व्याख्यान 15
एंजाइम (ENZYMES)
- एक जीवित कोशिका की अनूठी विशेषताओं में से एक जटिल प्रतिक्रियाओं को आसपास के वातावरण के तापमान पर तेजी से आगे बढ़ने की अनुमति देने की क्षमता है।
- कोशिका में उल्लेखनीय परिवर्तनों (transformations) में भाग लेने वाले मुख्य कारक एंजाइम (enzymes) नामक प्रोटीनों के समूह से संबंधित हैं। कोशिका में एंजाइमों की अनुपस्थिति में, ये प्रतिक्रियाएं बहुत धीमी गति से आगे बढ़ेंगी।
- एंजाइम प्रोटीन (proteins) हैं जो निम्नलिखित विशेषताओं के साथ जैविक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित (catalyse) करने के लिए विशिष्ट हैं।
एंजाइमों की विशेषताएं (Characteristics of enzymes)
- एंजाइम प्रोटीन होने के कारण प्रोटीन के सभी गुण प्रदर्शित करते हैं।
- उनके विशिष्ट आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु होते हैं जिन पर वे कम से कम घुलनशील (soluble) होते हैं।
- प्रोटीन की तरह, उन्हें pH और तापमान (temperature) में परिवर्तन से विकृत (denatured) किया जा सकता है।
- एंजाइम-उत्प्रेरित प्रतिक्रियाएं (enzyme-catalysed reactions) वायुमंडलीय दबाव और आसपास के उदासीन pH पर 100°C से नीचे होती हैं।
- एंजाइम प्रतिक्रिया के दौरान भौतिक परिवर्तनों से गुजरते हैं लेकिन प्रतिक्रिया के अंत में अपने मूल रूप में वापस आ जाते हैं।
- एंजाइम भारी उत्प्रेरक शक्ति प्रदर्शित करते हैं। एंजाइमी रूप से उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं की दर इसी अनुत्प्रेरित (uncatalysed) प्रतिक्रियाओं की तुलना में 106 - 1012 गुना अधिक होती है और संबंधित रासायनिक उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं की तुलना में कई गुना अधिक होती है।
- उदाहरण के लिए कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ (carbonic anhydrase) एंजाइम कार्बन डाइऑक्साइड (carbondioxide) के कार्बोनिक एसिड (carbonic acid) में रूपांतरण (conversion) को उत्प्रेरित करता है।
$$ CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 $$
- इस प्रतिक्रिया में, प्रत्येक एंजाइम अणु प्रति सेकंड 105 CO2 अणुओं को हाइड्रेट (hydrate) कर सकता है।
- एंजाइम सक्रियता को विभिन्न तरीकों से नियंत्रित किया जाता है, जिसमें कोशिका द्वारा संश्लेषित एंजाइम प्रोटीन की मात्रा पर नियंत्रण या चयापचय अवरोधकों और एक्टिवेटर्स (activators) या आइसोएन्ज़ाइम (isoenzymes) के साथ प्रतिवर्ती अंतःक्रिया के माध्यम से सक्रियता के नियंत्रण / प्रबंधन तक शामिल है।
एंजाइमों की विशिष्टता
- उत्प्रेरक (catalysts) से एंजाइमों को अलग करने वाली विशेषता विशेषताओं में से एक उनकी विशिष्टता (specificity) है।
- एंजाइम उत्प्रेरित प्रतिक्रिया और सबस्ट्रेट्स (substrates) की अपनी पसंद में विशिष्ट (specific) हैं।
- यह आमतौर पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया या निकटता से संबंधित प्रतिक्रियाओं के एक सेट को उत्प्रेरित करता है।
- तीन प्रकार की विशिष्टताएँ देखी जाती हैं:
i. पूर्ण विशिष्टता
- जब एंजाइम केवल एक विशेष प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं तो वे पूर्ण विशिष्टता प्रदर्शित करते हैं।
- उदा. यूरिएस (Urease) केवल यूरिया (urea) पर कार्य करता है।
ii. समूह विशिष्टता
- उन पदार्थों के समूह पर कार्य करने वाले एंजाइम जो उन पदार्थों के समूह के लिए एक विशेष प्रकार के लिंकेज (linkage) के अधिकारी होते हैं, समूह विशिष्टता प्रदर्शित करते हैं।
- एमाइलेज (Amylase) स्टार्च (starch), डेक्सट्रिन (dextrin) और ग्लाइकोजन (glycogen) जैसे पदार्थों के समूह को हाइड्रोलाइज़ (hydrolyses) करता है, जिनमें एक ही प्रकार के ग्लाइकोसिडिक लिंकेज (α1,4) होते हैं।
iii. ऑप्टिकल विशिष्टता
- लगभग सभी एंजाइम ऑप्टिकल विशिष्टता के उच्च स्तर को दर्शाते हैं।
- कुछ एंजाइम होते हैं जो समान ऑप्टिकल गतिविधि (optical activity) रखने वाले पदार्थों के एक ही समूह के हाइड्रोलिसिस (hydrolysis) को उत्प्रेरित करते हैं।
- उदा. D-अमीनो एसिड ऑक्सीडेज (D-amino acid oxidase) D-अमीनो एसिड पर कार्य करता है और L-अमीनो एसिड ऑक्सीडेज (L-amino acid oxidase) L-अमीनो एसिड पर कार्य करता है।
- माल्टेज (Maltase) α-ग्लाइकोसिडिक (α-glycosides) के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करता है लेकिन β-ग्लाइकोसाइड्स को नहीं।
एंजाइमों का वर्गीकरण (Classification of enzymes)
- पुराने दिनों में एंजाइमों का नाम सब्सट्रेट (जिस अणु पर एंजाइम कार्य करता है) के नाम पर प्रत्यय -ase (-ase suffix) जोड़कर रखा गया है।
- उदा. यूरिएस (Urease) (सब्सट्रेट यूरिया - Substrate urea) आर्जिनेस (Arginase) (सब्सट्रेट आर्जिनिन - Substrate arginine)
- एंजाइम उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के तंत्र (mechanism) पर हाल के अध्ययनों ने एंजाइमों के अधिक तर्कसंगत वर्गीकरण का नेतृत्व किया है।
- इंटरनेशनल यूनियन ऑफ बायोकैमिस्ट्री (International Union of Biochemistry - IUB) ने सभी मौजूदा और अभी खोजे जाने वाले एंजाइमों के व्यवस्थित वर्गीकरण और नामकरण को अपनाने के लिए एंजाइम नामकरण (enzyme nomenclature) पर एक आयोग की स्थापना की।
- यह प्रणाली सब्सट्रेट और प्रतिक्रिया विशिष्टता पर आधारित है।
- यद्यपि यह इंटरनेशनल यूनियन ऑफ बायोकैमिस्ट्री प्रणाली जटिल है, यह सटीक (precise), वर्णनात्मक (descriptive) और सूचनात्मक (informative) है।
- IUB प्रणाली एंजाइमों को छह प्रमुख वर्गों में वर्गीकृत करती है (केवल विशिष्ट क्रम में लिखा जाना चाहिए):
- ऑक्सीडोरडक्टेसेस (Oxidoreductases)
- ट्रांसफेरेसेस (Transferases)
- हाइड्रोलासेस (Hydrolases)
- लायसेस (Lyases)
- आइसोमेरेसेस (Isomerases)
- लिगेसेस (Ligases)
- उत्प्रेरित प्रतिक्रिया के प्रकार के अनुसार प्रत्येक वर्ग को फिर से उपवर्गों (subclasses) में विभाजित किया गया है।
- प्रत्येक एंजाइम को एक अनुशंसित नाम दिया गया है, आमतौर पर रोजमर्रा के उपयोग के लिए एक छोटा, एक व्यवस्थित नाम जो प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है और एक वर्गीकरण संख्या जिसका उपयोग किया जाता है जहां एंजाइम की सटीक और स्पष्ट पहचान की आवश्यकता होती है।
I. ऑक्सीडोरडक्टेसेस (Oxidoreductases)
- एंजाइम जो दो सबस्ट्रेट्स, S और S' के बीच ऑक्सीडो-रिडक्शन (oxido-reductions) को उत्प्रेरित करते हैं।
$$ S_{reduced} + S'_{oxidised} \longrightarrow S_{oxidised} + S'_{reduced} $$
$$ \underset{\text{(reduced)}}{CH_3-CH_2-OH} + \underset{\text{(oxidised)}}{NAD^+} \longrightarrow \underset{\text{(oxidised)}}{CH_3-CHO} + \underset{\text{(reduced)}}{NADH} + H^+ $$
- एंजाइम: अनुशंसित नाम - अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज (Alcohol dehydrogenase)
- व्यवस्थित नाम - Alcohol:NAD+ oxido-reductase
- एंजाइम आयोग संख्या (Enzyme Commission number) - E.C.1.1.1.1
- पहला अंक 1 ऑक्सीडो-रिडक्टेस (Oxido-reductase - प्रमुख वर्ग) को दर्शाता है।
- दूसरा अंक 1 दाताओं (donors) के CH-OH समूह पर कार्य करने वाले एंजाइमों को इंगित करता है (उप-वर्ग)।
- तीसरा अंक 1 इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में NAD+ को इंगित करता है (उप-उप वर्ग)।
- चौथा अंक 1 विशिष्ट एंजाइम को इंगित करता है।
II. ट्रांसफेरेसेस (Transferases)
- एंजाइम जो सबस्ट्रेट्स के बीच हाइड्रोजन के अलावा एक क्रियात्मक समूह के हस्तांतरण (transfer) को उत्प्रेरित करते हैं।
$$ S - G + S' \longrightarrow S' - G + S $$
- उदाहरण: हेक्सोकाइनेज (hexokinase) द्वारा ग्लूकोज का फास्फोरिलीकरण (Phosphorylation)
$$ \text{Glucose} + ATP \longrightarrow \text{Glucose-6-Phosphate} + ADP $$
- एंजाइम: अनुशंसित नाम - हेक्सोकाइनेज (Hexokinase)
- व्यवस्थित नाम - ATP:D-hexose, 6- phosphotransferase
- एंजाइम आयोग संख्या (Enzyme commission No) - 2.7.1.1
- 2 → ट्रांसफेरेज़ समूह (Transferase group - प्रमुख वर्ग)
- 7 → फॉस्फेट समूह का स्थानांतरण (Transfer of phosphate group - उप-वर्ग)
- 1 → फॉस्फेट समूह के स्वीकर्ता के रूप में अल्कोहल समूह (Alcohol group as acceptor - उप-उप-वर्ग)
- 1 → हेक्सोकाइनेज (Hexokinase)
III. हाइड्रोलासेस (Hydrolases)
- एस्टर (ester), पेप्टाइड (peptide) या ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम।
- उदाहरण:
$$ \text{Acetyl choline} + H_2O \longrightarrow \text{Acetic acid} + \text{Choline} $$
- एंजाइम: एसिटाइल कोलाइन एस्टरेज़ (Acetyl choline esterase)
- व्यवस्थित नाम - Choline:acetyl hydrolase
- E.C: 3.1.1.8
IV. लायसेस (Lyases)
- हाइड्रोलिसिस के अलावा अन्य तंत्र (mechanism) द्वारा सबस्ट्रेट्स (substrates) से समूहों को हटाने को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम, उत्पादों में से एक में एक डबल बॉन्ड छोड़ते हैं।
- उदाहरण: फ्यूमरेस (fumarase) द्वारा मैलिक एसिड (malic acid) का फ्यूमरिक एसिड (fumaric acid) में रूपांतरण
$$ \underset{\text{Malic acid}}{COOH - CH(OH) - CH_2-COOH} \longrightarrow \underset{\text{Fumaric acid}}{COOH - CH = CH - COOH} + H_2O $$
- एंजाइम: फ्यूमरेस (Fumarase - Fumarate hydratase)
- व्यवस्थित नाम - L. Malate hydrolyase
- E.C.No.4.2.1.2
V. आइसोमेरेसेस (Isomerases)
- ऑप्टिकल (optical), ज्यामितीय (geometrical) या स्थितिगत आइसोमर्स के अंतर-रूपांतरण (interconversion) को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम।
- उदाहरण:
$$ \text{All-trans retinal} \longrightarrow \text{11 cis-retinal} $$
- एंजाइम: रेटिनीन आइसोमरेज़ (Retinene isomerase)
- व्यवस्थित नाम - All-trans retinene:11-cis isomerase
- E.C.No. 5.2.1.3
VI. लिगेसेस (Ligases)
- एक उच्च ऊर्जा यौगिक के हाइड्रोलिसिस के साथ दो यौगिकों के एक साथ जुड़ने को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम।
- उदाहरण:
$$ \text{Glutamic acid} + NH_3 \xrightarrow{ATP \longrightarrow ADP + P_i} \text{Glutamine} $$
- एंजाइम: ग्लूटामाइन सिंथेटेज़ (Glutamine synthetase)
- व्यवस्थित नाम - L.Glutamate: Ammonia ligase
- E.C.6.3.1.2
🔄 संस्करण 2.0 अद्यतन
अंतिम अद्यतन: 28 अगस्त 2026
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