生きている細胞の多くの生化学反応は、双方向に進行します。例えば、哺乳動物の細胞は、グルコースを合成し異化します。これらの反応の発生率は、無益なサイクルによるエネルギーの浪費を防ぐために規制する必要があります。このサイクルは、どの方向にも正味の基質の流れがなくても、反対の反応を非常に高速で実行します。熱力学の第 2 法則によると、エントロピーは有利な反応で増加します。エントロピーは浪費され、仕事に使用できないエネルギーです。
酵素は、細胞内のあらゆる物理的および化学的変化にとって重要です。したがって、触媒活性の調節は、先天性エラーの理解と恒常性の維持に貢献します。
酵素の作用の調節は、次の方法で達成できます。
- 区画化。異なる役割を持つ異なる酵素は、特定のコンパートメントに局在する可能性があります。これにより、代謝効率と規制の簡素化が保証されます。たとえば、葉緑体には光合成酵素があり、リソソームには加水分解酵素があり、ミトコンドリアにはエネルギー代謝、酸化的リン酸化、TCA サイクルのための酵素があります。
- 共有結合修飾。これは、酵素的相互変換としても知られています。大部分の酵素は、リン酸の付加 (リン酸化)、リン酸の除去 (脱リン酸化)、AMP の付加 (アデニル化)、または他の共有結合修飾によって調節されます。共有結合修飾は、その触媒活性を変化させる三次酵素構造の変化を引き起こします。
- 部分的タンパク質分解。これは、チモーゲンまたは不活性プロ酵素が 1 つまたは複数のペプチド結合の加水分解によって活性化される、不可逆的な共有結合修飾を指します。たとえば、消化領域でのみプロテアーゼ (タンパク質消化酵素) を活性化すると、細胞成分のタンパク質分解が回避されます。同様に、血液凝固因子は、内部の血栓を防ぐために、切り傷の部位でのみ活性化されます.
- 酵素濃度の制御。細胞内の特定の酵素の濃度は、その分解と合成の速度に依存します。酵素の合成速度は、遺伝子の誘導と抑制によって調節されています。いくつかの例外を除いて、酵素の濃度が増加すると、酵素の反応速度が増加します。
- 基質の濃度。酵素反応の速度は通常、特定の最大値まで基質濃度が増加すると増加します。
- 最終製品の濃度。反応の最終生成物が蓄積すると、反応速度が低下します。場合によっては、最終生成物が酵素と結合し、速度がさらに低下します。
- 温度。酵素反応の速度は温度に大きく影響されます。一般に、酵素反応の初期速度は、特定の最適値が達成されるまで、温度の上昇とともに増加します。最適温度を超えると、酵素の破壊が始まり、酵素反応の速度が低下します。
- 培地のpH。培地中の水素イオンの濃度は、酵素の活性に影響を与えます。酵素活性は特定の pH で最大になり、この値のいずれかの側で急速に減少します。
- 水分補給。植物の組織の酵素の活性に対する水分補給の増加の影響は、主に種子の発芽中に示されます。発芽時に水分が吸収されると、酵素活性が高まります。
- アクティベーター。活性化剤は、酵素反応の速度を加速する特定の化合物を指します。一部の活性剤は、塩素イオン、コバルト、ニッケル、マンガン、マグネシウムなどのアルカリ土類金属の塩など、ほとんどすべての酵素反応の活性を高めます。
