Lock vs Key vs Induced Fit
Τα ένζυμα είναι γνωστά ως βιολογικοί καταλύτες, που χρησιμοποιούνται σχεδόν σε κάθε κυτταρική αντίδραση, σε οργανισμούς. Μπορούν να αυξήσουν τον ρυθμό μιας βιοχημικής αντίδρασης, χωρίς το ένζυμο να μεταβληθεί μόνο του από την αντίδραση. Λόγω της επαναχρησιμοποίησής του, ακόμη και μια μικρή συγκέντρωση ενός ενζύμου μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική. Όλα τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες και έχουν σφαιρικό σχήμα. Ωστόσο, όπως όλοι οι άλλοι καταλύτες, αυτοί οι βιολογικοί καταλύτες δεν αλλάζουν την τελική ποσότητα των προϊόντων και δεν μπορούν να προκαλέσουν αντιδράσεις. Σε αντίθεση με τον άλλο κανονικό καταλύτη, τα ένζυμα καταλύουν μόνο έναν τύπο αναστρέψιμης αντίδρασης, που ονομάζεται ειδική αντίδραση. Επειδή, τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες. μπορούν να λειτουργήσουν μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας, πίεσης και pH. Τα περισσότερα ένζυμα καταλύουν τις αντιδράσεις δημιουργώντας μια σειρά «συμπλοκών ενζύμου-υποστρώματος». Σε αυτά τα σύμπλοκα, το υπόστρωμα συνδέεται πιο σφιχτά με ένζυμα που αντιστοιχούν στη μεταβατική κατάσταση. Αυτή η κατάσταση έχει τη χαμηλότερη ενέργεια. Ως εκ τούτου είναι πιο σταθερό από τη μεταβατική κατάσταση μιας μη καταλυόμενης αντίδρασης. Κατά συνέπεια, ένα ένζυμο μειώνει την ενέργεια ενεργοποίησης της βιολογικής αντίδρασης, την οποία καταλύει. Δύο κύριες θεωρίες χρησιμοποιούνται για να εξηγήσουν πώς σχηματίζονται σύμπλοκα ενζύμου-υποστρώματος. Είναι η θεωρία κλειδώματος και η θεωρία επαγόμενης προσαρμογής.
Μοντέλο κλειδαριάς
Τα ένζυμα έχουν πολύ ακριβές σχήμα, το οποίο περιλαμβάνει μια σχισμή ή μια τσέπη που ονομάζεται ενεργές θέσεις. Σε αυτή τη θεωρία, το υπόστρωμα ταιριάζει σε μια ενεργή θέση όπως ένα κλειδί σε μια κλειδαριά. Κυρίως ιοντικοί δεσμοί και δεσμοί υδρογόνου συγκρατούν το υπόστρωμα στις ενεργές θέσεις για να σχηματίσουν το σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος. Μόλις σχηματιστεί, το ένζυμο καταλύει την αντίδραση βοηθώντας στην αλλαγή του υποστρώματος, είτε χωρίζοντάς το είτε επενδύοντας κομμάτια μαζί. Αυτή η θεωρία εξαρτάται από την ακριβή επαφή που γίνεται μεταξύ των ενεργών θέσεων και του υποστρώματος. Επομένως, αυτή η θεωρία μπορεί να μην είναι απολύτως σωστή, ειδικά όταν εμπλέκεται η τυχαία κίνηση των μορίων του υποστρώματος.
Μοντέλο Induced-Fit
Σε αυτή τη θεωρία, η ενεργή θέση αλλάζει το σχήμα της για να διπλώσει ένα μόριο υποστρώματος. Το ένζυμο, αφού δεσμευτεί με ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα, παίρνει το πιο αποτελεσματικό σχήμα του. Επομένως, το σχήμα του ενζύμου επηρεάζεται από το υπόστρωμα όπως το σχήμα ενός γαντιού που επηρεάζεται από το χέρι που το φοράει. Στη συνέχεια, με τη σειρά του το μόριο του ενζύμου παραμορφώνει το μόριο του υποστρώματος, τεντώνοντας τους δεσμούς και καθιστά το υπόστρωμα λιγότερο σταθερό, μειώνοντας έτσι την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης. Δεδομένου ότι η ενέργεια ενεργοποίησης είναι χαμηλή, η αντίδραση λαμβάνει χώρα με μεγάλη ταχύτητα σχηματίζοντας τα προϊόντα. Μετά την απελευθέρωση των προϊόντων, η θέση ενεργοποίησης του ενζύμου επιστρέφει στο αρχικό της σχήμα και δεσμεύει το επόμενο μόριο υποστρώματος.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Lock-and-Key και Induced-Fit;
• Η θεωρία επαγόμενης προσαρμογής είναι μια τροποποιημένη έκδοση της θεωρίας κλειδώματος και κλειδιού.
• Σε αντίθεση με τη θεωρία Lock-and-key, η θεωρία επαγόμενης προσαρμογής δεν εξαρτάται από την ακριβή επαφή που γίνεται μεταξύ της ενεργής θέσης και του υποστρώματος.
• Στη θεωρία της επαγόμενης προσαρμογής, το σχήμα του ενζύμου επηρεάζεται από το υπόστρωμα ενώ, στη θεωρία κλειδώματος και κλειδιού, το σχήμα του υποστρώματος επηρεάζεται από το ένζυμο.
• Στη θεωρία Lock-and-key, οι ενεργές θέσεις έχουν ακριβές σχήμα, ενώ στη θεωρία επαγόμενης προσαρμογής, η ενεργή θέση αρχικά δεν έχει ακριβές σχήμα, αλλά αργότερα το σχήμα της θέσης σχηματίζεται σύμφωνα με το υπόστρωμα, που πρόκειται να δεσμεύσει.
