background image

 

 

 

 

2012 

 

Prof. Dr. H.D. El-Yassin 
October 2012 
 
 
 

[

ENZYMES ASSAY

]

 

[Type the abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of the contents of 
the document. Type the abstract of the document here. The abstract is typically a short summary of the 
contents of the document.] 


background image

Prof. Dr. H.D. El-Yassin

 

2012 

 

2

 

 

 

Enzyme

s Assay

 

Enzyme 

assays

 are 

laboratory

 methods for measuring 

enzymatic

 activity. They are 

vital for the study o

enzyme kinetics

 and 

enzyme inhibition

. 

Enzyme units: Amounts of enzymes can either be expressed as 

molar

 amounts, as 

with any other chemical, or measured in terms of activity, in 

enzyme units

. 

Measures of enzyme activity 

1.  Turnover number, is the number of substrate molecules metabolized per enzyme 

molecule per unit time with units of min

-1

 or s

-1

Enzyme activity is a measure of the quantity of active enzyme present and is thus 

dependent on conditions, which should be specified.  

The SI unit is the 

katal

, 1 katal = 1 mol s

-1

, but this is an excessively large unit. One 

katal of trypsin, for example is that amount of trypsin which breaks a mole of peptide 

bonds per second under specified conditions. 

A more practical and commonly-used value is 1 

enzyme unit

 (U) = 1 

μmol

 min

-1

. 1 U 

corresponds to 16.67 

nanokatals

..  

2.  Specific activity 

is usually expressed as μmol of substrate transformed to product per 

minute per milligram of enzyme under optimal conditions of measurement. Specific 

activity gives a measurement of the purity of the enzyme, usually constant for a pure 

enzyme. It is the amount of product formed by an 

enzyme

 in a given amount of time 

under given conditions per milligram o

enzyme

 Specific activity is equal to the rate 

of reaction multiplied by the volume of reaction divided by the mass of enzyme. The 

SI unit is katal kg

-1

, but a more practical unit is μmol mg

-1

 min

-1

.,. 

 

Related terminology 

1.  The rate of a reaction is the concentration of substrate disappearing (or 

product produced) per unit time (mol L 

− 1

− 1

). 

2.  The % purity is 100% × (specific activity of enzyme sample / specific activity 

of pure enzyme). The impure sample has lower specific activity because 

some of the mass is not actually enzyme. If the specific activity of 100% pure 

enzyme is known, then an impure sample will have a lower specific activity, 

allowing purity to be calculated. 


background image

Prof. Dr. H.D. El-Yassin

 

2012 

 

3

 

 

Types of Enzyme assay 

Enzyme assays can be split into two groups according to their sampling method: 

continuous assays, where the assay gives a continuous reading of activity, and 

discontinuous assays, where samples are taken, the reaction stopped and then the 

concentration of substrates/products determined. 

 

1. Continuous assays 

 

There are many different types of continuous assays. 

a.  Spectrophotometric: In 

spectrophotometric

 assays, you follow the course of the 

reaction by measuring a change in how much light the assay solution absorbs. If 

this light is in the visible region you can actually see a change in the color of the 

assay, these are called colorimetric assays. UV light is often used, since the 

common coenzyme

NADH

 and 

NADPH

 absorb UV light in their 

reduced

 forms, 

but do not in their 

oxidized

 forms. An 

oxidoreductase

 using NADH as a substrate 

could therefore be assayed by following the decrease in UV absorbance at a 

wavelength of 340 nm as it consumes the coenzyme. 

Direct versus coupled assays 

 

 

Coupled assay for hexokinase using glucose-6-phosphate dehydrogenase. 


background image

Prof. Dr. H.D. El-Yassin

 

2012 

 

4

 

 

Even when the enzyme reaction does not result in a change in the absorbance of light, 

it can still be possible to use a spectrophotometric assay for the enzyme by using a 

coupled assay. Here, the product of one reaction is used as the substrate of another, 

easily-detectable reaction. For example, figure 1 shows the coupled assay for the 

enzyme hexokinase, which can be assayed by coupling its production of glucose-6-

phosphate to NADPH production, using glucose-6-phosphate dehydrogenase. 

 

b.  Fluorometric: Fluorescence is when a molecule emits light of one wavelength 

after absorbing light of a different wavelength. Fluorometric assays use a 

difference in the fluorescence of substrate from product to measure the enzyme 

reaction. These assays are in general much more sensitive than 

spectrophotometric assays, but can suffer from interference caused by impurities 

and the instability of many fluorescent compounds when exposed to light. An 

example of these assays is again the use of the nucleotide coenzymes NADH 

and NADPH. Here, the reduced forms are fluorescent and the oxidised forms 

non-fluorescent. Oxidation reactions can therefore be followed by a decrease in 

fluorescence and reduction reactions by an increase.  

 

c.  Calorimetric: is the measurement of the heat released or absorbed by chemical 

reactions. These assays are very general, since many reactions involve some 

change in heat and with use of a microcalorimeter, not much enzyme or 

substrate is required. These assays can be used to measure reactions that are 

impossible to assay in any other way.  

 

d.  Chemiluminescent: is the emission of light by a chemical reaction. Some 

enzyme reactions produce light and this can be measured to detect product 

formation. These types of assay can be extremely sensitive, since the light 

produced can be captured by photographic film over days or weeks, but can be 

hard to quantify, because not all the light released by a reaction will be detected. 

 

e.  Light Scattering 

 


background image

Prof. Dr. H.D. El-Yassin

 

2012 

 

5

 

 

 

2. Discontinuous assays 

Discontinuous assays are when samples are taken from an enzyme reaction at intervals 

and the amount of product production or substrate consumption is measured in these 

samples. 

 

i.  Radiometric: 

 Radiometric assays measure the incorporation o

radioactivity

 into substrates or its 

release from substrates. The 

radioactive isotopes

 most frequently used in these assays 

are 

14

C, 

32

P, 

35

S and 

125

I. Since radioactive isotopes can allow the specific labelling of a 

single atom of a substrate, these assays are both extremely sensitive and specific. They 

are frequently used in biochemistry and are often the only way of measuring a specific 

reaction in crude extracts (the complex mixtures of enzymes produced when you lyse 

cells). 

Radioactivity is usually measured in these procedures using a 

scintillation counter

., 

which measures the ionizing radiation. 

 

ii.  Chromatographic 

Chromatographic assays measure product formation by separating the reaction mixture 

into its components b

chromatography

This is usually done b

high-performance liquid 

chromatography

 (HPLC), but can also use the simpler technique o

thin layer 

chromatography

Although this approach can need a lot of material, its sensitivity can be 

increased by labelling the substrates/products with a radioactive or fluorescent tag.  

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Prof. Dr. H.D. El-Yassin

 

2012 

 

6

 

 

Factors to control in assays 

 

Salt Concentration: Most enzymes cannot tolerate extremely high salt 

concentrations. The ions interfere with the weak ionic bonds of proteins. Typical 

enzymes are active in salt concentrations of 1-500 mM. As usual there are 

exceptions such as the halophilic (salt loving) algae and bacteria.  

 

 

Effects of Temperature: All enzymes work within a range of temperature 

specific to the organism. Increases in temperature generally lead to increases in 

reaction rates. There is a limit to the increase because higher temperatures lead 

to a sharp decrease in reaction rates. This is due to the denaturating (alteration) 

of protein structure resulting from the breakdown of the weak ionic and hydrogen 

bonding that stabilize the three dimensional structure of the enzyme active site. 

The "optimum" temperature for human enzymes is usually between 35 and 

40 °C. The average temperature for humans is 37 °C. Human enzymes start to 

denature quickly at temperatures above 40 °C. Enzymes from thermophilic 

archaea found in the hot springs are stable up to 100 °C.  

 

 

Effects of pH: Most enzymes are sensitive to pH and have specific ranges of 

activity. All have an optimum pH. The pH can stop enzyme activity by 

denaturating (altering) the three dimensional shape of the enzyme by breaking 

ionic, and hydrogen bonds. Most enzymes function between a pH of 6 and 8; 

however pepsin in the stomach works best at a pH of 2 and trypsin at a pH of 8.  

 

 

Substrate Saturation: Increasing the substrate concentration increases the rate 

of reaction (enzyme activity). However, enzyme saturation limits reaction rates. 

An enzyme is saturated when the active sites of all the molecules are occupied 

most of the time. At the saturation point, the reaction will not speed up, no matter 

how much additional substrate is added. The graph of the reaction rate will 

plateau.  

 

 

Level of crowding, large amounts of macromolecules in a solution will alter the 

rates and equilibrium constants of enzyme reactions, through an effect called 

macromolecular crowding.  




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 109 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل