في كل التفاعلات الكيمياوية، فأن الذرات المتفاعلة أو الجزيئات تمر خلال حالة الذي يكون فيها مركب وسطي في التركيب بين المواد المتفاعلة reactants والمواد الناتجة products حيث يحصل انتقال بروتون من جزيئة الماء الى ايون الكلوريد السالب.

وفي التركيب الوسطي فأن البروتون المنقول يساهم بالتساوي بواسطة الايونات السالبة للهيدروكسيل والكلوريد وهو المركب الانتقالي بين المواد المتفاعلة والناتجة وهو ما يعرف بالحالة الانتقالية، فالتفاعلات الكيمياوية الذي فيها المادة الاساس تتحول منتج p من خلال مركب انتقالي يشار له Ts فأن الدور التحفيزي للأنزيم هو تقليل حمل الطاقة بين المادة الاساس والحالة الانتقالية من خلال تكوين معقد انزيم - مادة اساس ES وهذا المعقد يتحول الى منتوج من خلال مروره بالحالة الانتقالية Ets فأن طاقة ETS اقل من Ts، فأن الانخفاض في الطاقة يفسر تعجيل السرعة المنجزة بواسطة الانزيم وكذلك بسبب الفروقات في الطاقة ، لو فرضنا ان الانزيم E مشبع بالمادة الاساس S سيكون هناك فرق طاقة بين ES و ETS وتعجيل سرعة التفاعل بواسطة الانزيم يعني ان حمل الطاقة بين ES و ETS اقل من حمل الطاقة بين ST، فالأنزيمات تحفز التفاعلات بواسطة خفض طاقة التنشيط فالطاقة الحرة لتنشيط التفاعل غير المحفز AGU اكبر من طاقة التفاعل المحفز ΔGu، الانزيم يثبت معقد الحالة الانتقالية ETS أكثر من تثبيت معقد المادة الاساس ESاي ان الانزيم يرتبط مع الحالة الانتقائية اكثر من المادة الاساس أو المنتوج مما يكون ثابت التفكك لمعقد الانزيم - المادة الاساس هو :

KS = [S][S] / [ES --------1 وثابت التفكك المقابل لمعقد الحالة الانتقالية

KT = [E](Ts] / [ETs] ---------2 ويحتاج تحفيز الانزيم ان يكون KT<KSوطبقا لنظرية الحالة الانتقالية فأن ثوابت السرعة للتفاعلات المحفزة بالأنزيم Ke وغير المحفزة Ku تظهر علاقة   KS, KT بالمعادلة التالية:

Ke/Ku = KS /KT---------3 تعجيل سرعة التفاعل الانزيمي تساوي نسبة ثوابت التفكك لمعقدات الانزيم - المادة الاساس والانزيم - الحالة الانتقالية ان تكوين وتحطيم الاواصر الكيمياوية بواسطة الأنزيمات ناتج عن تكوين معقد المادة الاساس - الانزيم حيث ترتبط المادة الاساس الى منطقة معينه في الانزيم يطلق عليها الموقع الفعال ومعظم الانزيمات ها درجة تخصص عالية تجاه المادة الاساس الذي ترتبط بها فالتخصص التحفيزي للأنزيمات يعتمد بدرجة كبيرة على تخصص عملية الربط لأن السيطرة على النشاط الانزيمي يحدث في هذه المرحلة، الموقع الفعال للأنزيم هي المنطقة الذي ترتبط بها المادة الاساس وتعزى الى الاحماض الامينية الذي تساهم بصورة مباشرة في عمليات تكوين وتحطيم الاواصر ويطلق على الاحماض الامكينية بالمجاميع التحفيزية catalytic groups ان سرعة تحفيز التفاعلات الكيمياوية (V) لعدد من الأنزيمات تختلف مع اختلاف تركيز المادة الاساس [S] عندما يكون تركيز الانزيم ثابت، فأن السرعة تتناسب طرديا مع تركيز المادة الاساس [S] عندما يكون [S] صغيرا ، لكن عندما يكون [S] مرتفع، فأن السرعة لا تعتمد على التركيز [S] حيث أن المعقد ES هو مركب وسطي اساسي في التحفيز وعلى هذا الاساس يمكن حساب الصفات الحركية للعديد من الأنزيمات أي ان الانزيم E يرتبط مع المادة الاساس S لتكوين المعقد ES مع ثابت سرعه K₁، معقد المادة الاساس له مسلكين ممكنه فهو يتفكك الى E و S مع ثابت سرعة K₂ أو يكون منتوج تفاعل P مع ثابت سرعة K₃  .

لو فرضنا بان ولا أي منتوج P يعود الى المادة الاساس الاولية، تحت هذه الظروف لو تم حجز المرحلة الأولية من التفاعل قبل ان يكون تركيز المنتوج ممكن تقديره، فأن السرعة التحفيزية تساوي تركيز المنتوج لمعقد المادة الاساس - الانزيم وثابت السرعة K₃ .

فلو عبرنا عن ES بكمية معلومة.

فإذا رغبنا السرعة التحفيزية تحت ظروف الحالة المستقرة، فأن تركيز المركبات الوسطية ليبقى نفسه بينما تركيز المواد البدائية والمنتوج فهي متغيرة وذلك يمكن حدوثة عندما تكون سرع تكوين وتكسير ES متساوية، فأن المعادلة (3) تساوي المعادلة (4).

وبإعادة ترتيب المعادلة 5 ينتج

يمكن تبسيط المعادلة 6 ويوضع ثابت جديد Km يعرف ثابت ميكليس.

وبالتعويض في المعادلة 6.

تركيز المادة الاساس غير المرتبطة [S] هو قريب جدا الى تركيز المادة الأساس الكلي، ذلك يعني ان تركيز الانزيم اقل من تركيز المادة الاساس، فأن تركيز الانزيم غير المرتبط [E] يساوي تركيز الانزيم الكلي مطروحا منه تركيز معقد ES.

إذا عبرنا عن [E] في المعادلة 8 يصبح

وعند استبدال ES في معادلة 2 ينتج

يصل التفاعل للسرعة القصوى Vmax عندما تكون مواقع الانزيم مشبعة بالمادة الاساس وعندما [S] أكثر من km لذلك فأن

1= km + [S] / [S].

وعند تعويض المعادلة 14 في المعادلة 13 تنتج معادلة ميكليس - منتن

تستخدم المعادلة 15 لتقدير المعلومات المعطاة في الشكل (64)، في حالة تركيز المادة الاساس منخفض وعندما [S] اقل من Km، فإن

فأن السرعة تتناسب طرديا مع تركيز المادة الاساس بينما في حالة تركيز مرتفع من المادة الاساس وعندما [S] أكثر من Km ، فأن v=Vmax ، فأن السرعة تكون في اقصاها ولا تعتمد على التركيز ، فأن km تساوي تركيز المادة الاساس الذي فيه سرعة التفاعل في منتصفها من السرعة القصوى، أي ان

تقدير Vmax,Km مع تغير في تركيز المادة الاساس، ولكن اشتقاق ثابت ميكليس km والسرعة القصوى Vmax من سرع تحفيز التفاعلات بتراكيز مختلفة من المادة الأساس، فإن الانزيم بعمل طبقا للمعادلة (1)، يمكن تحويل معادلة ميكليس - منتن الى اخرى الذي تعطي خط مستقيم وذلك عندما نأخذ مقلوب الجانبين للمعادلة (15) لتعطي

عند رسم مقلوب السرعة 1/v مقابل مقلوب تركيز المادة الاساس 1/[S] ينتج خط مستقيم مع مقلوب السرعة القصوى 1 / Vmax ومنحني الانحدار km/ Vmax وأهمية قيم Km ، Vmax تتراوح قيم km على مدى واسع وتختلف باختلاف الانزيمات (جدول - (14)، فهي تقع ما بين 10-1 الى 106- مولار فأن قيمة km للأنزيم تعتمد على تركيز المادة الاساس وعلى الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والقوة الايونية لثابت ميكليس - منتن هما ان km هو تركيز المادة الاساس الذي فيها نصف الموقع الفعال ممتلئ ويمكن حساب المواقع المملوءة A في أي تركيز للمادة الاساس حيث ان

أو km القيمة التي لها علاقة الى ثوابت السرعة للخطوات الفردية المبينة في المعادلة (1)، ففي المعادلة (7) ، فأن km تساوي k2+k3/k1عندما تكون K2 أكبر من K3 ذلك يعني أن تفكك معقد الى اكثر سرعة من تكوين E, P وتحت تلك الظروف، فإن K2 > K3.

ثابت تفكك معقد ES يساوي Kes

وبمعنى اخر فان km تساوي ثابت تفكك معقد ES إذا كان 3K اقل من K2 فأن Km هي قياس القوة لمعقد ES وارتفاع قيمة km تشير الى ضعف الارتباط وانخفاض قيمة km تشير الى قوة الارتباط وقد تشير km الى الفة معقد الانزيم - المادة الاساس فقط عندما K2 أكثر من 3 لبعض الأنزيمات وليست جميعها.

جدول (14) قیم ثابت ميكليس لبعض الأنزيمات

السرعة القصوى Vmax توضح رقم الانقلاب Turnover number للأنزيم عندما يكون تركيز المواقع الفعالة [Et] معروف لان

فعلى سبيل المثال لو كان لدينا محلول 10 مولار لأنزيم carbonic anhydrase يحفز تكوين 0,6 مولار من حامض الكربونيك انهيدريز لكل ثانية عندما يكون مشبح كليا بالمادة الاساس حيث ان 1-K3=6x10+5+ sec اذا كان ثابت الحركية للتفاعل k3 يسمى عدد الانقلاب وعدد الانقلاب للأنزيم هو عدد التحول وهو عدد جزيئات المادة الاساس الذي تتحول الى منتوج لكل وحدة وقت عندما الانزيم يصبح مشبع كليا بالمادة الاساس وعدد التحول لأنزيم كاربونيك انهيدريز هو 6000 1000-sec أي يحدث التحفيز في وقت يساوي  k3/1والذي يكون 1,7 جزء من الثانية وارقام التحويل او الانقلاب لمعظم الأنزيمات للمادة الاساس تحت الظروف الفسيولوجية تقع ما بين 1 الى 10+4 لكل ثانية (جدول -15). جدول (15) اعداد التحول لبعض الأنزيمات

اكتمال التفاعل في التحفيز الإنزيمي Kinetic perfection عندما تركيز المادة الاساس أكثر من ثابت ميكليس، فإن سرعة التحفيز تساوي K3 والذي هو رقم الانقلاب وتحت الظروف الفسيولوجية لا تكون معظم الأنزيمات مشبعة بالمادة الاساس وان نسبة تركيز المادة الاساس [S] الى 3 تقع ما بين 0,01 و1 وعندما [S] اقل من ثابت ميكليس، فان سرعة التفاعل الأنزيمي اقل من 3 لان معظم المواقع الفعالة لا تكون مفصولة ويمكن بيات القيمة حركيات الأنزيمات تحت تلك الظروف من المعادلة (2) و (8) لتعطي

وعندما [S] اقل من ثابت ميكليس، فأن تركيز الانزيم الحر [E] يساوي تقريبا التركيز الكلى للأنزيم [Et]

وعندما [S] اقل من ثابت ميكليس، فأن سرعة التفاعلات الانزيمية تعتمد على قيم K3 /Km وعلى [S]، فأن نسبة K3/Km تعتمد على قيم K1 وK2 وK3 ويمكن ان نستعيض عن km.

التحديد النهائي للقيم K₃/Km توضع الى جانب k₁الذي هي سرعة تكوين معقد ES، هذه السرعة لا تكون أسرع من انتشار الانزيم المسيطر عليه والمادة الاساس له فالانتشار يحدد قيم 1 لذلك فهي لا تكون أكبر من القيم

 10+8 M-1 sec-1 9+10 M-1 1-sec -1الذي تبلغ اكتمال حركية التفاعل وتحدد السرعة التحفيزية بواسطة السرعة الذي تحدد المادة الاساس في الوسط فأي سرعة تحفيزية اضافية تأتي من انخفاض وقت الانتشار ويطلق على ثابت Kcat برقم الانقلاب وغالبا ما يستعمل في التفاعلات الانزيمية حيث يحصل على الثابت من المعادلة

ويمثل رقم الانقلاب اقصى عدد من جزيئات المادة الاساس التي يمكن تحويلها الى ناتج لكل جزيئة انزيم في وحدة الزمن وفي التفاعلات الكيمياوية البسيطة، فأن K₂=Kcat اما للتفاعلات الكيمياوية الاكثر تعقيد، فأن Kcat مثل العديد من ثوابت السرعة.

مواضيع ذات صلة

طرق دراسة حركية التفاعلات الإنزيمية- دراسة السرعة الأولية

تركيز المادة الأساس

العوامل المؤثرة على سرعة التفاعلات الكيمياوية

القوة الحرارية للتفاعلات الإنزيمية

التوازن الكيمياوي Chemical Equilibrium

تقسيم التفاعلات الانزيمية

تقانات التفاعل السريع

طرق دراسة حركية التفاعلات الإنزيية - دراسة السرعة الأولية

الآلية التحفيزية للرايبونيو كليز

الآلية التحفيزية للتربسين

الآلية التحفيزية للكيموتربسين

الآلية التحفيزية لأنزيم Serine proteases