Name: factors that shape enzyme function
Uploaded: 2019-01-29T11:04:45.000Z
Duration: 4 min 35 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Florida Department of Education

High School

Life Science

SC.912.L.18

SC.912.L.18.4

Enzyme Activity

לחוקרים האירופאים היו ידע, כישורים וציוד מתאימים, אך מדוע הם לא הגיעו לעולם החדש עד סוף המאה ה-15? תופתעו לגלות שהתשובה לשאלה זו קשורה למולקולות ביולוגיות קטנות שנקראות אנזימים, הפועלות כזרזים. 

מהו זרז? זהו חומר המאפשר לתגובה להתרחש מהר יותר, תוך שימוש בפחות אנרגיה. אם הייתם משרטטים גרף של האנרגיה הדרושה לתגובה ביולוגית בלתי מזורזת, זה היה נראה בערך כך. גובה זה מייצג את אנרגיית ההפעלה, שהיא כמות האנרגיה המינימלית הדרושה להמשך התגובה. אנזימים, הפועלים כזרז, מספקים מסלול תגובה חלופי, עם אנרגיית שפעול נמוכה יותר. 

אז איך אנזימים באמת עובדים? רוב האנזימים הם חלבונים. החלק במבנה שלהם שמתקשר עם המולקולות שהם מזרזים, נקרא האתר הפעיל, שיש לו זיקה רק למצעים מסוימים ולא ייקשר לאחרים. כאשר הסובסטרטים הנכונים נכנסים לאתר הפעיל, האנזים משנה את צורתו כדי להשיג תצורת זיקה גבוהה יותר. מצב מעבר זה מקל על התגובה וממיר את המגיבים לתוצרים. לאנזים, לעומת זאת, יש זיקה נמוכה יותר למוצרים ולכן הוא משחרר אותם וחוזר לצורתו המקורית, מוכן לחזור על אותו תהליך. זוהי דוגמה לאנזים קטבולי מכיוון שהוא לקח סובסטרט יחיד ושבר אותו ליצירת מוצרים מרובים. ההפך מכך, הוא האנזים האנאבולי, אשר לוקח שני סובסטרטים ומחבר אותם יחד כדי ליצור מוצר גדול יותר. 

ישנן דרכים רבות אחרות שבהן אנזימים פועלים. לדוגמה, אנזים זה משנה את צורתו של סובסטרט יחיד לצורה חדשה. ואילו זה, מעביר חלק ממצע אחד, לאחר. אנזימים מסוימים אינם יכולים לזרז תגובות בכוחות עצמם ודורשים קו-פקטורים או קו-אנזימים כדי לזרז את התגובה שלהם. 

אז אולי אתם תוהים, איך כל זה קשור למסעות במאה ה-15? באותה תקופה לא הייתה למלחים גישה לתוצרת טרייה המכילה ויטמין C, קו-אנזים חיוני לייצור קולגן. בגלל זה, המלחים היו מפתחים צפדינה, מחלה של מחסור בוויטמין C, שהייתה לעתים קרובות קטלנית. הם פתרו בעיה זו על ידי כבישת פירות וירקות עשירים בוויטמין C. כבישה הפחיתה את רמת החומציות של המזון, מה שמנע את פעילותם של אנזימים מיקרוביאליים, האחראים לריקבונם. לכן, הרס אנזימים מיקרוביאליים והצלת קואנזים חיוני, מילאו תפקיד מרכזי בהצלחתן של משלחות ארוכות. 

במעבדה זו ניתן לכמת כיצד תנאים שונים משפיעים על תפקוד האנזים, על ידי הערכת קצב התגובה, כמות המוצר המיוצר, ליחידת זמן. תחילה תמדוד את קצב התגובה הבסיסי בטמפרטורת חדר סטנדרטית וב- pH ניטרלי. הקצב יגדל בהתחלה עד שכל מולקולות האנזים יהיו רוויות לחלוטין בסובסטרט. ואז, הקטליזה תגיע לרמה יציבה כאשר האנזימים עסוקים בהמשך מחזור הקשירה של המצע, הקטליזה והשחרור. לאחר קביעת קצב התגובה הבסיסי, ניתן להשתמש בו כנקודת התייחסות לתנאים אחרים. האנזים שאיתו תעבדו במעבדה זו הוא לפת פרוקסידאז. תוכלו להעריך את פעילותו תחת ערכים משתנים של טמפרטורה ו- pH.

פעילות אנזימים

<h4>זרזים ביולוגיים</h4>

כל האורגניזמים החיים מבצעים ברציפות תגובות ביוכימיות רבות כדי לשמור על נוכחותם. רוב התגובות האלה דורשות קלט של אנרגיה כדי להתחיל, אשר נקרא אנרגיית שפעול. זרזים הם כימיקלים שמורידים את אנרגיית ההפעלה. למרות זרזים להקל על תגובה כימית, הם לא נצרכים על ידי זה. משמעות הדבר היא שזרז יכול להקל על תגובה כימית מסוימת שוב ושוב ברצף, ולהגדיל את קצב התגובה.

אנזימים הם זרזים ביולוגיים המגבירים את המהירות והיעילות של תגובות ביוכימיות. רוב האנזימים הם חלבונים, אך למולקולות מסוימות של חומצה ריבונוקלאית יש גם תכונות קטליטיות. כל סוג של אנזים יכול להיקשר רק לסובסטרט אחד או לכמה סובסטרטים ספציפיים, ולכן יש מגוון עצום של אנזימים, כולם בעלי תפקידים שונים. התגובה הספציפית של אנזים תלויה באתרים הפעילים שלו, שיש לו צורות התואמות מאוד את צורת הסובסטרטים שלו. עם קשירת המצע, האנזים משנה מעט את צורתו באופן המאפשר לתגובה הכימית להתרחש בקלות רבה יותר, ובכך מפחית את אנרגיית ההפעלה של התגובה. ברגע שהתגובה מתרחשת, האנזים משחרר את המוצרים וחוזר לצורתו המקורית, מה שמאפשר לו לחזור על התהליך שוב.

<h4>אנזימים קטבוליטיים לעומת אנזימים אנאבוליים</h4>

רוב התגובות האנזימטיות יכולות להיות מסווגות כקטבוליות ואנבוליות, שיש להן פונקציות הפוכות. אנזימים המתווכים תגובות קטבוליות מפרקים חומרים גדולים יותר למספר מוצרים. אנזים קטבולי ידוע הוא לקטאז, אשר מפצל את הלקטוז הדיסכרידי במוצרי חלב לחד-סוכרים, גלקטוז וגלוקוז. לבני אדם יש כמויות גדולות של לקטאז במעי הדק שלהם לאחר הלידה, אולם אנשים רבים מאבדים יותר מ -90% מהלקטאז שלהם עד הילדות המוקדמת1. הפחתה זו מפחיתה את היכולת לעכל לקטוז באופן תלוי גיל, המכונה אי סבילות ללקטוז2.

אנזימים אנאבוליים משלבים חומרים מרובים למוצר אחד. לדוגמה, האנזים DNA פולימראז מסנתז מולקולות DNA על ידי חיבור נוקלאוטידים יחד. באופן דומה, האנזים גליקוגן סינתאז מחבר מולקולות גלוקוז ליצירת גליקוגן. אינסולין מווסת את הפעילות של גליקוגן סינתאז, ולכן חולי סוכרת עם רמות אינסולין נמוכות או ללא רמות אינסולין לא יכולים לסנתז גליקוגן ללא טיפול באינסולין3.

<h4>גורמים סביבתיים</h4>

צורתו ומטענו של האתר הפעיל של אנזים מותאמים לתגובה הכימית הספציפית שהוא מזרז, ולכן פעילות האנזים מושפעת מגורמים המשפיעים על האתר הפעיל שלו. לפיכך, אנזימים דורשים תנאים ספציפיים כדי לעבוד ברמות אופטימליות ובהתאם לתפקוד ולמיקום שלהם, תנאים אלה יכולים להשתנות מאוד. גורמים אלה כוללים pH וטמפרטורה. לדוגמה, אתרים פעילים של אנזימים מכילים לעתים קרובות חומצות אמינו חומציות או בסיסיות. סטיות מה- pH האופטימלי משנות את המטענים באתר הפעיל, ומקשות על הסובסטרטים לתקשר עם האנזים. תכונה זו שימשה במשך מאות שנים לשימור מזון על ידי כבישה, אשר מפחיתה את ה- pH של פריט המזון המוחמץ לרמה המעכבת ביעילות פעילות אנזימטית מיקרוביאלית. באופן דומה, כל אנזים פועל בטווח טמפרטורות אופטימלי. אם הטמפרטורה משתנה מתחת לטווח זה או מעליו, היא משנה את צורת האתר הפעיל, ומונעת ממנו אינטראקציה יעילה עם המצע שלו. ברוב המקרים, חזרה לטמפרטורה האופטימלית משחזרת את צורתו ותפקודו המקוריים של האנזים, אולם טמפרטורות גבוהות מדי עלולות לשנות את הטבע או לפגוע באופן בלתי הפיך במבנה האנזים. שוב, תכונות אלה שימושיות לבטיחות מזון; אנו מבשלים בשר ביסודיות כדי להרוג חיידקים מזיקים על ידי דנטורציה של האנזימים שלהם ומקררים את רוב פריטי המזון כדי להאט את הפעילות האנזימטית של מיקרואורגניזמים.

לאקסטרמופילים, או אורגניזמים הנמצאים בתנאים קיצוניים הקטלניים לרוב צורות החיים, יש אנזימים המסוגלים לתפקד בקצוות אלה. לדוגמה, Thermus aquaticus הוא חיידק שנמצא במעיינות חמים ובנביעות הידרותרמיות ומגיע לטמפרטורות שבהן רוב החלבונים היו מתפרקים. Taq פולימראז הוא DNA פולימראז תרמויציב שנמצא ב- T. aquaticus, אשר איפשר את הפיתוח של תגובת שרשרת פולימראז (PCR), שיטת מעבדה נפוצה לשכפול DNA מהיר. PCR דורש טמפרטורות גבוהות כדי להפריד את גדילי הסליל הכפול של הדנ"א כדי להיות משוכפל. Taq פולימראז נשאר יציב בטמפרטורות גבוהות אלה בעוד שרוב האנזימים יתפרקו. מחזורי PCR בין טמפרטורות גבוהות שמפרקות את הדנ"א לגדילים בודדים לבין טמפרטורות נמוכות יותר המאפשרות לפולימראז לבנות דנ"א דו-גדילי חדש.

<h4>גורמים מולקולריים המשפיעים על פעילות האנזים</h4>

בנוסף לטווחי pH וטמפרטורה ספציפיים, אנזימים מסוימים מתפקדים טוב יותר בנוכחות מולקולות או יונים אחרים. קואנזימים הם ביומולקולות שנקשרות לאתר הפעיל של האנזים ומשתתפות בקטליזה מבלי להיכרך על ידי התגובה. קואנזימים מעבירים לעתים קרובות אלקטרונים, אטומים ספציפיים וקבוצות פונקציונליות, ובכך פועלים כנשאים מתווכים. ויטמינים מקבוצת B פועלים כקואנזימים עבור תגובות ביוכימיות רבות. לדוגמה, קו-אנזים A (coA), שהוא הצורה הפעילה של חומצה פנטותנית, נדרש על ידי 4% מכל אנזימי היונקים4. קופקטורים מסווגים לעתים קרובות כחומרים אנאורגניים, כגון יונים, הדרושים לפונקציה האנזימטית. לדוגמה, כל אנזימי DNA פולימראז דורשים Mg2+ או Mn2+ עבור שכפול DNA, כמו גם כריתה של נוקלאוטידים משולבים באופן שגוי5.

ישנן גם מולקולות אחרות שאינן נחוצות לתפקוד האנזים, אך מסוגלות לשנות את הפעילות האנזימטית. חומרים המגבירים את פעילות האנזים נקראים אקטיבטורים, בעוד שאחרים המפחיתים את פעילות האנזים נקראים מעכבים. מולקולות אלה נקשרות לאנזימים באתר הפעיל או במקומות אחרים על האנזים המכונים אתרים אלוסטריים. לעיתים מולקולות אלו יכולות להיקשר למיקום המדויק באתר הפעיל כסובסטרט, וכך להתחרות עם המצע על קשירת האנזים. אחרים, בעיקר החומרים הנקשרים לאתרים אלוסטריים, יכולים לשנות את תפקוד האנזים מבלי לחסום את קישור המצע לאתר הפעיל, ולכן אינם תחרותיים. יתר על כן, קשירה של מעכבים יכולה להיות הפיכה או בלתי הפיכה. כאשר האינטראקציה הפיכה, האנזים יכול לחזור לתפקודו ברגע שהמעכב מתנתק. עם זאת, כאשר הקשירה היא בלתי הפיכה, המעכב לעולם אינו מתנתק מהאנזים והאנזים ניזוק באופן בלתי הפיך ויש להחליפו. עם זאת, מעכבי אנזימים שימושיים גם כן. לדוגמה, מעכבים שימשו כאנטיביוטיקה כדי לעכב צמיחת חיידקים, וככימותרפיה כדי לעכב חלוקה בלתי מבוקרת של תאים סרטניים6.

<h4>מדידת תפקוד האנזים</h4>

שיטה אחת שבה משתמשים מדענים כדי לחקור את ההשפעות של תנאים שונים על תפקוד האנזים היא לכמת את קצב התגובה, שהוא כמה מהר האנזים מזרז את התגובה. לכן, קצב תגובה גבוה יותר מצביע על כך שהאנזים מזרז תגובות בצורה יעילה יותר, בעוד שקצב נמוך יותר פירושו שהוא פועל פחות ביעילות. כדי לקבוע את קצב התגובה, מהירות התגובה מחושבת על ידי מדידת כמות המוצר שנעשה ליחידת זמן. זה נעשה על ידי מדידת ריכוז המוצר החל ממש בתחילת התגובה כאשר ריכוז המוצר עולה באופן ליניארי, עד שהאנזים רווי לחלוטין במצע והקטליזה מגיעה לרמה קבועה. לאחר קביעת קצב התגובה הבסיסי, ניתן להשתמש בו כנקודת התייחסות, או בקרה, בעת השוואה בין מגוון טיפולים. אנו יכולים להעריך את שיעורי התגובה כמדדים יחסיים או מוחלטים. קצב תגובה יחסי הוא מדד השוואתי המראה הבדלים בין שני מצבים או יותר, כגון טיפולים בניסוי יחיד, אך אינו נותן ערך למה שנמדד. קצב תגובה מוחלט מסתמך על מדד כמותי של התקדמות התגובה. דרך קלה להבין את ההבדל בין שיעורי תגובה יחסיים ומוחלטים היא לשקול מדידת מהירות של מכונית במירוץ. שיטה יחסית תשווה על ידי הערכת דירוג המכוניות בקו הסיום, ואילו השיעור האבסולוטי יעריך וישווה את מהירותן של מכוניות בודדות במיילים לשעה.

מאחר שאנזימים נמצאים בשימוש כה נרחב, חוקרים החלו לחפש דרכים ליצור ולשנות אנזימים כך שיתאימו לצרכים ספציפיים, מה שמכונה הנדסת חלבונים. טכנולוגיית דנ"א רקומביננטי מאפשרת לשנות רצפי חומצות אמינו על מנת לשנות את צורת האנזים או את זיקת האתר הפעיל. זה שימש ליצירת בדיקות אבחון רגישות ביותר עבור מצבים שונים, כמו גם עבור מאמצי טיפול ביולוגי וכלי ניהול פסולת7.

<h4>הפניות</h4>

<ol class="references">
	<li>Swagerty DL ג'וניור, Walling AD, קליין RM. אי סבילות ללקטוז. אני רופא פאם. 2002, כרך 65, 9: 1845-50.</li>
	<li>Lomer MC, Parkes GC, סנדרסון JD. מאמר סקירה: אי סבילות ללקטוז בפרקטיקה קלינית - מיתוסים ומציאות. Aliment Pharmacol Ther. 2008, כרך 27, 2: 93-103.</li>
	<li>א"ר, שאלתיאל. פרספקטיבות חדשות על הפתוגנזה המולקולרית והטיפול בסוכרת מסוג 2. תא. 2001, כרך 104, 4: 517-29.</li>
	<li>עשה, קנדי. ויטמיני B והמוח: מנגנונים, מינון ויעילות - סקירה. חומרים מזינים. 2016, כרך 8, 2: 68 doi:10.3390/nu8020068.</li>
	<li>Vashishtha AK, וואנג J, קניגסברג WH. קטיונים שונים משנים את הקינטיקה והנאמנות של DNA פולימראזות. J Biol Chem. 2016, כרך 291, 40: 20869-20875.</li>
	<li>ווטסון ID, סטיוארט MJ, פלאט DJ. פרמקוקינטיקה קלינית של מעכבי אנזימים בכימותרפיה מיקרוביאלית. Clin Pharmacokinet. 1988, כרך 15, 3: 133-64.</li>
	<li>אהוג'ה SK, פריירה, GM, מוריירה AR. ניצול אנזימים ליישומים סביבתיים. Crit Rev Biotech. 2004, כרכים 2-3, 125-54.</li>
</ol>

זרזים ביולוגיים

כל האורגניזמים החיים מבצעים ברציפות תגובות ביוכימיות רבות כדי לשמור על נוכחותם. רוב התגובות הללו דורשות ...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

ביולוגיה

Cellular Processes

תהליכים תאיים

factors that shape enzyme function

Enzymes are biological catalysts that help living things run biochemical reactions faster. They lower activation energy, which is the energy needed to start a reaction. Enzymes are not used up in the process, so they can keep working again and again. Most enzymes are proteins, although some ribonucleic acid molecules also have catalytic activity.

Each enzyme usually binds only one or a few specific substrates. This selectivity depends on the enzyme’s active site, which fits its substrate like a matching shape. When the substrate binds, the enzyme changes shape slightly and makes the reaction easier. After the products form, the enzyme releases them and returns to its original shape.

Enzyme reactions are often grouped as catabolic or anabolic. Catabolic enzymes break larger molecules into smaller products. Lactase is a catabolic enzyme that splits lactose in dairy products into galactose and glucose. Many people lose most of their lactase by early childhood, which can lead to lactose intolerance. Anabolic enzymes build larger molecules from smaller parts. DNA polymerase joins nucleotides to make DNA, and glycogen synthase links glucose molecules to form glycogen. Insulin helps regulate glycogen synthase, so people with little or no insulin may need treatment to make glycogen normally.

Enzyme activity depends on conditions such as pH and temperature. Many active sites contain acidic or basic amino acids, so changes in pH can alter charge and make substrate binding harder. Pickling uses this idea by lowering pH and slowing microbial enzyme activity. Temperature also matters because each enzyme has an optimal range. Low or moderate shifts may slow the enzyme, but high temperatures can denature it and cause lasting damage. Cooking meat and refrigerating food both reduce harmful microbial activity in this way. Extremophiles live in harsh environments and have enzymes that still work there. Thermus aquaticus is one example, and its Taq polymerase stays stable in the high heat used for PCR, a method that copies DNA by cycling between hot and cooler temperatures.

Some enzymes also need coenzymes or cofactors. Coenzymes are biomolecules that help the reaction and are not consumed. They often carry electrons, atoms, or functional groups, and many B vitamins serve this role. Coenzyme A, the active form of pantothenic acid, is needed by many mammalian enzymes. Cofactors are usually inorganic substances, such as ions. DNA polymerase, for example, requires Mg2+ or Mn2+ for DNA replication and for correcting some mistakes.

Other molecules can change enzyme activity without being required for the reaction. Activators increase activity, while inhibitors decrease it. These molecules may bind at the active site or at allosteric sites, which are different locations on the enzyme. Some inhibitors compete with the substrate for the active site, while others act in a non-competitive way by binding elsewhere. Inhibitor binding can also be reversible or irreversible. Reversible inhibitors can detach and let the enzyme work again, but irreversible inhibitors permanently damage the enzyme. Scientists use enzyme inhibitors as antibiotics and as chemotherapeutic agents to limit cancer cell division.

Scientists measure enzyme function by looking at reaction rate, or how fast product is made. A faster rate means the enzyme is working more efficiently. Reaction velocity is measured by tracking product concentration over time, usually from the start of the reaction until the enzyme becomes saturated with substrate and the rate levels off. Researchers use that baseline as a control when comparing different treatments. Reaction rates can be reported as relative or absolute values. Relative rates compare conditions, while absolute rates give a direct quantitative measure, much like comparing race rankings versus miles per hour.

Because enzymes are so useful, researchers also engineer them for special tasks. Protein engineering uses recombinant DNA technology to change amino acid sequences and adjust enzyme shape or active site binding. This approach has helped create sensitive diagnostic tests, as well as tools for bioremediation and waste management.

Factors That Shape Enzyme Function

photosynthesis

Photosynthesis: Light, Sugars, and Carbon

Photosynthesis turns sunlight into chemical energy in the form of glucose. This process powers most life on Earth by helping autotrophs, or primary producers, make food. The glucose they make can provide quick energy or be stored as starch for later use. Consumers depend on these producers for energy. Photosynthesis happens in many kinds of organisms. Cyanobacteria, some protists such as algae, and plants can all carry out this process. In eukaryotic cells, it takes place in the chloroplast.

cellular respiration

Cellular Energy From Glucose Breakdown

Cellular respiration is the process cells use to release usable energy from biomolecules such as sugars and lipids. Living things need a steady energy supply for growth, repair, movement, defense, and reproduction. Cells use that energy mainly by converting adenosine diphosphate (ADP) to adenosine triphosphate (ATP). Autotrophs and heterotrophs get the molecules for respiration in different ways. Autotrophs, such as plants, algae, and photosynthetic and chemosynthetic bacteria, build...

cell division

Cell Cycle, Mitosis, and Meiosis

Cell division is essential for growth, repair, and reproduction in living organisms. It lets single-celled organisms create a new organism and helps multicellular organisms make new cells for development and for replacing damaged cells. In multicellular species, cell division also makes reproductive cells needed for reproduction. Before a cell divides, it must copy its genetic material and split it into two daughter cells. This process is called the cell cycle. Although the timing can vary...

transpiration

Water Movement in Plants

Water movement in plants depends on transpiration and the vascular system. Plants must move water and dissolved nutrients from the roots to the leaves. They also exchange materials with the environment as part of normal life processes. Vascular plants use bundles of tissues that run from the roots to the tips of the plant. Root hairs absorb water and nutrients, and osmosis moves water into the xylem, the main water-conducting tissue. Water then travels to the tallest parts of the plant and...

enzyme activity

Enzymes are biological catalysts that help living things run biochemical reactions faster. They lower activation energy, which is the energy needed to start a reaction. Enzymes are not used up in the process, so they can keep working again and again. Most enzymes are proteins, although some ribonucleic acid molecules also have catalytic activity. Each enzyme usually binds only one or a few specific substrates. This selectivity depends on the enzyme’s active site, which fits its substrate like...

cellular processes

Explore how pH, temperature, inhibitors, cofactors, and substrates affect enzyme function, plus examples like lactase, Taq polymerase, and PCR.

Factors That Shape Enzyme Function | JoVE K12

SC.912.L.18.11

התכוננו ללמד את פעילות אנזימים עם מדריך מדריכים זה באורך 2 דקות. כולל שלבי הכנה מרכזיים עבור מעבדת Biology ב-JoVE Lab Manual.

הכנת מדריך עבור פעילות אנזימים ב-Biology - 7.1K+ צפיות | JoVE Lab Manual

עקבו אחר הנהלים של פעילות אנזימים שלב אחר שלב בסרטון פרוטוקול סטודנטים זה באורך 9 דקות. חלק מאוסף Biology ב-JoVE Lab Manual.

פרוטוקול סטודנטים עבור פעילות אנזימים ב-Biology - 34K+ צפיות | JoVE Lab Manual

Macromolecules

Biomolecules
Organisms contain a wide variety of organic molecules with numerous functions which depend on the chemical structures and properties of these ...

Polymers

What are Lipids?

Lipids function as structural components of cellular membranes, in addition to acting as energy reservoirs and signaling molecules. They are thus crucial ...

Structure of Lipids

lipid-derived-compounds-in-the-human-body

Lipid-derived Compounds in the Human Body

Fats and lipids are crucial components in the human body. Some lipid-derived compounds, such as fat-soluble vitamins, eicosanoids, lipoproteins, and ...

Fats as Energy Storage Molecules

Amino acids

Amino acids are the monomers that comprise proteins. Each amino acid has the same fundamental structure, which consists of a central carbon atom, or the ...

Peptide Bonds

A peptide bond covalently attaches amino acids through a dehydration reaction. One amino acid&#39;s carboxyl group and another amino acid&#39;s amino ...

What are Proteins?

Protein and Protein Structures

Protein Organization

Globular Proteins

In organisms, proteins are the most abundant macromolecules. They act as the building blocks of life and play various crucial roles in the body. Proteins ...

Fibrous Proteins

Fibrous proteins are either long and narrow proteins or assemble to form long and thin structures. They contain repetitive units and usually consist of ...

Protein Denaturation

The function of proteins depends on their native three-dimensional structure, which is dictated by the amino acid sequence of the specific protein. ...

Role of Proteins in the Human Body

Proteins are the building block of life. They are also&#160; the most abundant macromolecules with as many diverse roles in the body. They are part of ...

Mechanical Protein Function

Structural Protein Function

Introduction to Carbohydrates

Carbohydrates, proteins, and fats are the primary macronutrients in the human diet. However, carbohydrates are the most favored source of energy in the ...

Chemistry of Carbohydrates

Sugars as Energy Storage Molecules

Nucleic Acids and Nucleotides

Nucleic acids are the most important macromolecules for the continuity of life. They carry the cell&#39;s genetic blueprint and have instructions for its ...

Nucleic Acid Structure

The pentose sugar in DNA is deoxyribose, while in RNA the pentose sugar is ribose. The difference between the sugars is the presence of the hydroxyl group ...

The DNA Helix

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the genetic material responsible for passing traits from generation to generation in all organisms and most viruses. DNA ...

RNA Structure

The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Noncovalent Attractions in Biomolecules

Describe the basic molecular structures and primary functions of the four major categories of biological macromolecules.

SC.912.L.18.1

Cellulose and Pectic Polysaccharides

&#160;Every plant cell has a cell wall that protects the cell, provides structural support, and gives the cell shape. Cellulose, the main structural ...

Membrane Carbohydrates

The plasma membrane is a dynamic barrier composed of lipids, proteins, and carbohydrates. It is the epicenter of many cellular processes required for cell ...

Describe the important structural characteristics of monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides and explain the functions of carbohydrates in living things.

SC.912.L.18.2

Overview of Fatty Acid Metabolism

Lipids also are sources of energy that power cellular processes. Like carbohydrates, lipids are composed of carbon, hydrogen, and oxygen, but these atoms ...

What are Membranes?

A cell&#39;s plasma membrane demarcates the cell&#39;s borders and determines the nature of its interaction with the environment. Cells exclude certain ...

Membrane Fluidity

Membrane fluidity is explained by the fluid mosaic model of the cell membrane, which describes the plasma membrane structure as a mosaic of ...

Fluid Mosaic Model

Scientists identified the plasma membrane in the 1890s and its principal chemical components (lipids and proteins) by 1915. The model for plasma membrane ...

Membrane Lipids

Lipids are an essential component of all biological membranes. The average lipid content in mammalian membranes is 50%, though it can be as low as 20% in ...

Asymmetric Lipid Bilayer

Biological membranes show uneven distribution of different types of lipids in the inner and outer layers, resulting in transverse asymmetric membranes. ...

Lipids as Anchors

In the plasma membrane, the lipids forming the bilayer can also act as an anchor to tether proteins to the membrane. The three main types of lipid anchors ...

The Significance of Membrane Transport

The transport of solutes across the cell membrane is essential for metabolic processes, like maintaining cell size and volume, generating the action ...

Describe the structures of fatty acids, triglycerides, phospholipids, and steroids. Explain the functions of lipids in living organisms. Identify some reactions that fatty acids undergo. Relate the structure and function of cell membranes.

SC.912.L.18.3

Ligand Binding Sites

Cofactors and Coenzymes

Enzymes are proteins made of amino acids. The functional group of each constituent amino acid catalyzes a wide variety of chemical reactions via ionic ...

Introduction to Enzymes

The use of enzymes by humans dates to 7000 BCE. Humans first used enzymes to ferment sugars and produce alcohol without knowing that this was an ...

Enzymes and Activation Energy

The activation energy (or free energy of activation), abbreviated as Ea, is the small amount of energy input necessary for all chemical reactions to ...

Introduction to Enzyme Kinetics

Enzyme kinetics studies the rates of biochemical reactions. Scientists monitor the reaction rates for a particular enzymatic reaction at various substrate ...

Turnover Number and Catalytic Efficiency

The turnover number of an enzyme is the maximum number of substrate molecules it can transform per unit time. Turnover numbers for most enzymes range from ...

Catalytically Perfect Enzymes

The theory of catalytically perfect enzymes was first proposed by W.J. Albery and J. R. Knowles in 1976. These enzymes catalyze biochemical reactions at ...

introduction-to-mechanisms-of-enzyme-catalysis

Introduction to Mechanisms of Enzyme Catalysis

For many years, scientists thought that enzyme-substrate binding took place in a simple &#34;lock-and-key&#34; fashion. This model stated that the enzyme ...

Ligand Binding and Linkage

Cooperative Allosteric Transitions

Ribozymes

Biological Catalysts

All living organisms continuously perform numerous biochemical reactions to sustain their presence. Most of these reactions require ...

Describe the structures of proteins and amino acids. Explain the functions of proteins in living organisms. Identify some reactions that amino acids undergo. Relate the structure and function of enzymes.

Chemiosmosis

Oxidative phosphorylation is a highly efficient process that generates large amounts of adenosine triphosphate (ATP), the basic unit of energy that drives ...

electron-transport-chain-complex-i-and-ii

Electron Transport Chain: Complex I and II

The mitochondrial electron transport chain (ETC) is the main energy generation system in the eukaryotic cells. However, mitochondria also produce ...

electron-transport-chain-complex-iii-and-iv

Electron Transport Chain: Complex III and IV

During the electron transport chain, electrons from NADH and FADH2 are first transferred to complexes I and II, respectively. These two complexes then ...

The Electron Transport Chain

The electron transport chain or oxidative phosphorylation is an exothermic process in which free energy released during electron transfer reactions is ...

the-supercomplexes-in-the-crista-membrane

The Supercomplexes in the Crista Membrane

The mitochondrial cristae membrane is the primary site for the oxidative phosphorylation (OXPHOS) process of energy conversion mediated through ...

ATP Synthase: Structure

ATP synthase or ATPase is among the most conserved proteins found in bacteria, mammals, and plants. This enzyme can catalyze a forward reaction in ...

ATP Synthase: Mechanism

In animals, the mitochondrial F1F0 ATP synthase is the key protein that synthesizes ATP molecules through a complex catalytic mechanism. While the nuclear ...

The ADP/ATP Carrier Protein

ADP/ATP carrier or AAC protein is the most abundant carrier protein in the inner mitochondrial membrane. It transports large quantities of ADP and ATP, ...

ATP Yield

Cellular respiration produces 30 - 32 ATP per glucose molecule. Although most of the ATP results from oxidative phosphorylation and the electron transport ...

Discuss the use of chemiosmotic gradients for ATP production in chloroplasts and mitochondria.

SC.912.L.18.5

Fermentation

Most eukaryotic organisms require oxygen to survive and function adequately. Such organisms produce large amounts of energy during aerobic respiration by ...

biofuels-producing-ethanol-from-cellulosic-material

Biofuels: Producing Ethanol from Cellulosic Material

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
In this experiment, cellulosic material (such as corn stalks, leaves, ...

Discuss the role of anaerobic respiration in living things and in human society.

SC.912.L.18.6

Photosynthesis

Autotrophs

Almost all living organisms on Earth depend on photosynthesis, which is the process that converts sunlight energy into a simple sugar called ...

What is Photosynthesis?

All living organisms on Earth are directly or indirectly dependent on photosynthesis. It is the only biological process that can capture energy from ...

The Anatomy of Chloroplasts

Green algae and plants, including green stems and unripe fruit, harbor specialized organelles called chloroplasts to carry out photosynthesis. They ...

Photosystems

Photosystems are multiprotein complexes that form the functional units of photosynthesis in plants, algae, and cyanobacteria. They are found embedded in ...

The Photochemical Reaction Center

Reaction centers are pigment-protein complexes that initiate energy conversion from photons to chemical entities. Therefore, photochemical reaction center ...

The Antenna Complex

Plants and other photosynthetic organisms comprise pigments capable of absorption of direct sunlight. These pigments are present in the reaction center - ...

the-z-scheme-of-electron-transport-in-photosynthesis

The Z-Scheme of Electron Transport in Photosynthesis

The light reactions of photosynthesis assume a linear flow of electrons from water to NADP+. During this process, light energy drives the splitting of ...

The Calvin Benson Cycle

Ribulose 1,5- bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCo) is a critical enzyme that catalyzes carbon dioxide assimilation during photosynthesis. However, ...

Identify the reactants, products, and basic functions of photosynthesis.

SC.912.L.18.7

Introduction to Cellular Respiration

Organisms harvest energy from food, but this energy cannot be directly used by cells. Cells convert the energy stored in nutrients into a more usable ...

What is Glycolysis?

Overview
Cells make energy by breaking down macromolecules. Cellular respiration is the biochemical process that converts &#34;food energy&#34; (from the ...

Glycolysis: Preparatory Phase

In cellular metabolism (the complete breakdown of glucose to extract energy),&#160; glycolysis is the first step. Glycolysis takes place in the cytoplasm ...

Glycolysis: Pay-off Phase

So far, glycolysis has cost the cell two ATP molecules and produced two small, three-carbon sugar molecules. These molecules will proceed through the ...

Fates of Pyruvate

Pyruvate is the end product of glycolysis, where glucose is oxidized to pyruvate, simultaneously reducing NAD+ to NADH. Two molecules of ATP are also ...

Role of Reduced Coenzymes NADH and FADH&#8322;

The energy released from the breakdown of the chemical bonds within nutrients can be stored either through the reduction of electron carriers or in the ...

The Citric Acid Cycle

The citric acid cycle, also known as the Krebs cycle or TCA cycle, consists of several energy-generating reactions that yield one ATP molecule, three NADH ...

The Citric Acid Cycle: Overview

In aerobic organisms, the citric acid cycle is the second stage of cellular respiration wherein molecules derived from the breakdown of carbohydrates, ...

The Citric Acid Cycle: Output

The citric acid cycle is termed an amphibolic pathway as it operates both anabolically and catabolically. The cyclic reactions balance the flux of the ...

Products of the Citric Acid Cycle

The cells of most organisms&#8212;including plants and animals&#8212;obtain usable energy through aerobic respiration, the oxygen-requiring version of ...

Identify the reactants, products, and basic functions of aerobic and anaerobic cellular respiration.

SC.912.L.18.8

A. All living things are composed of four basic categories of macromolecules and share the same basic needs for life.

B. Living organisms acquire the energy they need for life processes through various metabolic pathways (primarily photosynthesis and cellular respiration).

C. Chemical reactions in living things follow basic rules of chemistry and are usually regulated by enzymes.

D. The unique chemical properties of carbon and water make life on Earth possible.

Factors That Shape Enzyme Function

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards