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अवरोधन तंत्र
एंजाइम काइनेटिक्स जैव रसायन विज्ञान का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है जो यह जांच करता है कि एंजाइम सब्स्ट्रेट्स के साथ कैसे क्रिया करते हैं। एंजाइम काइनेटिक्स का एक मुख्य पहलू "अवरोधन तंत्र" है। ये तंत्र बताते हैं कि कैसे अणु एंजाइम गतिविधि को प्रभावित कर सकते हैं, आमतौर पर एंजाइमी प्रतिक्रिया की दर को कम करके। दवा विज्ञान, चयापचय इंजीनियरिंग और चयापचय रोगों के अध्ययन के लिए अवरोधन तंत्र को समझना महत्वपूर्ण है। आइए एंजाइम अवरोधन तंत्र की रोचक दुनिया में गहराई से जानें, जिसमें परिभाषाएं, प्रकार और उदाहरण शामिल हैं।
एंजाइम क्या हैं?
एंजाइम जैविक उत्प्रेरक होते हैं जो कोशिकाओं में रासायनिक अभिक्रियाओं को गति देते हैं। ये प्रोटीन होते हैं जो एक सक्रिय स्थल प्रदान करते हैं, जहां सब्स्ट्रेट्स — जो कि एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रिया में अभिक्रियक होते हैं — बंध जाते हैं। एंजाइम प्रतिक्रिया की दर को एक मिलियन या उससे अधिक कारकों द्वारा बढ़ा सकते हैं। एंजाइम का एक सरल उदाहरण एमाइलेज है, जो हमारे लार में स्टार्च को शर्करा में तोड़ने में मदद करता है।
एंजाइम अवरोधन क्या है?
एंजाइम अवरोधन उस प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें एक अवरोधक, एक अणु, एक एंजाइम की गतिविधि को कम करता है। अवरोधक substrate बंधन को अवसान कर सकते हैं या एंजाइम की सक्रिय साइट में बाधा डाल सकते हैं। अवरोधन जैव रासायनिक पथों में एक प्राकृतिक विनियामक तंत्र है।
एंजाइम अवरोधन के प्रकार
एंजाइम अवरोधन के कई प्रकार होते हैं, प्रत्येक के अलग-अलग गुण और तंत्र होते हैं:
1. प्रतिस्पर्धी निषेध
प्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन में, अवरोधक एंजाइम की सक्रिय साइट में बंधन के लिए substrate के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। इसका मतलब है कि अवरोधक की संरचना substrate के समान होती है, जिससे substrate अणुओं के बंधन को रोका जा सके। इस प्रकार के अवरोधन को substrate एकाग्रता बढ़ाकर दूर किया जा सकता है।
निम्नलिखित योजनाबद्ध प्रस्तुति पर विचार करें:
E + S ↔ ES → E + P E + I ↔ EI
जहां E
एंजाइम है, S
substrate है, P
उत्पाद है, और I
अवरोधक है। प्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन में, EI
और ES
एक साथ नहीं बन सकते।
2. गैर-प्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन
गैर-प्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन तब होता है जब एक अवरोधक एंजाइम के सक्रिय स्थल के अलावा किसी अन्य स्थल पर बंध जाता है। यह एंजाइम के आकार को इस प्रकार बदल देता है कि substrate प्रभावी ढंग से बंध नहीं हो सकता या एंजाइम प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित नहीं कर सकता। महत्वपूर्ण रूप से, गैर-प्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन को substrate एकाग्रता बढ़ाकर दूर नहीं किया जा सकता।
गैर-प्रतिस्पर्धात्मक ब्लॉकिंग के लिए प्रतिक्रिया योजना इस प्रकार है:
E + S ↔ ES → E + P E + I ↔ EI + S ↔ ESI → X
इस मामले में, EI
और ESI
यौगिक एंजाइम की अवरोधित स्थिति को दर्शाते हैं।
3. अपरस्पर निषेध
गैरप्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन में, अवरोधक केवल एंजाइम-सब्सट्रेट यौगिक से बंधता है। यह बंधन substrate को एंजाइम में लॉक कर देता है, जिससे प्रतिक्रिया आगे नहीं बढ़ पाती और इस प्रकार उत्पादन का निर्माण कम हो जाता है।
प्रासंगिक प्रतिक्रिया योजना इस प्रकार है:
E + S ↔ ES → E + P ES + I ↔ ESI
इस योजना में दिखाया गया है कि अवरोधक ES
यौगिक से बंधता है, जो ESI
की ओर ले जाता है।
4. मिश्रित अवरोधन
मिश्रित अवरोधन प्रतिस्पर्धात्मक और गैर-प्रतिस्पर्धात्मक अवरोधन का संयोजन है। अवरोधक एंजाइम और एंजाइम-सब्सट्रेट यौगिक दोनों से बंध सकता है, लेकिन अलग-अलग affinity के साथ। यह प्रतिक्रिया की अधिकतम दर में कमी और माइकलिस स्थिरांक में वृद्धि या कमी का परिणाम देता है, जो सापेक्ष affinity पर निर्भर करता है।
E + S ↔ ES → E + P E + I ↔ EI + S ↔ ESI → X
दोनों EI
और ESI
एंजाइम की अवरोधित स्थिति को दर्शाते हैं।
रुकावट गतिशीलता की कल्पना
ग्राफिकल प्रस्तुति एंजाइम काइनेटिक्स को समझने का एक शक्तिशाली तरीका है, विशेष रूप से Lineweaver-Burk आरेखों के माध्यम से। इन दोहरे आपसी आरेखों के द्वारा अंतरों का विश्लेषण करने से अवरोधन की प्रकृति का पता लगाया जा सकता है।
नीचे दिए गए सामान्य Lineweaver-Burk आरेख पर विचार करें:
1/V = (km/Vmax)(1/[s]) + 1/Vmax
जहां V
प्रतिक्रिया वेग है, Km
माइकलिस स्थिरांक है, Vmax
अधिकतम वेग है, और [S]
substrate एकाग्रता है।
वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग
अवरोधन तंत्र को समझना दवाओं और उपचारों की डिज़ाइन के लिए अहम है। अवरोधक आमतौर पर ऐसी दवाओं में उपयोग किए जाते हैं जो रोग के लिए योगदान देने वाले एंजाइम की गतिविधि को धीरे-धीरे या रोकने के लिए होते हैं। उदाहरण के लिए, प्रोटीज अवरोधक एचआईवी उपचार में वायरस प्रतिकृति को रोकने के लिए वाइरल प्रोटीज एंजाइम को रोकने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
एक अन्य उपयोग कृषि में है, जहां खरपतवार नाशकों और कीटनाशकों में अक्सर अवांछित पौधों और कीट में एंज़ाइम अवरोधक के रूप में काम करते हैं। ग्लाइफोसेट, एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शाकनाशी है, जो ईपीएसपी सिंथेज़ एंजाइम को अवरुद्ध करके काम करता है, जो पौधे के विकास के लिए आवश्यक है।
निष्कर्ष
एंजाइम अवरोधन जैव रासायनिक विनियमन का एक मौलिक पहलू है जिससे कई जैविक और औषधीय अनुप्रयोग होते हैं। विभिन्न अवरोधन तंत्रों को समझकर - प्रतिस्पर्धात्मक, गैर-प्रतिस्पर्धात्मक, अपरस्पर और मिश्रित अवरोधन - वैज्ञानिक इन अवरोधकों को डिजाइन और हेरफेर कर सकते हैं जो दवाओं और उपचारों को विकसित करने में मदद करते हैं।