Diffusion-limited enzyme
ಪ್ರಸರಣ-ಸೀಮಿತ ಕಿಣ್ವವು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಎಷ್ಟು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ವೇಗವರ್ಧಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದರೆ ದರವನ್ನು ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುವ ಹಂತವೆಂದರೆ ಸಕ್ರಿಯ ತಾಣಕ್ಕೆ ತಲಾಧಾರದ ಪ್ರಸರಣ, ಅಥವಾ ಉತ್ಪನ್ನದ ಪ್ರಸರಣ. ಇದನ್ನು ಚಲನಶೀಲ ಪರಿಪೂರ್ಣತೆ ಅಥವಾ ವೇಗವರ್ಧಕ ಪರಿಪೂರ್ಣತೆ ಎಂದೂ ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ಕಿಣ್ವಗಳ ವೇಗವರ್ಧನೆಯ ದರವನ್ನು ಪ್ರಸರಣ-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ನಿಗದಿಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆಯಾದ್ದರಿಂದ, ಇದು ವಿಕಾಸದ ಮೇಲೆ ಆಂತರಿಕ, ಭೌತಿಕ ನಿರ್ಬಂಧವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ (ಫಿಟ್ನೆಸ್ ಭೂದೃಶ್ಯದಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ ಗರಿಷ್ಠ ಎತ್ತರ). ಪ್ರಸರಣ ಸೀಮಿತ ಪರಿಪೂರ್ಣ ಕಿಣ್ವಗಳು ಬಹಳ ಅಪರೂಪ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಿಣ್ವಗಳು ತಮ್ಮ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು 1,000-10, ಈ ಮಿತಿಗಿಂತ 000 ಪಟ್ಟು ನಿಧಾನವಾದ ದರಕ್ಕೆ ವೇಗವರ್ಧಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಕಠಿಣ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳ ರಾಸಾಯನಿಕ ಮಿತಿಗಳು ಮತ್ತು ವಿಕಸನೀಯ ಮಿತಿಗಳೆರಡರಿಂದಲೂ ಉಂಟಾಗಿದ್ದು, ಅಂತಹ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರಗಳು ಯಾವುದೇ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ನೀಡುವುದಿಲ್ಲ. ಪ್ರಸರಣ-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಮೂಲತಃ ಆರ್. ಎ. ಅಲ್ಬರ್ಟಿ, ಗಾರ್ಡನ್ ಹ್ಯಾಮಸ್ ಮತ್ತು ಮ್ಯಾನ್ಫ್ರೆಡ್ ಐಜೆನ್ ಅವರು ಕಿಣ್ವ-ತಲಾಧಾರ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಯನ್ನು ಅಂದಾಜು ಮಾಡಲು ಬಳಸಿದರು. ಅವರ ಅಂದಾಜಿನ ಪ್ರಕಾರ, ಕಿಣ್ವ-ತಲಾಧಾರ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಯು 109 M−1s−1 ಆಗಿತ್ತು. 1972ರಲ್ಲಿ, ಕಾರ್ಬೊನಿಕ್ ನಿರ್ಜಲೀಕರಣದಿಂದ ವೇಗವರ್ಧಿಸಲ್ಪಟ್ಟ H2CO3ನ ನಿರ್ಜಲೀಕರಣದಲ್ಲಿ, ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಪಡೆದ ಎರಡನೇ ಕ್ರಮಾಂಕದ ದರ ಸ್ಥಿರಾಂಕವು ಸುಮಾರು 1.5x10M−1s−1 ಆಗಿತ್ತು, ಇದು ಸರಳೀಕೃತ ಮಾದರಿಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಆಲ್ಬರ್ಟಿ, ಹ್ಯಾಮ್ಮೆಸ್ ಮತ್ತು ಐಜೆನ್ ಅಂದಾಜು ಮಾಡಿದ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ಒಂದು ಕ್ರಮವಾಗಿತ್ತು. ಅಂತಹ ವಿರೋಧಾಭಾಸವನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು, ಕುಯೋ-ಚೆನ್ ಚೌ ಮತ್ತು ಅವರ ಸಹೋದ್ಯೋಗಿಗಳು ಕಿಣ್ವ ಮತ್ತು ಅದರ ತಲಾಧಾರದ ನಡುವಿನ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ಅಂಶ ಮತ್ತು ಬಲ ಕ್ಷೇತ್ರ ಅಂಶವನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಂಡು ಒಂದು ಮಾದರಿಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಯು 1010 M−1s−1 ಅನ್ನು ತಲುಪಬಹುದು ಎಂದು ಕಂಡುಕೊಂಡರು, ಮತ್ತು ಆಣ್ವಿಕ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಆಶ್ಚರ್ಯಕರವಾದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಇದನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಹೊಸ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಯನ್ನು ಚೌ ಮತ್ತು ಇತರರು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದ್ದಾರೆ. ಕಿಣ್ವ-ತಲಾಧಾರದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಮುಂದಿನ ಅಧ್ಯಯನಗಳ ಸರಣಿಯಿಂದ ಮತ್ತಷ್ಟು ಚರ್ಚಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಲಾಯಿತು. ಕಿಣ್ವದ ಪ್ರಸರಣ-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಅದರ ತಲಾಧಾರದೊಂದಿಗೆ ಅಥವಾ ಕಿಣ್ವ-ತಲಾಧಾರ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವಲ್ಲಿ ಸರಳೀಕೃತ ಅಲ್ಬರ್ಟಿ-ಹ್ಯಾಮ್ಮೆಸ್-ಐಜೆನ್ ಮಾದರಿ (ಎ) ಮತ್ತು ಚೌ ಮಾದರಿ (ಬಿ) ನಡುವಿನ ವಿವರವಾದ ಹೋಲಿಕೆಯನ್ನು ಕಾಗದದಲ್ಲಿ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಕ್ರಿಯಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಪರಿಪೂರ್ಣವಾದ ಕಿಣ್ವಗಳು 108 ರಿಂದ 109 M−1s−1 ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸ್ಥಿರಾಂಕವಾದ kcat/Km ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಕಿಣ್ವ-ವೇಗವರ್ಧಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ದರವು ಪ್ರಸರಣದಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಕಿಣ್ವವು ಮತ್ತೊಂದು ಅಣುವನ್ನು ಎದುರಿಸುವ ಮೊದಲು ತಲಾಧಾರವನ್ನು 'ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ'. ಕೆಲವು ಕಿಣ್ವಗಳು ಪ್ರಸರಣ ದರಗಳಿಗಿಂತ ವೇಗವಾದ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರದೊಂದಿಗೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಅಸಾಧ್ಯವೆಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಹಲವಾರು ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗಿದೆ. ಕೆಲವು ಪ್ರೋಟೀನ್ಗಳು ತಮ್ಮ ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಒಳಗೆ ಸೆಳೆಯುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ದ್ವಿಧ್ರುವಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ ಅವುಗಳನ್ನು ಪೂರ್ವಭಾವಿಯಾಗಿ ಜೋಡಿಸುವ ಮೂಲಕ ವೇಗವರ್ಧನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಂಬಲಾಗಿದೆ. ಕೆಲವರು ಕ್ವಾಂಟಮ್-ಮೆಕ್ಯಾನಿಕಲ್ ಟನಲಿಂಗ್ ವಿವರಣೆಯನ್ನು ಆಹ್ವಾನಿಸುತ್ತಾರೆ, ಅದರ ಮೂಲಕ ಪ್ರೋಟಾನ್ ಅಥವಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವ ಅಡೆತಡೆಗಳ ಮೂಲಕ ಸುರಂಗವನ್ನು ಮಾಡಬಹುದು. ಪ್ರೋಟಾನ್ ಟನಲಿಂಗ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ವಿವಾದಾತ್ಮಕ ಕಲ್ಪನೆಯಾಗಿ ಉಳಿದಿದ್ದರೆ, ಸೋಯಾಬೀನ್ ಲಿಪೊಕ್ಸಿಜನೇಸ್ನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಇದು ಏಕೈಕ ಸಂಭವನೀಯ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವೆಂದು ಸಾಬೀತಾಗಿದೆ. ವಿಕಸನ ಅನೇಕ ಚಲನಶೀಲವಾಗಿ ಪರಿಪೂರ್ಣವಾದ ಕಿಣ್ವಗಳಿಲ್ಲ ಎಂಬುದು ಗಮನಿಸಬೇಕಾದ ಸಂಗತಿ. ಇದನ್ನು ನೈಸರ್ಗಿಕ ಆಯ್ಕೆಯ ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ ವಿವರಿಸಬಹುದು. ವೇಗವರ್ಧಕ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಳವು ಅನುಕೂಲವಾಗಬಹುದು ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಜೀವಿಗೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಪ್ರಯೋಜನವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ವೇಗವರ್ಧಕ ವೇಗವು ಪ್ರಸರಣದ ವೇಗವನ್ನು ಮೀರಿಸಿದಾಗ (ಅಂದರೆ. ಸಕ್ರಿಯ ತಾಣವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸುವ ಮತ್ತು ತೊರೆಯುವ ತಲಾಧಾರಗಳು, ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುವುದು) ವೇಗವನ್ನು ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಯಾವುದೇ ಪ್ರಯೋಜನವಿಲ್ಲ. ಪ್ರಸರಣ ಮಿತಿಯು ವಿಕಾಸದ ಮೇಲೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಭೌತಿಕ ನಿರ್ಬಂಧವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಸರಣದ ವೇಗವನ್ನು ಮೀರಿ ವೇಗವರ್ಧಕ ವೇಗವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ಯಾವುದೇ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಜೀವಿಗೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಫಿಟ್ನೆಸ್ ಭೂದೃಶ್ಯದಲ್ಲಿ ಜಾಗತಿಕ ಗರಿಷ್ಠವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ಪರಿಪೂರ್ಣ ಕಿಣ್ವಗಳು ಹರಡಲು ಸಂಭವಿಸಿದ 'ಅದೃಷ್ಟ' ಯಾದೃಚ್ಛಿಕ ರೂಪಾಂತರದಿಂದ ಬಂದಿರಬೇಕು, ಅಥವಾ ಕಿಣ್ವದ ಪೂರ್ವಜರಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಭಾಗವಾಗಿ ವೇಗದ ವೇಗವು ಒಮ್ಮೆ ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿತ್ತು. ಉದಾಹರಣೆಗಳು ಅಸಿಟೈಲ್ಕೋಲಿನೆಸ್ಟರೇಸ್ β-ಲ್ಯಾಕ್ಟಮೇಸ್ ಕ್ಯಾಟಲಾಸ್ ಕಾರ್ಬೊನಿಕ್ ಅನ್ಹೈಡ್ರೇಸ್ ಕಾರ್ಬನ್ ಮಾನಾಕ್ಸೈಡ್ ಡಿಹೈಡ್ರೋಜಿನೇಸ್ ಸೈಟೋಕ್ರೋಮ್ ಸಿ ಪೆರಾಕ್ಸಿಡೇಸ್ ಫ್ಯೂಮರೇಸ್ ಸೂಪರ್ಆಕ್ಸೈಡ್ ಡಿಸ್ಮುಟೇಸ್ ಟ್ರಯೋಸೆಫಾಸ್ಫೇಟ್ ಐಸೊಮೆರೇಸ್ ಸಹ ನೋಡಿ ಪ್ರಸರಣ-ನಿಯಂತ್ರಿತ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಕಿಣ್ವ ಕಿಣ್ವ ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಿಣ್ವ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ವೇಗವರ್ಧಕ ಕಿಣ್ವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್