Wykład 4 biochemia enzymy - Biochemia - bruja

Wykład 4 biochemia enzymy.doc
(92 KB) Pobierz
ENZYMY
Biokatalizator biorący udział w każdej reakcji chemicznej w każdym żywym organizmie.
 Stanowią największą i najbardziej wyspecjalizowaną grupę związków o charakterze
białkowym.
 Są to białka proste lub złożone.
Enzym- swoisty katalizator danej reakcji
Większość reakcji biochemicznych zachodziłaby niezwykle wolno, gdyby nie udział enzymów.
Enzymy nie zmieniają końcowego składu mieszaniny reagującej ani stałej równowagi danej
reakcji. Jedynie przyśpieszają osiągnięcie stałej równowagi w reakcji termodynamicznie
możliwych
Klasy enzymów
Podstawową klasyfikacją enzymów jest typ i mechanizm katalizowanej przez nie reakcji. Każdy
enzym posiada swój kod o postaci: EC XX.XX.XX.XX, GDZIE LITERY X OZNACZAJĄ
CYFRY ARABSKIE. Symbol EC zaznacza, że dalsza część kodu to numer międzynarodowym
katalogu enzymów (ang. Enzyme Commission, fr. Enzyme Catalogue)
1. Ksodoreduktazy- katalizują reakcje utleniania i redukcji.
2. Transferazy- katalizują reakcje przenoszenia grup funkcyjnych
3. Hydrolizy- katalizują reakcje rozpadu pod wpływem wody (hrydrolizay)
4. Liazy- Katalizują reakcje rozpadu bez udziału cząsteczek wody
5. Izomerazy- katalizują reakcje zmian położenia grup chemicznych chemicznych
zachowaniem szkieletu.
6. Ligazy- katalizują reakcje tworzenia wiązań kowalencyjnych.
Kompartmentacja komórkowa enzymów
Enzymy, ich substraty i koenzymy nie występują zazwyczaj jednorodnie w obrębie komórki,
lecz w jej określonych przestrzeniach, zwanych kompartmentami
Rozmieszczenie w komórce przykładowych, kluczowych dla jej funkcjonowania enzymów:
 Cytoplazma: aldolaza, izomeraza fosfoheksozowa, dehydrogenza mleczanowi,
aminotransferaza alaninowa, dehydrogeneza sorbitolowa.
 Mitochondria: enzym cyklu kresa, oksydazy, dehydrogenaza glutaminianowa,
aminotransferaza asparaginowa,
 ER: esterazy, reduktazy, acetylazy, GGTP
 Rybosomy: enzymy syntezy białek, ceruplazmina, cholinesferaza
 Lizosomy: protezy, fosfatazy, kolagenozy
Izoenzymy
Izoenzymy (izozymy) są to fizycznie odmienne formy tej samej aktywności katalitycznej,
innymi słowy- białka o odmiennej strukturze, lecz katalizujące przebieg tej samej reakcji.
Poszczególne izoenzymy pojedynczej aktywności mogą występować w różnych
kompartmentach subkomórkowych lub nawet w odmiennych typach komórek bądź tkanek,
różniąc się dodatkowo powinowactwem do substratów.
Izoenzymy są produktami ekspresji blisko spokrewnionych genów
Centrum katalityczne
Enzymy posiadają zdolność przyłączania substratów miejscowego zwiększania ich stężenia,
przez co przyśpieszają przebieg katalizowanej rekcji
Zazwyczaj cząsteczka białka enzymatycznego jest wielokrotnie większa (nawet o kilka
rzędów wielkości) od cząsteczki substratu, co sugeruje istnienie ograniczonego obszarucentrum katalityczne- bezpośrednio wiążącego substrat
Wszystkie formy enzymów, katalizujące określoną reakcję (lub typ reakcji), posiadają
jednakową i uniwersalny mechanizm, występujący w całej przyrodzie. Związany jest z tym
fakt, że reszty aminokwasowi istotne w procesie katalitycznym, jak również ich najbliższe
otoczenie w cząsteczce enzymu, wykazują wysoką konserwatywność, zachowaną i utrwaloną
w procesie ewolucji
Koenzymy
Obecność koenzymów wymaga generalnie enzymy katalizujące reakcje redox, przenoszenia
grup, izomeryzacji i tworzenia wiązań kowalencyjnych (klasa EC 1,2,5 i6), nie potrzebują
ich natomiast enzymy lityczne- hrydrolazy i liazy (EC 3i 4)
Prekursorami wielu koenzymów są witaminy głównie z grupy B. W zależności od
przenoszonej grupy, koenzymy dzieli się na:
 Przenoszące proton: NAD(P)+, FMN,FAD,CoQ, kwas liponowy
 Przenoszące inne grupy: fosforany sacharydów, CoA, ,DPT PLP, koenzymy
folianowe, biotyna, koenzymy kobalaminowe, kwas liponowy.
Funkcją enzymów jest:

Obniżenie energii aktywacji tj. energii niezbędnej do osiągnięcia stanu aktywnego
(przejściowego) cząsteczki, gdyż jedynie cząsteczki o podwyższonym poziomie energii
swobodnej mogą uczestniczyć w reakcji
 By mogła mieć miejsce kataliza przy udziale enzymu- utworzenie kompleksy enzymu z
substratem
 Substrat ulega związaniu w specyficznym rejonie enzymu przy udziale reaktywnych
grup substratu reagujących z nim, grup funkcyjnych enzymu

Grupy funkcyjne enzymu znajdujące się w określonym układzie przestrzennym
wzajemnie ze sobą współdziałające w połączeniu substratów nazywamy centrum
aktywnym enzymu
 Aminokwasy kontaktowe- odpowiednie ułożenie łańcucha- do siebie zbliżone są te
aminokwasy, które delegują swoje grupy funkcyjne do centrum aktywnego. Wśród nich
najważniejsze to: cysterna, seryna, kw glutaminowy, lizyna. Histydyna, arginina.
 Centrum aktywne enzymu zajmuje stosunkowo niewielkie objętości tj, mniej niż 1%
objętości całego enzymu i znajduje się w zagłębieniu cząsteczki w miejscu niedostępnym
dla cząsteczek wody.
 Pomimo, że centrum aktywne tworzy grupy polarne to samo zagłębienie ma charakter
polarny tworzone przez takie aminokwasy jak walina, Lucyna i izoleucyna.
Podstawą reakcją enzymatycznej jest utworzenie kompleksu enzym- substrat (ES) enzym może
tworzyć się:
A) gdy struktura substratu jest dopasowana do struktury centrum aktywnego enzymu, wówczas
mówimy o tzw. teorii klucza i zamka.
B) Struktura enzymu i substratu nie są do końca sztywne i podlegają modyfikacji wynikającej z
indukcji dopasowania się enzymu do substratu. Teorię tę nazywamy teorią Koszlanda inaczej
teorią indukcyjnego dopasowania
WPŁYW ENZYMU NA SZYBKOŚĆ REAKCJI ENZYMATYCZNEJ
1. Stężenie enzymu- w warunkach nadmiaru substratu szybkość reakcji enzymatycznej jest
wprost proporcjonalna do stężenia enzymu i do czasu reakcji.
2. Stężenie substratu - w warunkach niskich stężeń substratu obserwuje się nadmiar
enzymu nad substratem (jedynie częściowe wysycenie enzymu susbatrtu). Reakcja
przyśpiesza proporcjonalnie do zwiększenia stężenia substratu
Przy dalszym wzroście Stężenia substratu obserwuje się przyrost szybkości reakcji, lecz
zależność ta nie jest wprost proporcjonalna. Wynika to z faktu, że coraz większa część
cząsteczek enzymu jest wysycona substratem i tylko niektóre cząsteczki enzymu SA wolne i
wchodzą po raz pierwszy w reakcje powodując jej przyśpieszenie.
Przy dalszym zwiększeniu stężenia substratu osiąga się, maxymalną szybkość reakcji (Max),
przy której wszystkie cząsteczki enzymu są wysycane substratem
W reakcji mogą wejść tylko te cząsteczki, które uwalniają się dając produkt i enzym.
Każdy enzym charakteryzuje się wartością Km., jest to stała Michaelisa- Menten
Jest to takie stężenie substratu, przy którym szybkość reakcji równa się połowie szybkości
maxymalną. Wartość Km mówi o powinowactwie enzymu do substratu i im wyższa wartość Km
tym niższe powinowactwo i odwrotnie.
Równanie Lineweavera – Burka jest przekształceniem wzoru Michaelisa Menten
Przekształcenie to ma na celu uzyskanie równania o ogólnej postaci linii prostej (y= ax+b)
Wartość Km/Max (a) 1/V (b) są wielkościami stałymi, stąd zależność 1/v (y) od 1/ [S] (x) jest linią
prostą, której nachylanie określa zawsze stosunek Km/V (współczynnik regresji a) i która przecina
oś y, czyli 1/V) w punkcie wyznaczającym 1/Max.
Wykres ten nazywany jest wykresem podwójnym odwrotności lub wykresem Lineweavera-Burka.
Z jego pomocą można określić Km wykorzystując albo nachylenie krzywej i odcinek na osi y albo
odcinek na ujemnej części osi x. Technika podwójnych odwrotności wymaga stosunkowo niewielu
punktów dla określenia Km i jest metodą najczęściej używana do wyznaczania Km.
Wpływ enzymu na szybkość reakcji enzymatycznej CD
3. Temperatura- ponieważ enzymy są wiałkami stąd też wraz ze wzrostem temperatury rośnie
intensywność denaturacji tych białek, tzn ze wraz ze wzrostem temperatury maleje ilośc
cząsteczek biorących udział w reakcji.
4) Wpływ pH- Każdy enzym posiada odpowiednie optimum pH swojego działania. Niewielkie
odchylenie od optimum powodują zwolnienie szybkości reakcji. Wynika to stąd, że kony H+ bądź
też OH- zmieniają stopień dysocjacji grup funkcyjnych enzymu.
Przy wyższych odchyleniach optimum pH następuje zniszczenie wiązań stabilizujących strukturę
przestrzenną enzymu tym samym jego denaturacje.
Wartośc pH dla enzymu może zależeć od miejsca działania tego enzymu (np. pepsyna w soku
żołądkowym- pH 2,2 trypsyna w jelicie 7,8) Wartość pH może zależeć od substratu czy też od
różnych, kofaktorów uczestniczących w reakcji.
Czynniki hamujące reakcje chemiczne
1. Inaktywatory działające niespecyficznie. Najważniejsze to:
 Wysoka temperatura
 Skrajne odchylenie pH
 Metale ciężkie
 Rozpuszczalniki organiczne (etanol, benzen)
2. Inhibitory- grupa czynników działających specyficznie, czyli określone substraty działają na
określone enzymy. Wśród inhibitorów wyróżniamy:
 Inhibitory działające nieodwrotnie- inhibitory działające nieodwracalnie tworzą
wiązania kowalencyjne z enzymem i odwrócenie tego zjawiska jest wyjątkowo
skomplikowane i wymaga specyficznych zabiegów.
 Inhibitory działające odwracalnie:
- inhibitory współzawodniczące (kompetencyjne)_
-inhibitory niewspółzawodniczące (nie kompetencyjne)
Inhibicja kompetycyjna – Polega na współzawodnictwie pomiędzy substratem i
inhibitorem o centrum aktywne enzymu.
Zawsze substrat i inhibitor przyłączone są do centrum aktywnego. Inhibitor musi być
strukturalnie podobny do substratu
Stopień zahamowania reakcji zależy od stosunku stężenia inhibitora do stężenia
substratu. Inhibicję tę można cofnąć zwiększając stężenie substratu.
Inhibicja niekompetencyjna: Inhibitor może zarówno przyłączyć się do centrum
aktywnego jak i w innym miejscu niż centrum aktywne. Zazwyczaj przyłącza się gdzieś
indziej. Stopień zahamowania przy tym typie inhibicji zależy wyłącznie od stężenia
substratu
Można ją cofnąć jedynie wprowadzając związek o wysokim powinowactwie do
inhibitora. Związek ten uwolni enzym od inhibitora sam tworząc z nim połączenie.
ENZYMY ALLOSTERYCZNE (regulowane)
Posiadają oprócz centrum aktywnego drugie centrum tzw. allostryczne.
- Enzymy mogą być zbudowane z jednej podjednostki i wówczas w niej zlokalizowane
są obydwa centra.
Lub
- Zbudowane jest, z co najmniej 2 podjednostek gdzie centrum aktywne jest
umieszczone w podjednostce katalitycznej, centrum allosteryczne w podjednostce
regulatorowej.
- Przyłącza efektora allosterycznego (od centrum allosterycznego). Następuje zmiana
struktury wtórnej biała zwłaszcza 3-cio i 4-to rzędowej.
Zmiana struktury wtórnej w podjednostce regulatorowej pośrednio oddziaływają na
strukturę podjednostki katalitycznej zmieniając centrum aktywne. Ten typ regulacji
ma miejsce zarówno przy hamowaniu jak i aktywacji enzymów.
Jednym ze sposób regulacji aktywności enzymów opartym na efekcie allostercznym
jest sprzężenie zwrotne.
Końcowy produkt ciągu reakcji jest efektorem allostercznym enzymu katalizującego
pierwszą reakcję lub jedną z początkowych- efektor negatywny
Związek będący substratem, który gromadzi się w nadmiernych ilościach może być
efektorem allostercznym pozytywnym dla wielu reakcji, które zaangażowane są w
jego rozkład.
Wiele białek jest syntetyzowanych w postaci nieaktywnych prekursorów określanych
jako POBIAŁKA
W przypadku, gdy białka te są enzymami ich pobiałka nazywane są
PROENZYMAMI lub ZYMOGENAMI
Przekształcenie pobiałek w aktywne białka następuje w wyniku jedno lub
kilkustopniowej swoistej proteolizy.
WIELE PROTEAZ WYDZIELA SIĘ W POSTACI NIEAKTYWNYCH
PROENZYMÓW, CZYLI ZYMOGENÓW

Białka syntetyzowane w formie pobiałek są:
 Insulina (pobiałka=proinsulina)
Enzymy trawienne: pepsyna, trypsyna chymotrypsyna (odpowiednie
pobiałka, = pepsynogen, trypsynogen, chymotrypsynogen).
Jaka jest przyczyna syntezy niektórych białek w formie nieaktywnej?
Podczas gdy jedne biała są wykorzystywane organizmie stale, inne (np. enzymy krzepnięcia krwi
i fibrynolizy) tylko czasami, ale wówczas enzymy te są potrzebne natychmiast.
Istniejące, proenzymy umożliwiają szybkie uruchomienie aktywnych form w momencie
zapotrzebowania fizjologicznego.
Synteza de novo niezbędnych danym momencie białek, mogłaby przebiegać niewystarczająco
szybko w stosunku do potrzeb organizmu indukowanych czynnikami chorobotwórczymi, np.
utrata krwi.
Również sam proces wydzielania mógłby być zbyt wolny w stosunku do potrzeb.
Ponad 25% wszystkich enzymów zawiera silnie związany jon metalu, który jest niezbędny do
ich aktywności.
W katalizie enzymatycznej funkcjonują trójskładnikowe kompleksy zawierając metal
 Enz-S-M kompleks z mostkiem utworzonym przez substrat
 M-Enz-S kompleks z mostkiem utworzonym przez enzym
 Enz-M-S kompleks z mostkiem utworzonym przez metal
AKTYWNOŚC KATALITYCZNA ENZYMÓW może być regulowana w różny sposób:
 Kompartmentacja enzymów- umiejscowienie swoistych procesów metabolicznych w
cytozolu lub organellach komórkowych umożliwia ich niezależną regulację.
 Stężenie substratów, koenzymów, kationów może regulować aktywność enzymów
 Aktywność określonych enzymów regulują efektory allosteryczne
Aktywność katalityczna pewnych kluczowych w nadym szlaku metabolicznym enzymówenzymów regulatorowych- jest modulowana za pomocą małocząsteczkowych efektorów
allosterycznych, które na ogół nie wykazują podobieństwa do substratów lub koenzymów
danego enzymu.
REGULACJA KLUCZOWYCH ENZYMÓW SSAKÓW MOŻE POLEGAĆ NA ICH
ODWRACALNYCH MODYFIKACJACH KOWALENCYJNYCH (fosforyalcja lub
defosforyalacja).
Fosforyzacji ulega swoista reszta Ser lub rzadziej Tyr z utworzeniem odpowiednio Ofosfoserynowej lub O- fosfo tyrozynowej pochodnej.
Mimo, że znamy mogą zawierać wiele reszt Ser lub Tyr, fosforylacji ma charakter wybiórczy i
dotyczy tylko niektórych nich
Fosforyalcja defosforylacji katalizują odpowiednie Kinazy i fosfatazy białek
Regulacja przez fosforylację i defosforylacje zużywa ATP
Regulacja aktywności enzymów ssaków wyniku fosforylacji i defosforylacji obejmuje wiele
białek oraz ATP lub inne trifosforany nukleozydów, a także jest bezpośrednio kontrolowana
przez układ hormonalny i nerwowy
Regulacja aktywności enzymu w wyniku modyfikacji kowalencyjnej, polegającej na fosforylacji
i defosforylacji.
Plik z chomika:
bruja
Inne pliki z tego folderu:
 Wykład 2 aminokwasy.rtf (20742 KB)
wykład 1 bufory i ich rola w org.rtf (13335 KB)
 biochemia peptydów i białek.pdf (265 KB)
 biochemia enzymy.doc (92 KB)
Wykład 8 - glikoliza, cykl pentozowy, glukogeneogeneza.docx (27 KB)


Inne foldery tego chomika:


Alergologia
 Anatomia
Aspekty prawne prowadzenia działalności gospodarczej
 Biologia i genetyka
 Chemia
Zgłoś jeśli naruszono regulamin




Strona główna
Aktualności
Kontakt
Dla Mediów



Dział Pomocy
Opinie
Program partnerski




Regulamin serwisu
Polityka prywatności
Ochrona praw autorskich
Platforma wydawców
Copyright © 2012 Chomikuj.pl