Metabolisme dan Enzim, nota ulang kaji

Gambaran keseluruhan

Metabolisme ialah jumlah semua tindak balas kimia dalam sel, membina (anabolisme) dan memecah (katabolisme). Hampir semua tindak balas ini dikawal oleh enzim.

Bab ini merangkumi apa itu enzim, cara ia berfungsi, faktor yang mengubah aktivitinya, dan kegunaannya dalam kehidupan harian.

Dua faktor lain turut mengubah kadar tindak balas yang dimangkinkan enzim: kepekatan substrat dan kepekatan enzim. Meningkatkan mana-mana satu menaikkan kadar kerana lebih banyak perlanggaran antara enzim dan substrat boleh berlaku, tetapi hanya sehingga semua tapak aktif yang ada telah diduduki pada sesuatu masa, selepas itu kadar mendatar.

Enzim kebanyakannya dinamakan dengan menambah akhiran '-ase' pada nama substratnya atau tindak balas yang dimangkinkannya, seperti amilase bertindak ke atas kanji atau protease bertindak ke atas protein. Mengenali corak penamaan ini membantu anda mengetahui fungsi sesuatu enzim yang tidak biasa terus daripada namanya dalam soalan peperiksaan.

Tindak balas anabolik termasuk fotosintesis dan sintesis protein, yang kedua-duanya membina molekul lebih besar dan memerlukan bekalan tenaga; tindak balas katabolik termasuk respirasi dan penghadaman, yang kedua-duanya memecah molekul besar kepada lebih kecil dan membebaskan tenaga yang boleh digunakan sel.

Enzim penghadaman menunjukkan bagaimana pH optimum berbeza mengikut lokasi dalam badan: pepsin dalam perut berfungsi terbaik dalam keadaan sangat berasid, manakala tripsin dalam usus kecil berfungsi terbaik dalam keadaan sedikit beralkali, menunjukkan 'pH optimum' adalah sifat setiap enzim secara individu dan bukan satu nilai tetap untuk semua enzim.

Kadar tindak balas dikira daripada graf sebagai kecerunan lengkung, atau lebih mudah sebagai jumlah hasil terbentuk, atau substrat digunakan, dibahagi dengan masa yang diambil; soalan SPM sering meminta kadar ini dikira terus daripada jadual keputusan dan bukan sekadar diterangkan dalam perkataan.

Metabolisme: anabolisme dan katabolisme (SK 5.1)

Standard Kandungan 5.1 mentakrifkan metabolisme sebagai jumlah setiap tindak balas kimia yang berlaku di dalam sel hidup. Tindak balas ini terbahagi kepada dua kumpulan bertentangan.

Anabolisme membina molekul besar dan kompleks daripada molekul yang lebih kecil dan memerlukan bekalan tenaga, seperti apabila asid amino dicantumkan menjadi protein semasa sintesis protein, atau apabila karbon dioksida dan air dibina menjadi glukosa semasa fotosintesis. Katabolisme memecah molekul besar kepada molekul yang lebih kecil dan membebaskan tenaga yang boleh digunakan sel, seperti apabila glukosa dipecahkan semasa respirasi atau makanan dipecahkan semasa penghadaman.

Perangkap peperiksaan yang kerap ialah menganggap 'metabolisme' dan 'penghadaman' sebagai perkataan yang sama. Penghadaman hanyalah satu proses katabolik, iaitu pemecahan makanan; metabolisme ialah istilah yang jauh lebih luas yang merangkumi setiap tindak balas dalam sel, anabolik dan katabolik sekali.

Hampir semua tindak balas ini dikawal oleh enzim, sebab itulah bab ini terus beralih daripada metabolisme kepada kajian enzim.

Tenaga yang dibebaskan oleh katabolisme tidak hilang: ia dipindahkan untuk memacu tindak balas anabolik yang membina sel dan untuk menggerakkan aktiviti sel lain seperti pengangkutan aktif dan pergerakan. Melihat metabolisme sebagai aliran dua hala yang berterusan ini, membina dan memecah pada masa yang sama, itulah yang sebenarnya diuji oleh takrif ini.

Enzim sebagai mangkin biologi dan model mangga-dan-kunci (SK 5.2)

Enzim ialah protein yang bertindak sebagai mangkin biologi: ia mempercepat satu tindak balas kimia tertentu dengan menurunkan tenaga pengaktifan yang diperlukan untuk memulakannya, namun tidak digunakan atau berubah secara kekal oleh tindak balas itu, jadi satu molekul enzim boleh digunakan berulang kali. Kerana enzim kekal tidak berubah, sel hanya memerlukan kuantiti yang sedikit.

Setiap enzim bersifat spesifik; ia memangkinkan hanya satu tindak balas atau satu jenis substrat. Model mangga-dan-kunci menerangkan kespesifikan ini.

Satu kawasan kecil enzim, iaitu tapak aktif, mempunyai bentuk tiga dimensi yang saling melengkapi dengan satu substrat tertentu, sama seperti satu kunci muat pada satu mangga. Substrat mengikat pada tapak aktif untuk membentuk kompleks enzim-substrat; tindak balas kemudian berlaku dan hasil meninggalkan tapak, membebaskan tapak aktif untuk mengikat molekul substrat lain.

Tapak aktif memperoleh bentuknya yang tepat daripada cara protein itu dilipat. Sebab itulah apa-apa yang mengubah lipatan itu, kenaikan suhu yang besar atau pH yang melampau, memusnahkan kesepadanan antara enzim dan substrat, satu perkara yang dihuraikan dalam bahagian seterusnya.

Faktor yang mempengaruhi aktiviti enzim secara ringkas

Empat faktor mengubah kadar tindak balas yang dimangkinkan enzim, dan setiap satu diuji melalui graf. Menyusunnya bersama menunjukkan apa yang berlaku apabila setiap faktor meningkat dan sebabnya, iaitu penerangan yang dicari penilai dan bukan sekadar bentuk graf.

Suhu dan pH: optimum dan penyahaslian (SK 5.2)

Apabila suhu naik daripada nilai yang rendah, kadar tindak balas enzim meningkat kerana molekul enzim dan substrat bergerak lebih cepat dan berlanggar lebih kerap, jadi lebih banyak kompleks enzim-substrat terbentuk setiap saat. Kadar paling tinggi pada suhu optimum, yang bagi enzim manusia adalah sekitar suhu badan.

Melebihi optimum, kadar jatuh curam: haba mengubah lipatan tepat enzim, tapak aktif berubah bentuk, dan substrat tidak lagi muat. Enzim kemudian ternyahasli, dan kerana lipatan tidak boleh terbentuk semula, perubahan ini kekal.

Suhu rendah sebaliknya tidak menyahaslikan enzim; ia hanya memperlahankannya, dan aktiviti kembali apabila enzim dipanaskan semula.

pH mempengaruhi enzim dengan cara yang serupa. Setiap enzim mempunyai pH optimum yang tapak aktifnya mempunyai bentuk betul dan kadarnya paling tinggi; bergerak jauh daripada optimum menurunkan kadar, dan pH melampau menyahaslikan enzim.

Enzim berbeza mempunyai pH optimum berbeza yang sesuai dengan tempat ia berfungsi. Pepsin berfungsi dalam perut yang sangat berasid dan mempunyai pH optimum yang rendah, manakala tripsin berfungsi dalam usus kecil yang sedikit beralkali dan mempunyai pH optimum yang lebih tinggi, bukti bahawa 'pH optimum' ialah sifat setiap enzim secara individu, bukan satu nilai tetap untuk semua.

Kepekatan substrat dan kepekatan enzim (SK 5.2)

Pada kepekatan substrat yang rendah, menaikkannya meningkatkan kadar tindak balas kerana lebih banyak molekul substrat tersedia untuk berlanggar dengan tapak aktif enzim, jadi lebih banyak kompleks terbentuk setiap saat. Sebaik kepekatan substrat cukup tinggi sehingga setiap tapak aktif diduduki pada sesuatu masa, menambah lebih banyak substrat tidak memberi kesan lanjut: enzim telah menjadi faktor pengehad dan kadar mendatar menjadi plato.

Graf justeru naik curam dan kemudian mendatar.

Kepekatan enzim berkelakuan dengan cara yang sepadan apabila substrat banyak. Meningkatkan jumlah enzim menyediakan lebih banyak tapak aktif, jadi kadar naik.

Ini berterusan hanya selagi substrat berlebihan; sebaik substrat menjadi berkurangan ia menjadi faktor pengehad, dan menambah lebih enzim tidak lagi menaikkan kadar. Kadar itu sendiri diukur sebagai jumlah hasil terbentuk, atau substrat digunakan, dibahagi dengan masa yang diambil, dan pada graf jumlah melawan masa ia ialah kecerunan, paling curam dan justeru paling tinggi berhampiran permulaan sebelum substrat digunakan habis.

Aplikasi enzim dalam kehidupan harian (SK 5.3)

Standard Kandungan 5.3 melihat cara enzim digunakan di luar badan. Detergen biologi mengandungi protease dan lipase, yang memecah kesan berasaskan protein seperti darah atau telur dan kesan berasaskan lemak menjadi molekul lebih kecil dan larut yang mudah dibilas.

Kerana enzim ini berfungsi baik sekitar suhu badan, detergen membersih dengan berkesan pada suhu basuhan yang lebih rendah, yang juga menjimatkan tenaga yang diperlukan oleh basuhan panas.

Industri makanan menggunakan enzim secara meluas: pektinase memecah pektin untuk menjernihkan jus buah yang keruh dan meningkatkan isi padu yang diekstrak, amilase menukar kanji kepada gula dalam penghasilan sirap, dan renin (daripada rennet) menggumpalkan protein susu dalam pembuatan keju. Enzim ternyahgerak, iaitu enzim yang ditetapkan pada atau diperangkap dalam bahan sokongan lengai seperti manik alginat, amat berharga, kerana enzim boleh diperoleh semula dan diguna semula berulang kali dan mudah dipisahkan daripada hasil, menurunkan kos dan memastikan hasil bebas daripada enzim.

Laktase ternyahgerak, misalnya, digunakan untuk membuat susu bebas laktosa bagi orang yang tidak dapat mencerna laktosa. Enzim juga digunakan dalam perubatan, seperti dalam jalur ujian diagnostik, dan dalam pembuatan bir, tempat ia memecah kanji semasa penapaian.

Konsep utama untuk dikuasai

• Metabolisme, Anabolisme membina molekul besar daripada kecil (guna tenaga); katabolisme memecah molekul besar (bebaskan tenaga).
• Enzim sebagai mangkin biologi, Enzim ialah protein yang mempercepat tindak balas tanpa digunakan, dan spesifik kepada satu substrat.
• Model mangga-dan-kunci, Substrat muat pada tapak aktif enzim seperti kunci dalam mangga, membentuk kompleks enzim-substrat.
• Kesan suhu, Kadar naik ke optimum (sekitar suhu badan) kemudian jatuh mendadak apabila enzim ternyahasli pada suhu tinggi.
• Kesan pH, Setiap enzim ada pH optimum; jauh daripadanya kadar jatuh, dan pH melampau menyahaslikan enzim.
• Aplikasi, Enzim digunakan dalam detergen, pemprosesan makanan, pembuatan bir dan perubatan.
• Kesan kepekatan substrat, Apabila kepekatan substrat meningkat, kadar tindak balas meningkat kerana lebih banyak molekul substrat berlanggar dengan tapak aktif yang ada; selepas satu takat kadar mendatar kerana setiap tapak aktif sudah diduduki pada sesuatu masa.
• Kesan kepekatan enzim, Apabila kepekatan enzim meningkat, dengan substrat berlebihan, kadar tindak balas meningkat kerana lebih banyak tapak aktif tersedia; kadar akhirnya mendatar apabila substrat pula menjadi faktor pengehad.
• Penamaan enzim, Kebanyakan nama enzim berakhir dengan '-ase' dan dibina daripada substrat yang ditindaknya atau tindak balas yang dimangkinkannya, seperti amilase untuk kanji, protease untuk protein dan lipase untuk lemak.
• Enzim dalam kehidupan harian, Detergen biologi mengandungi protease dan lipase untuk membuang kesan protein dan lemak pada suhu basuhan lebih rendah; industri makanan menggunakan enzim seperti pektinase untuk menjernihkan jus buah dan renin dalam pembuatan keju.
• Tapak aktif dan struktur tertiar, Enzim ialah protein globular yang dilipat kepada bentuk tiga dimensi yang tepat; tapak aktif ialah kawasan kecil bentuk ini yang konturnya dan kumpulan kimianya saling melengkapi dengan satu substrat tertentu.
• Enzim ternyahgerak, Enzim boleh ditetapkan pada atau di dalam bahan sokongan lengai, seperti manik alginat, supaya boleh diguna semula berulang kali dan mudah dipisahkan daripada hasil, yang biasa dalam aplikasi industri seperti penghasilan susu bebas laktosa.
• Mengira kadar daripada data, Kadar tindak balas boleh didapati dengan membahagikan perubahan jumlah hasil atau substrat dengan masa yang diambil, atau dengan mencari kecerunan bahagian paling curam pada graf jumlah melawan masa.

Senarai semak ingatan pantas

1. Boleh anda takrif dan terangkan Metabolisme?
2. Boleh anda takrif dan terangkan Enzim sebagai mangkin biologi?
3. Boleh anda takrif dan terangkan Model mangga-dan-kunci?
4. Boleh anda takrif dan terangkan Kesan suhu?
5. Boleh anda takrif dan terangkan Kesan pH?
6. Boleh anda takrif dan terangkan Aplikasi?
7. Boleh anda takrif dan terangkan Kesan kepekatan substrat?
8. Boleh anda takrif dan terangkan Kesan kepekatan enzim?
9. Boleh anda takrif dan terangkan Penamaan enzim?
10. Boleh anda takrif dan terangkan Enzim dalam kehidupan harian?
11. Boleh anda takrif dan terangkan Tapak aktif dan struktur tertiar?
12. Boleh anda takrif dan terangkan Enzim ternyahgerak?
13. Boleh anda takrif dan terangkan Mengira kadar daripada data?

Soalan lazim

Lagi untuk Metabolisme dan Enzim

Sumber:SRC-DSKP-EN