Chapter 5: Enzymes

Enzymes

Home > PunjabTest.com > FSc Part 1 > Biology — all chapters > Chapter 5: Enzymes

اس chapter میں topics (Topics in this chapter)

  1. 5.1 Enzymes — biocatalyst, active site, binding site, catalytic site, pepsinogen
  2. 5.2 Cofactors and Coenzymes — metal ions, prosthetic groups, NAD, apoenzyme, holoenzyme
  3. 5.3 Mechanism of Enzyme Action — activation energy, ES complex, Lock-and-Key, Induced Fit
  4. 5.4 Factors Affecting the Rate of Enzyme Action — temperature, pH table, enzyme concentration, substrate concentration
  5. 5.5 Enzyme Inhibition — competitive, non-competitive, reversible, irreversible, feedback inhibition
  6. 5.6 Classification of Enzymes — 6 reaction classes, substrate classes, subclasses table
  7. 📝 Official Exercise — with Answers (45 questions)
  8. 📌 Chapter Summary & Guidance
5.1 — Enzymes5.1 — انزائمز

🏷 Tags: Enzyme • Biocatalyst • Activation Energy • Active Site • Binding Site • Catalytic Site • Pepsinogen

ENGLISH

Enzymes may be defined as specific proteins that speed up specific chemical reactions by lowering the required activation energy, but are unaltered themselves in the process. Enzymes are also known as biocatalysts. Rates of enzyme-catalysed reactions may be 103 to 108 times greater than the rates of corresponding uncatalysed reactions.

All cells do not have the same set of enzymes. The chemical reactions going on in red blood cells are very different from those going on within a nerve cell, because red blood cells and nerve cells contain different sets of enzymes.

All enzymes are synthesized inside cells by ribosomes. After their synthesis, either they stay and work inside the cell or they are secreted out to work at other sites. Inside the cell, many enzymes are dissolved in the cytoplasm — for example, the enzymes of glycolysis. Many are tightly bound to the membranes of certain organelles — for example, the enzymes of the Calvin cycle and the Krebs cycle. Some enzymes are an integral part of ribosomes — for example, the enzymes of protein synthesis.

💡 Sochne ki baat

A reaction that is catalysed by an enzyme and is completed in 30 minutes would take one year to get completed without being catalysed by the enzyme. Thus, we can say that without enzymes there would have been no life at all.

Active Site of Enzyme

Enzymes are three-dimensional globular proteins. They are made of polypeptide chains that are coiled upon themselves. There is a small cleft or depression on the surface of a globular enzyme molecule. It consists of only a few amino acids. This site is known as the active site. It is the location at which catalysis occurs.

The shape of the active site of each enzyme is very specific. So, only a certain substrate molecule can fit into it. It is three-dimensional and bears a specific charge. The active site has two distinct regions: the binding site and the catalytic site. The substrate molecule fits into the binding site by weak chemical forces, such as hydrogen bonds. The catalytic site catalyses the reaction and the substrate is transformed into products.

⚠️ Pepsin — aik hifazati tadbeer

Some enzymes may prove harmful if they become active at the wrong place. For example, pepsin is a protein-digesting enzyme. It can destroy protein-made structures present inside the cells where it is synthesized. That is why it is produced in inactive form (pepsinogen) and is secreted out of cells. When it reaches its target site of action, it is activated (pepsin).

Enzyme (blue globular protein) with its active-site cleft holding a substrate molecule
Figure 5.1 — Active Site: نیلی globular enzyme کے surface پر چھوٹا سا cleft (active site) ہے, جس میں substrate molecule fit ہوتا ہے — یہی جگہ catalysis کی ہے.
اردو

انزائمز مخصوص پروٹینز ہوتے ہیں جو کسی مخصوص کیمیائی تعامل کی رفتار کو مطلوبہ ایکٹی ویشن انرجی کم کر کے تیز کر دیتے ہیں، اور خود اس عمل میں تبدیل نہیں ہوتے۔ انزائمز کو بائیو کیٹالسٹ بھی کہا جاتا ہے۔ انزائم کی موجودگی میں تعامل کی رفتار بغیر انزائم والے تعامل سے 103 سے 108 گنا زیادہ ہو سکتی ہے۔

تمام خلیوں میں انزائمز کا ایک جیسا سیٹ نہیں ہوتا۔ سرخ خون کے خلیوں میں ہونے والے کیمیائی تعاملات اعصابی خلیے کے تعاملات سے بہت مختلف ہوتے ہیں، کیونکہ ان دونوں میں انزائمز کے مختلف سیٹ پائے جاتے ہیں۔

تمام انزائمز خلیے کے اندر رائبوسومز کے ذریعے بنتے ہیں۔ بننے کے بعد یا تو وہ خلیے کے اندر ہی رہ کر کام کرتے ہیں یا خلیے سے باہر نکل کر دوسری جگہوں پر کام کرتے ہیں۔ خلیے کے اندر بہت سے انزائمز سائٹوپلازم میں حل شدہ ہوتے ہیں، جیسے گلائیکولسز کے انزائمز۔ بہت سے کسی آرگنیلی کی جھلی سے مضبوطی سے جڑے ہوتے ہیں، جیسے کیلون سائیکل اور کربس سائیکل کے انزائمز۔ کچھ انزائمز رائبوسومز کا لازمی حصہ ہوتے ہیں، جیسے پروٹین بنانے والے انزائمز۔

ایکٹیو سائٹ: انزائمز تین جہتی گول پروٹینز ہوتے ہیں جو پولی پیپٹائڈ زنجیروں سے بنے ہوتے ہیں جو اپنے اوپر لپٹی ہوتی ہیں۔ گول انزائم کی سطح پر ایک چھوٹا سا شگاف یا گڑھا ہوتا ہے جو صرف چند امائنو ایسڈز پر مشتمل ہوتا ہے۔ اس جگہ کو ایکٹیو سائٹ کہتے ہیں، اور یہی وہ جگہ ہے جہاں کیٹالسز ہوتا ہے۔ ہر انزائم کی ایکٹیو سائٹ کی شکل بہت مخصوص ہوتی ہے، اس لیے صرف ایک خاص سبسٹریٹ مالیکیول ہی اس میں فٹ ہو سکتا ہے۔ ایکٹیو سائٹ کے دو الگ حصے ہوتے ہیں: بائنڈنگ سائٹ اور کیٹالیٹک سائٹ۔ سبسٹریٹ کمزور کیمیائی قوتوں (جیسے ہائیڈروجن بانڈز) کے ذریعے بائنڈنگ سائٹ میں فٹ ہوتا ہے، اور کیٹالیٹک سائٹ تعامل کو مکمل کر کے سبسٹریٹ کو پراڈکٹس میں بدل دیتی ہے۔

5.2 — Cofactors and Coenzymes5.2 — کو فیکٹرز اور کو انزائمز

🏷 Tags: Cofactor • Metal Ions • Prosthetic Group • Coenzyme • NAD • Apoenzyme • Holoenzyme

ENGLISH

Many enzymes use additional chemical components to aid in catalysis. These additional non-protein components are called cofactors. There are three kinds of cofactors: metal ions, prosthetic groups, and coenzymes.

Many enzymes use metal ions, such as Ca+2, Mg+2, Mn+2, Cu+2 and Zn+2 as their cofactors. These metal ions change the non-functional active sites of enzymes into functional sites. The attachment of a cofactor also changes the shape of the enzyme and allows it to combine with its substrate.

Some cofactors form covalent bonds with the enzyme and are known as prosthetic groups. A prosthetic group may be an organic compound, e.g. hematin.

When the cofactor is a non-protein organic molecule and is loosely attached with the enzyme, it is called a coenzyme. Coenzymes participate in enzyme-catalysed reactions, often by transporting electrons (hydrogen atoms) from one enzyme to another. Many vitamins (e.g. niacin and riboflavin) function as coenzymes. Some are part of coenzymes. The most important coenzyme in the cell is the hydrogen acceptor nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+). When NAD+ acquires a hydrogen atom from an enzyme, it reduces to NADH. The electron of the hydrogen atom contains energy that the NADH molecule carries. For example, when food is oxidised in the cell, enzymes draw electrons from food molecules and transfer them to NAD+, which reduces to NADH.

📌 یاد رکھیں

The protein part of an enzyme is called the apoenzyme, and the complete enzyme including its cofactor is called the holoenzyme. Many trace elements, such as molybdenum and manganese, which are necessary for our health, are used by enzymes as cofactors.

Apoenzyme + Cofactor = Holoenzyme (active enzyme) APOENZYME(protein part) + COFACTOR = HOLOENZYME(complete + active) Cofactor = metal ion • prosthetic group • coenzyme
Figure 5.2 — Cofactor ki madad: Apoenzyme (protein hissa) جب cofactor سے ملتا ہے تو مکمل active enzyme (holoenzyme) بنتا ہے.
اردو

بہت سے انزائمز کیٹالسز میں مدد کے لیے اضافی کیمیائی اجزاء استعمال کرتے ہیں۔ ان اضافی غیر پروٹینی اجزاء کو کو فیکٹرز کہتے ہیں۔ کو فیکٹرز کی تین اقسام ہیں: دھاتی آئنز، پروسٹھیٹک گروپس اور کو انزائمز۔

بہت سے انزائمز دھاتی آئنز جیسے Ca+2، Mg+2، Mn+2، Cu+2 اور Zn+2 کو کو فیکٹر کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ یہ دھاتی آئنز انزائم کی غیر فعال ایکٹیو سائٹس کو فعال سائٹس میں بدل دیتے ہیں۔ کو فیکٹر کے جڑنے سے انزائم کی شکل بھی بدلتی ہے جس سے وہ سبسٹریٹ سے مل سکتا ہے۔

کچھ کو فیکٹرز انزائم کے ساتھ کوویلنٹ بانڈ بناتے ہیں اور انہیں پروسٹھیٹک گروپس کہتے ہیں۔ پروسٹھیٹک گروپ کوئی نامیاتی مرکب ہو سکتا ہے، جیسے ہیمیٹن۔

جب کو فیکٹر کوئی غیر پروٹینی نامیاتی مالیکیول ہو اور انزائم کے ساتھ ڈھیلا جڑا ہو تو اسے کو انزائم کہتے ہیں۔ کو انزائمز انزائم والے تعاملات میں حصہ لیتے ہیں، اکثر الیکٹرانز (ہائیڈروجن ایٹمز) کو ایک انزائم سے دوسرے انزائم تک پہنچا کر۔ بہت سے وٹامنز (جیسے نیاسن اور رائبوفلیون) کو انزائمز کے طور پر کام کرتے ہیں۔ خلیے میں سب سے اہم کو انزائم ہائیڈروجن قبول کرنے والا نیکوٹینامائڈ ایڈینائن ڈائی نیوکلیوٹائڈ (NAD+) ہے۔ جب NAD+ کسی انزائم سے ہائیڈروجن ایٹم لیتا ہے تو وہ NADH میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ ہائیڈروجن ایٹم کا الیکٹران توانائی رکھتا ہے جسے NADH مالیکیول اٹھاتا ہے۔ مثال کے طور پر جب خلیے میں غذا آکسیڈائز ہوتی ہے تو انزائمز غذائی مالیکیولز سے الیکٹرانز نکال کر NAD+ کو دیتے ہیں جو NADH بن جاتا ہے۔

انزائم کا پروٹینی حصہ اپو انزائم کہلاتا ہے، اور کو فیکٹر سمیت مکمل انزائم ہولو انزائم کہلاتا ہے۔

5.3 — Mechanism of Enzyme Action5.3 — انزائم کے عمل کا طریقہ کار

🏷 Tags: Activation Energy • Enzyme-Substrate Complex • Lock and Key Model • Induced Fit Model • Fischer • Koshland

ENGLISH

The speed of a chemical reaction depends on the amount of activation energy required to initiate it. Activation energy is the energy which works to destabilise existing chemical bonds. Enzymes bring reactants together in correct orientation or stress particular chemical bonds of reactants. Thus, they lower the activation energy required for new bonds to form and speed up the rate of reactions.

The presence of enzymes does not affect the nature or properties of end products. For example, sucrose (substrate) will always be hydrolysed into glucose and fructose (products) whether sucrase (enzyme) is present or not.

Due to its specificity, an enzyme recognises a specific substrate. The substrate binds with the active site of an enzyme. In this way, an enzyme-substrate complex (ES complex) is formed and the catalytic site is activated. The atoms of the catalytic site stress and destabilise particular bonds of the substrate. So, activation energy is lowered. This action initiates the reaction and the substrate is transformed into products. After it, the enzyme detaches itself from the products in an unaltered state. The mechanism of enzyme action can be summarised as follows:

E + S  →  ES  →  E + P
Enzyme + Substrate → Enzyme-substrate complex → Enzyme + Product

In complex metabolic pathways, e.g. respiration, photosynthesis, protein synthesis etc., many enzymes act in a sequence and regulate the steps of the pathway. The successive enzymes controlling these steps are present together along with their cofactors. The products from one enzyme's catalysis serve as substrate for the enzyme of the next step and are transformed into next products. The series goes on and finally end products are formed that inhibit (through feedback) the first enzyme.

Models for Mechanism of Action of Enzymes

Lock-and-Key Model: In 1894, a German chemist Emil Fischer proposed the lock-and-key model. According to this model, "as a specific key can open only a specific lock, in the same manner a specific enzyme can transform only a specific substrate into products". This model postulates that the active site is a rigid structure and there is no modification or flexibility in it before, during or after the enzyme action.

Induced Fit Model: Later studies did not support the lock-and-key model in all reactions. On the basis of new evidence, an American biochemist Daniel Koshland (1958) presented the induced fit model. According to this model, "when a substrate combines with the binding site of an enzyme, it induces changes in enzyme structure. These changes enable the enzyme to perform its catalytic activity more effectively." This model postulates that the active site is not a rigid structure and is capable of going under modification before the enzyme action (catalysis) starts.

Lock-and-key model (rigid enzyme) versus induced fit model (flexible enzyme changing shape around substrate)
Figure 5.3 — Do models: Lock-and-Key میں active site سخت (rigid) ہوتی ہے; Induced Fit میں substrate کے ملنے پر enzyme کی shape بدل جاتی ہے اور پھر catalysis ہوتی ہے.
اردو

کسی کیمیائی تعامل کی رفتار اس ایکٹی ویشن انرجی پر منحصر ہوتی ہے جو اسے شروع کرنے کے لیے درکار ہوتی ہے۔ ایکٹی ویشن انرجی وہ توانائی ہے جو موجودہ کیمیائی بانڈز کو کمزور کرنے کا کام کرتی ہے۔ انزائمز ری ایکٹنٹس کو صحیح سمت میں ایک ساتھ لاتے ہیں یا ان کے مخصوص بانڈز پر دباؤ ڈالتے ہیں۔ اس طرح وہ نئے بانڈز بننے کے لیے درکار ایکٹی ویشن انرجی کو کم کر دیتے ہیں اور تعامل کی رفتار بڑھا دیتے ہیں۔

انزائمز کی موجودگی آخری پراڈکٹس کی نوعیت یا خصوصیات پر اثر نہیں ڈالتی۔ مثال کے طور پر سکروز (سبسٹریٹ) ہمیشہ گلوکوز اور فرکٹوز (پراڈکٹس) میں ہی ٹوٹے گی، چاہے سکریز (انزائم) موجود ہو یا نہ ہو۔

اپنی مخصوصیت کی وجہ سے انزائم ایک خاص سبسٹریٹ کو پہچانتا ہے۔ سبسٹریٹ انزائم کی ایکٹیو سائٹ سے جڑ جاتا ہے۔ اس طرح انزائم۔سبسٹریٹ کمپلیکس (ES کمپلیکس) بنتا ہے اور کیٹالیٹک سائٹ فعال ہو جاتی ہے۔ کیٹالیٹک سائٹ کے ایٹمز سبسٹریٹ کے مخصوص بانڈز پر دباؤ ڈال کر انہیں کمزور کرتے ہیں، جس سے ایکٹی ویشن انرجی کم ہو جاتی ہے۔ یہ عمل تعامل کو شروع کرتا ہے اور سبسٹریٹ پراڈکٹس میں بدل جاتا ہے۔ اس کے بعد انزائم بغیر کسی تبدیلی کے پراڈکٹس سے الگ ہو جاتا ہے۔ خلاصہ: E + S → ES → E + P۔

لاک اینڈ کی ماڈل: 1894 میں جرمن کیمیا دان ایمل فشر نے یہ ماڈل پیش کیا۔ اس کے مطابق "جیسے ایک مخصوص چابی صرف ایک مخصوص تالا کھول سکتی ہے، اسی طرح ایک مخصوص انزائم صرف ایک مخصوص سبسٹریٹ کو پراڈکٹس میں بدل سکتا ہے۔" اس ماڈل کے مطابق ایکٹیو سائٹ ایک سخت ساخت ہوتی ہے جس میں انزائم کے عمل سے پہلے، دوران یا بعد میں کوئی تبدیلی نہیں آتی۔

انڈیوسڈ فٹ ماڈل: بعد کی تحقیق نے تمام تعاملات میں لاک اینڈ کی ماڈل کی تائید نہیں کی۔ نئے شواہد کی بنیاد پر امریکی بائیو کیمیا دان ڈینیل کوشلینڈ (1958) نے انڈیوسڈ فٹ ماڈل پیش کیا۔ اس کے مطابق "جب سبسٹریٹ انزائم کی بائنڈنگ سائٹ سے ملتا ہے تو وہ انزائم کی ساخت میں تبدیلی پیدا کرتا ہے۔ یہ تبدیلیاں انزائم کو اپنا کیٹالیٹک عمل زیادہ مؤثر طریقے سے کرنے کے قابل بناتی ہیں۔" یعنی ایکٹیو سائٹ سخت نہیں ہوتی بلکہ کیٹالسز شروع ہونے سے پہلے اس میں تبدیلی آ سکتی ہے۔

5.4 — Factors Affecting the Rate of Enzyme Action5.4 — انزائم کے عمل کی رفتار پر اثر انداز ہونے والے عوامل

🏷 Tags: Optimum Temperature • Denaturation • Optimum pH • Pepsin • Trypsin • Enzyme Concentration • Substrate Concentration

ENGLISH

Enzymes are very sensitive to the environment in which they work. The activity of an enzyme is affected by any change that alters its chemistry and its three-dimensional shape. Some of the factors that can affect the rate of enzyme action are discussed next.

1. Temperature

The shape of a protein is determined by the hydrogen bonds and hydrophobic interactions that hold its polypeptide chains in a particular position. Both the hydrogen bonds and hydrophobic interactions are easily disrupted by slight changes in temperature. Every enzyme works at its maximum rate at a specific temperature called its optimum temperature. The optimum temperature for human enzymes is 37 °C.

When temperature falls below the optimum temperature, the bonds that determine the enzyme's shape become less flexible. They do not permit the induced change in active sites that is necessary for enzyme action, and so the reaction rate is slow. When temperature is raised up to a certain limit, the heat adds in activation energy and so reactions are accelerated. Heat also provides kinetic energy to substrate and enzyme molecules. It causes them to move rapidly. Thus, they collide more frequently and the reaction rate is increased. When temperature is raised well above the optimum temperature, the heat energy increases the vibrations of atoms of enzyme molecules. When vibrations become too violent, bonds cannot hold polypeptide chains in the proper position and the globular structure of the enzyme is lost. This phenomenon is known as denaturation of the enzyme. It results in a rapid decrease in the rate of enzyme action and it may be blocked completely.

🌡️ Thermophilic bacteria

Thermophilic bacteria live in hot springs. They have proteins with stronger bonding between their polypeptide arms and can function at temperatures of 70 °C or higher.

2. pH

All enzymes work at their maximum rate at a narrow range of pH. A slight change (increase or decrease) in this pH causes retardation in enzyme activity or blocks it completely. Every enzyme works best at a specific pH, called its optimum pH. For example, pepsin is active in acidic medium (low pH) while trypsin shows its optimum activity in alkaline medium (high pH). Some enzymes like papain from green papaya work both in acidic and alkaline media.

In the globular structure of an enzyme, polypeptide chains are held by bonds between oppositely charged amino acids, such as glutamic acid (−) and lysine (+). These bonds are sensitive to hydrogen ion concentration. Any change in pH can change the ionization of amino acids at the active site. Moreover, it may affect the ionization of substrate. Extreme change in pH can break the bonds in enzymes, resulting in enzyme denaturation.

EnzymeOptimum pH
Pepsin1.5–1.6
Salivary amylase4.6–5.2
Sucrase6.2
Pancreatic amylase6.7–7.0
Catalase7.0
Urease7.0
Trypsin7.8–8.7
Pancreatic lipase8.0
Arginase10.0

3. Enzyme Concentration

Enzymes are very efficient and a small number of enzyme molecules can catalyse reactions of a large amount of substrate. The overall rate of enzyme-controlled reactions depends directly on the amount of enzyme present at a specific time (if substrate concentration is unlimited). When enzyme concentration increases, there are more enzyme molecules and more active sites. So, more substrate molecules bind with new active sites and are transformed into products. If enzyme concentration goes on increasing but substrate concentration remains the same, no more substrate molecules will attach with enzymes. So, the rate of reaction stays constant and does not increase further.

4. Substrate Concentration

If there are enzyme molecules with vacant active sites, an increase in substrate concentration will increase the rate of reaction. If enzyme concentration is kept constant and the amount of substrate is increased, a point is reached where any further increase in substrate does not increase the rate of reaction any more. When enzyme molecules are free (at low substrate concentration), new substrate molecules bind with the available active sites and so more products are formed in the given time, i.e. the rate of enzyme action is increased. But when all active sites of enzymes are occupied (at high substrate concentration), any more substrate molecules do not find free active sites and so the reaction does not increase.

Temperature effect (optimum 37°C) pH effect (pepsin • trypsin) 37°C rate rises, then denaturation pepsin ~2 trypsin ~8
Figure 5.4 — Temperature aur pH ke graphs: Temperature پر rate پہلے بڑھتا ہے, optimum (37°C) پر maximum, پھر denaturation سے گر جاتا ہے. pH پر ہر enzyme کی اپنی optimum ہوتی ہے — pepsin تیزابی (low pH), trypsin alkaline (high pH) میں بہترین کام کرتا ہے.
اردو

انزائمز اپنے ماحول کے بارے میں بہت حساس ہوتے ہیں۔ انزائم کی سرگرمی میں کوئی بھی تبدیلی جو اس کی کیمسٹری اور تین جہتی شکل کو بدل دے، اس کی کارکردگی پر اثر ڈالتی ہے۔

1۔ درجہ حرارت: پروٹین کی شکل ہائیڈروجن بانڈز اور ہائیڈروفوبک تعاملات سے طے ہوتی ہے جو اس کی پولی پیپٹائڈ زنجیروں کو ایک خاص پوزیشن میں رکھتے ہیں۔ درجہ حرارت میں معمولی تبدیلی سے یہ بانڈز آسانی سے ٹوٹ جاتے ہیں۔ ہر انزائم ایک مخصوص درجہ حرارت پر اپنی زیادہ سے زیادہ رفتار سے کام کرتا ہے جسے اوپٹیمم ٹمپریچر کہتے ہیں۔ انسانی انزائمز کا اوپٹیمم ٹمپریچر 37 °C ہے۔ اوپٹیمم سے کم درجہ حرارت پر انزائم کی شکل کم لچکدار ہو جاتی ہے، ایکٹیو سائٹس میں ضروری تبدیلی نہیں آتی اور تعامل کی رفتار سست ہو جاتی ہے۔ ایک حد تک درجہ حرارت بڑھنے سے حرارت ایکٹی ویشن انرجی میں اضافہ کرتی ہے، مالیکیولز تیزی سے حرکت کرتے ہیں اور زیادہ ٹکراتے ہیں، اس لیے رفتار بڑھ جاتی ہے۔ لیکن اوپٹیمم سے بہت زیادہ درجہ حرارت پر ایٹمز کی تھرتھراہٹ اتنی شدید ہو جاتی ہے کہ بانڈز زنجیروں کو صحیح جگہ نہیں رکھ پاتے اور انزائم کی گول ساخت ختم ہو جاتی ہے۔ اس عمل کو ڈی نیچریشن کہتے ہیں، جس سے تعامل کی رفتار تیزی سے کم ہو جاتی ہے اور مکمل طور پر رک بھی سکتی ہے۔ تھرموفلک بیکٹیریا گرم چشموں میں رہتے ہیں اور ان کے پروٹینز کے بانڈز مضبوط ہوتے ہیں، اس لیے وہ 70 °C یا اس سے زیادہ درجہ حرارت پر بھی کام کر سکتے ہیں۔

2۔ pH: تمام انزائمز pH کی ایک تنگ رینج میں اپنی زیادہ سے زیادہ رفتار سے کام کرتے ہیں۔ pH میں معمولی تبدیلی بھی انزائم کی سرگرمی کو کم کر دیتی ہے یا مکمل طور پر روک دیتی ہے۔ ہر انزائم ایک مخصوص pH پر بہترین کام کرتا ہے جسے اوپٹیمم pH کہتے ہیں۔ مثال کے طور پر پیپسن تیزابی میڈیم (کم pH) میں فعال ہوتا ہے جبکہ ٹرپسن الکلائن میڈیم (زیادہ pH) میں بہترین کام کرتا ہے۔ سبز پپیتے سے حاصل ہونے والا پاپین تیزابی اور الکلائن دونوں میڈیم میں کام کرتا ہے۔ انزائم کی گول ساخت میں پولی پیپٹائڈ زنجیریں مخالف چارج والے امائنو ایسڈز (جیسے گلوٹامک ایسڈ − اور لائسین +) کے درمیان بانڈز سے جڑی ہوتی ہیں جو ہائیڈروجن آئن کی مقدار کے لیے حساس ہوتے ہیں۔ pH میں تبدیلی ایکٹیو سائٹ کے امائنو ایسڈز کی آئنائزیشن بدل سکتی ہے، اور شدید تبدیلی بانڈز توڑ کر ڈی نیچریشن کا باعث بن سکتی ہے۔

3۔ انزائم کی مقدار: انزائمز بہت مؤثر ہوتے ہیں — انزائم مالیکیولز کی تھوڑی سی تعداد بھی سبسٹریٹ کی بڑی مقدار کے تعاملات کو تیز کر سکتی ہے۔ اگر سبسٹریٹ لامحدود ہو تو تعامل کی مجموعی رفتار انزائم کی مقدار پر براہ راست منحصر ہوتی ہے۔ انزائم کی مقدار بڑھنے سے زیادہ ایکٹیو سائٹس ملتی ہیں اور زیادہ سبسٹریٹ پراڈکٹس میں بدلتا ہے۔ لیکن اگر سبسٹریٹ کی مقدار وہی رہے اور انزائم بڑھتا جائے تو آخر میں کوئی اضافی سبسٹریٹ نہیں بچتا، اس لیے رفتار مستقل ہو جاتی ہے اور مزید نہیں بڑھتی۔

4۔ سبسٹریٹ کی مقدار: اگر انزائم کی خالی ایکٹیو سائٹس موجود ہوں تو سبسٹریٹ کی مقدار بڑھنے سے تعامل کی رفتار بڑھتی ہے۔ لیکن جب تمام ایکٹیو سائٹس بھر جائیں (زیادہ سبسٹریٹ پر) تو مزید سبسٹریٹ کو خالی سائٹ نہیں ملتی اور رفتار مزید نہیں بڑھتی۔

5.5 — Enzyme Inhibition5.5 — انزائم کی روک تھام (انہبیشن)

🏷 Tags: Inhibitor • Competitive • Non-Competitive • Reversible • Irreversible • Feedback Inhibition • Aspirin • Cyanide

ENGLISH

A chemical that interferes and blocks an enzyme's activity is called an inhibitor. Inhibitors attach with enzymes but are not transformed into products, and thus block active sites temporarily or permanently. This phenomenon is known as enzyme inhibition. The final products of complex enzymatic reactions also act as inhibitors of the enzyme of the first step.

💊 Dawa bhi, zeher bhi

Inhibitors are often used as drugs, but they can also act as poisons. An example of an enzyme inhibitor being used as a drug is aspirin. It inhibits the enzymes that produce prostaglandin (that causes inflammation). Thus, aspirin suppresses pain and inflammation. The poison cyanide is an irreversible inhibitor: it combines with copper and iron in the active site of the enzyme cytochrome oxidase and blocks cellular respiration.

Types of Inhibitors — Competitive and Non-Competitive

Two general classes of inhibitors are recognized: competitive and non-competitive inhibitors.

A competitive inhibitor resembles the enzyme's substrate. It competes with the substrate for the same binding site on the enzyme. When the competitive inhibitor is selected by the binding site, it blocks the active site and does not permit the substrate from attaching. Thus, it prevents the enzyme from acting. Competitive inhibitors are used as antibiotics to kill bacteria. These inhibitor molecules are similar in structure to bacterial enzymes which are necessary for their life. The inhibitors bind and inhibit the enzymes of bacteria. For example, the enzyme succinic dehydrogenase catalyses the oxidation of succinic acid to fumaric acid. Malonic acid has structural similarity with the substrate (succinic acid). So, both of them compete for the active site of the enzyme. Malonic acid is selected by the active site and thus blocks it.

A non-competitive inhibitor has no real structural similarity to the substrate. So, it does not enter the active site. Instead, it binds the enzyme at other places. Its binding alters the shape of the enzyme so that the active site does not fit the substrate and so the enzyme is inhibited. For example, two substrates — CoA and succinic acid — react to form succinyl-CoA. This reaction is catalysed by the enzyme succinyl-CoA synthetase. After its formation, the product, i.e. succinyl-CoA, acts as a non-competitive inhibitor and binds with the enzyme. Thus, the enzyme is inhibited and no more succinyl-CoA is produced.

Reversible and Irreversible Inhibitors

The action of any inhibitor can be irreversible or reversible, depending upon the kind of bond formed between the inhibitor and the enzyme. Irreversible inhibitors make covalent bonds with the enzyme. Such inhibitors cannot be released by dilution or dialysis or by increasing the concentration of substrate. For example, penicillin permanently disables the enzyme responsible for building bacterial cell walls. Reversible inhibitors make weak bonds (e.g. hydrogen bonds) with the enzyme. Such inhibitors can be released and the inhibition caused by them can be neutralized by increasing the concentration of substrate. For example, malonate is a reversible inhibitor. It temporarily slows down the reaction by blocking the enzyme succinate dehydrogenase, which is involved in cellular respiration. This inhibition can be reversed when malonate is removed.

Significance of Enzyme Inhibition

Enzyme inhibition is crucial in various biological processes: (1) It plays a vital role in regulating metabolic pathways — by inhibiting specific enzymes, the rate of a metabolic reaction can be controlled. (2) Many drugs work as inhibitors — for example, antibiotics inhibit the enzymes of bacteria, while cancer drugs may inhibit enzymes involved in cell division. (3) Enzyme inhibitors are used to manage various medical conditions — for example, some inhibitors of enzymes involved in blood clotting are used as anticoagulants. (4) Some toxins and poisons inhibit important enzymes in the body — understanding how these inhibitors affect enzymes can be critical in treating cases of poisoning. (5) Enzyme inhibitors serve as valuable tools in pharmaceutical research — they are used to study the function of specific enzymes and potential drugs. Enzyme inhibition is an important part of studying enzyme kinetics. It helps understand the factors that influence enzyme activity.

Feedback Inhibition of Enzymes

We know that in metabolic pathways, the product of one reaction becomes the substrate for the next reaction. At the end of the pathway, a desired product is synthesized. In order to regulate the concentration of that product, the pathway needs to be shut down. This is done through feedback inhibition. The final product of the pathway acts as an inhibitor. It reacts with some initial enzyme and changes its conformation. That enzyme can no longer bind to its substrate. So, the pathway closes and no more product is prepared. For example, when a cell has a greater number of ATP than its requirement, ATP itself acts as a non-competitive inhibitor and blocks the enzyme that catalyses ATP synthesis.

📌 Definition

Feedback inhibition is the phenomenon where the product of a process controls the process itself, oftentimes limiting the production of more products.

Competitive inhibition (inhibitor blocks active site) versus non-competitive inhibition (inhibitor binds elsewhere and changes enzyme shape)
Figure 5.5 — Inhibition ki do qismein: Competitive inhibitor substrate جیسا ہوتا ہے اور active site پر قبضہ کر لیتا ہے; non-competitive inhibitor کہیں اور jڑ کر enzyme کی shape بدل دیتا ہے تو substrate fit نہیں ہوتا.
اردو

وہ کیمیکل جو انزائم کی سرگرمی میں مداخلت کر کے اسے روک دے، انہبیٹر کہلاتا ہے۔ انہبیٹرز انزائم کے ساتھ جڑتے ہیں لیکن پراڈکٹس میں تبدیل نہیں ہوتے، اور اس طرح ایکٹیو سائٹس کو عارضی یا مستقل طور پر بند کر دیتے ہیں۔ اس عمل کو انزائم انہبیشن کہتے ہیں۔ پیچیدہ انزائم والے تعاملات کی آخری پراڈکٹس بھی پہلے قدم کے انزائم کی انہبیٹر کے طور پر کام کرتی ہیں۔

کمپیٹیٹیو انہبیٹر انزائم کے سبسٹریٹ سے مشابہ ہوتا ہے۔ وہ انزائم پر وہی بائنڈنگ سائٹ حاصل کرنے کے لیے سبسٹریٹ سے مقابلہ کرتا ہے۔ جب بائنڈنگ سائٹ کمپیٹیٹیو انہبیٹر کو چن لیتی ہے تو وہ ایکٹیو سائٹ کو بند کر دیتا ہے اور سبسٹریٹ کو جڑنے نہیں دیتا، اس طرح انزائم کام نہیں کر پاتا۔ کمپیٹیٹیو انہبیٹرز اینٹی بائیوٹکس کے طور پر بیکٹیریا کو مارنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ مثال: انزائم سکینک ڈی ہائیڈروجنیز سکینک ایسڈ کے آکسیڈیشن سے فیومرک ایسڈ بناتا ہے۔ میلونک ایسڈ کی ساخت سبسٹریٹ (سکینک ایسڈ) سے ملتی ہے، اس لیے دونوں ایکٹیو سائٹ کے لیے مقابلہ کرتے ہیں، اور میلونک ایسڈ کے چنے جانے پر سائٹ بند ہو جاتی ہے۔

نان کمپیٹیٹیو انہبیٹر کی سبسٹریٹ سے کوئی حقیقی ساختی مشابہت نہیں ہوتی۔ اس لیے وہ ایکٹیو سائٹ میں داخل نہیں ہوتا، بلکہ انزائم پر کسی اور جگہ جڑتا ہے۔ اس کے جڑنے سے انزائم کی شکل بدل جاتی ہے جس سے ایکٹیو سائٹ سبسٹریٹ کے لیے موزوں نہیں رہتی اور انزائم رک جاتا ہے۔ مثال: CoA اور سکینک ایسڈ مل کر سکینائل CoA بناتے ہیں، یہ تعامل انزائم سکینائل CoA سنتھیٹیز کرتا ہے۔ بننے کے بعد پراڈکٹ سکینائل CoA خود نان کمپیٹیٹیو انہبیٹر بن کر انزائم سے جڑ جاتا ہے، انزائم رک جاتا ہے اور مزید سکینائل CoA نہیں بنتا۔

ریورسیبل اور اریورسیبل انہبیٹرز: انہبیٹر کا عمل اس بانڈ کی قسم پر منحصر ہوتا ہے جو انہبیٹر اور انزائم کے درمیان بنتا ہے۔ اریورسیبل انہبیٹرز کوویلنٹ بانڈ بناتے ہیں اور انہیں ڈائلیوشن، ڈائلیسز یا سبسٹریٹ کی مقدار بڑھا کر الگ نہیں کیا جا سکتا، جیسے پینسلین بیکٹیریا کی سیل وال بنانے والے انزائم کو مستقل طور پر ناکارہ کر دیتی ہے۔ ریورسیبل انہبیٹرز کمزور بانڈز (جیسے ہائیڈروجن بانڈز) بناتے ہیں، انہیں الگ کیا جا سکتا ہے اور سبسٹریٹ کی مقدار بڑھا کر ان کا اثر ختم کیا جا سکتا ہے، جیسے میلونیٹ عارضی طور پر سکینیٹ ڈی ہائیڈروجنیز کو روکتا ہے اور اس کے ہٹنے پر رکاوٹ ختم ہو جاتی ہے۔

فیڈ بیک انہبیشن: میٹابولک پاتھ وے میں ایک تعامل کی پراڈکٹ اگلے تعامل کا سبسٹریٹ بنتی ہے۔ پاتھ وے کے آخر میں مطلوبہ پراڈکٹ بنتی ہے۔ اس کی مقدار کو کنٹرول کرنے کے لیے پاتھ وے کو بند کرنا ضروری ہوتا ہے، اور یہ فیڈ بیک انہبیشن کے ذریعے ہوتا ہے: آخری پراڈکٹ خود انہبیٹر بن کر شروع کے کسی انزائم سے ملتی ہے اور اس کی شکل بدل دیتی ہے، جس سے وہ سبسٹریٹ سے نہیں مل سکتا اور پاتھ وے بند ہو جاتا ہے۔ مثال: جب خلیے میں ضرورت سے زیادہ ATP ہو تو ATP خود نان کمپیٹیٹیو انہبیٹر بن کر ATP بنانے والے انزائم کو روک دیتا ہے۔

5.6 — Classification of Enzymes5.6 — انزائمز کی درجہ بندی

🏷 Tags: Oxidoreductases • Transferases • Hydrolases • Lyases • Isomerases • Ligases • Proteases • Lipases • Carbohydrases • Nucleases

ENGLISH

Enzymes are classified on the basis of reactions they catalyse and also on the basis of substrates they use.

Classification on the Basis of Reactions

According to the general type of reaction, enzymes are classified into six classes:

1- Oxidoreductases: These enzymes catalyse the oxidation / reduction of their substrates. They add or remove H+ ions or electrons from substrates. For example, cytochrome oxidase catalyses the oxidation of cytochrome.

2- Transferases: The enzymes of this class catalyse the transfer of a specific functional group (e.g. methyl, acyl, amino, or phosphate) from one substrate to another. For example, hexokinase transfers a phosphate group from ATP to glucose.

3- Hydrolases: These enzymes catalyse hydrolysis reactions. They break their substrates into monomers by adding water. For example, lipase, amylase, peptidase, and other digestive enzymes catalyse the hydrolysis of food molecules.

4- Lyases: These enzymes catalyse non-hydrolytic addition or removal of groups (e.g. CO2, NH3) from substrates. For example, pyruvate decarboxylase removes CO2 from pyruvic acid.

5- Isomerases: These enzymes catalyse the intra-molecular rearrangement, i.e. one isomer is converted into another. For example, hexose isomerase converts glucose to fructose.

6- Ligases: These enzymes catalyse the reactions in which two molecules join by forming new C–C, C–N, C–O, or C–S bonds, using energy from ATP. For example, polymerase enzymes join monomers by using ATP.

ClassReaction typeImportant subclasses
1- OxidoreductasesOxidation / reductionDehydrogenases, Oxidases, Reductases
2- TransferasesGroup transferPhospho-transferases, Amino-transferases, Acyl-transferases
3- HydrolasesHydrolysis (adding water)Peptidases, Lipases, Glycosidases
4- LyasesNon-hydrolytic addition / removalDecarboxylases, Aldolases, Synthases
5- IsomerasesIntra-molecular rearrangementEpimerases, Mutases, cis-trans isomerases
6- LigasesJoining two molecules (ATP energy)C–C ligases, C–O ligases, C–N ligases

Classification on the Basis of Substrates

Enzymes are also classified into the following groups on the basis of their substrates:

1- Proteases: This group includes the enzymes which catalyse the breakdown of proteins. For example, pepsin and trypsin enzymes catalyse the breakdown of large polypeptides into smaller polypeptides. Similarly, aminopeptidases further break down small polypeptides into dipeptides and erepsin breaks dipeptides into amino acids.

2- Lipases: These enzymes act upon lipids and catalyse their breakdown. For example, pancreatic lipase hydrolyses lipids into fatty acids and glycerol.

3- Carbohydrases: These enzymes act upon bigger carbohydrates and break them into smaller units. For example, amylase acts upon starch or glycogen and breaks them into maltose. Cellulase breaks cellulose into cellobiose (a disaccharide) or glucose. Similarly, maltase breaks down maltose into glucose, sucrase breaks sucrose into glucose and fructose, and lactase breaks lactose into glucose and galactose.

4- Nucleases: These enzymes act upon nucleic acids and catalyse their breakdown. For example, RNase, DNase, ATPase are responsible for the breakdown of RNA, DNA and ATP respectively.

Six Classes of Enzymes (by reaction) 1. Oxidoreductasesoxidation / reduction 2. Transferasesgroup transfer 3. Hydrolaseshydrolysis (+ water) 4. Lyasesadd / remove groups 5. Isomerasesisomer → isomer 6. Ligasesjoining (ATP energy) By substrate: Proteases • Lipases • Carbohydrases • Nucleases
Figure 5.6 — Enzymes ki classes: Reaction ki bunyad par 6 classes — oxidoreductases, transferases, hydrolases, lyases, isomerases, ligases; substrate ki bunyad par proteases, lipases, carbohydrases, nucleases.
اردو

انزائمز کی درجہ بندی ان تعاملات کی بنیاد پر کی جاتی ہے جنہیں وہ تیز کرتے ہیں، اور ان سبسٹریٹس کی بنیاد پر بھی جن پر وہ عمل کرتے ہیں۔

تعاملات کی بنیاد پر چھ کلاسز: (1) آکسیڈوریڈکٹیزز — سبسٹریٹس کے آکسیڈیشن / ریڈکشن کا کام کرتے ہیں، H+ آئنز یا الیکٹرانز شامل یا خارج کرتے ہیں، جیسے سائٹوکروم آکسیڈیز۔ (2) ٹرانسفریزز — ایک مخصوص فنکشنل گروپ (میتھائل، ایسائل، امائنو یا فاسفیٹ) کو ایک سبسٹریٹ سے دوسرے میں منتقل کرتے ہیں، جیسے ہیکسوکائنیز ATP سے فاسفیٹ گروپ گلوکوز کو دیتا ہے۔ (3) ہائیڈرولیزز — ہائیڈرولسز کرتے ہیں، پانی ملا کر سبسٹریٹس کو مونومرز میں توڑتے ہیں، جیسے لائپیز، امائلیز، پیپٹیڈیز۔ (4) لائیزز — بغیر ہائیڈرولسز کے گروپس (جیسے CO2، NH3) کا اضافہ یا اخراج کرتے ہیں، جیسے پائروویٹ ڈی کاربوکسیلیز پائرووک ایسڈ سے CO2 نکالتا ہے۔ (5) آئسومریزز — مالیکیول کے اندر دوبارہ ترتیب کرتے ہیں، ایک آئسومر دوسرے میں بدل جاتا ہے، جیسے ہیکسوز آئسومریز گلوکوز کو فرکٹوز میں بدلتا ہے۔ (6) لائیگیزز — ATP کی توانائی سے نئے C–C، C–N، C–O یا C–S بانڈز بنا کر دو مالیکیولز کو جوڑتے ہیں، جیسے پولیمریز انزائمز۔

سبسٹریٹس کی بنیاد پر: (1) پروٹیزز — پروٹینز کو توڑتے ہیں، جیسے پیپسن اور ٹرپسن بڑے پولی پیپٹائڈز کو چھوٹے پولی پیپٹائڈز میں، امائنو پیپٹیڈیزز چھوٹے پولی پیپٹائڈز کو ڈائی پیپٹائڈز میں، اور ایریپسن ڈائی پیپٹائڈز کو امائنو ایسڈز میں بدلتا ہے۔ (2) لائپیزز — لپڈز پر عمل کرتے ہیں، جیسے پینکریاٹک لائپیز لپڈز کو فیٹی ایسڈز اور گلیسرول میں توڑتا ہے۔ (3) کاربوہائیڈریزز — بڑے کاربوہائیڈریٹس کو چھوٹی اکائیوں میں توڑتے ہیں، جیسے امائلیز نشاستہ کو مالٹوز میں، سیلولیز سیلولوز کو سیلوبائیوز یا گلوکوز میں، مالٹیز مالٹوز کو گلوکوز میں، سکریز سکروز کو گلوکوز اور فرکٹوز میں، اور لیکٹیز لیکٹوز کو گلوکوز اور گیلیکٹوز میں بدلتا ہے۔ (4) نیوکلیزز — نیوکلیک ایسڈز کو توڑتے ہیں، جیسے RNase، DNase اور ATPase بالترتیب RNA، DNA اور ATP کو توڑتے ہیں۔

📝 Official Exercise Questions — with Answers📝 کتاب کی مشق — جوابات کے ساتھ
KITAB KI EXERCISE

یہ exercise FSc Part 1 Biology کی نئی کتاب (Chapter 5 — Enzymes, printed pages 138–139) سے لی گئی ہے. ہر سوال کا جواب کتاب کے مطابق دیا گیا ہے.

Section 1 — Multiple Choice Questionsحصہ 1 — کثیر الانتخابی سوالات
MCQs + ANSWERS

1. What roles does nicotinamide adenine dinucleotide play in oxidative pathways?

  • (a) Enzyme
  • (b) Coenzyme ✓
  • (c) Prosthetic group
  • (d) Inhibitor
Answer / جواب

Answer: (b) Coenzyme — NAD+ is a non-protein organic molecule, loosely attached to enzymes, that carries hydrogen atoms (electrons) from one enzyme to another in oxidative pathways. It is not an enzyme itself, not a covalently-bound prosthetic group, and not an inhibitor. NAD+ ایک غیر پروٹینی نامیاتی مالیکیول ہے جو انزائم کے ساتھ ڈھیلا جڑا ہوتا ہے اور آکسیڈیٹیو پاتھ ویز میں ہائیڈروجن ایٹمز (الیکٹرانز) کو ایک انزائم سے دوسرے تک پہنچاتا ہے۔

2. The enzymes that catalyse the reactions in which two molecules are joined together by synthesis of new bonds, using energy from ATP, are placed in group:

  • (a) Hydrolase
  • (b) Ligase ✓
  • (c) Lyase
  • (d) Transferase
Answer / جواب

Answer: (b) Ligase — Ligases join two molecules by forming new C–C, C–N, C–O or C–S bonds, using energy from ATP (e.g. polymerase enzymes). Hydrolases break bonds by adding water, lyases add/remove groups without hydrolysis, and transferases transfer a functional group. لائیگیزز ATP کی توانائی سے نئے بانڈز بنا کر دو مالیکیولز کو جوڑتے ہیں۔

3. Which of the following is an example of hydrolases?

  • (a) Lipase ✓
  • (b) Glycogen phosphorylase
  • (c) Pyruvate decarboxylase
  • (d) Cytochrome oxidase
Answer / جواب

Answer: (a) Lipase — Lipase hydrolyses lipids into fatty acids and glycerol by adding water, so it is a hydrolase. Glycogen phosphorylase is a transferase, pyruvate decarboxylase is a lyase, and cytochrome oxidase is an oxidoreductase. لائپیز پانی ملا کر لپڈز کو فیٹی ایسڈز اور گلیسرول میں توڑتا ہے، اس لیے یہ ہائیڈرولیز ہے۔

4. Which of the following statements about enzymes is correct?

  • (a) They increase the activation energy of a reaction.
  • (b) They are consumed during the reaction.
  • (c) They are specific in terms of the reactions they catalyse. ✓
  • (d) They always work optimally at high temperatures.
Answer / جواب

Answer: (c) They are specific in terms of the reactions they catalyse. — Enzymes LOWER activation energy (not increase it), they are NOT consumed (they detach unaltered), and each enzyme works best only at its own optimum temperature — human enzymes at 37 °C, not always at high temperatures. انزائمز ایکٹی ویشن انرجی کو کم کرتے ہیں، تعامل میں ختم نہیں ہوتے، اور ہر انزائم صرف اپنے اوپٹیمم درجہ حرارت پر بہترین کام کرتا ہے۔

5. Enzyme B requires Zn+2 to catalyse the conversion of substrate X. The zinc is best identified as a(n):

  • (a) Coenzyme
  • (b) Activator ✓
  • (c) Substrate
  • (d) Product
Answer / جواب

Answer: (b) Activator — Zn+2 is an inorganic metal-ion cofactor. Metal ions that activate enzymes are called activators: they change a non-functional active site into a functional one. A coenzyme is an organic molecule (like NAD+), while X is the substrate and the converted molecule is the product. Zn+2 ایک غیر نامیاتی دھاتی آئن کو فیکٹر ہے جو انزائم کو فعال کرتا ہے، اس لیے اسے ایکٹی ویٹر کہتے ہیں۔

6. If an enzyme solution is saturated with substrate, the most effective way to obtain an even faster yield of products would be:

  • (a) Add more of the enzymes ✓
  • (b) Add more substrate
  • (c) Add an allosteric inhibitor
  • (d) Add a non-competitive inhibitor
Answer / جواب

Answer: (a) Add more of the enzymes — At saturation every active site is already occupied, so adding more substrate cannot increase the rate. Adding more enzyme molecules provides new free active sites, so more substrate can be converted at the same time. Inhibitors would slow the reaction down. سیچوریشن پر تمام ایکٹیو سائٹس پہلے ہی بھری ہوتی ہیں، اس لیے مزید سبسٹریٹ فائدہ نہیں دیتا — مزید انزائم نئی خالی سائٹس دیتا ہے۔

7. How does a non-competitive inhibitor decrease the rate of an enzyme-catalysed reaction?

  • (a) By binding the active site of the enzyme
  • (b) By changing the shape of the enzyme ✓
  • (c) By changing the free energy change of the reaction
  • (d) By acting as a coenzyme for the reaction
Answer / جواب

Answer: (b) By changing the shape of the enzyme — A non-competitive inhibitor binds the enzyme at a place other than the active site and alters the enzyme's shape, so the active site no longer fits the substrate. Binding the active site is what a competitive inhibitor does. نان کمپیٹیٹیو انہبیٹر انزائم پر کسی اور جگہ جڑ کر اس کی شکل بدل دیتا ہے جس سے ایکٹیو سائٹ سبسٹریٹ کے لیے موزوں نہیں رہتی۔

8. Which enzyme class is responsible for catalysing the addition of water to a substrate molecule?

  • (a) Ligase
  • (b) Lyase
  • (c) Hydrolase ✓
  • (d) Isomerase
Answer / جواب

Answer: (c) Hydrolase — Hydrolases catalyse hydrolysis: they break substrates into monomers by adding water (e.g. lipase, amylase). Ligases join molecules, lyases add/remove groups without hydrolysis, and isomerases rearrange a molecule internally. ہائیڈرولیزز پانی ملا کر سبسٹریٹ کو توڑتے ہیں، جیسے لائپیز اور امائلیز۔

Section 2 — Short Questionsحصہ 2 — مختصر سوالات
SHORT QUESTIONS + ANSWERS
1. Define enzyme and co-factor.

Enzyme: a specific protein that speeds up a specific chemical reaction by lowering the activation energy required for it, and remains unaltered itself in the process (a biocatalyst). Co-factor: an additional non-protein chemical component that aids an enzyme in catalysis. There are three kinds: metal ions (e.g. Zn+2, Mg+2), prosthetic groups (e.g. hematin) and coenzymes (e.g. NAD+).

2. Differentiate between co-enzyme and prosthetic group.

Coenzyme: a non-protein ORGANIC molecule that is LOOSELY attached to the enzyme; it takes part in catalysis, often by carrying electrons (hydrogen atoms) from one enzyme to another — e.g. NAD+, and vitamins such as niacin and riboflavin (or parts of coenzymes). Prosthetic group: a cofactor that forms a COVALENT (tight, permanent) bond with the enzyme; it may be an organic compound, e.g. hematin. So the difference is the type of attachment: loose (coenzyme) versus covalent (prosthetic group).

3. What do you mean by hydrolases? Give two examples.

Hydrolases are enzymes that catalyse hydrolysis reactions: they break their substrates into monomers by adding water. Two examples: lipase — hydrolyses lipids into fatty acids and glycerol; amylase — hydrolyses starch into maltose. (Peptidase, which hydrolyses proteins, is another example.)

4. What is meant by activation energy?

Activation energy is the energy required to initiate a chemical reaction. It works to destabilise the existing chemical bonds of the reactants so that new bonds can form. Enzymes lower the activation energy: they bring reactants together in the correct orientation or stress particular bonds of the reactants, so the reaction proceeds much faster than it would on its own.

5. Define feedback inhibition.

Feedback inhibition is the control of a metabolic pathway by its own final product: the final product acts as an inhibitor of an initial enzyme of the pathway. It reacts with that enzyme and changes its conformation, so the enzyme can no longer bind its substrate, the pathway closes, and no more product is prepared. Example: when a cell has more ATP than it requires, ATP itself acts as a non-competitive inhibitor and blocks the enzyme that catalyses ATP synthesis.

6. Give examples of competitive and non-competitive inhibitors.

Competitive: malonic acid — it resembles succinic acid and competes with it for the active site of succinic dehydrogenase, blocking the enzyme; antibiotic inhibitors that resemble bacterial substrates also compete for bacterial enzymes. Non-competitive: succinyl-CoA — the product of succinyl-CoA synthetase binds the enzyme elsewhere and stops further production; cyanide — binds copper and iron in the active site of cytochrome oxidase and blocks cellular respiration; excess ATP in feedback inhibition.

7. What is optimum pH? Give optimum pH of three human enzymes.

Optimum pH is the specific pH at which an enzyme works at its maximum rate; every enzyme has its own narrow optimum pH range, and a slight change retards or blocks its activity. Three human enzymes: pepsin — pH 1.5–1.6 (acidic, stomach); salivary amylase — pH 4.6–5.2; trypsin — pH 7.8–8.7 (alkaline, small intestine). (Pancreatic lipase, pH 8.0, is another example.)

Section 3 — Long Questionsحصہ 3 — طویل سوالات
LONG QUESTIONS + ANSWERS
1. Describe the structure of an enzyme, explaining the role and component parts of the active site.

Enzymes are three-dimensional globular proteins made of polypeptide chains coiled upon themselves. They are synthesized by ribosomes inside cells and then either work inside the cell or are secreted out. On the surface of the globular enzyme molecule there is a small cleft or depression made of only a few amino acids — this is the active site, the location at which catalysis occurs. Its shape is very specific and three-dimensional, and it bears a specific charge, so only a certain substrate molecule can fit into it. The active site has two distinct regions: the binding site, where the substrate fits by weak chemical forces such as hydrogen bonds, and the catalytic site, which catalyses the reaction and transforms the substrate into products. Without the precise shape and charge of the active site, the enzyme could not recognise its substrate or speed up its reaction.

2. Differentiate among the three types of co-factors, by giving examples.

Cofactors are additional non-protein components that aid enzymes in catalysis. (1) Metal ions: inorganic ions such as Ca+2, Mg+2, Mn+2, Cu+2 and Zn+2. They change non-functional active sites into functional sites and change the enzyme's shape so it can combine with its substrate. (2) Prosthetic groups: cofactors that form covalent bonds with the enzyme, so they are permanently attached; a prosthetic group may be an organic compound, e.g. hematin. (3) Coenzymes: non-protein organic molecules that are loosely attached to the enzyme and take part in catalysis, often by transporting electrons (hydrogen atoms) from one enzyme to another; many vitamins (niacin, riboflavin) function as coenzymes, and the most important coenzyme in the cell is NAD+, the hydrogen acceptor that reduces to NADH. The protein part alone is the apoenzyme; apoenzyme + cofactor = holoenzyme (the complete, active enzyme).

3. Explain the mechanism of enzyme action through Induced Fit Model, comparing it with Lock and Key Model.

Both models explain how an enzyme's active site recognises its substrate, but they differ on flexibility. The Lock-and-Key Model (Emil Fischer, 1894) says that, just as a specific key opens only a specific lock, a specific enzyme transforms only a specific substrate into products. The active site is a rigid structure: it does not change shape before, during or after enzyme action, and the substrate fits it exactly. The Induced Fit Model (Daniel Koshland, 1958) came from later evidence that did not support a rigid site in all reactions. It says that when a substrate combines with the binding site, it induces changes in the enzyme's structure; these changes enable the enzyme to perform its catalytic activity more effectively. So the active site is NOT rigid — it is capable of modification before catalysis starts, moulding itself around the substrate. In both models the outcome is the same: the enzyme-substrate complex (ES complex) forms, the catalytic site stresses and destabilises the substrate's bonds, activation energy is lowered, the substrate becomes products, and the enzyme detaches unaltered (E + S → ES → E + P). The induced fit model is the more complete picture because it explains how enzymes can be so precise and yet flexible.

4. Define activation energy and explain through graph how an enzyme speeds up a reaction by lowering activation energy.

Activation energy is the energy required to initiate a chemical reaction — the energy that works to destabilise the existing chemical bonds of the reactants so new bonds can form. On an energy-versus-reaction-time graph, the reactants start at a certain energy level and the products end at a lower level, but between them there is a high "hill" — the activation energy barrier that must be crossed. Without an enzyme, this hill is high (high Ea), so very few reactant molecules have enough energy to cross it and the reaction is slow. With an enzyme, the hill is much lower (low Ea): the enzyme brings reactants together in the correct orientation and stresses particular bonds of the reactants, so far more molecules can cross the barrier in the same time and the reaction runs much faster. The enzyme does not change the energy levels of the reactants or the products — sucrose still becomes glucose + fructose — it only lowers the barrier between them. That is why an enzyme-catalysed reaction can be 103 to 108 times faster than the uncatalysed reaction.

5. Describe the effect of temperature on the rate of enzyme action.

An enzyme's shape is held by hydrogen bonds and hydrophobic interactions between its polypeptide chains, and both are easily disrupted by temperature changes. Every enzyme has an optimum temperature at which it works at its maximum rate — for human enzymes, 37 °C. Below the optimum, the bonds that determine the enzyme's shape become less flexible, so the induced change in the active site that catalysis needs cannot happen properly, and the reaction rate is slow. As temperature rises up to a limit, heat adds activation energy and gives kinetic energy to enzyme and substrate molecules, so they move faster, collide more frequently, and the rate increases. But well above the optimum, atomic vibrations become too violent: bonds can no longer hold the polypeptide chains in position, the globular structure is lost, and the enzyme is denatured. The rate then falls rapidly and may be blocked completely. So the temperature graph is a bell curve: rising to the optimum, then falling steeply with denaturation.

6. Compare the optimum temperatures of enzymes of human and thermophilic bacteria.

Human enzymes have an optimum temperature of 37 °C, the normal temperature of the human body. Below 37 °C their activity falls because their shape becomes less flexible; above 37 °C their hydrogen bonds and hydrophobic interactions begin to break, and at much higher temperatures they denature and stop working. Thermophilic bacteria, which live in hot springs, have enzymes with an optimum temperature of 70 °C or higher. Their proteins have stronger bonding between their polypeptide arms, so their three-dimensional shape — and therefore their active sites — remains stable at temperatures that would denature human enzymes completely. In short: the same principle (an optimum, with denaturation above it) applies to both, but the thermophile's optimum is shifted far higher because its enzymes are built with stronger bonds.

7. Explain how the concentration of enzyme affects the rate of enzyme action.

Enzymes are very efficient: a small number of enzyme molecules can catalyse reactions of a large amount of substrate. If substrate concentration is unlimited, the overall rate of an enzyme-controlled reaction depends directly on the amount of enzyme present at a specific time. When enzyme concentration increases, there are more enzyme molecules and therefore more active sites; more substrate molecules bind with these new active sites and are transformed into products, so the rate rises. However, this rise has a limit: if enzyme concentration goes on increasing while substrate concentration remains the same, eventually there are no more free substrate molecules left to attach to the extra enzymes. The rate then stays constant and does not increase further. On a graph of rate versus enzyme concentration, the line rises steadily and then levels off into a plateau when substrate becomes the limiting factor.

8. Explain the effect of substrate concentration on the rate of enzyme action.

If enzyme molecules with vacant active sites are available, increasing the substrate concentration increases the rate of reaction, because new substrate molecules bind with the available active sites and more products are formed in the given time. But if the enzyme concentration is kept constant and the substrate amount keeps increasing, a point is reached where any further increase in substrate does not increase the rate any more. This happens because, at high substrate concentration, all the active sites of the enzymes are occupied: extra substrate molecules cannot find free active sites, so no additional product can be formed. On a graph of rate versus substrate concentration, the curve rises at first and then flattens into a plateau at the point where the enzymes are saturated with substrate. This is the mirror image of the enzyme-concentration effect: here the enzyme, not the substrate, becomes the limiting factor.

9. Describe enzymatic inhibition, its types and its significance.

Enzyme inhibition is the blocking of an enzyme's activity by a chemical called an inhibitor. Inhibitors attach to enzymes but are not transformed into products, and they block active sites temporarily or permanently. Types: (a) Competitive inhibitors resemble the substrate and compete for the same binding site (e.g. malonic acid competing with succinic acid for succinic dehydrogenase). (b) Non-competitive inhibitors have no structural similarity to the substrate; they bind elsewhere on the enzyme and change its shape so the active site no longer fits the substrate (e.g. succinyl-CoA inhibiting succinyl-CoA synthetase; cyanide blocking cytochrome oxidase). Inhibitors may also be reversible (weak bonds, e.g. malonate — the effect is removed when the inhibitor is removed or substrate is increased) or irreversible (covalent bonds, e.g. penicillin permanently disabling the bacterial cell-wall enzyme). A special form is feedback inhibition, where the final product of a pathway inhibits an initial enzyme of that pathway. Significance: inhibition regulates metabolic pathways; many drugs work as inhibitors (antibiotics against bacterial enzymes, cancer drugs against cell-division enzymes, anticoagulants against clotting enzymes); understanding poisons (like cyanide) helps treat poisoning; and inhibitors are valuable tools in pharmaceutical research and in studying enzyme kinetics.

10. Categorize inhibitors into competitive and non-competitive inhibitors.

Competitive inhibitors: (i) They resemble the enzyme's substrate in structure. (ii) They compete with the substrate for the SAME binding site (active site) on the enzyme. (iii) When selected by the binding site, they block it, so the substrate cannot attach and the enzyme cannot act. (iv) Their effect can be overcome by increasing the substrate concentration, because more substrate molecules then out-compete the inhibitor. (v) Examples: malonic acid (versus succinic acid for succinic dehydrogenase); antibiotic inhibitors that mimic bacterial substrates. Non-competitive inhibitors: (i) They have NO real structural similarity to the substrate. (ii) They do NOT enter the active site; they bind the enzyme at some other place. (iii) Their binding alters the shape of the enzyme, so the active site no longer fits the substrate. (iv) Increasing substrate concentration cannot overcome their effect, because they do not compete for the active site. (v) Examples: succinyl-CoA (inhibits its own producing enzyme, succinyl-CoA synthetase); cyanide (binds copper and iron in cytochrome oxidase); excess ATP in feedback inhibition.

11. Explain feedback inhibition.

In a metabolic pathway, the product of one reaction becomes the substrate for the next reaction, and at the end of the pathway a desired product is synthesized. To regulate the concentration of that product, the pathway must be shut down when enough product has been made. This is done through feedback inhibition: the final product of the pathway acts as an inhibitor. It reacts with some initial enzyme of the pathway and changes its conformation, so that enzyme can no longer bind to its substrate. The pathway therefore closes and no more product is prepared. When the product is used up and its concentration falls, the inhibition is lifted and the pathway starts again. A clear example: when a cell has more ATP than it requires, ATP itself acts as a non-competitive inhibitor and blocks the enzyme that catalyses ATP synthesis. Feedback inhibition is thus the phenomenon where the product of a process controls the process itself, usually limiting the production of more product — an efficient built-in control system of the cell.

12. Classify enzymes on the basis of the reactions catalysed.

On the basis of the general type of reaction, enzymes are classified into six classes: 1. Oxidoreductases — catalyse oxidation/reduction; add or remove H+ ions or electrons (e.g. cytochrome oxidase oxidises cytochrome). 2. Transferases — transfer a specific functional group (methyl, acyl, amino or phosphate) from one substrate to another (e.g. hexokinase transfers a phosphate group from ATP to glucose). 3. Hydrolases — catalyse hydrolysis; break substrates into monomers by adding water (e.g. lipase, amylase, peptidase). 4. Lyases — catalyse non-hydrolytic addition or removal of groups such as CO2 or NH3 (e.g. pyruvate decarboxylase removes CO2 from pyruvic acid). 5. Isomerases — catalyse intra-molecular rearrangement, converting one isomer into another (e.g. hexose isomerase converts glucose to fructose). 6. Ligases — catalyse joining of two molecules by forming new C–C, C–N, C–O or C–S bonds, using energy from ATP (e.g. polymerase enzymes join monomers). Each class is further divided into subclasses, e.g. dehydrogenases/oxidases/reductases under oxidoreductases, and peptidases/lipases/glycosidases under hydrolases.

13. Give examples of enzymes' naming according to substrates.

Enzymes are often named after the substrate they act upon, usually with the suffix "-ase". On this basis they fall into four groups: 1. Proteases — act on proteins: pepsin and trypsin break large polypeptides into smaller polypeptides; aminopeptidases break small polypeptides into dipeptides; erepsin breaks dipeptides into amino acids. 2. Lipases — act on lipids: pancreatic lipase hydrolyses lipids into fatty acids and glycerol. 3. Carbohydrases — act on carbohydrates: amylase acts on starch or glycogen and breaks them into maltose; cellulase breaks cellulose into cellobiose or glucose; maltase breaks maltose into glucose; sucrase breaks sucrose into glucose and fructose; lactase breaks lactose into glucose and galactose. 4. Nucleases — act on nucleic acids: RNase breaks down RNA, DNase breaks down DNA, and ATPase breaks down ATP. So the substrate in the name tells the student exactly what the enzyme works on.

طویل سوالات — اردو جوابات
1۔ انزائم کی ساخت بیان کریں، اور ایکٹیو سائٹ کے حصوں اور ان کے کردار کی وضاحت کریں۔

انزائمز تین جہتی گول پروٹینز ہوتے ہیں جو پولی پیپٹائڈ زنجیروں سے بنے ہوتے ہیں۔ ان کی سطح پر چند امائنو ایسڈز پر مشتمل ایک چھوٹا سا شگاف ہوتا ہے جسے ایکٹیو سائٹ کہتے ہیں — یہی وہ جگہ ہے جہاں کیٹالسز ہوتا ہے۔ ایکٹیو سائٹ کی شکل بہت مخصوص اور تین جہتی ہوتی ہے اور اس پر ایک خاص چارج ہوتا ہے، اس لیے صرف ایک خاص سبسٹریٹ ہی اس میں فٹ ہو سکتا ہے۔ اس کے دو حصے ہیں: بائنڈنگ سائٹ، جہاں سبسٹریٹ کمزور قوتوں (جیسے ہائیڈروجن بانڈز) سے جڑتا ہے، اور کیٹالیٹک سائٹ، جو تعامل کو مکمل کر کے سبسٹریٹ کو پراڈکٹس میں بدل دیتی ہے۔

2۔ کو فیکٹرز کی تین اقسام میں مثالوں کے ساتھ فرق کریں۔

کو فیکٹرز غیر پروٹینی اجزاء ہوتے ہیں جو انزائم کی مدد کرتے ہیں۔ (1) دھاتی آئنز: جیسے Ca+2، Mg+2، Mn+2، Cu+2، Zn+2 — یہ غیر فعال ایکٹیو سائٹ کو فعال بناتے ہیں۔ (2) پروسٹھیٹک گروپس: انزائم کے ساتھ کوویلنٹ بانڈ بناتے ہیں، یعنی مستقل طور پر جڑے ہوتے ہیں، جیسے ہیمیٹن۔ (3) کو انزائمز: غیر پروٹینی نامیاتی مالیکیولز جو ڈھیلے جڑے ہوتے ہیں اور الیکٹرانز (ہائیڈروجن ایٹمز) کو ایک انزائم سے دوسرے تک پہنچاتے ہیں، جیسے NAD+ اور وٹامنز (نیاسن، رائبوفلیون)۔ پروٹینی حصہ اپو انزائم، اور کو فیکٹر سمیت مکمل انزائم ہولو انزائم کہلاتا ہے۔

3۔ انڈیوسڈ فٹ ماڈل کے ذریعے انزائم کے عمل کا طریقہ کار سمجھائیں، اور اس کا لاک اینڈ کی ماڈل سے موازنہ کریں۔

لاک اینڈ کی ماڈل (ایمل فشر، 1894) کے مطابق ایکٹیو سائٹ ایک سخت ساخت ہوتی ہے جس میں کوئی تبدیلی نہیں آتی، اور سبسٹریٹ اس میں چابی کی طرح بالکل فٹ ہوتا ہے۔ انڈیوسڈ فٹ ماڈل (ڈینیل کوشلینڈ، 1958) کے مطابق جب سبسٹریٹ بائنڈنگ سائٹ سے ملتا ہے تو انزائم کی ساخت میں تبدیلی آتی ہے، جس سے وہ اپنا کیٹالیٹک عمل زیادہ مؤثر طریقے سے کر سکتا ہے۔ یعنی ایکٹیو سائٹ سخت نہیں بلکہ لچکدار ہوتی ہے اور سبسٹریٹ کے گرد ڈھل جاتی ہے۔ دونوں ماڈلز میں نتیجہ ایک ہی ہے: ES کمپلیکس بنتا ہے، ایکٹی ویشن انرجی کم ہوتی ہے، سبسٹریٹ پراڈکٹس میں بدلتا ہے اور انزائم بغیر تبدیلی کے الگ ہو جاتا ہے (E + S → ES → E + P)۔

4۔ ایکٹی ویشن انرجی کی تعریف کریں اور گراف کے ذریعے سمجھائیں کہ انزائم ایکٹی ویشن انرجی کم کر کے تعامل کو کیسے تیز کرتا ہے۔

ایکٹی ویشن انرجی وہ توانائی ہے جو کسی کیمیائی تعامل کو شروع کرنے کے لیے درکار ہوتی ہے — یہ ری ایکٹنٹس کے موجودہ بانڈز کو کمزور کرنے کا کام کرتی ہے۔ گراف پر ری ایکٹنٹس اور پراڈکٹس کے درمیان ایک اونچی پہاڑی (رکاوٹ) ہوتی ہے۔ بغیر انزائم کے یہ پہاڑی اونچی (زیادہ Ea) ہوتی ہے، اس لیے بہت کم مالیکیولز اسے عبور کر پاتے ہیں اور تعامل سست ہوتا ہے۔ انزائم کے ساتھ یہ پہاڑی نیچی (کم Ea) ہو جاتی ہے، اس لیے زیادہ مالیکیولز اسے عبور کرتے ہیں اور تعامل بہت تیز ہو جاتا ہے۔ انزائم ری ایکٹنٹس یا پراڈکٹس کی توانائی نہیں بدلتا، صرف درمیانی رکاوٹ کم کرتا ہے۔

5۔ انزائم کے عمل کی رفتار پر درجہ حرارت کے اثر کو بیان کریں۔

انزائم کی شکل ہائیڈروجن بانڈز اور ہائیڈروفوبک تعاملات سے قائم رہتی ہے جو درجہ حرارت سے آسانی سے متاثر ہوتے ہیں۔ ہر انزائم کا ایک اوپٹیمم ٹمپریچر ہوتا ہے جس پر وہ زیادہ سے زیادہ رفتار سے کام کرتا ہے — انسانی انزائمز کے لیے 37 °C۔ اس سے کم درجہ حرارت پر شکل کم لچکدار ہو جاتی ہے اور رفتار سست ہو جاتی ہے۔ ایک حد تک درجہ حرارت بڑھنے سے مالیکیولز تیزی سے حرکت کرتے اور زیادہ ٹکراتے ہیں، اس لیے رفتار بڑھتی ہے۔ لیکن اوپٹیمم سے بہت زیادہ درجہ حرارت پر بانڈز ٹوٹ جاتے ہیں، گول ساخت ختم ہو جاتی ہے اور انزائم ڈی نیچر ہو جاتا ہے، جس سے رفتار تیزی سے گر کر رک سکتی ہے۔

6۔ انسان اور تھرموفلک بیکٹیریا کے انزائمز کے اوپٹیمم درجہ حرارت کا موازنہ کریں۔

انسانی انزائمز کا اوپٹیمم ٹمپریچر 37 °C ہے، جو انسانی جسم کا عام درجہ حرارت ہے۔ اس سے زیادہ درجہ حرارت پر ان کے بانڈز ٹوٹنے لگتے ہیں اور وہ ڈی نیچر ہو جاتے ہیں۔ تھرموفلک بیکٹیریا گرم چشموں میں رہتے ہیں اور ان کے انزائمز کا اوپٹیمم ٹمپریچر 70 °C یا اس سے زیادہ ہوتا ہے، کیونکہ ان کے پروٹینز کے پولی پیپٹائڈ بازوؤں کے درمیان بانڈز زیادہ مضبوط ہوتے ہیں، اس لیے ان کی شکل اور ایکٹیو سائٹس زیادہ درجہ حرارت پر بھی قائم رہتی ہیں۔ اصول دونوں کے لیے ایک ہی ہے، صرف اوپٹیمم کی جگہ مختلف ہے۔

7۔ سمجھائیں کہ انزائم کی مقدار انزائم کے عمل کی رفتار پر کیسے اثر ڈالتی ہے۔

انزائمز بہت مؤثر ہوتے ہیں — تھوڑے سے انزائم مالیکیولز بھی سبسٹریٹ کی بڑی مقدار کے تعاملات کو تیز کر سکتے ہیں۔ اگر سبسٹریٹ لامحدود ہو تو تعامل کی رفتار انزائم کی مقدار پر براہ راست منحصر ہوتی ہے: انزائم بڑھنے سے زیادہ ایکٹیو سائٹس ملتی ہیں، زیادہ سبسٹریٹ جڑتا ہے اور زیادہ پراڈکٹس بنتے ہیں، اس لیے رفتار بڑھتی ہے۔ لیکن اگر سبسٹریٹ کی مقدار وہی رہے اور انزائم بڑھتا جائے تو آخر میں خالی سبسٹریٹ نہیں بچتا اور رفتار مستقل ہو جاتی ہے — گراف پر یہ ایک سطحی لکیر (plateau) بن جاتی ہے۔

8۔ سبسٹریٹ کی مقدار کا انزائم کے عمل کی رفتار پر اثر سمجھائیں۔

اگر انزائم کی خالی ایکٹیو سائٹس موجود ہوں تو سبسٹریٹ کی مقدار بڑھنے سے رفتار بڑھتی ہے، کیونکہ زیادہ سبسٹریٹ مالیکیولز خالی سائٹس سے جڑ کر زیادہ پراڈکٹس بناتے ہیں۔ لیکن انزائم کی مقدار مستقل رکھتے ہوئے سبسٹریٹ بڑھاتے جائیں تو ایک نقطہ آتا ہے جہاں تمام ایکٹیو سائٹس بھر جاتی ہیں (انزائم سیچوریٹ ہو جاتا ہے) اور مزید سبسٹریٹ کو خالی سائٹ نہیں ملتی، اس لیے رفتار مزید نہیں بڑھتی۔ گراف پہلے اوپر جاتا ہے اور پھر سطحی ہو جاتا ہے۔

9۔ انزائم انہبیشن، اس کی اقسام اور اس کی اہمیت بیان کریں۔

انزائم انہبیشن وہ عمل ہے جس میں کوئی کیمیکل (انہبیٹر) انزائم کی سرگرمی کو روک دیتا ہے۔ انہبیٹر انزائم سے جڑتا ہے لیکن پراڈکٹ میں تبدیل نہیں ہوتا۔ اقسام: (الف) کمپیٹیٹیو — سبسٹریٹ سے مشابہ، وہی بائنڈنگ سائٹ حاصل کرنے کا مقابلہ کرتا ہے، جیسے میلونک ایسڈ۔ (ب) نان کمپیٹیٹیو — سبسٹریٹ سے مشابہ نہیں، کسی اور جگہ جڑ کر انزائم کی شکل بدل دیتا ہے، جیسے سکینائل CoA اور سائینائیڈ۔ بانڈ کی قسم کے لحاظ سے ریورسیبل (کمزور بانڈ، جیسے میلونیٹ) اور اریورسیبل (کوویلنٹ بانڈ، جیسے پینسلین) بھی ہوتے ہیں۔ فیڈ بیک انہبیشن میں آخری پراڈکٹ شروع کے انزائم کو روکتی ہے۔ اہمیت: میٹابولک پاتھ ویز کا کنٹرول، دوائیں (اینٹی بائیوٹکس، کینسر کی دوائیں، خون جمانے والی دوائیں)، زہروں کا علاج، اور دوا سازی کی تحقیق۔

10۔ انہبیٹرز کو کمپیٹیٹیو اور نان کمپیٹیٹیو انہبیٹرز میں تقسیم کریں۔

کمپیٹیٹیو انہبیٹرز: (1) سبسٹریٹ سے ساختی مشابہت رکھتے ہیں۔ (2) انزائم پر وہی بائنڈنگ سائٹ (ایکٹیو سائٹ) حاصل کرنے کے لیے سبسٹریٹ سے مقابلہ کرتے ہیں۔ (3) چنے جانے پر سائٹ بند کر دیتے ہیں اور سبسٹریٹ کو جڑنے نہیں دیتے۔ (4) سبسٹریٹ کی مقدار بڑھا کر ان کا اثر ختم کیا جا سکتا ہے۔ (5) مثالیں: میلونک ایسڈ، اینٹی بائیوٹک انہبیٹرز۔ نان کمپیٹیٹیو انہبیٹرز: (1) سبسٹریٹ سے کوئی ساختی مشابہت نہیں۔ (2) ایکٹیو سائٹ میں داخل نہیں ہوتے، کسی اور جگہ جڑتے ہیں۔ (3) انزائم کی شکل بدل دیتے ہیں جس سے ایکٹیو سائٹ سبسٹریٹ کے لیے موزوں نہیں رہتی۔ (4) سبسٹریٹ بڑھا کر ان کا اثر ختم نہیں ہوتا۔ (5) مثالیں: سکینائل CoA، سائینائیڈ، اضافی ATP۔

11۔ فیڈ بیک انہبیشن سمجھائیں۔

میٹابولک پاتھ وے میں ایک تعامل کی پراڈکٹ اگلے تعامل کا سبسٹریٹ بنتی ہے، اور آخر میں مطلوبہ پراڈکٹ بنتی ہے۔ اس کی مقدار کو کنٹرول کرنے کے لیے پاتھ وے کو بند کرنا ضروری ہوتا ہے، اور یہ فیڈ بیک انہبیشن سے ہوتا ہے: آخری پراڈکٹ خود انہبیٹر بن کر شروع کے کسی انزائم سے ملتی ہے اور اس کی شکل بدل دیتی ہے، جس سے وہ سبسٹریٹ سے نہیں مل سکتا اور پاتھ وے بند ہو جاتا ہے۔ جب پراڈکٹ استعمال ہو کر کم ہو جاتی ہے تو رکاوٹ ختم ہو جاتی ہے اور پاتھ وے دوبارہ شروع ہو جاتا ہے۔ مثال: ضرورت سے زیادہ ATP خود نان کمپیٹیٹیو انہبیٹر بن کر ATP بنانے والے انزائم کو روک دیتا ہے۔

12۔ تعاملات کی بنیاد پر انزائمز کی درجہ بندی کریں۔

تعاملات کی عمومی قسم کی بنیاد پر انزائمز کی چھ کلاسز ہیں: (1) آکسیڈوریڈکٹیزز — آکسیڈیشن/ریڈکشن کرتے ہیں، H+ آئنز یا الیکٹرانز شامل یا خارج کرتے ہیں، جیسے سائٹوکروم آکسیڈیز۔ (2) ٹرانسفریزز — مخصوص فنکشنل گروپ (میتھائل، ایسائل، امائنو، فاسفیٹ) ایک سبسٹریٹ سے دوسرے میں منتقل کرتے ہیں، جیسے ہیکسوکائنیز۔ (3) ہائیڈرولیزز — پانی ملا کر سبسٹریٹس کو مونومرز میں توڑتے ہیں، جیسے لائپیز، امائلیز، پیپٹیڈیز۔ (4) لائیزز — بغیر ہائیڈرولسز کے گروپس (CO2، NH3) کا اضافہ یا اخراج کرتے ہیں، جیسے پائروویٹ ڈی کاربوکسیلیز۔ (5) آئسومریزز — مالیکیول کے اندر دوبارہ ترتیب کرتے ہیں، ایک آئسومر دوسرے میں بدل جاتا ہے، جیسے ہیکسوز آئسومریز۔ (6) لائیگیزز — ATP کی توانائی سے نئے بانڈز بنا کر دو مالیکیولز کو جوڑتے ہیں، جیسے پولیمریز انزائمز۔

13۔ سبسٹریٹس کے مطابق انزائمز کے ناموں کی مثالیں دیں۔

انزائمز کے نام اکثر ان کے سبسٹریٹ پر رکھے جاتے ہیں اور آخر میں "-ase" لگتا ہے۔ چار گروپس: (1) پروٹیزز — پروٹینز پر عمل کرتے ہیں: پیپسن اور ٹرپسن بڑے پولی پیپٹائڈز کو چھوٹے پولی پیپٹائڈز میں، امائنو پیپٹیڈیزز چھوٹے پولی پیپٹائڈز کو ڈائی پیپٹائڈز میں، اور ایریپسن ڈائی پیپٹائڈز کو امائنو ایسڈز میں بدلتا ہے۔ (2) لائپیزز — لپڈز پر عمل کرتے ہیں: پینکریاٹک لائپیز لپڈز کو فیٹی ایسڈز اور گلیسرول میں توڑتا ہے۔ (3) کاربوہائیڈریزز — کاربوہائیڈریٹس پر عمل کرتے ہیں: امائلیز نشاستہ کو مالٹوز میں، سیلولیز سیلولوز کو سیلوبائیوز یا گلوکوز میں، مالٹیز مالٹوز کو گلوکوز میں، سکریز سکروز کو گلوکوز اور فرکٹوز میں، اور لیکٹیز لیکٹوز کو گلوکوز اور گیلیکٹوز میں بدلتا ہے۔ (4) نیوکلیزز — نیوکلیک ایسڈز پر عمل کرتے ہیں: RNase RNA کو، DNase DNA کو، اور ATPase ATP کو توڑتا ہے۔

Section 4 — Inquisitive Questionsحصہ 4 — غور طلب سوالات
INQUISITIVE QUESTIONS + ANSWERS
1. Does physical exercise involve anabolic processes, catabolic processes, or both? Give evidence for your answer.

Both. During exercise the body needs a lot of ATP quickly, so catabolic processes dominate at that time: glucose and glycogen are broken down (glycolysis and respiration) to release energy, and fats may also be broken down. Evidence: breathing and heart rate rise to supply oxygen for this breakdown, and muscles use up their glycogen stores. After exercise, anabolic processes take over: the body rebuilds glycogen stores and repairs and builds muscle protein — this is why rest and protein-rich food after exercise help muscles grow stronger. So exercise is catabolic while it is happening and anabolic during recovery.

2. If a chemical reaction could occur without an enzyme, why is it important to have one?

Because speed matters for life. A reaction that an enzyme completes in 30 minutes could take a whole year without the enzyme. Cells must carry out thousands of reactions every second — digestion, energy release, growth, repair — and if each reaction ran at its uncatalysed speed, the organism could not survive: food would not be digested in time, energy would not be released when needed, and waste would pile up. Enzymes also give control: because each enzyme is specific and its activity can be changed by temperature, pH, concentration and inhibitors, the cell can switch pathways on and off exactly when needed. So enzymes are important not because reactions are impossible without them, but because life needs them fast and controlled.

3. Construct and interpret graphs based on data about the effect of temperature, enzyme concentration and substrate concentration on the rate of enzyme action.

Temperature graph: a bell-shaped curve. Rate rises as temperature increases towards the optimum (37 °C for human enzymes), peaks at the optimum, then falls steeply as the enzyme denatures. Interpretation: moderate heat speeds molecules up; excess heat destroys the enzyme's shape. Enzyme concentration graph: a straight rising line that levels off into a plateau. Interpretation: more enzyme means more active sites and a faster rate, until substrate runs out and becomes limiting. Substrate concentration graph: a curve that rises steeply at first and then flattens into a plateau. Interpretation: at low substrate levels, adding substrate fills empty active sites and raises the rate; at high levels all active sites are occupied (saturation), so extra substrate cannot raise the rate further.

4. Identify the competitive and non-competitive inhibitors from a list of chemicals used in daily life.

Use these tests. A chemical is a competitive inhibitor if its molecule resembles the substrate: it competes for the same active site, its effect can be overcome by adding more substrate, and it is often a drug designed to mimic a natural substrate (e.g. many antibiotics; malonic acid versus succinic acid). A chemical is a non-competitive inhibitor if it does not resemble the substrate: it binds somewhere else on the enzyme, changes the enzyme's shape so the substrate no longer fits, and adding more substrate cannot overcome it (e.g. cyanide in rat poison; heavy metals like lead and mercury that bind enzymes; excess product in feedback inhibition). So: look at the shape (does it mimic the substrate?), the binding place (active site or elsewhere?), and whether extra substrate reverses the effect.

📌 باب کا خلاصہ اور رہنمائی — اس باب میں کیا ہے؟
ENGLISH

This chapter, Enzymes, is about the proteins that make life fast enough to happen: it explains what enzymes are and why they are called biocatalysts, the active site with its binding site and catalytic site, the cofactors that complete enzymes (metal ions, prosthetic groups and coenzymes like NAD+), the mechanism of enzyme action through the Lock-and-Key and Induced Fit models, the four factors that control the rate of enzyme action (temperature, pH, enzyme concentration and substrate concentration), the inhibitors that block enzymes (competitive, non-competitive, reversible, irreversible, and feedback inhibition), and the classification of enzymes by the reactions they catalyse and the substrates they use — ending with the book's official exercise, solved.

  • 5.1 Enzymes — اس topic میں biocatalyst کی definition, active site, binding site اور catalytic site, اور pepsinogen والی حفاظتی تدبیر ملے گی.
  • 5.2 Cofactors and Coenzymes — اس topic میں metal ions, prosthetic groups, coenzymes, NAD/NADH, apoenzyme اور holoenzyme ملے گا.
  • 5.3 Mechanism of Enzyme Action — اس topic میں activation energy, ES complex, Lock-and-Key model اور Induced Fit model کا فرق ملے گا.
  • 5.4 Factors Affecting the Rate of Enzyme Action — اس topic میں temperature اور denaturation, optimum pH table, enzyme concentration اور substrate concentration کے graphs ملے گے.
  • 5.5 Enzyme Inhibition — اس topic میں competitive اور non-competitive inhibitors, reversible/irreversible, significance اور feedback inhibition ملے گی.
  • 5.6 Classification of Enzymes — اس topic میں 6 reaction classes, subclasses table اور substrate classes (proteases, lipases, carbohydrases, nucleases) ملے گی.
  • 📝 Official Exercise — اس میں کتاب کی official exercise کے 45 سوال جواب کے ساتھ ملے گے (8 MCQs + 7 short + 13 long EN + 13 long UR + 4 inquisitive).

Revision guidance: پہلے English box پڑھو, پھر Urdu box سے concept پکا کرو, پھر ہر section کی تصویر کو دیکھ کر خود سے سمجھاؤ کے کیا ہو رہا ہے — پھر exercise خود حل کر کے answers سے ملاؤ.

اردو

یہ باب، انزائمز، ان پروٹینز کے بارے میں ہے جو زندگی کو اتنی تیز رفتاری دیتے ہیں کہ وہ ممکن ہو سکے: اس میں انزائمز کی تعریف اور بائیو کیٹالسٹ کہلانے کی وجہ، ایکٹیو سائٹ اور اس کے بائنڈنگ اور کیٹالیٹک حصے، کو فیکٹرز (دھاتی آئنز، پروسٹھیٹک گروپس اور NAD+ جیسے کو انزائمز)، لاک اینڈ کی اور انڈیوسڈ فٹ ماڈلز سے عمل کا طریقہ کار، رفتار کو کنٹرول کرنے والے چار عوامل (درجہ حرارت، pH، انزائم کی مقدار اور سبسٹریٹ کی مقدار)، انزائم کو روکنے والے انہبیٹرز (کمپیٹیٹیو، نان کمپیٹیٹیو، ریورسیبل، اریورسیبل اور فیڈ بیک انہبیشن)، اور تعاملات و سبسٹریٹس کی بنیاد پر انزائمز کی درجہ بندی — اور آخر میں کتاب کی آفیشل مشق حل شدہ دی گئی ہے۔

نظر ثانی کی رہنمائی: پہلے انگلش باکس پڑھیں، پھر اردو باکس سے تصور پکا کریں، پھر ہر سیکشن کی تصویر کو دیکھ کر خود سے سمجھائیں کہ کیا ہو رہا ہے — پھر مشق خود حل کر کے جوابات سے ملائیں۔

🎯 مزید MCQs اور Tests کے لیے

Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:

PunjabTest.com — Tests →

PunjabTest.com — Complete Guide Book • FSc Part 1 Biology, Chapter 5 (New Book, Session 2026–27) • English + Urdu

← Chapter 4: BiomoleculesChapter 6: Bioenergetics →