدم رسما تخطيطيا مبسطا مدعما بالبيانات المشار إليها بالأحرف تبرز فيه المرحلة الموالية للشكل الممثل بالوثيقة (2) .
الرسم التخطيطي :
يلعب الجزء (ج) من الوثيقة (2) دورا أساسيا في التخصص الوظيفي للأنزيم
حدد الخاصية البنيوية لهذا الجزء .
الخاصية البنيوية للموقع الفعال :
يتميز الموقع الفعال ببنية فراغية متكاملة مع مادة التفاعل معينة و تتمثل هذه البنية في نوع و عدد و ترتيب الأحماض الأمينية .
إلى أي مدى تسمح بنية الإنزيم بتعليل النتائج المحصل عليها في الوثيقة (1-أ) ؟
ارتباط الإنزيم بالغلوكوز و ليس بالفركتوز راجع الى التكامل البنيوي بين الموقع الفعال و مادة التفاعل ، هذا التكامل البنيوي يحدث نتيجة لتوضع المجموعات الكيميائية لمادة التفاعل (الغللوكوز ) في المكان المناسب في المجموعات الكيميائية لجذور بعض الأحماض الأمينية في الموقع الفعال للإنزيم .
في نفس إطار الدراسة حول العلاقة بين البروتين ووظيفته ، أجرى العالم Anfinsen تجربة أستعمل فيها إنزيم الريبونكلياز و مركب اليوريا الذي يعيق انطواء السلسلة الببتيدية و β مركبتو إيتانول الذي يعمل على تفكيك الجسور الكبريتية على الخصوص .
مراحل التجربة و نتائجها مدونة في الجدول التالي :
المرحلة |
المعالجة |
النتائج |
1 |
ريبونكلياز + اليوريا + مركب β مركبتو إيتانول |
فقدان البنية الفراغية : إنزيم غير فعال |
ا2 |
إزالة اليوريا و مركب β مركبتو إيتانول |
استعادة البنية الفراغية الطبيعية : إنزيم فعال |
3 |
ريبونكلياز مخرب + يوريا |
بنية فراغية غير طبيعية ( تتشكل الجسور في غير الأماكن الصحيحة ) : إنزيم غير فعال |
ماذا تستخلص فيما يخص العلاقة بين بنية الإنزيم ووظيفته ؟ وضح ذلك .
الاستخلاص :
تتوقف البنية الفراغية و بالتالي التخصص الوظيفي الإنزيم على الروابط التي تنشأ بين أحماض أمينية محددة ( روابط كبريتية ، روابط شاردية ) و متموضعة بكيفية دقيقة في السلسلة البيبتيدية ، عند تفكيك هذه الروابط يفقد الإنزيم بنيته الفراغية فيصبح غير فعال .
درجة الحرارة : يؤدي إرتفاع درجة الحرارة الى زيادة سرعة التفاعل الإنزيمي حتى قيمة محددة ، إذ تزداد سرعة التفاعل في البداية مع إرتفاع درجة الحرارة لغاية الوصول الى درجة االحرارة المثلى ، و لكن عند الدرجات الحرارية الأعلى تنخفض السرعة تدريجيا حتى الصفر .
بناء على هذه المعلومات الأخيرة ، أشرح النتائج المتحصل عليها في الوثيقة (1-ب)
تؤثر درجة الحرارة بطريقتين :
- إرتفاع درجة الحرارة يزيد من سرعة حركة الجزيئات و بالتالي ازدياد إحتمال تصادف الإنزيم مع الركيزة .
- زيادة سرعة تخثر الإنزيم بسبب ارتفاع درجة الحرارة كون الإنزيم هو بروتين حيث تؤدي الحرارة العالية الى هدم المبنى الفراغي للموقع الفعال و فقدانه وظيفته ، درجة الحرارة 37°م عادة هي درجة الحرارة المثلى لعمل الإنزيم ، في حين أن درجة الحرارة المنخفضة تسبب توقيف عمل الإنزيم .