الإنزيمات الصناعية – حركية ميكايلس-منتن والإنزيم المثبت
الأحياءالتقانة الحيوية15–16 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلاختر تطبيقًا واقعيًا: اللاكتيز لإنتاج حليب خالٍ من اللاكتوز، أو البكتينيز لترويق عصير الفاكهة، أو البروتييز في مساحيق الغسيل الحيوية، ثم اضبط تركيز مادة التفاعل وكمية الإنزيم لترى كيف تصل سرعة التفاعل إلى التشبع وفق Vmax وKm. فعّل الإنزيم المثبت على خرز الألجينات لإعادة استخدامه في دفعات كثيرة، وقارن تكلفته بالإنزيم الحر الذي لا يُستخدم إلا مرة واحدة.
الدرس: تقنية الإنزيمات وتطبيقاتها
ماذا تعرض
تتبع الإنزيمات الصناعية حركية ميكايلس-منتن: ترتفع السرعة v = Vmax·[S]/(Km + [S]) في البداية بما يتناسب تقريبًا مع تركيز مادة التفاعل، ثم تستقر حين تنشغل المواقع النشطة كلها تقريبًا. تتناسب Vmax مع كمية الإنزيم، أما Km فهي تركيز مادة التفاعل الذي يعطي نصف Vmax. تطبّق المحاكاة هذا النموذج على ثلاث عمليات، وتضيف عرضًا للدفعة يبيّن الزمن اللازم لتحويل معظم مادة التفاعل. يبدأ الإنزيم المثبت على خرز الألجينات بنشاط أقل وبقيمة Km ظاهرية أعلى، لأن مادة التفاعل يجب أن تنتشر داخل الخرزة، لكنه قابل للاسترجاع وإعادة الاستخدام، ويفقد قليلًا من نشاطه في كل دفعة.
طريقة الاستخدام
اختر «التطبيق»، ثم اسحب منزلق «مادة التفاعل» من القيم المنخفضة إلى المرتفعة، ولاحظ النقطة الحمراء وهي تصعد المنحنى ثم تستوي تحت Vmax. ضاعف كمية «الإنزيم» وقارن الزمن اللازم لكل دفعة. أخيرًا فعّل «الإنزيم المثبت»: لاحظ انخفاض السرعة الابتدائية، والأعمدة التي تطول دفعة بعد دفعة، والموضع الذي ينخفض فيه النشاط دون 50%، وتكلفة الإنزيم لكل دفعة مقارنة بالإنزيم الحر.
المعاملات القابلة للتغيير
- التطبيق اللاكتيز – حليب خالٍ من اللاكتوز, البكتينيز – ترويق العصير, البروتييز – مسحوق غسيل حيوي
- تركيز مادة التفاعل 1–100 g/L
- كمية الإنزيم 1–20 وحدة/L
- إنزيم مثبت (قابل لإعادة الاستخدام)
أسئلة للاستكشاف
- إذا كان الإنزيم مشبعًا، فأيهما يسرّع الإنتاج أكثر: إضافة مادة التفاعل أم إضافة الإنزيم؟
- لماذا تكون قيمة Km الظاهرية للإنزيم المثبت أعلى منها للإنزيم الحر؟
- بعد كم دفعة ينخفض نشاط الإنزيم المثبت دون النصف، ولماذا تبقى تكلفته لكل دفعة أقل؟
