ความจำเพาะทางเคมีคือความสามารถของบริเวณจับยึดของโมเลกุลขนาดใหญ่ (เช่นโปรตีน ) ในการจับกับลิแกนด์ ที่จำเพาะเจาะจง ยิ่งโปรตีนสามารถจับกับลิแกนด์ได้น้อยเท่าไร ความจำเพาะของโปรตีนก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ความจำเพาะอธิบายถึงความแข็งแรงของการจับกันระหว่างโปรตีนและลิแกนด์ที่กำหนด ความสัมพันธ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยค่าคงที่การแยกตัวซึ่งบ่งบอกถึงความสมดุลระหว่างสถานะที่จับกันและสถานะที่ไม่จับกันสำหรับระบบโปรตีน-ลิแกนด์^{[ 1 ]}ในบริบทของเอนไซม์ตัวเดียวและโมเลกุลที่จับกันสองตัว ลิแกนด์ทั้งสองสามารถเปรียบเทียบได้ว่าเป็นลิแกนด์ที่แข็งแรงกว่าหรืออ่อนแอกว่า (สำหรับเอนไซม์) โดยพิจารณาจากค่าคงที่การแยกตัว (ค่าที่ต่ำกว่าหมายถึงการจับกันที่แข็งแรงกว่า)

ความจำเพาะสำหรับชุดของลิแกนด์ไม่เกี่ยวข้องกับความสามารถของเอนไซม์ในการเร่งปฏิกิริยาที่กำหนด โดยมีลิแกนด์เป็นสารตั้งต้น^{[ 1 ]}

หากเอนไซม์ใดมีความจำเพาะทางเคมีสูง นั่นหมายความว่าชุดของลิแกนด์ที่เอนไซม์นั้นจับด้วยมีจำกัด ทำให้ทั้งการจับกันและการเร่งปฏิกิริยาไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในอัตราที่สังเกตได้กับโมเลกุลเพิ่มเติม

ตัวอย่างของคู่โปรตีน-ลิแกนด์ที่มีกิจกรรมการจับที่เฉพาะเจาะจงสูงคือระบบแอนติบอดี - แอนติเจน^{[ 2 ]}การพัฒนาความสัมพันธ์มักนำไปสู่ปฏิสัมพันธ์ที่เฉพาะเจาะจงสูง ในขณะที่แอนติบอดีที่ยังไม่ได้รับการฝึกฝนจะมีความจำเพาะสูงและจับกับลิแกนด์จำนวนมาก^{[ 3 ]}ในทางกลับกัน ตัวอย่างของระบบโปรตีน-ลิแกนด์ที่สามารถจับกับสารตั้งต้นและเร่งปฏิกิริยาหลายอย่างได้อย่างมีประสิทธิภาพคือ ระบบ ไซโตโครม P450ซึ่งสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นเอนไซม์ที่มีความจำเพาะสูงเนื่องจากมีความจำเพาะกว้างสำหรับลิแกนด์หลายชนิด โปรตีเอสเป็นกลุ่มของเอนไซม์ที่แสดงความจำเพาะในการตัดที่หลากหลาย โปรตีเอสที่มีความจำเพาะสูง เช่น เอนไซม์ย่อยอาหาร จะย่อยสลายเปปไทด์อย่างไม่จำเพาะ ในขณะที่โปรตีเอสที่มีความจำเพาะสูงเกี่ยวข้องกับกระบวนการส่งสัญญาณ^{[ 4 ]}

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและลิแกนด์ส่งผลกระทบอย่างมากต่อความจำเพาะระหว่างเอนทิตีทั้งสองปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตและปฏิสัมพันธ์แบบไฮโดรโฟบิกเป็นที่ทราบกันดีว่ามีอิทธิพลมากที่สุดในแง่ของที่มาของความจำเพาะระหว่างโมเลกุลสองโมเลกุล^{[ 5 ]}ความแข็งแรงของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ระหว่างโปรตีนและลิแกนด์มักมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับความจำเพาะของพวกมันต่อกัน

ความจำเพาะของกระบวนการจับนั้นขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของคู่พันธะอย่างมาก โปรตีนที่แข็งตัวจะมีข้อจำกัดมากในความเป็นไปได้ในการจับ โปรตีนที่ยืดหยุ่นสามารถปรับโครงสร้างให้เข้ากับลิแกนด์ได้มากขึ้น จึงทำให้จับกับลิแกนด์ได้หลากหลายกว่า เนื่องจากกระบวนการจับมักนำไปสู่การแข็งตัวของคู่พันธะทั้งสองในคอมเพล็กซ์ การจับของโปรตีนที่ยืดหยุ่นจึงมักมาพร้อมกับค่าปรับเอนโทรปี นี่คือเหตุผลหลักสำหรับความสัมพันธ์เชิงบวกที่พบได้บ่อยระหว่างความสัมพันธ์ในการจับและความจำเพาะในการจับ แอนติบอดีแสดงความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างความแข็งและความจำเพาะ^{[ 6 ] [ 3 ]}ความสัมพันธ์นี้ขยายออกไปไกลเกินกว่าพาราโทปของแอนติบอดี^{[ 7 ]}

ความจำเพาะของเอนไซม์หมายถึงปฏิกิริยาระหว่างเอนไซม์แต่ละชนิดกับสารตั้งต้นที่เกี่ยวข้อง นอกเหนือจากความจำเพาะในการจับกับสารตั้งต้นแล้ว การอยู่ใกล้กันและการวางตัวที่ถูกต้อง รวมถึงการจับกับสถานะเปลี่ยนผ่านยังเป็นอีกชั้นหนึ่งของความจำเพาะของเอนไซม์อีกด้วย

เอนไซม์มีความแตกต่างกันในด้านความจำเพาะของสารตั้งต้นที่มันจับ เพื่อทำหน้าที่ทางสรีรวิทยาเฉพาะอย่าง เอนไซม์บางชนิดอาจไม่จำเพาะมากนัก จึงอาจจับกับสารตั้งต้นได้หลายชนิดเพื่อเร่งปฏิกิริยา ในทางกลับกัน หน้าที่ทางสรีรวิทยาบางอย่างต้องการความจำเพาะอย่างมากของเอนไซม์ต่อสารตั้งต้นเพียงชนิดเดียว เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาและลักษณะทางสรีรวิทยาที่เหมาะสม การจัดประเภทเอนไซม์แตกต่างกันไปตามความจำเพาะต่อสารตั้งต้น โดยทั่วไปแล้วจะแบ่งออกเป็นสี่กลุ่ม ได้แก่ ความจำเพาะสัมบูรณ์ ความจำเพาะแบบกลุ่ม ความจำเพาะแบบพันธะ และความจำเพาะแบบสเตอริโอเคมี

ความจำเพาะสัมบูรณ์สามารถคิดได้ว่าเป็นการเฉพาะเจาะจง ซึ่งเอนไซม์จะออกฤทธิ์กับสารตั้งต้นที่เฉพาะเจาะจงเพียงชนิดเดียว^{[ 8 ]}เอนไซม์ที่มีความจำเพาะสัมบูรณ์จะเร่งปฏิกิริยาเพียงปฏิกิริยาเดียวกับสารตั้งต้นที่เฉพาะเจาะจงของมันเท่านั้น ตัวอย่างเช่นแลคเตสเป็นเอนไซม์ที่มีความจำเพาะต่อการย่อยสลายแลคโตสเป็นน้ำตาลโมโนแซ็กคาไรด์สองชนิด ได้แก่ กลูโคสและกาแลคโตส อีกตัวอย่างหนึ่งคือกลูโคไคเนสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสเป็นกลูโคส-6-ฟอสเฟต โดยส่วนใหญ่จะทำงานในตับและเป็นไอโซเอนไซม์หลักของเฮกโซไคเนส [ ^{9 ] ความ} จำเพาะสัมบูรณ์ของมันหมายถึงกลูโคสเป็น เฮกโซสเพียงชนิดเดียวที่สามารถเป็นสารตั้งต้นของมันได้ ตรงกันข้ามกับเฮกโซไคเนสซึ่งสามารถรองรับเฮกโซสหลายชนิดเป็นสารตั้งต้นได้

ความจำเพาะของกลุ่มเกิดขึ้นเมื่อเอนไซม์จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลที่มีกลุ่มฟังก์ชันเฉพาะเท่านั้น เช่น โครงสร้างอะโรมาติก กลุ่มฟอสเฟต และเมทิล^{[ 10 ]}ตัวอย่างหนึ่งคือเปปซินซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สำคัญในการย่อยอาหารที่เรารับประทานเข้าไป โดยจะไฮโดรไลซ์พันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำ และจดจำ โซ่ข้าง อะโรมาติกเช่นฟีนิลอะลานีนทริปโตเฟนและไทโรซีนอีกตัวอย่างหนึ่งคือเฮกโซไคเนสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับไกลโคไลซิสที่ฟอสฟอริเลตกลูโคสเพื่อผลิตกลูโคส-6-ฟอสเฟตเอนไซม์นี้แสดงความจำเพาะของกลุ่มโดยอนุญาตให้เฮกโซสหลายชนิด (น้ำตาล 6 คาร์บอน) เป็นสารตั้งต้น^{[ 11 ]}กลูโคสเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นที่สำคัญที่สุดในวิถีเมตาบอลิซึมที่เกี่ยวข้องกับเฮกโซไคเนสเนื่องจากบทบาทของมันในไกลโคไลซิส แต่ไม่ใช่สารตั้งต้นเพียงอย่างเดียวที่เฮกโซไคเนสสามารถเร่งปฏิกิริยาได้

ความจำเพาะของพันธะ ต่างจากความจำเพาะของหมู่ฟังก์ชัน ตรงที่มันจะจดจำชนิดของพันธะเคมีที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งแตกต่างจากความจำเพาะของหมู่ฟังก์ชันตรงที่มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของหมู่ฟังก์ชันที่เฉพาะเจาะจงเพื่อเร่งปฏิกิริยาที่เฉพาะเจาะจง แต่ขึ้นอยู่กับชนิดของพันธะที่แน่นอน (ตัวอย่างเช่น พันธะเปปไทด์)

ความจำเพาะประเภทนี้มีความไวต่อกิจกรรมทางแสงหรือทิศทางการจัดเรียงตัวของสารตั้งต้น โมเลกุลที่มีโครงสร้างทางเคมีแบบสามมิติแตกต่างกันในวิธีการหมุนแสงโพลาไรซ์ระนาบ หรือทิศทางการจัดเรียงตัวของพันธะ (ดูพันธะไกลโคไซด์อัลฟาและเบตา) เอนไซม์ที่มีความจำเพาะต่อโครงสร้างทางเคมีแบบสามมิติจะจับกับสารตั้งต้นที่มีคุณสมบัติเฉพาะเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น เบตาไกลโคซิเดสจะทำปฏิกิริยากับพันธะเบตาไกลโคไซด์ที่มีอยู่ในเซลลูโลสเท่านั้น แต่จะไม่พบในแป้งและไกลโคเจน ซึ่งมีพันธะอัลฟาไกลโคไซด์ สิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องกับวิธีการที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถย่อยอาหารได้ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์อะไมเลสที่มีอยู่ในน้ำลายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม มีความจำเพาะต่อพันธะอัลฟา นี่คือเหตุผลที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถใช้แป้งและไกลโคเจนเป็นแหล่งพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ไม่สามารถใช้เซลลูโลสได้ (เพราะเป็นพันธะเบตา)

ค่าคงที่สมดุลเฉพาะสำหรับการเกิดสารเชิงซ้อนระหว่างเอนไซม์และซับสเตรตเรียกว่า ΔΔCt ซึ่งใช้เป็นตัววัดความสัมพันธ์ โดยค่าที่สูงกว่าแสดงถึงความสัมพันธ์ที่ต่ำกว่า ${\displaystyle k_{d}}$

สำหรับสมการที่กำหนด (E = เอนไซม์, S = สารตั้งต้น, P = ผลิตภัณฑ์)

${\displaystyle E+S{\overset {k_{1}}{\underset {k_{-}{1}}{\Longleftrightarrow }}}ES{\overset {k_{2}}{\Longleftrightarrow }}E+P}$

${\displaystyle k_{d}}$จะเทียบเท่ากับโดยที่และคืออัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับตามลำดับ ในการเปลี่ยน E และ S แต่ละตัวไปเป็นสารเชิงซ้อนของเอนไซม์กับสารตั้งต้น ${\displaystyle k_{-1}/k_{1}}$${\displaystyle k_{1}}$${\displaystyle k_{-1}}$

ทฤษฎีสารสนเทศช่วยให้สามารถกำหนดความจำเพาะเชิงปริมาณได้มากขึ้นโดยการคำนวณเอนโทรปีในสเปกตรัมการจับ^{[ 4 ]}

ความจำเพาะทางเคมีของเอนไซม์ต่อสารตั้งต้นเฉพาะสามารถหาได้โดยใช้ตัวแปรสองตัวที่ได้มาจากสมการ Michaelis-Menten ตัวแปรแรกประมาณค่าคงที่การแตกตัวของสารเชิงซ้อนเอนไซม์-สารตั้งต้น ตัวแปรที่สองแสดงถึงอัตราการหมุนเวียน หรือจำนวนปฏิกิริยาที่เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาต่อปริมาณเอนไซม์ตัวแปรที่สามนี้เรียกว่าค่าคงที่ความจำเพาะซึ่งเป็นตัววัดความสัมพันธ์ของสารตั้งต้นกับเอนไซม์เฉพาะตัวหนึ่ง ความสัมพันธ์นี้ยังเรียกว่าประสิทธิภาพของเอนไซม์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความชอบของเอนไซม์ต่อสารตั้งต้นเฉพาะตัวหนึ่ง ยิ่งค่าคงที่ความจำเพาะของเอนไซม์สูงเท่าไร ก็ยิ่งแสดงถึงความชอบต่อสารตั้งต้นนั้นสูงขึ้นเท่านั้น ${\displaystyle k_{m}}$${\displaystyle k_{cat}}$${\displaystyle k_{cat}}$${\displaystyle k_{m}}$

ความจำเพาะของเอนไซม์ให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับโครงสร้างของเอนไซม์ซึ่งในที่สุดก็กำหนดและมีบทบาทในการทำงานทางสรีรวิทยา^{[ 12 ]}การศึกษาความจำเพาะยังอาจให้ข้อมูลเกี่ยวกับกลไกการเร่งปฏิกิริยาได้อีกด้วย

ความจำเพาะมีความสำคัญต่อการค้นพบยาใหม่และสาขาการวิจัยทางคลินิก โดยยาใหม่จะได้รับการทดสอบความจำเพาะต่อโมเลกุลเป้าหมายในการทดลองทางคลินิกหลายรอบ ยาจะต้องมีโครงสร้างที่จำเพาะที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อลดโอกาสที่จะเกิดผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ในผู้ป่วย ยาขึ้นอยู่กับความจำเพาะของโมเลกุลและสูตรที่ออกแบบมาเพื่อยับยั้งเป้าหมายโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจง^{[ 1 ]}การค้นพบยาใหม่มีความก้าวหน้าด้วยการทดลองที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบที่มีความจำเพาะสูง ตัวอย่างเช่น พื้นฐานที่ยาจะต้องได้รับการพิสูจน์ว่าประสบความสำเร็จคือทั้งความสามารถในการจับกับตัวรับเป้าหมายในสภาพแวดล้อมทางสรีรวิทยาด้วยความจำเพาะสูง และความสามารถในการส่งสัญญาณเพื่อสร้างผลทางชีวภาพที่พึงประสงค์ต่อความเจ็บป่วยหรือโรคที่ยาตั้งใจจะกำจัด^{[ 13 ]}

เทคนิคทางวิทยาศาสตร์ เช่น การย้อมภูมิคุ้มกัน ขึ้นอยู่กับความจำเพาะทางเคมี การย้อมภูมิคุ้มกันใช้ความจำเพาะทางเคมีของแอนติบอดีเพื่อตรวจจับโปรตีนที่สนใจในระดับเซลล์^{[ 14 ]}อีกเทคนิคหนึ่งที่อาศัยความจำเพาะทางเคมีคือ เวสเทิร์นบลอตติ้ง ซึ่งใช้ในการตรวจจับโปรตีนที่สนใจในเนื้อเยื่อ เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการแยกด้วยเจลอิเล็กโทรโฟเรซิส ตามด้วยการถ่ายโอนตัวอย่างไปยังเมมเบรนที่ย้อมด้วยแอนติบอดีแอนติบอดีมีความจำเพาะต่อโปรตีนเป้าหมายที่สนใจ และจะมีแท็กเรืองแสงที่บ่งบอกถึงการมีอยู่ของโปรตีนที่นักวิจัยสนใจ^{[ 15 ]}

• ความไม่จำเพาะเจาะจงของเอนไซม์
• สารตั้งต้น (เคมี)