التخصص الكيميائي

تؤثر التفاعلات بين البروتين والرابط بشكل كبير على خصوصية الارتباط بينهما. ومن المعروف أن التفاعلات الكهروستاتيكية والتفاعلات الكارهة للماء هي الأكثر تأثيرًا في تحديد مصدر خصوصية الارتباط بين جزيئين. ^{[ 5 ]} غالبًا ما ترتبط قوة هذه التفاعلات بين البروتين والرابط ارتباطًا إيجابيًا بخصوصية ارتباطهما المتبادل.

تعتمد خصوصية عملية الارتباط بشكل كبير على مرونة الجزيئات المرتبطة. فالبروتين الصلب محدود للغاية في إمكانيات ارتباطه، بينما يستطيع البروتين المرن تكييف بنيته مع عدد أكبر من الروابط، وبالتالي يكون أكثر تنوعًا في الارتباط. ولأن عملية الارتباط تؤدي عادةً إلى تصلب كلا الجزيئين المرتبطين في المركب، فإن ارتباط البروتين المرن غالبًا ما يصاحبه انخفاض في الإنتروبيا. وهذا هو السبب الرئيسي للارتباط الإيجابي المتكرر بين ألفة الارتباط وخصوصيته. تُظهر الأجسام المضادة ارتباطًا قويًا بين الصلابة والخصوصية. ^{[ 6 ] [ 3 ]} ويمتد هذا الارتباط إلى ما هو أبعد من موقع ارتباط الأجسام المضادة ^{[ 7 ].}

تشير خصوصية الإنزيم إلى التفاعلات بين أي إنزيم معين وركيزته المقابلة. بالإضافة إلى خصوصية ارتباطه بالركائز، فإن التقارب والتوجيه الصحيحين، فضلاً عن ارتباطه بالحالة الانتقالية، يوفران مستوى إضافيًا من خصوصية الإنزيم.

يمكن تعريف التخصص المطلق بأنه حصري، حيث يعمل الإنزيم على ركيزة محددة واحدة فقط. ^{[ 8 ]} تحفز الإنزيمات ذات التخصص المطلق تفاعلاً واحداً فقط مع ركيزتها المحددة. على سبيل المثال، اللاكتاز إنزيم متخصص في تحلل اللاكتوز إلى سكرين أحاديين، هما الجلوكوز والجلاكتوز. مثال آخر هو الجلوكوكيناز ، وهو إنزيم يشارك في فسفرة الجلوكوز إلى جلوكوز-6-فوسفات. ينشط هذا الإنزيم بشكل أساسي في الكبد، وهو النظير الإنزيمي الرئيسي للهيكسوكيناز . ^{[ 9 ]} يشير تخصصه المطلق إلى أن الجلوكوز هو الهكسوز الوحيد القادر على أن يكون ركيزته، على عكس الهيكسوكيناز الذي يستوعب العديد من الهكسوزات كركائز له.

تحدث الخصوصية الجماعية عندما يتفاعل الإنزيم فقط مع الجزيئات التي تحتوي على مجموعات وظيفية محددة، مثل البنى العطرية ومجموعات الفوسفات والميثيل. ^{[ 10 ]} ومن الأمثلة على ذلك إنزيم البيبسين ، وهو إنزيم أساسي في هضم الأطعمة التي نتناولها، حيث يقوم بتحليل الروابط الببتيدية بين الأحماض الأمينية الكارهة للماء، مع تمييزه للسلاسل الجانبية العطرية مثل الفينيل ألانين والتريبتوفان والتيروسين . مثال آخر هو إنزيم الهيكسوكيناز ، وهو إنزيم يشارك في عملية تحلل الجلوكوز ، حيث يقوم بفسفرة الجلوكوز لإنتاج جلوكوز-6-فوسفات . يُظهر هذا الإنزيم خصوصية جماعية من خلال السماح له بتفاعل العديد من السكريات السداسية (سكريات مكونة من 6 ذرات كربون) كركائز له. ^{[ 11 ]} يُعد الجلوكوز أحد أهم الركائز في المسارات الأيضية التي تشمل الهيكسوكيناز نظرًا لدوره في تحلل الجلوكوز، ولكنه ليس الركيزة الوحيدة التي يمكن للهيكسوكيناز أن يحفز التفاعل معها.

تختلف خصوصية الرابطة عن خصوصية المجموعة، إذ أنها تتعرف على أنواع معينة من الروابط الكيميائية . وهذا يختلف عن خصوصية المجموعة، لأنها لا تعتمد على وجود مجموعات وظيفية معينة لتحفيز تفاعل معين، بل على نوع رابطة معين (على سبيل المثال، رابطة ببتيدية).

هذا النوع من التخصص حساس للنشاط البصري للركيزة من حيث التوجيه. تختلف الجزيئات الفراغية في طريقة دورانها للضوء المستقطب، أو في توجيهات الروابط (انظر روابط ألفا وبيتا جليكوسيدية). ترتبط الإنزيمات المتخصصة فراغيًا بالركائز التي تحمل هذه الخصائص. على سبيل المثال، يتفاعل إنزيم بيتا جليكوسيداز فقط مع روابط بيتا جليكوسيدية الموجودة في السليلوز، وليس الموجودة في النشا والجليكوجين ، اللذين يحتويان على روابط ألفا جليكوسيدية. هذا الأمر مهم في كيفية هضم الثدييات للطعام. على سبيل المثال، يوجد إنزيم الأميليز في لعاب الثدييات، وهو متخصص فراغيًا في روابط ألفا، ولهذا السبب تستطيع الثدييات استخدام النشا والجليكوجين بكفاءة كمصدر للطاقة، ولكن ليس السليلوز (لأنه يحتوي على رابطة بيتا).

يمكن إيجاد التخصص الكيميائي للإنزيم تجاه ركيزة معينة باستخدام متغيرين مشتقين من معادلة مايكليس-مينتين .${\displaystyle k_{m}}$يُقارب ثابت تفكك معقدات الإنزيم والركيزة.${\displaystyle k_{cat}}$يمثل معدل الدوران، أو عدد التفاعلات التي يحفزها الإنزيم بالنسبة لكمية الإنزيم.${\displaystyle k_{cat}}$زيادة${\displaystyle k_{m}}$يُعرف هذا بثابت التخصص ، وهو مقياس لمدى انجذاب الركيزة لإنزيم معين. يُعرف أيضًا بكفاءة الإنزيم، وتكشف هذه العلاقة عن تفضيل الإنزيم لركيزة معينة. كلما ارتفع ثابت التخصص للإنزيم، زاد تفضيله لتلك الركيزة.

توفر الخصوصية الإنزيمية رؤى مفيدة حول بنية الإنزيم ، والتي تحدد في نهاية المطاف الوظائف الفيزيولوجية وتلعب دورًا فيها. ^{[ 12 ]} كما قد توفر دراسات الخصوصية معلومات عن الآلية التحفيزية.

تُعدّ الخصوصية عاملاً بالغ الأهمية في اكتشاف الأدوية الجديدة وفي مجال البحوث السريرية، حيث تُختبر الأدوية الجديدة للتأكد من خصوصيتها تجاه الجزيء المستهدف في جولات متعددة من التجارب السريرية. يجب أن تحتوي الأدوية على تراكيب شديدة الخصوصية لتقليل احتمالية حدوث آثار جانبية غير مرغوب فيها قد تُسبب أعراضًا غير مرغوب فيها لدى المريض. تعتمد فعالية الأدوية على خصوصية الجزيئات والتركيبات المصممة لتثبيط أهداف جزيئية محددة. ^{[ 1 ]} يتقدم اكتشاف الأدوية الجديدة من خلال تجارب تتضمن مركبات شديدة الخصوصية. على سبيل المثال، يتمثل الأساس الذي يجب أن تُثبت به الأدوية بنجاح في قدرتها على الارتباط بالمستقبل المستهدف في البيئة الفيزيولوجية بخصوصية عالية، بالإضافة إلى قدرتها على نقل إشارة تُحدث تأثيرًا بيولوجيًا إيجابيًا ضد المرض أو العلة التي يُراد للدواء علاجها. ^{[ 13 ]}