酵素活性：単位、測定、規制および要因 - 化学 - 2025

酵素活性は、所与の時間に存在する酵素の量を表現する方法です。単位時間あたりの酵素の触媒作用により、生成物に変換された基質の量を示します。

それは酵素反応が起こる条件に影響されます、それはそれが通常それが測定される温度を指す理由です。しかし、酵素とは何ですか？それらは生物学的触媒であり、触媒プロセスの間に不可逆的な変化を受けることなく反応の速度を加速することができます。

パイナップルまたはパイナップル、酵素ブロメラインを含み、したがって高い酵素活性を示す果実出典：H. Zell

酵素は、リボソーム、酵素活性を持つRNA分子を除いて、一般にタンパク質です。

酵素は、エネルギー障壁（活性化エネルギー）を減らすことで反応速度を高めます。遷移状態に達するには期限切れにする必要があるため、反応が発生します。

遷移状態に達した基質分子は構造変化を起こし、生成分子を生じさせます。酵素は、それらが果たす機能に基づいて、オキシレダクターゼ、トランスフェラーゼ、ヒドロラーゼ、リアーゼ、イソメラーゼ、リガーゼという6つの大きなグループに分類されます。

例えば、酵素ブロメラインとパパインは、それぞれパイナップルまたはパイナップル、およびパパイヤまたはパパイヤに含まれるタンパク質分解酵素（ヒドロラーゼ）です。

パイナップルとパパイヤはどちらも、消化プロセスを促進することが知られています。これは、パイナップルとパパイヤに含まれるタンパク質分解酵素を作用させることで、肉や穀物のタンパク質の消化を助けるためです。

酵素活性の単位

酵素ユニット（IU）は、1分間に1 µmolの基質の変換を触媒する酵素の量です。

その後、国際単位系（SI）は、酵素活性の単位を、基質1モルを1秒間に生成物に変換する酵素の量として定義しました。このユニットは、カタル（kat）の名前を受け取りました。

1モル= 10 ⁶ µmol 、1分= 60秒。

したがって、1 katalは60・10 ⁶ IUに相当します。katalは大きな単位であるため、microkatal（µkat）、10 ^-6 katal、nanokatal（πkat）、10 ^-9 katal などの小さな単位がよく使用されます。

特定の活動

これは、酵素活性の単位数を、テスト中のサンプル中のタンパク質のミリグラムで割ったものです。比活性は酵素の精製度に直接関係します。

酵素活性はどのように測定されますか？

酵素の活性を測定する方法はいくつかあります。特定の方法の選択は、酵素アッセイの目的に依存します。メソッドの適用性; 実験を行うために必要な機器へのアクセス。特定の方法を使用するコストなど

分光光度法、蛍光光度法、化学発光法、熱量測定法、放射分析法、およびクロマトグラフィー法があります。

分光光度法は比色分析で、電磁放射の紫外（UV）領域で読み取ることができます。

-比色法

これは、酵素作用による発色団の生成に基づいています。酵素活性は継続的または断続的に追跡できます。

連続フォーム

連続的な形態では、発色団がその最大光学密度値を有する波長に対応する所望の波長で、試薬を分光光度計のキュベットに入れる。さらに、発生する可能性のある他の物質との干渉もありません。

酵素反応は、その活性が測定される酵素を含むサンプルの添加により開始されます。同時に、ストップウォッチが開始され、時々、光学濃度値が記録されます。

基質のモルまたは酵素作用の生成物との光学密度の同等性は既知であるので、使用される技術に応じて、消費された基質のモルまたは生成されたモルを計算することができる。

さらに、酵素反応の経過時間を測定しているため、1秒あたりに消費または生成されるモル数を知ることができます。したがって、酵素活性はカタル単位で確立されます。

不連続な形状

酵素活性を測定するためのバッチ形式では、酵素または他の成分を含むサンプルを除いて、反応の成分を含む試験管を37℃の浴槽に入れます。次に、不足している成分を追加して反応を開始します。

この技術により示される時間は生じさせられ、反応を停止する化合物の添加により反応は終了する。光学密度はその瞬間に読み取られ、最終的に酵素活性を決定するための継続的な方法と同じ方法で進みます。

-紫外光での読み取り方法

たとえば、補酵素ニコチンアミドジヌクレオチドには、NADH（還元型）とNAD ⁺（酸化型）の2つの形態があります。また、補酵素ニコチナミチヌクレオチドリン酸には、NADPHとNADP ^+の 2つの形態があり、それぞれ還元型と酸化型です。

コエンザイムの還元型と酸化型の両方が、紫外光から260 nmの長さで読み取られます。一方、紫外光からは340 nmの長さで還元型のみが読み取られます。

したがって、指定された補酵素が関与する酸化反応または還元反応の両方で、それらは340 nmで読み取られます。

酵素活性の測定は、本質的には、比色法の連続形式で行われる測定と同じです。ただし、340 nmでの光学濃度を読み取って、NADHまたはNADPHの生成を観察したり、これらの補酵素の消費を測定したりします。

これは、測定された反応が酸化か還元かによって異なります。場合によっては、光学密度とNADHおよびNADPHのモル数との対応により、補酵素のモル数を経過時間（秒単位）で割ることにより、酵素活性を計算できます。

酵素活性の調節

基質または製品レベルでの制御

基質の濃度が増加すると、酵素活性が増加します。しかし、基質の特定の濃度では、酵素の1つまたは複数の活性部位が飽和しているため、酵素活性は一定になります。

しかしながら、酵素作用の産物はまた、酵素の活性部位と相互作用して、酵素活性の阻害を引き起こし得る。

製品は、競合阻害剤として機能する可能性があります。例えば、酵素ヘキソキナーゼが挙げられる。この酵素はグルコースのリン酸化を引き起こし、蓄積されるとヘキソキナーゼを阻害する化合物であるグルコース-6-リン酸を生じます。

フィードバック制御

酵素のグループ（A、B、C、D、E、F）が代謝経路で順次作用する場合があります。酵素Bは、酵素Aの生成物を基質として使用します。

細胞は、その代謝要件に応じて、酵素活性のシーケンスを活性化または阻害することができます。例えば、酵素Ｆ産物の蓄積は、配列中の酵素Ａまたは他の任意の酵素を阻害することにより作用し得る。

アロステリック酵素

酵素はいくつかのサブユニットから構成され、それぞれにそれぞれの活性部位があります。しかし、これらのサブユニットは独立して作用しないため、サブユニットの1つの活動が残りのサブユニットの活動をアクティブ化または阻害する可能性があります。

ヘモグロビンは酵素とは見なされていませんが、アロステリズムの現象の素晴らしいモデルです。ヘモグロビンは4つのタンパク質鎖、2つのα鎖と2つのβ鎖で構成され、それぞれがヘムグループに接続されています。

サブユニット間では、ホモアロステリズムとヘテロアロステリズムの2つの現象が発生する可能性があります。

ホモアロステリズム

サブユニットの1つに基質が結合すると、基質に対する他のサブユニットの親和性が高まり、残りの各サブユニットの酵素活性が高まります。

同様に、サブユニットの1つでの酵素活性の阻害は、残りの部分でも同じ効果を生み出します。

ヘモグロビンの場合、タンパク質鎖の1つのヘムグループに酸素が結合すると、残りの鎖の酸素に対する親和力が増加します。

同様に、ヘムグループからの酸素の放出は、タンパク質鎖の残りのグループからの酸素の放出を引き起こします。

異星人主義

基質以外の活性化物質または阻害物質がサブユニットの1つに結合すると、他のサブユニットの酵素活性が活性化または阻害されます。

ヘモグロビンの場合、H ⁺、CO ₂および2,3-ジホスホグリセリンのヘムグループへの結合は、サブユニットの1つに結合し、酸素に対するヘムグループの親和性を低下させ、その放出を引き起こします。この酸素の放出は、ヘモグロビンの他の鎖でも生成されます。

酵素活性に影響を与える要因

-基質の集中

基質濃度が増加すると、酵素活性も増加します。これは、酵素の活性部位への基質分子のアクセスの増加によるものです。

しかし、基質の濃度が一定の場合、酵素のすべての活性部位がこれで飽和するため、基質の濃度が増加しても酵素活性は増加しません。

-酵素反応からのpH

酵素には、基質に対する酵素の親和性が最も高くなる最適なpHがあります。このpHで酵素活性の最大値に達します。

培地の過剰な酸性または塩基性は、酵素の変性を引き起こし、その結果、その活性を低下させる可能性があります。

酵素活性のpHプロファイルはさまざまです。したがって、例えば、ペプシンは1〜2 pH単位の間の最大活性を有する。トリプシンの最適pHは8です。そしてパパインは4と8の間のpH範囲の間で一定の活性を持っています。

-酵素反応の温度

酵素活性は温度が上昇するにつれて増加します。一般に、酵素活性は、酵素活性の最適温度に達するまで、10度の増加ごとに2倍になります。

ただし、至適温度を超えると、反応温度が高くなるにつれて酵素活性が低下する傾向があります。これは、タンパク質、ひいては酵素が過度の温度上昇により変性するためです。

-反応のイオン濃度

一般に、酵素は、0〜500 mmol / Lの濃度範囲で最適な活性を示します。ただし、濃度が高くなると酵素活性が低下する傾向があります。

これらの状況下では、酵素の最大の活性に必要な特定のイオン相互作用がブロックされます。

参考文献

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