آنزیم چیست؟یا زی‌ مایه اغلب پروتئین‌هایی هستند که به عنوان کاتالیزورهای بیولوژیکی عمل می‌کنند.

آنزیم (به فرانسوی: enzyme) یا زی‌ مایه اغلب پروتئین‌هایی هستند که به عنوان کاتالیزورهای بیولوژیکی عمل می‌کنند. کاتالیزورها سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند. مولکول‌هایی که ممکن است آنزیم‌ها روی آن عمل کنند سوبسترا نامیده می‌شوند و آنزیم بسترها را به مولکول‌های مختلفی که به عنوان فرآورده معروف هستند تبدیل می‌کند.

تقریباً تمام فرایندهای متابولیک موجود در سلول نیاز به کاتالیز آنزیم دارند تا به سرعت کافی انجام شود تا زندگی ادامه یابد. مسیرهای متابولیک به کاتالیز مراحل فردی آنزیم‌ها بستگی دارند.

مطالعه آنزیم‌ها که به عنوان آنزیم‌شناسی نامیده می‌شود و در زمینه جدیدی به نام تجزیه شبه‌آنزیمی رشد یافته‌است، با درک اینکه در طول تکامل، برخی از آنزیم‌ها توانایی انجام کاتالیز بیولوژیکی را از دست داده‌اند، که غالباً در توالی اسیدهای آمینه آنها و خصوصیات غیرعادی «شبه کاتالیستی» منعکس می‌شود. آنزیم‌ها بخشی از سیستم ایمنی هستند که در بزاق اشک عرق و معده وجود دارد و به هضم و حذف هرگونه پاتوژن پاسخ می‌دهد

آنزیم‌ها در بیش از ۵۰۰۰ نوع واکنش بیوشیمیایی به عنوان کاتالیزور شناخته شده‌اند. سایر بیوکاتالیست‌ها مولکول‌های RNA کاتالیزوری هستند که ریبوزیم نامیده می‌شوند. ویژگی آنزیم‌ها از ساختارهای سه بعدی منحصر به فرد آنها ناشی می‌شود.

مانند همه کاتالیزورها، آنزیم‌ها با کاهش انرژی فعال‌سازی، سرعت واکنش را افزایش می‌دهند. بعضی از آنزیم‌ها می‌توانند با تبدیل خود به بستر موجب تولید میلیون‌ها بار سریعتر محصول شوند.

اوروتیدین ‘۵-فسفات دکربوکسیلاز موجب می‌شود واکنشی که در نبود این آنزیم میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد در چند میلی‌ثانیه رخ دهد. از نظر شیمیایی، آنزیم‌ها مانند هر کاتالیزوری هستند و در واکنش‌های شیمیایی مصرف نمی‌شوند و تعادل یک واکنش را تغییر نمی‌دهند.

آنزیم‌ها با ویژگی‌های خاصی نسبت به سایر کاتالیزورهای دیگر متفاوت هستند. فعالیت آنزیم را می‌توان تحت تأثیر مولکول‌های دیگر قرار داد: بازدارندهها مولکول‌هایی هستند که باعث کاهش فعالیت آنزیم می‌شوند و فعال‌کننده‌ها مولکول‌هایی هستند که فعالیت را افزایش می‌دهند. بسیاری از داروهای درمانی و سموم مهارکننده یا بازدارنده آنزیم هستند.

فعالیت آنزیم به‌طور قابل توجهی خارج از دمای و pH مطلوب آن کاهش می‌یابد و بسیاری از آنزیم‌ها هنگام قرار گرفتن در معرض گرمای بیش از حد (پایدار) واسرشته می‌شوند و ساختار و خواص کاتالیزوری خود را از دست می‌دهند.

ساختار آنزیم‌ ها

ساختار آنزیم مهم است، زیرا عملکرد خاص آنزیم در بدن را تعیین می‌کند. آنزیم‌ها (و سایر پروتئین‌ها) از زنجیره‌های اسید آمینه به نام زنجیره‌های «پلی‌پپتیدی» (polypeptide) تشکیل شده‌اند. دنباله‌ی خطی آمینواسیدها تعیین‌کننده‌ی مشخصات تاشدگی زنجیره‌ها به یک ساختار سه بعدی است. یک آنزیم ممکن است فقط یک زنجیره‌ی پلی‌پپتیدی داشته باشد که معمولا یک صد آمینواسید یا تعداد بیشتری را به هم پیوند می‌دهد یا ممکن است شامل چندین زنجیره‌ی پلی‌پپتیدی باشد که با هم به عنوان یک واحد عمل می‌کنند. اکثر آنزیم‌ها بزرگ‌تر از زیرلایه‌هایی هستند که روی آن عمل می‌کنند. فقط یک قسمت خیلی کوچک از آنزیم، تقریبا 10 آمینواسید، دارای تماس مستقیم با زیرلایه‌ها است. این ناحیه، جایی که پیوند بین زیرلایه‌ها و واکنش اتفاق می‌افتد، به عنوان سایت فعال آنزیم شناخته می‌شود.

عمل اختصاصی (Specificity)

آنزیم‌ها معمولا در واکنش‌هایی که کاتالیز می‌کنند و زیرلایه‌هایی که در این واکنش‌ها دخیل هستند، خاص و منحصر به فرد هستند؛ یعنی فعالیت آنزیم اختصاصی است. یک آنزیم با زیرلایه‌اش برای تشکیل یک کمپلکس آنزیم-زیرلایه کم دوام، ترکیب می‌گردد. دو مدل برای توضیح چگونگی ایجاد پیوند بین آنزیم و زیرلایه وجود دارد: مدل «قفل و کلید» (lock and key) و «تناسب القایی» (induced fit).

مدل قفل و کلید

برای شناخت اختصاصی بودن آنزیم‌ها، «امیل فیشر» (Emil Fischer) شیمی‌دان آلمانی، پیشنهاد داد که آنزیم یک شکل خاص دارد که زیرلایه‌ها دقیقا متناسب آن هستند. این مدل تناسب دقیق که در سال 1890 معرفی شد، غالبا به عنوان مدل قفل و کلید شناخته می‌شود؛ زیرا پیوند آنزیم به یک زیرلایه شبیه به تناسب خاصی از یک قفل در یک کلید است.

مدل تناسب القایی

در سال 1958، «دانیل کشلند» (Daniel Koshland) اصلاحیه‌ای برای مدل قفل و کلید را پیشنهاد داد. بر خلاف کلیدها، آنزیم‌ها ساختارهای انعطاف‌پذیر را ترجیح می‌دهند. سایت فعال یک آنزیم می‌تواند به عنوان زیرلایه‌ای که در تعامل با آنزیم است، اصلاح شود و یک تناسب القایی بین آنزیم و زیرلایه ایجاد کند. زنجیره‌های جانبی آمینواسیدها که سایت‌های فعال را ایجاد می‌کنند، به یک شکل دقیق قالب می‌شوند که آنزیم را قادر می‌سازد فعالیت کاتالیزوری آن را انجام دهد. در برخی موارد، مولکول زیرلایه به آرامی تغییر شکل می‌دهد، هنگامی‌ که به سایت‌های فعال وارد می‌گردد.

کوفاکتورهای آنزیم

برخی آنزیم‌ها نیاز به اجزای اضافی برای نمایش فعالیت کامل ندارند. اگرچه، دیگر آنزیم‌ها نیازمند مولکول‌های غیر پروتئینی هستند تا برای فعالیت موثر به کمپلکس پیوند داده شوند. «کوفاکتورها» (cofactors) می‌توانند غیرآلی (مانند یون‌های فلزی و «خوشه‌های آهن-سولفور» (iron-sulfur clusters)) یا ترکیبات آلی باشند که به عنوان کوآنزیم‌ها نیز شناخته می‌شوند.

اکثر کوفاکتورها «پیوند کووالانسی یا پیوند اشتراکی» (covalently bound) با یک آنزیم ندارند، اما خیلی به هم وابسته هستند. با این حال، برخی از کوفاکتورها معروف به «گروه‌های پروتز» (prosthetic groups) به طور محکم از طریق پیوندهای کووالانسی به آنزیم پیوند می‌شوند. اکثر کوفاکتورها در پایان واکنش‌ها یا احیا می‌گردند یا از لحاظ شیمیایی بدون تغییر می‌مانند. بسیاری از کوفاکتورها مشتقات ویتامین‌ها هستند. کوفاکتورها در طول واکنش به عنوان حاملی برای انتقال الکترون‌ها، اتم‌ها یا گروه‌های عاملی از آنزیم به زیرلایه به کار می‌روند. نمونه‌های مرسوم از این مورد شامل «NAD» و «NADP» هستند که در انتقال الکترون مشارکت دارند. نمونه‌ی دیگر «کوآنزیم‌آ» (coenzyme A) است که در انتقال «گروه‌های استیل» (acetyl groups) دخیل است.

چگونه آنزیم‌ها واکنش‌ها را کاتالیز می‌کنند؟

یک واکنش کاتالیز شده توسط آنزیم‌ها باید به‌ صورت خود به خودی باشد. بدین معنا که با میل طبیعی بدون نیاز به فشار خارجی صورت پذیرد (از دید ترمودینامیکی، واکنش باید دارای یک انرژی خالص منفی گیبس باشد). به عبارت دیگر، واکنش بدون آنزیم در جهت یکسان با حالت آنزیم‌دار صورت می‌گیرد. منتها در حالت بدون آنزیم، واکنش به میزان قابل توجهی کندتر اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، تجزیه‌ی ذرات مواد غذایی مانند «کربوهیدرات‌ها» (carbohydrates) به اجزای کوچک‌تر قند به صورت خود به خودی صورت می‌گیرد، اما افزودن آنزیم‌ها همانند «آمیلازها» (amylases) در بزاق ما باعث می‌شود واکنش سریع‌تر رخ دهد.

آنزیم‌ها می‌توانند دو یا چند واکنش را با هم جفت کنند، به طوری که یک واکنش خود به خودی می‌تواند برای انجام یک واکنش نامطلوب مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، با آزادسازی ترکیب انرژی بالا «آدنوزین تری فسفات» (Adenosine triphosphate, ATP) انرژی واکنش‌های شیمیایی نامطلوب مانند ساخت پروتئین‌ها فراهم می‌گردد.

تنظیم فعالیت آنزیم

ترکیباتی به نام مهار‌کننده‌ها می‌توانند سرعت واکنش آنزیم را از طریق مهار رقابتی یا غیر رقابتی کاهش دهند. در مهار رقابتی، مهار کننده به طور مستقیم به سایت‌های فعال نشان‌ داده شده متصل شده و از اتصال زیرلایه جلوگیری می‌کند؛ بنابراین زیرلایه و مهار کننده برای سایت‌های فعال آنزیم با هم رقابت می‌کنند. مهار کننده‌های غیر رقابتی به سایت‌های فعال متصل نمی‌شوند. بلکه به دیگر قسمت‌های آنزیم اتصال برقرار می‌کنند که باعث دور شدن از سایت فعال می‌گردد. میزان مهار کنندگی کاملا به غلظت مهار کننده بستگی دارد و تحت تاثیر غلظت زیرلایه قرار نخواهد گرفت. به عنوان مثال، «سیانور» (cyanide) سمی با «گروه‌های پروتز مس» (copper prosthetic groups) از آنزیم «سیتوکروم اکسیداز سی» (cytochrome c oxidase) برای مهار «تنفس یاخته‌ای» (cellular respiration) ترکیب می‌شود. این مدل از مهارکننده معمولا غیر قابل برگشت پذیر است، به این معنا که آنزیم بعد از تعامل با مهارکننده، هیچ فعالیتی نخواهد داشت.

برخی از مهارکننده‌های غیر رقابتی به طور فیزیکی از طریق انسداد سایت‌ های فعال عمل می‌کنند. مهارکننده‌های دیگر طوری به آنزیم متصل می‌گردند که ساختار سه بعدی آنزیم (ترکیب آن) را تغییر می‌دهند. تغییر در ساختار آنزیم، سایت فعال را مختل و آنزیم را از اتصال به زیرلایه ناتوان می‌سازد. در حالت دوم از مهار کننده‌ی غیررقابتی که مهارکننده‌ی «آلوستریک» (allosteric) نامیده می‌شود، مهارکننده به سایت‌های آلوستریک وصل شده و شکل مولکول آنزیم را تغییر می‌دهد، به طوری که از واکنش آن با زیرلایه جلوگیری می‌کند.

دگرریختاری یا آلوستریسم

مهارکننده‌های آلوستریک غالبا برای تنظیم مسیرهای متابولیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در آن چندیم آنزیم با یک نظم خاص با هم فعالیت می‌کنند. در یک مسیر متابولیکی، یک آنزیم محصول آنزیم دیگر را به عنوان یک زیرلایه در اختیار می‌گیرد. بعد از واکنش کاتالیز، محصول به آنزیم دیگر انتقال می‌یابد. محصولات نهایی چنین مسیری، اغلب مهارکننده‌های آلوستریک برای یکی از اولین آنزیم‌های مسیر است (معمولا اولین مرحله‌ی غیر قابل برگشت‌پذیر را «committed step» می‌گویند)؛ بنابراین تنظیم مقدار محصول نهایی توسط این مسیرها ایجاد می‌گردد. این فرآیند نظارتی بازخورد منفی نامیده می‌شود، زیرا مقدار محصول نهایی تولید شده توسط غلظت خودشان تنظیم می‌گردد.

مولکول‌های آلوستریک همچنین می‌توانند فعال باشند یا فعالیت آنزیم‌ها را از طریق تغییر شکل سایت فعال آنزیم به منظور تسهیل تعامل با یک زیرلایه افزایش دهند. این دگرریختاری از عمل آنزیمی به حفظ محیط داخلی پایدار در موجودات زنده از طریق تحریک تولید منابع مورد نیاز و جلوگیری از تولید اضافی محصولات نهایی پس از تقاضا کمک می‌نماید.

قوانین نامگذاری آنزیم

آنزیم‌ها بل ویژگی‌های منحصر به فردشان شناخته می‌شوند. به این معنا که آن‌ها اغلب فقط با یک زیرلایه برای کاتالیز یک واکنش خاص تعامل می‌کنند؛ بنابراین، آنزیم‌ها غالبا از طریق اضافه کردن پسوند «ase» به اسم زیرلایه نام‌گذاری می‌گردند.‌ مثالی از این مورد آنزیم لاکتاز است که تجزیه‌ی لاکتوز را کاتالیز می‌کند. همه‌ی آنزیم‌ها به این طریق نام‌گذاری نشده‌اند، در نتیجه جهت هماهنگی بیشتر یک روش بسیار رسمی‌تر نام‌گذاری برای طبقه‌بندی آنزیم‌ها توسعه یافته است.

«اتحادیه بین المللی بیوشیمی و بیولوژی مولکولی» (The International Union of Biochemistry and Molecular Biology, IUBMB) یک روش نام‌گذاری برای آنزیم‌ها به نام «عدد گروه آنزیم» (Enzyme Commission number, EC Number) ایجاد کرده است. عدد گروه آنزیم هر آنزیم را با استفاده از یک دنباله‌ی چهار رقمی قبل از عدد گروه آنزیم توصیف می‌کند. عدد اول آنزیم را براساس چگونگی عملکردش برای کاتالیز نمودن یک واکنش طبقه‌بندی می‌کند.

تحت این سیستم، آنزیم‌ها به شش دسته‌بندی اصلی، بر اساس نوع واکنش‌هایی که کاتالیز می‌کنند، سازماندهی می‌گردند.

• EC 1: «اکسیدورداکتاز» (oxidoreductases) آنزیمی است که انتقال الکترون را از یک مولکول (احیاکننده) به مولکول دیگر (اکسیدان) کاتالیز می‌کند.
• EC 2: «ترانسفراز» (transferases) آنزیمی است که انتقال یک گروه شیمیایی به نام گروه عاملی (مثل گروه متیل یا فسفات) را از یک ماده به ماده‌ی دیگر کاتالیز می‌کند.
• EC 3: «هیدرولاز» (Hydrolases) آنزیمی که آبکافت پیوندهای شیمیایی را کاتالیز می‌کند. به بیان دیگر این آنزیم‌ها با افزودن یک مولکول آب به ترکیبات مختلف آن‌ها را تجزیه می‌کنند.
• EC 4: «لیاز» (lyase) آنزیمی است که شکستن پیوندهای شیمیایی مختلف را از راه‌هایی جز آبکافت و اکسیداسیون کاتالیز می‌کند و اغلب باعث ایجاد یک پیوند دوگانه جدید یا یک ساختمان حلقوی می‌شود.
• EC 5: «ایزومراز» (isomerases) آنزیمی است که تبدیل ایزومرهای یک مولکول را به هم دیگر کاتالیز می‌کند.
• EC 6: «لیگاز» (ligases) آنزیمی که دو مولکول را با پیوندهای کووالانسی به هم متصل می‌کند.

ریشه‌شناسی و تاریخچه

کلمه‌ی آنزیم از حروف یونانی «ένζυμο, énsymo» گرفته شده است. اگرچه خمیرمایه کردن نان و تخمیر شراب طی قرن‌ها انجام می‌شد ولی تا اواخر قرن ۱۹ این فرآیندها را به عنوان نتیجه‌ای از فعالیت آنزیم نمی‌دانستند. با مطالعه‌ی تخمیر شکر به الکل توسط مخمر، «لوئیس پاستور» (Louis Pasteur) به این نتیجه رسید که این تخمیر توسط ماده‌ی تخمیر موجود در مخمر کاتالیز می‌شود که به نظر می‌رسید فقط در حضور موجودات زنده فعالیت می‌کنند.

اگرچه در سال 1897، «هانس و ادوارد بوخنر» (Hans and Eduard Buchner) به صورت غریزی از عصاره‌ی مخمر علیرغم نبود سلول‌های مخمر زنده برای تخمیر شکر استفاده کردند. آن‌ها علاقمند به ساخت عصاره‌ی سلول‌های مخمر برای اهداف پزشکی بودند و برای ماندگاری آن‌ها مقادیر زیادی از «ساکارز» (sucrose) را به عصاره اضافه کردند. این دو دانشمند دریافتند که شکر به این شیوه تخمیر می‌گردد؛ هرچند هیچ سلول مخمر زنده‌ای در ترکیب وجود ندارد. اصطلاح آنزیم برای توصیف ماده (ها) در عصاره‌ی مخمر مورد استفاده قرار گرفت که باعث تخمیر ساکارز شد. تا سال 1926 اولین آنزیم در شکل خالص بدست آمد.

سینتیک آنزیم

در سال 1913 «لیونور میشائیلیس» (Leonor Michaelis) و «ماد منتن» (Maud Menten) یک تئوری «کمی» (quantitative) از سینتیک آنزیم را پیشنهاد دادند که به عنوان سینتیک میشائیلیس-منتن نام نهاده شد. کار آن‌ها بعدا توسط «جورج ادوارد بریگس» (G. E. Briggs) و «جان برتون ساندرسون هالدین» (J. B. S. Haldane) توسعه یافت. کسی که معادلات سینتیکی زیادی را توسعه داد که امروزه هنوز به طور گسترده استفاده می‌شوند.

آنزیم‌ها می‌توانند تا چندین میلیون واکنش کاتالیزوری را در هر ثانیه انجام دهند. برای تعیین حداکثر سرعت یک واکنش آنزیمی، غلظت زیرلایه افزایش یافته تا تولید محصول با سرعت ثابتی بدست آید. این سرعت در واقع حداکثر سرعت (Vmax) آنزیم است. در این حالت، تمام سایت‌های فعال آنزیم با زیرلایه اشباع می‌گردند. به این معنا که تمام آن‌ها در تبدیل زیرلایه به محصول درگیر می‌شوند.

در هر حال، حداکثر سرعت تنها یک پارامتر سینتیکی است که «زیست شیمی‌دان‌ها» (biochemists) را علاقمند می‌کند. آن‌ها همچنین می‌خواهند قادر به محاسبه‌ی مقدار زیرلایه‌ی مورد نیاز برای دستیابی به یک سرعت مشخصی از واکنش باشند. این مقدار می‌تواند توسط ضریب میشائیلیس-منتن (Km) بیان شود که برای رسیدن به نصف حداکثر سرعت، غلظت زیرلایه‌ برای آنزیم نیاز می‌شود. هر آنزیم یک ضریب Km مشخص برای یک زیرلایه داده شده دارد.

بازدهی یک آنزیم می‌تواند بر حسب kcat/Km بیان شود. مقدار kcat که «آهنگ تبدیل کاتالیزگر» (turnover number) نیز نامیده می‌گردد، ثابت‌های سرعت برای تمام مراحل واکنش را ترکیب کرده و خارج قسمت سرعت حداکثر و غلظت آنزیم کل، kcat/Km، یک مقدار مفید برای مقایسه‌ی کارایی نسبی آنزیم‌های مختلف یا همان آنزیم که در تعامل با زیرلایه‌های مختلف به حساب می‌آید، در نظر گرفته می‌شود؛ زیرا «آفنیته» (affinity) و توانایی کاتالیزوری باید در نظر گرفته شوند.

آموزش بیوفیزیک Biophysics

آفنیته میل ترکیبی اجزای شیمیایی غیر مشابه با یکدیگر است. این اصلاح همچنین هنگامی‌که دو چند اتم با ترکیب غیر یکسان با یکدیگر واکنش شیمیایی بدهند نیز بکار می‌رود. مقدار حداکثر تئوری برای kcat/Km که حد انتشار نامیده می‌شود، حدود 108 تا 109 (M-1 s-1) است. در این مرحله، هر برخورد آنزیم با زیر لایه‌اش به کاتالیز منجر می‌شود و سرعت تشکیل محصول توسط سرعت واکنش محدود نمی‌گردد بلکه محدودیت آن با سرعت انتشار است. آنزیم‌هایی که به مقدار kcat/K m می‌رسند، از لحاظ سینتیک یا کاتالیستی کامل هستند. نمونه‌ای از این آنزیم‌ها «تریوز فسفات ایزومراز» (triose-phosphate isomerase, TIM)، «کربنیک آنهیدراز» (carbonic anhydrase)، «استیل‌کولین‌استراز» (acetylcholinesterase)، «کاتالاز» (catalase)، «فوماراز» (fumarase)، «بتالاکتاماز» (ß-lactamase) و «سوپراکسید دیسموتاز» (superoxide dismutase) هستند.

عوامل مؤثر بر فعالیت آنزیم

غلظت آنزیم

به منظور بررسی اثر افزایش غلظت آنزیم بر میزان واکنش، بستر باید در مقدار اضافی وجود داشته باشد. به عنوان مثال، واکنش باید مستقل از غلظت بستر باشد. هرگونه تغییر در مقدار محصول تشکیل شده طی یک دوره زمانی مشخص به سطح آنزیم موجود بستگی خواهد داشت. گفته می‌شود این واکنشها «مرتبه صفر» هستند زیرا سرعتها از غلظت بستر مستقل نیستند و برابر با بعضی از ثابتهای k هستند. شکل‌گیری محصول با سرعتی خطی با زمان پیش می‌رود. افزودن بستر بیشتر به افزایش نرخ کمک نمی‌کند.

در سینتیک مرتبه صفر، اجازه دادن به آزمایش برای مدت زمان دو برابر منجر به دو برابر مقدار محصول می‌شود مقدار آنزیم موجود در یک واکنش با فعالیتی که کاتالیز می‌کند اندازه‌گیری می‌شود. رابطه بین فعالیت و غلظت تحت تأثیر بسیاری از عوامل مانند دما، pH و غیره قرار دارد. یک آزمایش آنزیم باید طوری طراحی شود که فعالیت مشاهده شده متناسب با مقدار آنزیم موجود باشد تا غلظت آنزیم تنها عامل محدود کننده باشد. وقتی واکنش مرتبه صفر به صورت مطلوب است. برای اندازه‌گیری ایده‌آل فعالیت آنزیم، اندازه‌گیری‌ها باید در آن قسمت از منحنی انجام شود که واکنش مرتبه صفر است. یک واکنش به احتمال زیاد در ابتدا مرتب صفر است زیرا غلظت بستر در آن زمان بیشترین است. برای اطمینان از اینکه یک واکنش مرتبه صفر است، باید چندین اندازه‌گیری غلظت محصول (یا بستر) انجام شود.

غلظت بستر

به‌طور تجربی نشان داده شده‌است که اگر مقدار آنزیم ثابت نگه داشته شود و سپس غلظت بستر به تدریج افزایش یابد، سرعت واکنش افزایش می‌یابد تا زمانی که به حداکثر برسد. پس از این مرحله، افزایش غلظت بستر باعث افزایش سرعت (دلتا A / دلتا T) نمی‌شود. این نظریه وجود دارد که وقتی این حداکثر سرعت حاصل شد، آنزیم موجود به ES، کمپلکس بستر آنزیمی تبدیل شده‌است.

اثر دما

مانند اکثر واکنشهای شیمیایی، با افزایش دما سرعت واکنش کاتالیزور آنزیمی افزایش می‌یابد. ده درجه سانتیگراد افزایش دما فعالیت اکثر آنزیم‌ها را ۵۰ تا ۱۰۰ درصد افزایش می‌دهد. تغییرات دمای واکنش به اندازه ۱ یا ۲ درجه ممکن است تغییرات ۱۰ تا ۲۰٪ را در نتایج ایجاد کند. در مورد واکنش‌های آنزیمی، این واقعیت پیچیده‌است که بسیاری از آنزیم‌ها تحت تأثیر دماهای بالا قرار دارند.

سرعت واکنش با افزایش دما به حداکثر افزایش می‌یابد، سپس با افزایش بیشتر دما به‌طور ناگهانی کاهش می‌یابد. از آنجا که بیشتر آنزیم‌های حیوانی در دمای بالاتر از ۴۰ درجه سانتیگراد به سرعت دناتوره می‌شوند، بیشترین تعیین آنزیم‌ها تا حدودی زیر آن دما انجام می‌شود.

در طی یک دوره زمانی، آنزیم‌ها حتی در دماهای متوسط غیرفعال می‌شوند. ذخیره آنزیم‌ها در دمای ۵ درجه سانتیگراد یا کمتر معمولاً مناسب‌ترین است. بعضی از آنزیم‌ها در اثر انجماد فعالیت خود را از دست می‌دهند.

اثر pH

مقادیر pH بسیار زیاد یا پایین به‌طور کلی باعث از دست رفتن فعالیت اکثر آنزیم‌ها می‌شود. pH همچنین عاملی در پایداری آنزیم‌ها است. همانند فعالیت، برای هر آنزیم نیز منطقه ای از پایداری بهینه pH وجود دارد. همان‌طور که جدول نشان داده شده، مقدار مطلوب pH از یک آنزیم به آنزیم دیگر بسیار متفاوت خواهد بود.

کارکرد زیستی

آنزیم‌ها کاربردهای گسترده‌ای در اندام‌های زنده دارند. آنها برای ترارسانی پیام و تنظیم فعالیت‌های سلول ضروری اند؛ از جمله مهم‌ترین آنزیم‌ها در تنظیم سلول می‌توان به کیناز و فسفاتاز اشاره کرد. آنزیم‌ها در ایجاد حرکت در ماهیچه‌ها هم موثرند آنها با کمک میوزین و آبکافت ای‌تی‌پی‌ایز در ماهیچه‌ها کشش ایجاد می‌کنند. علاوه بر این آنزیم‌ها در انتقال مواد در پیرامون سلول و جزئی از اسکلت سلولی اهمیت دارند. دیگر ای‌تی‌پی‌ایزها در غشاء سلول، ناقل‌های یونی اند که در فرایند انتقال فعال سلولی درگیرند. آنزیم‌ها در جانوران کاربردهایی با نمود بیرونی هم دارند برای نمونه در فرایند ایجاد نور در کرمهای شب‌تاب آنزیمها نقش اساسی دارند. ویروس‌ها هم ممکن است برای آلوده کردن سلول از آنزیم استفاده کنند مانند آنزیم اینتگراز و آنزیم رونوشت‌بردار معکوس در HIV یا مانند آنزیم‌های نورآمینیداز در آنفلوانزا که در انتشار ویروس کاربرد دارند.

یکی از کاربردهای مهم آنزیم‌ها در دستگاه گوارش حیوانات است. آنزیم‌هایی مانند آمیلاز و پروتئاز به ترتیب مولکول‌های بزرگ مانند نشاسته و پروتئین را می‌شکنند تا برای بدن قابل جذب شوند. برای نمونه مولکول نشاسته برای جذب بسیار بزرگ است اما آنزیم‌ها آن را به مولکول‌های کوچکتری مانند مالتوز و بعد گلوکز می‌شکند و آن را قابل جذب می‌کند. هر آنزیمی برای شکستن مولکول خاصی کاربرد دارد برای نمونه پستانداران گیاه‌خوار که رژیم ویژهٔ گیاه‌خواری دارند از آنزیم سلولاز برای شکستن فیبر گیاهان استفاده می‌کنند.