Enzymes: General Characteristics, classification, mode of action, inhibitors

Enzymes (एंजाइम्स):- Enzymes can be defined as biological polymers that catalyze biochemical reactions.

(एंजाइमों को जैविक बहुलकों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो जैव रासायनिक अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं।)

General characteristics of Enzymes (एंजाइमों के सामान्य गुण):-

1. Protein Nature (प्रोटीन प्रकृति):-

•     Normally these are globular proteins.

(ये सामान्यत्या ग्लोबुलर प्रोटीन्स होते हैं।)

•    They have a 3° structure of protein.

(इनमें प्रोटीन की 3° संरचना होती है।)

•    There may be another group for activation.

(सक्रियता के लिए कोई अन्य समूह भी हो सकता है।)

•     Exception (अपवाद):- RNA Enzymes (RNA एंजाइम्स)

- Ribozyme (राइबोजाइम)

- Ribonuclease - P (राइबोन्यूक्लिएज – P)

- Peptidyl transferase (पेप्टाइडिल ट्रान्सफरेज)

2. Molecular Weight (अणुभार):-

•    Enzymes are very large molecules.

(एंजाइम्स बहुत बड़े अणु होते हैं।)

•    Their molecular weight is from 6000 to 46 lac.

(इनका अणुभार 6000 से 46 लाख तक होता है।)

•    Molecular weight of Bacterial ferredoxin is 6000 and of Pyruvate dehydrogenase is 46 lac.

(6000 बैक्टीरियल फेरेडोक्सिन का तथा 46 लाख पाइरुवेट डिहाइड्रोजिनेज का अणुभार होता है।)

3. Chemical Reaction (रासायनिक अभिक्रिया):-

•    Enzymes do not initiate chemical reaction. They only increase the rate of chemical reaction.

(एंजाइम्स रासायनिक अभिक्रिया को शुरू नहीं करते है। ये केवल रासायनिक अभिक्रिया की दर को बढ़ाते हैं।)

•    Enzymes do not change the equilibrium. Rather, they establish the equilibrium quickly.

(एंजाइम्स साम्यवस्था को परिवर्तित नहीं करते हैं। बल्कि ये साम्यवस्था को शीघ्र स्थापित कर देते हैं।)

•    Enzymes are not used in chemical reactions. Rather, at the end of the reaction, they remain unchanged.

(एंजाइम्स रासायनिक अभिक्रिया में उपयोग नहीं होते हैं। बल्कि अभिक्रिया के अन्त में अपरिवर्तित निकल आते हैं।)

4. Efficiency (दक्षता):-

Turn Over Number:- Number of all the molecules of the reactants are converted into products in 1 minute by the enzyme, called the Turn Over Number.

(एंजाइम द्वारा 1 मिनट में अभिकारकों के जितने अणुओं को उत्पाद में परिवर्तित किया जाता है, Turn Over Number कहलाता है।)

•    The higher the turn over number, the higher the efficiency of the enzyme.

(Turn Over Number जितना अधिक होगा एंजाइम की दक्षता उतनी ही अधिक होगी।)

5. Specificity (विशिष्टता):-

•    An enzyme catalyzes only one type of reaction.

(एक एंजाइम केवल एक ही प्रकार की अभिक्रिया को उत्प्रेरित करता है।)

•    If an enzyme acts on more than one reactant, it gives different products.

(यदि एक एंजाइम एक से अधिक अभिकारकों पर क्रिया करता है तो भिन्न उत्पाद देता है।)

•    If different enzymes act on the same reactant, they give different products.

(यदि विभिन्न एंजाइम्स एक ही अभिकारक पर क्रिया करते हैं तो भिन्न उत्पाद देते हैं।)

•    Example ( उदाहरण):-

    i. Maltase Enzyme (माल्टेज एंजाइम):- It can act on maltose, but not on lactose or sucrose.

(यह मालटोज पर क्रिया कर सकता है, परन्तु लेक्टोज या सुक्रोज पर नहीं।)

       ii. Sucrase Enzyme (सूक्रेज एंजाइम):- It can act on both sucrose and Rafinose, but gives different products.

(यह सुक्रोज व रैफीनोज दोनों पर क्रिया कर सकता है, परन्तु भिन्न – भिन्न उत्पाद देता है।)

6. Heat Sensitivity (ताप संवेदिता):-

•     All enzymes are heat sensitive and thermolabile.

(सभी एंजाइम्स ताप संवेदी व ताप अस्थिर होते हैं।)

•     Most enzymes work between 25 ° C to 35 ° C.

(अधिकांश एंजाइम्स 25°C से 35°C के मध्य कार्य करते हैं।)

•     They become inactive at 0 ° C temperature.

(0°C ताप पर ये निष्क्रिय हो जाते है।)

•     They get deformed at 50 - 55 ° C temperature.

(50 - 55°C ताप पर इनका विकृतिकरण हो जाता है।)

7. pH:-

•    Each enzyme work at a particular pH.

(प्रत्येक एंजाइम एक निश्चित pH पर ही कार्य करता है।)

•    This is useful in the regulation of enzyme action.

(यह एंजाइम क्रिया के नियमन में उपयोगी होता है।)

Classification of Enzymes (एंजाइमों का वर्गीकरण):-

•      IUB (International Union of Biochemistry):- It gave the modern system of classification of enzymes in 1961. According to this, there are 6 classes of enzymes:-

(इसने 1961 में एंजाइमों के वर्गीकरण का आधुनिक तंत्र दिया था। इसके अनुसार एंजाइमों के 6 वर्ग होते हैं:-)

a. Oxido – reductases             

b. Transferases

c.Hydrolases                            

d. Lyases

e. Isomerases                           

f. Ligases

a. Oxido – reductases:-

•    These enzymes participate in oxidation and reduction reactions or transfer of electrons.

(ये एंजाइम्स ऑक्सीकरण व अपचयन अभिक्रियाओं या इलेक्ट्रोन्स के स्थानांतरण में भाग लेते हैं।)

•    3 types:- (3 प्रकार हैं:-)

i. Oxidases:- They add oxygen. Example- Cytochrome oxidase

(ऑक्सीजन को जोड़ते हैं। उदाहरण- Cytochrome oxidase)

ii. Dehydrogenases:- They remove Hydrogen. Example- Succinate dehydrogenase

(हाइड्रोजन को हटाते हैं। उदाहरण- Succinate dehydrogenase)

iii. Reductases:- They add hydrogen. Example- Nitrate reductase

(हाइड्रोजन को जोड़ते हैं। उदाहरण- Nitrate reductase)

b. Transferases:-

•      These enzymes transfer a group from one molecule to another.

(ये एंजाइम्स किसी समूह को एक अणु से दूसरे अणु पर स्थानांतरित करने का कार्य करते हैं।)

Example (उदाहरण)- Glutamate – Pyruvate transaminase (It transfer NH2 group).

[Glutamate – Pyruvate transaminase (यह NH2 समुह का स्थानांतरण करता है।)]

c. Hydrolases:-

•      These enzymes cause hydrolysis of bonds that are formed by dehydration condensation. Such as ester bond, ether bond, peptide bond, glycosidic bond etc.

(ये एंजाइम्स उन बंधों का जल अपघटन करते हैं जो निर्जलीकरण संघनन से बने होते है। जैसे – एस्टर बंध, ईथर बंध, पेप्टाइड बंध, ग्लाइकोसाइडिक बंध आदि।)

•      These enzymes break large molecules into small molecules using water. This is called hydrolysis.

( ये एंजाइम्स जल का उपयोग कर बड़े अणुओं को छोटे अणुओं में तोड़ देते हैं। इसे जल अपघटन कहते हैं।)

•      Examples (उदाहरण):- Digestive enzymes (Amylase, Sucrase, Lactase, Maltase etc.)

[पाचक एंजाइम्स (एमाइलेज, सूक्रेज, लैक्टेज, माल्टेज आदि।)]

d. Lyases:-

•      These enzymes do the following:-

(ये एंजाइम्स निम्न कार्य करते हैं:-)

i. They break the bonds.

(बंधों को तोड़ते हैं।)

ii. They remove groups without hydrolysis.

(बिना जल अपघटन के समुहों को हटाते हैं।)

iii. They add groups on the double bonds.

(द्विबन्धों पर समुहों को जोड़ते हैं।)

iv. They remove groups and create a double bond.

(समुहों को हटाकर द्विबन्ध उत्पन्न करते हैं।)

Example (उदाहरण):- Histidine decarboxilase,  Aldolase

e. Isomerases:-

•     These enzymes rearrange the molecular structure.

(ये एंजाइम्स आण्विक संरचना को पुनर्व्यवस्थित करते हैं।)

•      3 types:- (3 प्रकार हैं:-)

i. Isomerase:- They interchange the Aldose with ketose and vice versa. Example - Change of G-6-P to F-6-P

(Aldose व ketose का आपस में अंतर्परिवर्तन करते हैं। उदाहरण – G-6-P का F-6-P में परिवर्तन)

ii. Epimerase:- They change the position of the carbon group. Example: - Xylulose phosphate changes to Ribulose phosphate

(कार्बन समुह की स्थिति को परिवर्तित करते हैं। उदाहरण:- Xylulose phosphate का Ribulose phosphate में परिवर्तन)

iii. Mutase:- They change the position of the side group. Example: - Change of G-6-P to G-1-P

(साइड समुह की स्थिति को परिवर्तित करते हैं। उदाहरण:- G-6-P का G-1-P में परिवर्तन)

f. Ligases:-

•      These enzymes make bond between two atoms using the energy of ATP. Such as: C - O, C - S, C - N, P - O etc.

(ये एंजाइम्स ATP की ऊर्जा के उपयोग से दो परमाणुओं के मध्य बंध बनाते हैं। जैसे: C – O, C – S, C – N, P – O आदि।)

•      Example (उदाहरण):- Pyruvate decarboxylase

Mode of Enzyme Action (एंजाइमों की क्रियाविधि):-

•    Activation Energy (सक्रियण ऊर्जा):- To initiate a chemical reaction, energy has to be supplied from outside, called activation energy.

(रासायनिक अभिक्रिया को शुरू करने के लिए बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति करनी पड़ती है, जिसे सक्रियण ऊर्जा कहते हैं।)

•      Example (उदाहरण):- Acid hydrolysis of sucrose requires 32 Kcal / mole energy.

(सुक्रोज के अम्लीय जल अपघटन के लिए 32 Kcal/mole ऊर्जा की आवश्यकता होती है।)

•      Enzyme Action (एंजाइम क्रिया):- The enzyme reduces the activation energy required for the chemical reaction.

(एंजाइम रासायनिक अभिक्रिया के लिए आवश्यक सक्रियण ऊर्जा को कम कर देता है।)

•      Example (उदाहरण):- 9 Kcal / mole energy is required for hydrolysis of sucrose by sucrose enzyme.

(सुक्रोज के सूक्रेज एंजाइम द्वारा जल अपघटन के लिए 9 Kcal/mole ऊर्जा की आवश्यक होती है।)

•     Thus the sucrase enzyme reduced the activation energy requirement from 32 Kcal / mole to 9 Kcal / mole.

(इस प्रकार सूक्रेज एंजाइम ने सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता को 32 Kcal/mole से घटाकर 9 Kcal/mole कर दिया।)

•   Exothermic and Endothermic Reactions (ऊष्माक्षेपी व ऊष्माशोषी अभिक्रियाएं):-

Theories of Mechanism (क्रियाविधि के सिद्धान्त):-  2 theories- (2 सिद्धान्त हैं-)

1. Lock and Key Theory (ताला – चाबी सिद्धान्त)

2. Induced Fit Theory (प्रेरित फिट सिद्धान्त)

1. Lock and Key Theory (ताला – चाबी सिद्धान्त):-

•      This theory was given by Emil Fischer in 1894.

(यह सिद्धान्त Emil Fischer ने 1894 में दिया था।)

•      According to this theory, both enzymes and reactants have fixed shape.

(इसके अनुसार एंजाइम व अभिकारक दोनों निश्चित आकृति के होते हैं।)

•      The shape of the enzyme's active site is such that the reactant can fit into it. It is similar to lock and key. Just like a lock can be opened with a special key. Similarly, a particular reactant can fit into the active site of the enzyme.

(एंजाइम के सक्रिय स्थल की आकृति इस प्रकार होती है कि अभिकारक इसमें फिट हो सकता है। यह ताला व चाबी के समान होता है। जिस प्रकार ताले को एक विशेष चाबी से ही खोल सकते हैं। उसी प्रकार एक विशेष अभिकारक ही एंजाइम के सक्रिय स्थल में फिट हो सकता है।)

2. Induced Fit Theory (प्रेरित फिट सिद्धान्त):-

•      This theory was given by Koshland in 1959.

(यह सिद्धान्त Koshland ने 1959 में दिया था।)

•      According to this theory, the shape of the reactant is fixed but the shape of the active site of the enzyme is not fixed.

(इसके अनुसार अभिकारक की आकृति तो निश्चित होती है परन्तु एंजाइम के सक्रिय स्थल की आकृति निश्चित नहीं होती है।)

•      When the reactant molecule approaches the active site of the enzyme, it induces a change in its shape.

(जब अभिकारक अणु एंजाइम के सक्रिय स्थल के पास आता है तो यह उसकी आकृति में परिवर्तन को प्रेरित करता है।)

Inhibitors of Enzymes (एंजाइमों के अवरोधक):-

Enzyme Inhibition (एंजाइम अवरोधन):- The stoppage of enzyme activity is referred to as enzyme inhibition.

(एंजाइम क्रिया के रुकने को एंजाइम अवरोधन कहा जाता है।)

1. Competitive Inhibition (प्रतिस्पर्धी अवरोधन):- A molecule other than the substrate binds to the enzyme’s active site, causing competitive inhibition. The inhibitor (molecule) has a structural and chemical similarity to the substrate (hence able to bind to the active site). 

[सब्सट्रेट के अलावा एक अणु एंजाइम की सक्रिय साइट से बांधता है, जिससे प्रतिस्पर्धी अवरोध होता है। अवरोधक (अणु) में सब्सट्रेट के लिए एक संरचनात्मक और रासायनिक समानता होती है (इसलिए सक्रिय साइट से जुड़ने में सक्षम)।]

2. Non-Competitive Inhibition (गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधन):- A chemical binds to a location other than the active site in non-competitive inhibition (an allosteric site). When the inhibitor binds to the allosteric site, the enzyme’s active site undergoes a structural shift. 

[एक रसायन गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधन (एक एलोस्टेरिक साइट) में सक्रिय साइट के अलावा किसी अन्य स्थान पर बांधता है। जब अवरोधक एलोस्टेरिक साइट से जुड़ता है, तो एंजाइम की सक्रिय साइट एक संरचनात्मक बदलाव से गुजरती है।]

3. Uncompetitive Inhibition (अप्रतिस्पर्धी अवरोधन):- The inhibitor binds only to the substrate-enzyme complex in uncompetitive inhibition. In reactions involving two or more substrates or products, uncompetitive inhibition is common. Non-competitive inhibition can occur with or without the presence of the substrate, whereas uncompetitive inhibition requires the formation of an enzyme-substrate complex.

(अवरोधक अप्रतिस्पर्धी अवरोधन में केवल सब्सट्रेट-एंजाइम कॉम्प्लेक्स को बांधता है। दो या दो से अधिक सबस्ट्रेट्स या उत्पादों से जुड़ी अभिक्रियाओं में, अप्रतिस्पर्धी अवरोध आम है। गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधन सब्सट्रेट की उपस्थिति के साथ या उसके बिना हो सकता है, जबकि अप्रतिस्पर्धी अवरोधन के लिए एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स के गठन की आवश्यकता होती है।)