เอนไซม์ (Enzyme)
เอนไซม์ถกนามาใช้ครั้งแรก ในปี ค.ศ. 1878 ซึ่ งมีการใช้ในการเร่ งปฏิกิริยาการหมัก
ู
น้ าตาลของยีสต์ พบว่าสามารถเร่ งปฏิกิริยาให้เร็ วขึ้น
คาว่า Enzyme มาจากภาษากรี ก แปลว่า In yeast
ั ู ั
- เอนไซม์เป็ นโปรตีนที่มีลกษณะก้อนกลม ที่ถกสังเคราะห์ข้ ึนเพื่อทาหน้าที่ตวเร่ ง
ปฏิกิริยาเคมีต่างๆในกระบวนการเมตาบอลิซึมของสิ่ งมีชีวต โดยมีการทางานที่
ิ
คล้ายคลึงกันกับการทางานของคะตะลิสต์
เอนไซม์ (Enzyme) การทางานของเอนไซม์
ิ
เอนไซม์ คือ สารทีเ่ ร่ งปฏิกริยาโดยทา
หน้ าที่เป็ น catalyst มีความจาเพาะกับ substrate
ิ
สู ง โดยเอนไซม์ ทางานเร่ งปฏิกริยาโดยลด
พลังงานกระตุ้น ส่ วนใหญ่ เป็ นสารอินทรีย์กลุ่ม
โปรตีน แบ่ งเป็ น 2 ชนิด คือ
ี่
1. เอนไซม์ ททางานภายในเซลล์ (endoenzyme
หรือ intracellular enzyme)
ี่
2. เอนไซม์ ททางานภายนอกเซลล์ (exoenzyme
หรือ extracellular enzyme)
เอนไซม์ ประกอบด้ วยส่ วนทีเ่ ป็ น
โปรตีน หรือ apoenzyme รวมกับสารอินทรีย์ ที่
ี่
เรียกว่ า coenzyme จึงเป็ นเอนไซม์ ทสมบูรณ์
หรือ holoenzyme ในบางครั้งอาจมีไอออนที่
สาคัญในการทางานของเอนไซม์ เรียกว่ า cofactor
ลักษณะพิเศษของเอนไซม์ที่แตกต่างจากคะตะลิสต์
1. มีความจาเพาะ (selectivity) ต่อปฏิกิริยาและซับสเตรท โดยที่เอนไซม์หนึ่ งจะ
่ ั
ทางานได้ข้ ึนอยูกบโครงสร้างของซับสเตรทที่จะสามารถจับได้พอเหมาะภายใน
ร่ อง
2. มีความสามารถในการเร่ งได้สูงมาก โดยบอกเป็ นค่าหมุนเวียน (turnover
number) ซึ่ งหมายถึง จานวนสารตั้งต้นที่ทาปฏิกิริยาเปลี่ยนเป็ นผลิตผลของ
ปฏิกิริยาใน 1 หน่วยเวลา เมื่อใช้เอนไซม์ 1 โมเลกุล โดยเอนไซม์ต่างๆจะมีค่านี้
่
อยูระหว่าง 10 – 108 ต่อวินาที
โครงสร้างของเอนไซม์
เอนไซม์มีขนาดตั้งแต่ 12,000 ถึง กว่า 1 ล้านดาลตัน ส่ วนใหญ่เป็ นสารประกอบ
โปรตีน โครงสร้างของเอนไซม์แบ่งได้ 2 ชนิด คือ
1. โปรตีนธรรมดา (simple protein) เป็ นโปรตีนที่มีกรดอะมิโนเป็ นองค์ประกอบ
อย่างเดียว เอนไซม์พวกนี้มีโครงสร้างเป็ นทรงกลม
2. โปรตีนรวมตัวกับสารอื่น (conjugated protein) ประกอบด้วยกรดอะมิโนรวมกับ
สารอื่นที่ไม่ใช่โปรตีน ที่เรี ยกว่าโคแฟกเตอร์ (cofactor) จึงจะสามารถทางานได้
่
อย่างสมบูรณ์ เรี ยกเอนไซม์กลุ่มนี้วา holoenzyme ถ้าแยกโคแฟกเตอร์ออกจะทา
ให้เอนไซม์กลุ่มนี้จะไม่สามารถทางานได้อย่างสมบูรณ์เรี ยกว่า อะโพเอนไซม์
(apoenzyme)
Apoenzyme + Cofactor = Holoenzyme
Inorganic เช่น Fe 2+ Organic เช่น vitamin
ion etc. เรี ยก coenzyme
โคแฟกเตอร์ แบ่งได้เป็ น 2 พวกคือ
1. ์
สารอนินทรี ยหรื อไอออนของโลหะ (metal ions) หรื อเกลือแร่ มีโครงสร้างง่ายๆ
ได้แก่ Fe 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ เป็ นต้น
2. ์ ์
สารอินทรี ยหรื อโคเอนไซม์ เป็ นโมเลกุลอินทรี ยมีโครงสร้างซับซ้อน ที่มีขนาด
เล็กและทนต่อความร้อนได้ดี โคเอนไซม์ส่วนใหญ่จะเป็ นวิตามินที่ละลายน้ า ทา
หน้าที่ในการย้ายหมู่ต่างๆ เช่น หมู่ไฮโดรเจน อะมิโน ฟอสเฟต
่
โดยถ้า โคเอนไซม์จบกับอะโพเอนไซม์อย่างหลวมๆ เรี ยก โคเอนไซม์กลุ่มนี้วา
ั
้ ั
ซับสเตรทร่ วม (cosubstrate) แต่ถาโคเอนไซม์จบกันอย่างแน่นหนากับเอนไซม์
ด้วยพันธะโควาเลนต์ จะถูกเรี ยกว่าหมู่พรอสเทติก (prostetic group)
Active และ Enzyme-substrate complex
เอนไซม์ที่ผลิตโดยร่ างกาย แบ่งได้เป็ น 2 กลุ่ม คือ
1. ่ ่
เอนไซม์ยอยอาหาร (digestive enzyme) ทาหน้าที่ยอยอาหารภายในระบบ
ทางเดินอาหารเพื่อส่ งสารอาหารไปยังเซลล์ต่างๆในร่ างการ ได้แก่
1.1 เอนไซม์โปรตีเอส (protease) ย่อยโปรตีน
1.2 เอนไซม์ไลเปส (Lipase) ย่อยไขมัน
1.3 เอนไซม์อะไมเลส (amylase) ย่อยแป้ ง
่
2. เมตาบอลิคเอนไซม์ (metabolic enzyme) มีอยูในเซลล์ทุกเซลล์ในทุกอวัยวะ
เอนไซม์น้ ีจะทาหน้าที่เกี่ยวกับทุกปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในร่ างกาย มีหน้าที่ซ่อมแซม
้
ส่ วนที่สึกหรอ ช่วยระบบภูมิคุมกัน
เอนไซม์แบ่งได้ 2 ประเภทคือ
1. ไอโซเอนไซม์ หรื อ ไอโซไซม์ (isoenzyme หรื อ isozyme) เป็ นเอนไซม์ที่มี
โครงสร้างแตกต่างกันแต่สามารถเร่ งปฏิกิริยาเดียวกันได้
2. อัลโลสเตอริ กเอนไซม์ (allosteric enzyme) หรื อ เอนไซม์ควบคุม (regulatory
enzyme) เป็ นเอนไซม์ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยๆหลายหน่วยร่ วมกัน เช่น
หน่วยย่อยเร่ ง (catalytic enzyme)
สารที่มีอิทธิ พลต่อการควบคุมการทางานของเอนไซม์เหล่านี้ เรี ยกว่า ตัว
ควบคุม (effector หรื อ modulator หรื อ regulator)
ตัวควบคุม มี 2 ชนิด คือ
2.1 ตัวเร่ ง (activator) ทาให้เอนไซม์ทางานได้ดีข้ ึน เรี ยก positive modulator
้
2.2 ตัวยับยั้ง (inhibitor) ทาให้เอนไซม์ทางานได้ชาลง เรี ยกว่า negative
modulator
บริ เวณของเอนไซม์ที่มีตวควบคุม เรี ยก บริ เวณควบคุม (regulatory
ั
site หรื อ allosteric site)
ั
เรี ยก เอนไซม์ที่มีท้ งบริ เวณเร่ งและบริ เวณควบคุมว่า อัลโลสเตอริ กเอนไซม์
การเรี ยกชื่อตามแบบสามัญ (recommended name)
ั
มีหลักเกณฑ์ดงนี้คือ
1. เรี ยกตามชื่อของซับสเตรทที่เอนไซม์เร่ งปฏิกิริยา แล้ วลงท้ ายด้ วยคาว่า “ase”
ู
เช่น เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาการสลายยูเรี ย เรี ยกว่าเอนไซม์ยรีเอส (Urease)
2. เรี ยกตามชนิดของปฏิกิริยาแล้ วลงท้ ายด้ วยคาว่า “ase” เช่นเอนไซม์ออกซิเดส
(oxidase) เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของซับสเตรทที่มี O2
3. เรี ยกตามข้ อที่ 1 และ 2 รวมกัน เช่น ไกลซีนดีคาร์ บอกซิเลส
(glycinedecarboxylase)
ั ั
4. เรี ยกตามชื่อเฉพาะไม่สมพันธ์ กบซับสเตรทหรื อปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้ อง เช่น
่
เพปซิน (pepsin) เป็ นเอนไซม์ยอยโปรตีน เป็ นต้ น
การเรี ยกชื่อเอนไซม์ตามระบบ (systemic name)
ตามข้อตกลงของกรรมาธิการเอนไซม์นานาชาติ ได้มีการเรี ยกชื่อตามตัวเลข โดยมี
ลักษณะคือ
EC xx.xx.xx.xx (อักษร x คือตัวเลข)
เช่น EC 2.7.3.2
Enzyme 2 = ชนิดเอนไซม์ transferase
functional class Sub sub
class 7 = ชนิดย่อยของรหัสตัวที่ 1 หมายถึงการย้ายหมู่ฟอสเฟต
3 = ชนิดย่อยของรหัสตัวที่ 2 หมายถึงการแบ่งย่อยของหมู่
ฟอสเฟต
subclass
ลาดับที่ 2 = รหัสเฉพาะตัวของเอนไซม์ชนิดนั้น
ิ
การแบ่ งเอนไซม์ ตามชนิดของปฏิกริยา
1. oxidoreductase ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รี ดกชัน การถ่ายทอด
ั
อิเล็กตรอน
2. transferase ย้ายหมู่ฟังก์ชนจากสารหนึ่ง ไปอีกสารหนึ่ง
ั
3. hydrolase ไฮโดรไลซิส แยกพันธะด้วยน้ า
4. lyases เติมพันธะคู่
5. isomerase ไอโซเมอร์ไรเซชัน
6. ligases สร้างพันธะโดยสลาย ATP
รูปร่ างโมเลกุลของเอนไซม์
กลไกการทางานของเอนไซม์
ให้ E = Enzyme
S = Substrate
P = Product
ES = Enzyme เมื่อจับกับ Substrate
EP = Enzyme เมื่อผลิต Product และยังคงจับกันอยู่
การทางานของเอนไซม์
ขั้นตอนแรก : เอนไซม์ E รวมตัวกับสารตั้งต้ น S ได้
เป็ นสารประกอบ ES
E+S ES
ขั้นตอนที่สอง : สารประกอบ ES เกิดการ
เปลียนแปลงเป็ น ES*
่
ES* EP
การทางานของเอนไซม์
ั
ขั้นตอนที่สาม :เกิด สารประกอบ ระหว่ างเอนไซม์ กบผลผลิต
ES* EP
ขั้นตอนทีสุดท้ าย :ได้ ผลผลิตออกมา และได้ เอนไซม์ กลับมา
่
เหมือนเดิม
EP E + P
จลน์ศาสตร์ของเอนไซม์
k1 k2
E + S ES E + P
k3 k4
จลนศาสตร์ ของเอนไซม์
เอนไซม์ทาปฏิกิริยากับสับสเตรท เกิดเป็ นเอนไซม์-สับสเตรทคอมเพลกซ์ก่อนแล้ว
จึงสลายในขั้นตอนที่ 2 ให้ผลผลิต และเอนไซม์กลับคืนมา อัตราเร็ วของปฏิกิริยา
่ ั
ในการเปลี่ยน S ไปเป็ น P ขึ้นอยูกบอัตราเร็ วในการ เปลี่ยน ES ไปเป็ น P และ E
่ ั
นันคือ อัตราเร็ วในการเกิด P จะขึ้นอยูกบความเข้มข้นของ ES
่
เมื่อ k1 k2 k3 และ k4 คือ ค่าความเร็ วคงที่ (velocity constant) หรื อ ค่าอัตราเร็ วคงที่
(rate constant) ของปฏิกิริยาทั้ง 4
ที่ steady state อัตราเร็ วในการเกิด ES จะเท่ากับอัตราเร็ วในการสลาย ES ทาให้
[ES] คงที่ จะได้
สมการไมคีลิส-เมนเทน (Michaelis-Menten
constant)
ิ ่
แสดงถึง ความสั มพันธ์ ระหว่ างอัตราเร็วของปฏิกริยา และความเข้ มข้ นของ S เมือทราบ Vmax
และ KM
Vmax คือ ความเร็วสูงสุ ด (maximum velocity) ของการทางานของเอนไซม์
KM คือ ค่าคงที่ไมคีลิส-เมนเทน (Michaelis-Menten constant) ของปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ steady
state มีหน่วยเป็ นโมล/ลิตร
V = Vmax[S]
KM + [S]
ที่ V = Vmax /2 หรือ ครึ่งหนึ่งของความเร็วสู งสุ ด (half maximal) จะได้ KM = [S]
สมการไลน์ วเี วอร์ -เบอร์ ก
เป็ นสมการจากการกลับสมการไมคีลิส-เมนเทน
1 = KM . 1 + 1
v Vmax [S] Vmax
่ ่
เมือเขียนกราฟระหว่ าง 1/v และ [S] จะได้ กราฟเส้ นตรงทีมีความชัน = KM/Vmax
ั
และจุดตัดแกน 1/v คือ 1/Vmax และจุตดแกน 1/[S] คือ -1/KM ทาให้ สามารถหาค่ า
KM และ Vmax ที่ถูกต้ องได้
Enzyme Kinetics
Enzyme activity
Student A
Score
Student B
Student C
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
Exam Chapters Substrate concentration
Increase the substrate concentration,
observe the change of enzyme activity
Juang RH (2004) BCbasics
Increase Substrate Concentration
0 1 2 3 4 5 6 7 8
S
+
80 E
↓
60
P
Product
(in a fixed period of time)
40
20
0
0 2 4 6 8
Substrate (mmole)
Juang RH (2004) BCbasics
Essential of Enzyme Kinetics
Steady State Theory
E + S E S E +P
In steady state, the production and consumption of
the transition state proceed at the same rate. So the
concentration of transition state keeps a constant.
Juang RH (2004) BCbasics
Constant ES Concentration at Steady State
S
P
Concentration
ES
E
Reaction Time
Juang RH (2004) BCbasics
An Example for Enzyme Kinetics (Invertase)
1) Use predefined amount of Enzyme →E
2) Add substrate in various concentrations → S (x 軸)
3) Measure Product in fixed Time (P/t)→ vo (y 軸)
4) (x, y) plot get hyperbolic curve, estimate → Vmax
5) When y = 1/2 Vmax calculate x ([S]) → Km
Vmax
1
vo vo
1/2
Juang RH (2004) BCbasics
-1
Km 1
Vmax
Double reciprocal 1/S Km Direct plot S
A Real Example for Enzyme Kinetics
Substrate Product Velocity Double reciprocal
Data
no [S] Absorbance v (mmole/min) 1/S 1/v
1 0.25 0.21 → 0.42 4 2.08
2 0.50 0.36 → 0.72 2 1.56
3 1.0 0.40 → 0.80 1 1.35
4 2.0 0.46 → 0.92 0.5 1.16
(1) The product was measured by spectroscopy at 600 nm for 0.05 per mmole
(2) Reaction time was 10 min
Double reciprocal
1.0 2.0
Direct plot
v 1/v 1.0
Juang RH (2004) BCbasics
0.5 1.0
-3.8
0 0
0 1 2 -4 -2 0 2 4
[S] 1/[S]
การยับยั้งแบบถาวร
่
ปัจจัยทีควบคุมการทางานของเอนไซม์
1.ความเข้มข้นของเอนไซม์
2.ความเข้มข้นของสารตั้งต้น หรื อซับสเตรต (substrate)
3.ค่าความเป็ นกรด-เบส (pH)
4.อุณหภูมิ (optimum temperature)
การยับยั้งการทางานของเอนไซม์
- การยับยั้งแบบถาวร
Inhibiter ทาให้ส่วน active site เปลี่ยนแปลงไป เอนไซม์ไม่สามารถกลับสู่ในสภาพที่ทางานได้อีก
่
- การยับยั้งทีกลับคืนได้
1.การยับยั้งแบบแข่งขัน โดยตัวยับยั้งมีโครงสร้างคล้ายกับซับสเตรตทาให้ สามารถแย่งจับกับเอนไซม์ได้
2.การยับยั้งแบบไม่แข่งขัน โดยสารเคมีบางชนิดไปจับกับส่ วน cofactor ทาให้เอนไซม์ไม่สามารถทางาน
ได้
การยับยั้งแบบไม่ แข่ งขัน
การยับยั้งแบบแข่ งขัน
ี
ปัจจัยที่มผลต่ อการทางานของเอนไซม์
ี
1. อุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แอกติวตีของเอนไซม์จะเพิมขึ้นเรื่ อยๆ จนถึงจุดสู งสุ ดหนึ่ง
่
(temperature optimum) แล้วจะลดลง ซึ่งจาเพาะตามชนิดของเอนไซม์ ส่ วนใหญ่อยูในช่วง ่
ี
อุณหภูมิ 25–40 oC แต่ที่อุณหภูมิ สู งกว่าจุดนี้มากๆ เอนไซม์จะเกิดการเสี ยแอกติวตีทางชีวภาพ
ี ่
2. pH จุดที่ทาให้เอนไซม์มีแอกติวตีสูงสุ ด เรี ยกว่า pH optimum ซึ่ งส่ วนใหญ่อยูในช่วง pH 6-7.5
ี
ถ้า pH สูง หรื อต่าเกินไปจะทาให้เกิดการสูญเสี ยแอกติวตีทางชีวภาพ
3. ความเข้ มข้ นของเอนไซม์์ ที่ความเข้มข้นของสับสเตรทมากเกินพอ (excess) อัตราเร็วของ
ปฏิกิริยา จะเพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของเอนไซม์เพิ่มขึ้น
4. ความเข้ มข้ นของสั บสเตรท เมื่อความเข้มข้นของเอนไซม์คงที่ ที่ความเข้มข้นของสับสเตรท
น้อยๆ ปฏิกิริยาจะ เกิดขึ้นด้วยอัตราเร็ วมากจนกระทังถึงความเข้มข้นของสับสเตรทจุดหนึ่งที่
่
อัตราเร็วของ ปฏิกิริยาจะคงที่ ความเร็วของปฏิกิริยาที่สูงสุ ด เรี ยกว่า ความเร็วสูงสุ ด (Vmax)
ตัวยับยั้งเอนไซม์
แบ่งออกได้เป็ น 2 ประเภท
1. ตัวยับยั้งแบบผันกลับไม่ ได้ (irreversible inhibitor) เกี่ยวกับการทาลายหรื อ
เปลี่ยนแปลง functional group 1 หมู่หรื อมากกว่าที่จาเป็ นสาหรับแอกติวีตีบน
โมเลกุลของเอนไซม์ ซึ่ งตัวยับยั้งแบบนี้จะจับ กับเอนไซม์อย่างแน่นทั้งแบบโควา
เลนท์และนอนโควาเลนท์ เช่น การยับยั้งเอนไซม์ไซโคลออกซิ จิเนส
(cyclooxygenase) โดยยาแอสไพริ น (aspirin หรื อ acetyl salicylate)
2. ตัวยับยั้ง แบบผันกลับได้ (reversible inhibitor) แบ่งเป็ น 3 ชนิด
2.1 ตัวยับยั้งแบบแข่ งขัน (competitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเข้า ไป
แย่งสับสเตรทจับที่บริ เวณแอกตีฟบนโมเลกุลของเอนไซม์ แล้วทาให้แอกติวีตีใน
การเร่ งปฎิกิริยา ของเอนไซม์ลดลง โดยค่า KM เปลี่ยน แต่ Vmax คงที่ เช่น กรด
ั
มาโลนิกสามารถจับเอนไซม์ซกซิ นิก ดีไฮโดรเจเนส (succinic dehydrogenase) ใน
ปฏิกิริยาการออกซิ ไดส์กรดซักซิ นิกไปเป็ นกรด ฟูมาริ ก เพราะมีโครงสร้างคล้าย
กับกรดซักซิ นิก
2.2 ตัวยังยั้งแบบไม่ แข่ งขัน (noncompetitive inhibitor) หรือตัวยับยั้ง แบบผสม
(mixed inhibitor) โดยตัวยับยั้งชนิดนี้ จะเข้าไปจับที่บริ เวณอื่นบนโมเลกุลของ
เอนไซม์ที่ไม่ใช่บริ เวณเร่ ง เช่นบริ เวณควบคุม ทาให้โครงร่ างของเอนไซม์
เปลี่ยนแปลงไป ทาให้บริ เวณเร่ งเปลี่ยนไปจึงทางานไม่ได้ เช่น Cu2+ Hg2+ และ
Ag+ หรื ออนุพนธ์ (derivative) ของมันสามารถทาปฏิกิริยากับ หมู่-SH ของซิ สเต
ั
อีนทาให้โครงรู ปสามมิติ (three dimensional conformation) ที่จาเพาะของเอนไซม์
เสี ยไป ในกรณี noncompetitive inhibitor ค่า Vmax เปลี่ยนแปลง(ลดลง) ส่ วน KM
ไม่เปลี่ยนแปลง
2.3 การยับยั้งแบบอันคอมเพติตีฟ (uncompetitive inhibition) การยับยั้ง แบบนี้
เกิดขึ้นเมื่อตัวยับยั้งเข้ารวมเฉพาะกับเอนไซม์สับสเตรทคอมเพลกซ์เท่านั้นแบบไม่
ผันกลับ เกิดเป็ น ESI คอมเพลกซ์ ซึ่ งจะไม่ได้ผลผลิตเกิดขึ้น ลักษณะเหมือนกับ
การยับยั้งแบบไม่แข่งขัน โดยไม่เกิดการ ผันกลับ (reversible) เมื่อเพิ่มความเข้มข้น
ของสับสเตรท ค่า Vmax ลดลง และค่า Km ลดลง แต่ความชันไม่เปลี่ยนแปลง
Enzyme Inhibition (Mechanism)
I Competitive I Non-competitive I Uncompetitive
Substrate E
Cartoon Guide
S S E I
S
E S I I
I
Compete for S I
Inhibitor active site Different site
→
E + S ← ES → E + P →
E + S ← ES → E + P →
E + S ← ES → E + P
Equation and Description
+ + + +
I I I I
↑
↓ ↓↑ ↓↑ ↓↑
EI EI + S →EIS EIS
[I] binds to free [E] only, [I] binds to free [E] or [ES] [I] binds to [ES] complex
and competes with [S]; complex; Increasing [S] can only, increasing [S] favors
increasing [S] overcomes
not overcome [I] inhibition. the inhibition by [I].
Inhibition by [I].
Juang RH (2004) BCbasics
Enzyme Inhibition (Plots)
I Competitive I Non-competitive I Uncompetitive
Vmax Vmax Vmax
vo vo
Direct Plots
Vmax’ Vmax’
I I I
Km Km’ [S], mM Km = Km’ [S], mM Km’ Km [S], mM
Vmax unchanged Vmax decreased
Km increased Km unchanged Both Vmax & Km decreased
Double Reciprocal
1/vo I 1/vo I 1/vo
I
Two parallel
Intersect lines
at Y axis 1/ Vmax Intersect 1/ Vmax 1/ Vmax
at X axis
1/Km 1/[S] 1/Km 1/[S] 1/Km 1/[S]
Juang RH (2004) BCbasics
หน่วยวัดการทางานของเอนไซม์
1. หน่วยเอนไซม์ หมายถึง จานวนเอนไซม์ที่ทาให้ปริ มาณของผลิตภัณฑ์เกิดขึ้น
หรื อปริ มาณของซับสเตรทลดลง มีค่าเป็ น ไมโครโมลต่อนาที
หน่วยสากล (international unit, IU หรื อ U)
ิ
1.0 IU คือ แอคติวตีของเอนไซม์หรื อปริ มาณของเอนไซม์ที่เร่ งการเปลี่ยน
1.0 ไมโครโมลของซับสเตรทใน 1 นาทีที่อุณหภูมิ 25 º C
คาทาล (katal : kat) หมายถึง ปริ มาณของเอนไซม์ที่เร่ งการเปลี่ยนแปลง 1
โมลของซับสเตรทใน 1 วินาที หน่วยที่นิยมใช้ คือ µkat , nkat, pkat
1 kat = 1/60 U = 1.67 x 10 -2 U
ิ
2. หน่วยแอคติวตีเฉพาะ (specific activity) หมายถึง หน่วยเอนไซม์ ต่อ 1 มิลลิกรัม
ของโปรตีน ใช้ในการหาความบริ สุทธิ์ ของเอนไซม์
Enzyme Kinetics
Direct plot Significance
kcat / Km Vmax [S] zero order
vo=
Km + [S] 1st order
kcat Observe vo change
E3
Turn over under various [S],
E2
number resulted plots
E1
yield Vmax and Km
k3 [Et] Vmax & Km
Competitive
Activity Unit Maximum Affinity with Double reciprocal
1 mmole velocity substrate
Inhibition
min
Non-competitive
Specific Activity Bi-substrate reaction also
unit Activity follows M-M equation, but
mg one of the substrate should
be saturated when estimate Uncompetitive
the other
Juang RH (2004) BCbasics
Significance of Enzyme Kinetics
v0 = Vmax × K = k3 [Et] × K
Obtain Vmax and Km Vmax [S]
vo =
Km + [S]
enzyme concentration
zero order
Proportional to
E3
E2
1st order E1
[S] = Low → High [S] = Fixed concentration
Juang RH (2004) BCbasics
Km: Affinity with Substrate
Vmax [S] Vmax
vo = If vo =
Km + [S] 2
When using different substrate Vmax Vmax [S]
Vmax =
S2 2 Km + [S]
S1 S3
1/2
Km + [S] = 2 [S]
Juang RH (2004) BCbasics
S1 S2 S3
Km = [S]
Km Affinity changes
Km: Hexokinase Example
Glucose + ATP → Glc-6-P + ADP
number
Glucose Allose Mannose Substrate
1 CHO CHO CHO
2 H-C-OH H-C-OH HO-C-H
3 HO-C-H H-C-OH HO-C-H
4 H-C-OH H-C-OH H-C-OH
5 H-C-OH H-C-OH H-C-OH
6 H2-C-OH H2-C-OH H2-C-OH
Km = 8 8,000 5 mM
Juang RH (2004) BCbasics
Turn Over Number, kcat
k1 k3
E+S ES (v ) E + P
k2 o
When substrate excess, k3 = kcat, turn over number (t.o.n)
When [substrate] is low (IV) Second order
Vmax [S] k3 [E][S] k3
vo = = = [E][S]
Km + [S] Km + [S] Km
Start from M-M eq. Omit the [substrate] Substrate specificity
Juang RH (2004) BCbasics
Turn Over Numbers of Enzymes
Enzymes Substrate kcat (s-1)
Catalase H2O2 40,000,000
Carbonic anhydrase HCO3- 400,000
Acetylcholinesterase Acetylcholine 140,000
b-Lactamase Benzylpenicillin 2,000
Fumarase Fumarate 800
RecA protein (ATPase) ATP 0.4
The number of product transformed from substrate
by one enzyme molecule in one second
Adapted from Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.263
Enzyme Activity Unit
S → P mmole
Product [P]
t
vo = [P] / min Slope
tan
Unit = mmole/min 0 10 20 30 40
Reaction time (min)
Juang RH (2004) BCbasics
Specific Activity Units y
Activity = Protein (mg) y = tan
x x