Diffusion-limited enzyme
एक प्रसार-सीमित एंजाइम एक प्रतिक्रिया को इतनी कुशलता से उत्प्रेरित करता है कि दर सीमित करने वाला चरण सक्रिय स्थल में सब्सट्रेट प्रसार, या उत्पाद प्रसार है। इसे गतिज पूर्णता या उत्प्रेरक पूर्णता के रूप में भी जाना जाता है। चूँकि ऐसे एंजाइमों के उत्प्रेरण की दर प्रसार-नियंत्रित प्रतिक्रिया द्वारा निर्धारित की जाती है, इसलिए यह विकास पर एक आंतरिक, भौतिक बाधा (स्वास्थ्य परिदृश्य में अधिकतम शिखर ऊंचाई) का प्रतिनिधित्व करता है। प्रसार सीमित परिपूर्ण एंजाइम बहुत दुर्लभ हैं। अधिकांश एंजाइम अपनी प्रतिक्रियाओं को उस दर पर उत्प्रेरित करते हैं जो 1,000-10 है, इस सीमा से 000 गुना धीमी है। यह कठिन प्रतिक्रियाओं की रासायनिक सीमाओं और विकासवादी सीमाओं दोनों के कारण है कि इस तरह की उच्च प्रतिक्रिया दर कोई अतिरिक्त योग्यता प्रदान नहीं करती है। प्रसार-नियंत्रित प्रतिक्रिया के सिद्धांत का उपयोग मूल रूप से आर. ए. अल्बर्टी, गॉर्डन हैम्स और मैनफ्रेड आइगेन द्वारा एंजाइम-सब्सट्रेट प्रतिक्रिया की ऊपरी सीमा का अनुमान लगाने के लिए किया गया था। उनके अनुमान के अनुसार, एंजाइम-सब्सट्रेट प्रतिक्रिया की ऊपरी सीमा 109 M−1s−1 थी। 1972 में, यह देखा गया कि कार्बनिक निर्जलीकरण द्वारा उत्प्रेरित H2CO3 के निर्जलीकरण में, प्रायोगिक रूप से प्राप्त द्वितीय-क्रम दर स्थिरांक लगभग 1.5x10M−1s−1 था, जो एक सरलीकृत मॉडल के आधार पर अल्बर्टी, हैम्स और आइगेन द्वारा अनुमानित ऊपरी सीमा से अधिक परिमाण का एक क्रम था। इस तरह के विरोधाभास को दूर करने के लिए, कुओ-चेन चाउ और उनके सहकर्मियों ने एंजाइम और उसके सब्सट्रेट के बीच स्थानिक कारक और बल क्षेत्र कारक को ध्यान में रखते हुए एक मॉडल का प्रस्ताव रखा और पाया कि ऊपरी सीमा 1010 एम-1 एस-1 तक पहुंच सकती है, और इसका उपयोग आणविक जीव विज्ञान में कुछ आश्चर्यजनक रूप से उच्च प्रतिक्रिया दरों की व्याख्या करने के लिए किया जा सकता है। नई ऊपरी सीमा चौ एट अल द्वारा पाई गई। एंजाइम-सब्सट्रेट प्रतिक्रिया के लिए आगे चर्चा की गई और अनुवर्ती अध्ययनों की एक श्रृंखला द्वारा विश्लेषण किया गया। अपने सब्सट्रेट के साथ एंजाइम की प्रसार-नियंत्रित प्रतिक्रिया दर, या एंजाइम-सब्सट्रेट प्रतिक्रिया की ऊपरी सीमा की गणना करने में सरलीकृत अल्बर्टी-हैम्स-आइगेन के मॉडल (ए) और चाउ के मॉडल (बी) के बीच एक विस्तृत तुलना को पेपर में विस्तृत किया गया था। तंत्र गतिज रूप से पूर्ण एंजाइमों में एक विशिष्टता स्थिरांक होता है, kcat/Km, 108 से 109 M−1s−1 के क्रम पर। एन्जाइम-उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की दर प्रसार द्वारा सीमित होती है और इसलिए एंजाइम दूसरे अणु का सामना करने से पहले सब्सट्रेट को अच्छी तरह से 'संसाधित' करता है। कुछ एंजाइम गतिविज्ञान के साथ काम करते हैं जो प्रसार दर से तेज होते हैं, जो असंभव प्रतीत होते हैं। इस घटना को समझाने के लिए कई तंत्रों का उपयोग किया गया है। ऐसा माना जाता है कि कुछ प्रोटीन अपने सब्सट्रेट को अंदर खींचकर और द्विध्रुवीय विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करके उन्हें पूर्वनिर्धारित करके उत्प्रेरण को तेज करते हैं। कुछ लोग एक क्वांटम-मैकेनिकल टनलिंग व्याख्या का आह्वान करते हैं जिसके द्वारा एक प्रोटॉन या एक इलेक्ट्रॉन सक्रियण बाधाओं के माध्यम से सुरंग बना सकता है। यदि प्रोटॉन टनलिंग सिद्धांत एक विवादास्पद विचार बना रहा है, तो यह सोयाबीन लाइपोक्सीजेनेस के मामले में एकमात्र संभावित तंत्र साबित हुआ है। विकास यह ध्यान देने योग्य है कि कई गतिज रूप से परिपूर्ण एंजाइम नहीं हैं। इसे प्राकृतिक चयन के संदर्भ में समझाया जा सकता है। उत्प्रेरक गति में वृद्धि का समर्थन किया जा सकता है क्योंकि यह जीव को कुछ लाभ प्रदान कर सकता है। हालांकि, जब उत्प्रेरक गति प्रसार गति से आगे निकल जाती है (यानी। सक्रिय स्थल में प्रवेश करने और छोड़ने वाले सब्सट्रेट, और सब्सट्रेट का सामना करने से) गति को और बढ़ाने का कोई फायदा नहीं है। प्रसार सीमा विकास पर एक पूर्ण भौतिक बाधा का प्रतिनिधित्व करती है। प्रसार गति से आगे उत्प्रेरक गति को बढ़ाने से जीव को किसी भी तरह से सहायता नहीं मिलेगी और इसलिए यह एक स्वास्थ्य परिदृश्य में वैश्विक अधिकतम का प्रतिनिधित्व करता है। इसलिए, ये पूर्ण एंजाइम 'भाग्यशाली' यादृच्छिक उत्परिवर्तन से आए होंगे जो फैलने के लिए हुआ था, या क्योंकि तेज गति एक बार एंजाइम के पूर्वजों में एक अलग प्रतिक्रिया के हिस्से के रूप में उपयोगी थी। उदाहरण एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस β-लैक्टामेस कैटालेस कार्बोनिक एनहाइड्रेज कार्बन मोनोऑक्साइड डिहाइड्रोजनेज साइटोक्रोम सी पेरोक्सीडेस फ्यूमेरेस सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेस ट्राइओसेफॉस्फेट आइसोमेरेस भी देखें प्रसार-नियंत्रित प्रतिक्रिया एंजाइम एंजाइम उत्प्रेरण एंजाइम इंजीनियरिंग संदर्भ उत्प्रेरण एंजाइम कैनेटीक्स रासायनिक प्रतिक्रिया इंजीनियरिंग