Diffusion-limited enzyme
પ્રસરણ-મર્યાદિત ઉત્સેચક પ્રતિક્રિયાને એટલી અસરકારક રીતે ઉત્પ્રેરિત કરે છે કે દર મર્યાદિત કરવાનું પગલું એ સક્રિય સાઇટમાં સબસ્ટ્રેટનો ફેલાવો અથવા ઉત્પાદનનો ફેલાવો છે. આને ગતિશીલ પૂર્ણતા અથવા ઉત્પ્રેરક પૂર્ણતા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. આવા ઉત્સેચકોના ઉત્પ્રેરણાનો દર પ્રસરણ-નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, તેથી તે ઉત્ક્રાંતિ પર આંતરિક, ભૌતિક અવરોધ (તંદુરસ્તીના લેન્ડસ્કેપમાં મહત્તમ ટોચની ઊંચાઈ) રજૂ કરે છે. પ્રસરણ મર્યાદિત સંપૂર્ણ ઉત્સેચકો ખૂબ જ દુર્લભ છે. મોટાભાગના ઉત્સેચકો તેમની પ્રતિક્રિયાઓને આ મર્યાદા કરતાં 1,000-10,000 ગણી ધીમી દરે ઉત્પ્રેરિત કરે છે. આ મુશ્કેલ પ્રતિક્રિયાઓની રાસાયણિક મર્યાદાઓ અને ઉત્ક્રાંતિ વિષયક મર્યાદાઓ બંનેને કારણે છે કે આવા ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા દર કોઈ વધારાની તંદુરસ્તી પ્રદાન કરતા નથી. પ્રસરણ-નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયાના સિદ્ધાંતનો મૂળ ઉપયોગ આર. એ. આલ્બર્ટી, ગોર્ડન હેમ્સ અને મેનફ્રેડ ઇગેન દ્વારા એન્ઝાઇમ-સબસ્ટ્રેટ પ્રતિક્રિયાની ઉપલી મર્યાદાનો અંદાજ કાઢવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. તેમના અંદાજ મુજબ, એન્ઝાઇમ-સબસ્ટ્રેટ પ્રતિક્રિયાની ઉપલી મર્યાદા 109 M−1s−1 હતી. 1972માં, એવું જોવા મળ્યું હતું કે કાર્બનિક એનહાઇડ્રેઝ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત H2CO3ના નિર્જલીકરણમાં, પ્રાયોગિક રીતે મેળવેલ બીજા ક્રમનો દર અચળાંક લગભગ 1.5x10M−1s−1 હતો, જે સરળીકૃત નમૂના પર આધારિત આલ્બર્ટી, હેમ્સ અને આઈગન દ્વારા અંદાજિત ઉપલી મર્યાદા કરતાં વધુ તીવ્રતાનો એક ક્રમ હતો. આવા વિરોધાભાસને સંબોધવા માટે, કુઓ-ચેન ચાઉ અને તેમના સહકાર્યકરોએ ઉત્સેચક અને તેના સબસ્ટ્રેટ વચ્ચેના અવકાશી પરિબળ અને બળ ક્ષેત્ર પરિબળને ધ્યાનમાં લઈને એક મોડેલની દરખાસ્ત કરી હતી અને જાણવા મળ્યું હતું કે ઉપલી મર્યાદા 1010 M−1s−1 સુધી પહોંચી શકે છે, અને પરમાણુ જીવવિજ્ઞાનમાં કેટલાક આશ્ચર્યજનક રીતે ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયા દરને સમજાવવા માટે તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ચોઉ એટ અલ દ્વારા શોધાયેલી નવી ઉપલી મર્યાદા. એન્ઝાઇમ-સબસ્ટ્રેટ પ્રતિક્રિયા માટે અનુવર્તી અભ્યાસોની શ્રેણી દ્વારા વધુ ચર્ચા અને વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. તેના સબસ્ટ્રેટ સાથે એન્ઝાઇમના પ્રસરણ-નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા દર અથવા એન્ઝાઇમ-સબસ્ટ્રેટ પ્રતિક્રિયાની ઉપલી મર્યાદાની ગણતરીમાં સરળીકૃત આલ્બર્ટી-હેમ્સ-ઇગેનના મોડેલ (એ) અને ચૌના મોડેલ (બી) વચ્ચેની વિગતવાર સરખામણી પેપરમાં વિસ્તૃત કરવામાં આવી હતી. મિકેનિઝમ ગતિશીલ રીતે સંપૂર્ણ ઉત્સેચકો 108 થી 109 M−1s−1 ના ક્રમમાં વિશિષ્ટતા અચળાંક, kcat/Km ધરાવે છે. ઉત્સેચક-ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાનો દર પ્રસરણ દ્વારા મર્યાદિત હોય છે અને તેથી ઉત્સેચક અન્ય અણુનો સામનો કરે તે પહેલાં સબસ્ટ્રેટને સારી રીતે 'પ્રક્રિયા' કરે છે. કેટલાક ઉત્સેચકો ગતિશાસ્ત્ર સાથે કામ કરે છે જે પ્રસરણ દર કરતાં વધુ ઝડપી હોય છે, જે અશક્ય લાગે છે. આ ઘટનાને સમજાવવા માટે ઘણી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. એવું માનવામાં આવે છે કે કેટલાક પ્રોટીન તેમના સબસ્ટ્રેટને અંદર ખેંચીને અને દ્વિધ્રુવી વિદ્યુત ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરીને તેમને પૂર્વનિર્ધારિત કરીને ઉત્પ્રેરકને વેગ આપે છે. કેટલાક લોકો ક્વોન્ટમ-મિકેનિકલ ટનલિંગ સમજૂતીનો ઉપયોગ કરે છે જેમાં પ્રોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રોન સક્રિયકરણ અવરોધોમાંથી પસાર થઈ શકે છે. જો પ્રોટોન ટનલિંગ સિદ્ધાંત એક વિવાદાસ્પદ વિચાર રહ્યો હોય, તો સોયાબીન લિપોક્સિજેનેઝના કિસ્સામાં તે એકમાત્ર સંભવિત પદ્ધતિ સાબિત થઈ છે. ઉત્ક્રાંતિ એ નોંધવું યોગ્ય છે કે ઘણા ગતિશીલ રીતે સંપૂર્ણ ઉત્સેચકો નથી. આને કુદરતી પસંદગીના સંદર્ભમાં સમજાવી શકાય છે. ઉત્પ્રેરકની ગતિમાં વધારો કરવાની તરફેણ થઈ શકે છે કારણ કે તે જીવતંત્રને થોડો ફાયદો આપી શકે છે. જો કે, જ્યારે ઉત્પ્રેરકની ઝડપ પ્રસરણની ઝડપને વટાવી જાય છે (એટલે કે. સબસ્ટ્રેટ્સ સક્રિય સાઇટમાં પ્રવેશ કરે છે અને છોડે છે, અને સબસ્ટ્રેટ્સનો પણ સામનો કરે છે) ઝડપને વધુ વધારવાનો કોઈ ફાયદો નથી. પ્રસરણ મર્યાદા ઉત્ક્રાંતિ પર સંપૂર્ણ ભૌતિક અવરોધ રજૂ કરે છે. પ્રસરણની ગતિથી આગળ ઉત્પ્રેરકની ગતિ વધારવાથી જીવતંત્રને કોઈ પણ રીતે મદદ મળશે નહીં અને તેથી તે તંદુરસ્તીના પરિદ્રશ્યમાં વૈશ્વિક મહત્તમ પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. તેથી, આ સંપૂર્ણ ઉત્સેચકો 'નસીબદાર' યાદૃચ્છિક પરિવર્તન દ્વારા આવ્યા હોવા જોઈએ જે ફેલાવા માટે થયું હતું, અથવા કારણ કે ઝડપી ગતિ એક સમયે ઉત્સેચકોના પૂર્વજોમાં અલગ પ્રતિક્રિયાના ભાગ રૂપે ઉપયોગી હતી. ઉદાહરણો એસિટિલકોલિનેસ્ટેરેઝ β-લેક્ટામેઝ કેટાલેઝ કાર્બોનિક એનહાઇડ્રેઝ કાર્બન મોનોક્સાઇડ ડિહાઇડ્રોજનેઝ સાયટોક્રોમ સી પેરોક્સિડેઝ ફ્યુમેરેઝ સુપરઓક્સાઇડ ડિસમ્યુટેઝ ટ્રાયોસેફોસ્ફેટ આઇસોમેરેઝ પણ જુઓ પ્રસરણ-નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયા ઉત્સેચકો ઉત્સેચકો ઉત્પ્રેરકો ઉત્સેચકો ઉત્સેચકો ઉત્સેચકો ઉત્સેચકો ઇજનેરી સંદર્ભો ઉત્પ્રેરકો ઉત્સેચકો ગતિશાસ્ત્ર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ઇજનેરી