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जीवविज्ञान · शब्दावली

एंजाइम, क्रियाधार, सक्रिय स्थल क्या है?

अन्य नाम: एंजाइम · क्रियाधार · सक्रिय स्थल · सहकारक · सहएंजाइम

परिभाषा 15.4 माध्यमिक जीवविज्ञान · अध्याय 15 — एंजाइम और लक्षणप्ररूप

एंजाइम वह प्रोटीन है जो किसी एक रासायनिक अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है: वह उस अभिक्रिया को लाखों गुना तेज़ चला देता है और ख़ुद ख़र्च नहीं होता। जिस अणु को वह बदलता है वह उसका क्रियाधार है; और वह अभिक्रिया एंजाइम की एक जेब में होती है, यानी सक्रिय स्थल में, जिसका आकार और रसायन उसी क्रियाधार से मेल खाता है, किसी और से नहीं। यह विशिष्टता एंजाइम के त्रि-आयामी मोड़ से, यानी उसके ऐमीनो अम्ल अनुक्रम से, यानी उसके जीन से निकलती है।

विशिष्टता। सक्रिय स्थल एक ही क्रियाधार के लिए गढ़ी हुई जेब है; और किसी दूसरे आकार का अणु उससे बँध ही नहीं सकता और बदला नहीं जाता। उस जेब का आकार बदल दीजिए — किसी उत्परिवर्तन से — और वह एंजाइम अपना क्रियाधार खो देता है, या बदल लेता है।
विशिष्टता। सक्रिय स्थल एक ही क्रियाधार के लिए गढ़ी हुई जेब है; और किसी दूसरे आकार का अणु उससे बँध ही नहीं सकता और बदला नहीं जाता। उस जेब का आकार बदल दीजिए — किसी उत्परिवर्तन से — और वह एंजाइम अपना क्रियाधार खो देता है, या बदल लेता है।
दूध, दही और लैक्टेज़ की बूँदों की एक शीशी। कोई वयस्क वह दूध पचाता है या नहीं, यह एक ही युग्मविकल्पी पर निर्भर है; दही के जीवाणु उसका अधिकांश लैक्टोस पहले ही तोड़ चुके होते हैं; और वे बूँदें वही एंजाइम देती हैं जो आँत के पास नहीं है।
दूध, दही और लैक्टेज़ की बूँदों की एक शीशी। कोई वयस्क वह दूध पचाता है या नहीं, यह एक ही युग्मविकल्पी पर निर्भर है; दही के जीवाणु उसका अधिकांश लैक्टोस पहले ही तोड़ चुके होते हैं; और वे बूँदें वही एंजाइम देती हैं जो आँत के पास नहीं है।

उदाहरण

उदाहरण 15.5 (लैक्टेज़)

दूध की शर्करा, यानी लैक्टोस, को छोटी आँत की परत में लैक्टेज़ एंजाइम दो सरल शर्कराओं में तोड़ देता है; और बिना टूटे वह बिना पचे बृहदांत्र तक पहुँच जाती है, जहाँ जीवाणु उसका किण्वन करते हैं, और नतीजे में गैस, मरोड़ तथा दस्त होते हैं। सारे शिशु लैक्टेज़ बनाते हैं; अधिकांश मनुष्यों में दूध छुड़ाने के बाद उसका जीन बंद कर दिया जाता है, और वयस्क लैक्टोस असहिष्णु हो जाते हैं। दुग्ध-पालन के लंबे इतिहास वाली आबादियों में वह युग्मविकल्पी आम है जो उस जीन को जीवन भर सक्रिय रखता है — उत्तरी यूरोप में 90%, पूर्वी एशिया में 10%। असहिष्णु लोगों को बेची जाने वाली लैक्टेज़ की बूँदों में वही एंजाइम होता है, जो कवकों से बनाया जाता है।

उदाहरण 15.8 (फेनिलकीटोनूरिया, और आहार किसी लक्षणप्ररूप को कैसे बदल देता है)

दस हज़ार नवजातों में लगभग एक एंजाइम 1 वाले जीन के दो बेकार युग्मविकल्पी ढोता है। भोजन का फेनिलऐलानिन बदला नहीं जाता; रक्त में उसकी सांद्रता बीस गुना चढ़ जाती है और वह विकसित होते मस्तिष्क को विष देता है। बिना इलाज के वह बच्चा गंभीर बौद्धिक अशक्तता झेलता है। पर जन्म पर ही किसी कार्ड पर रक्त की एक बूँद से पहचाना जाए — हर नवजात की जाँच होती है — और उसे फेनिलऐलानिन से लगभग मुक्त आहार दिया जाए, तो वही बच्चा सामान्य रूप से बढ़ता है। जीनप्ररूप अनबदला है; और आणविक पैमाने से ऊपर हर पैमाने पर लक्षणप्ररूप किसी स्वस्थ व्यक्ति वाला है। फ़ैसला पर्यावरण ने किया, यहाँ आहार ने।

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परिभाषा 13.1 विश्वविद्यालय जीवविज्ञान — वर्ष 1 · अध्याय 13 — एंजाइम और जैवरासायनिक उत्प्रेरण

एंजाइम वह प्रोटीन (कभी-कभार कोई RNA) है जो किसी अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है: वह दर बढ़ाता है, बिना स्वयं ख़र्च हुए और बिना साम्य बदले। जिन अणुओं पर वह क्रिया करता है वे उसके क्रियाधार हैं; वे सक्रिय स्थल में बँधते हैं, यानी उस दरार में जिसे कुछ ही अवशेष अस्तरित करते हैं और जहाँ रसायन होता है। एंजाइम विशिष्ट होते हैं — किसी एक क्रियाधार या किसी कुल के लिए, किसी एक बंध के लिए, किसी एक त्रिविम समावयव के लिए — और उनके नाम उनके क्रियाधार तथा अभिक्रिया पर -एज़ प्रत्यय के साथ रखे जाते हैं (लैक्टेज़, DNA पॉलिमरेज़, सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज़), और वे छह वर्गों में हैं: ऑक्सीडोरिडक्टेज़, हस्तांतरेज़, हाइड्रोलेज़, लायेज़, आइसोमरेज़, लाइगेज़। अनेकों को कोई अ-प्रोटीन सहकारक चाहिए: कोई धातु आयन (Zn, Mg, Fe), या कोई कार्बनिक सहएंजाइमNAD+\mathrm{NAD^+}, FAD, सहएंजाइम A — जिनमें से अधिकांश विटामिनों से बनते हैं, और विटामिन इसीलिए हैं।

किसी अभिक्रिया के सहारे मुक्त ऊर्जा। एंजाइम (लाल) संक्रमण अवस्था का अवरोध घटा देता है और क्रियाधार तथा उत्पाद के बीच का अंतर — और इसलिए साम्य — अछूता छोड़ देता है।
किसी अभिक्रिया के सहारे मुक्त ऊर्जाएंजाइम (लाल) संक्रमण अवस्था का अवरोध घटा देता है और क्रियाधार तथा उत्पाद के बीच का अंतर — और इसलिए साम्य — अछूता छोड़ देता है।
कटे हुए आलू पर हाइड्रोजन परॉक्साइड: कोशिकाओं का कैटेलेज़ उसे प्रति एंजाइम अणु प्रति सेकंड चार करोड़ बार जल और ऑक्सीजन में तोड़ता है, और ऑक्सीजन झाग बनकर बाहर आती है।
कटे हुए आलू पर हाइड्रोजन परॉक्साइड: कोशिकाओं का कैटेलेज़ उसे प्रति एंजाइम अणु प्रति सेकंड चार करोड़ बार जल और ऑक्सीजन में तोड़ता है, और ऑक्सीजन झाग बनकर बाहर आती है।

उदाहरण

उदाहरण 13.4 (तीन एंजाइम)

लाइसोज़ाइम, जो आँसुओं और अंडे के सफ़ेद भाग में है, जीवाणु भित्ति के किसी शर्करा वलय को संक्रमण अवस्था की आकृति में तान देता है और शृंखला काट देता है: 10810^8 गुना त्वरण। कार्बोनिक ऐनहाइड्रेज़, जो लाल कोशिकाओं में है, एक ज़िंक आयन थामे है जो जल को ऐसा हाइड्रॉक्साइड बना देता है जो CO2\mathrm{CO_2} पर हमला करने को तैयार है: प्रति सेकंड दस लाख अणु, यानी कैटेलेज़ के बाद सबसे तेज़ एंजाइम। काइमोट्रिप्सिन, जो अग्न्याशयी रस में है, एक हिस्टिडीन से क्रियाशील बनाई गई सेरीन से ऐरोमैटिक अवशेषों के बाद प्रोटीन काटता है: प्रति सेकंड सौ, और एक सहसंयोजी मध्यवर्ती के साथ।

उदाहरण 13.8 (एंजाइमों की तुलना)

एंजाइमKmK_m (mol/L\mathrm{mol}/\mathrm{L})kcatk_{\mathrm{cat}} (s1\mathrm{s}^{-1})kcat/Kmk_{\mathrm{cat}}/K_m (Lmol1s1\mathrm{L}\,\mathrm{mol}^{-1}\,\mathrm{s}^{-1})
कैटेलेज़2.5×1022.5 \times 10^{-2}4×1074 \times 10^{7}1.6×1091.6 \times 10^{9}
कार्बोनिक ऐनहाइड्रेज़1.2×1021.2 \times 10^{-2}1×1061 \times 10^{6}8×1078 \times 10^{7}
काइमोट्रिप्सिन1.5×1021.5 \times 10^{-2}1007×1037 \times 10^{3}
लाइसोज़ाइम6×1066 \times 10^{-6}0.58×1048 \times 10^{4}
DNA पॉलिमरेज़1×1051 \times 10^{-5}151.5×1061.5 \times 10^{6}

कैटेलेज़ और कार्बोनिक ऐनहाइड्रेज़ विसरण की सीमा पर काम करते हैं: क्रियाधार से हर टक्कर फलदायी होती है। काइमोट्रिप्सिन धीमा है पर उसे धीमा होना ही चाहिए — वह कोई पेप्टाइड बंध काटता है, जो परॉक्साइड तोड़ने से कहीं कठिन काम है।

उदाहरण 13.10 (औषधि के रूप में स्पर्धा)

मेथेनॉल तब तक हानिरहित है जब तक यकृत की ऐल्कोहॉल डिहाइड्रोजनेज़ उसे फ़ॉर्मैल्डिहाइड और फ़ॉर्मिक अम्ल में न बदल दे, जो अंधा कर देते हैं और मार डालते हैं। इलाज एथेनॉल है: कम KmK_m वाला एक स्पर्धी क्रियाधार, जो एंजाइम को व्यस्त रखता है जबकि मेथेनॉल अनबदला उत्सर्जित हो जाता है। स्टैटिन उस एंजाइम के स्पर्धी संदमक हैं जो कार्बन को कोलेस्टेरॉल में लगाता है, और वे संक्रमण अवस्था जैसे दिखते हैं; और सल्फ़ोनामाइड उस जीवाणु एंजाइम के क्रियाधार जैसे दिखते हैं जो फ़ोलेट बनाता है, जिसे मनुष्य बनाते ही नहीं और इसलिए उसकी कमी नहीं खलती।

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