Reakcje enzymatyczne
advertisement
Reakcje enzymatyczne Co to jest enzym? Grupy katalityczne enzymu. Model Michaelisa-Mentena. Hamowanie reakcji enzymatycznych. Květoslava Burda, AGH Enzym – białko katalizujące reakcje chemiczne w układach biologicznych (przyśpieszają reakcje przynajmniej 106 raza) 1. Aktywne katalitycznie. 2. Specyficzne ze względu: - na reakcję - substrat. Np.: Uwadnianie dwutlenku węgla CO2 + H 2O ⇔ H 2CO3 107 raza anhydraza węglanowa (105 cząsteczek CO2 /s) Květoslava Burda, AGH Reakcje enzymatyczne Energia swobodna Reakcja niekatalizowana wymaga wyższej energii aktywacji niż reakcja katalizowana Substraty Nie ma różnicy w energii swobodnej pomiędzy reakcją katalizowaną a niekatalizowaną Produkty Kierunek reakcji Min. energia aktywacji zabezpiecza przed samoczynnymi reakcjami. Květoslava Burda, AGH Szybkość reakcji 1913, L. Michaelis Max. szybkość reakcji Vmax/2 KM Uwaga: Wysycenie obserwuje się tylko w reakcjach katalizowanych. Stężenie substratu Stała Michaelisa Květoslava Burda, AGH substrat enzym kompleks enzymsubstrat k1 k3 produkt + E k2 Stała Michaelis’a KM = (k1 + k3) / k1 = [E][S] / [ES] Květoslava Burda, AGH Równowaga reakcji enzymatycznej k1[ E ][ S ] = (k 2 + k3 )[ ES ] tworzenia rozpadu Założenie !!!: [E] << [S] [S] ~ const [E] = [E]cał – [ES] i szybkość katalizy V = k3 [ ES ] Kompleksu [ES] Vmax = k3[ Ecał ] Równanie Michaelisa - Mentena [S ] V = Vmax [S ] + K M Liczba obrotów enzymu 600 000 obr/s anhydraza węglanowa KM to stężenie substratu, dla którego szybkość reakcji osiąga połowę wartości maksymalnej. Květoslava Burda, AGH 1 1 KM 1 = + V Vmax Vmax [ S ] 1/V Punkt przecięcia z osią y Nachylenie Punkt przecięcia z osią x - 1/ KM 1 / [S] Květoslava Burda, AGH Inhibicja kompetecyjna (zachowuje stałą maksymalną szybkość reakcji) 1/V + inhibitor - inhibitor 1 / Vmax 1 / [S] 1 1 KM = + V Vmax Vmax ⎛ [I ] ⎞ 1 ⎜⎜1 + ⎟⎟ ⎝ Ki ⎠ [S ] Ki = [ E ][ I ] [ EI ] Květoslava Burda, AGH Inhibicja niekompetecyjna (maksymalna szybkość reakcji zmniejsza się) 1/V + inhibitor - inhibitor 1 / Vmax 1 / [S] 1 1 = V Vmax ⎛ [I ] ⎞ KM ⎜⎜1 + ⎟⎟ + ⎝ K i ⎠ Vmax ⎛ [I ] ⎞ 1 ⎜⎜1 + ⎟⎟ ⎝ Ki ⎠ [S ] Ki = [ E ][ I ] [ EI ] Květoslava Burda, AGH Hamowanie reakcji enzymatycznych kompetecyjne gdy [E] maleje 1/V=1/Vmax+KM/Vmax(1+[I]/Ki)(1/[S]) niekompetecyjne gdy Vmax maleje 1/V=1/V’max+KM/V’max(1/[S]) V’max= Vmax/(1 +[I]/Ki) allosteryczne Nie stosuje się kinetyki Michaelisa-Mentena Květoslava Burda, AGH Mechanizmy regulujące enzym Pierwszy krok reakcji Produkt końcowy Hamujące sprzężenie zwrotne Květoslava Burda, AGH Kinetyka Michaelis’a – Menten’a nie obowiązuje dla enzymów allosterycznych. Allosteryczne miejsce Miejsce aktywne Substrat Tworzenie produktu Forma aktywna Jednostka regulująca Jednostka katalizująca Nie ma tworzenia produktu Forma nieaktywna Allosteryczne miejsce Miejsce aktywne Inhibitor allosteryczny Květoslava Burda, AGH Mioglobina 1965 J.Mond, J.Wyman i J-P Changeux Jednoprzejściowy model allosteryczny (związanie pierwszej cząsteczki powoduje Przejście cząsteczki z formy TT w RR) - efekt homotropowy - efekt heterotropowy Dwie formy enzymu: T - małe powinowactwo do substratu R - duże powinowactwo do substratu Stała równowagi L = [T0] / [R0] Reakcja allosteryczna Květoslava Burda, AGH Dimer o dwóch możliwych stanach RR lub TT Kr – stała dysocjacji dla układu w stanie R Kt – stała dysocjacji dla układu w stanie T Kp – prawdopodobieństwo tworzenia produktu Współczynnik wiązania 0<c<1 Květoslava Burda, AGH Szybkość reakcji: Stałe stężenie enzymu: Gdy substrat wiązany jest tylko przez formę R: α (1 + α ) V = Vmax L + (1 + α ) 2 , gdzie W tym modelu inhibitor łączy się z formą T, a aktywator z formą R. Květoslava Burda, AGH Kooperatywne wiązanie substratu w modelu jednoprzejściowym. Květoslava Burda, AGH D. Koshland model sekwencyjny oddziaływań allosterycznych Dozwolone są stany mieszane RT (nie ma zachowania symetrii podjednostek enzymu jak w modelu jednoprzejściowym) Wiązanie podstawnika w jednej podjednostce wpływa na wiązanie substratu w innej podjednostce enzymu. Enzymy: - typu K, - typu V. Květoslava Burda, AGH Kinetyka wg Michaelis’a - Menten’a Założenia: Rozszerzony model MM dla miejsc wzajemnie oddziałujących. Założenia: -- przybliżenie w stanie równowagi [P] = 0 dla t=0 -- przybliżenie w stanie równowagi [P] = 0 dla t=0 [Etotal] = [E] + [ESn] Vmax = n k3 [Etotal] [Etotal] = [E] + [ES] Vmax = k3 [Etotal] at V = (1/2) Vmax at V = (1/2) Vmax gdzie , h jest współczynnikiem Hilla -- MM równanie Definicje: Km = [S] at 50% Vmax k3 = kcat = Vmax/[Etotal] = „liczba obrotów" liczba obrotów = liczba cząsteczek produktu/ liczbę cząsteczek enzymu / jednostkę czasu. Květoslava Burda, AGH Równanie Hill’a Květoslava Burda, AGH Květoslava Burda, AGH Kooperatywność zwiększa czułość enzymu na stężenie substratu. 90% 10% Km – stała Michaelisa Květoslava Burda, AGH
