Enzymy.docx

(20 KB) Pobierz

Enzymy  (E)

·         są katalizatorami, które zmieniają szybkość reakcji, same nie ulegając zmianie

·         Są wysoce specyficzne, ich aktywność może być regulowana.

·         Wszystkie znane enzymy są białkami, chociaż zidentyfikowano pewne RNA katalizujące.

·         W nieobecności enzymu reakcja może zachodzić niezwykle wolno.

·         Przyspieszają reakcje zestawiając substraty w optymalnej orientacji przestrzennej

·         Istotą działania enzymu jest stabilizacja stanów przejściowych substratów – czyli tych o najwyższej energii.

·         Enzym nie zmienia wartości stanu równowagi K – jedynie przyspiesza jego osiągnięcie.

- K =( [C]*[D])/([A]*[B])   (A + B <->  C + D)

·         Obniżają energię aktywacji.

·         Nadają reakcji jeden z możliwych kierunków (w obecności określonego enzymu substrat przekształca się w jednym z kierunków np. pirogronian: dehydrogenaza mleczanowa przekształca go w mleczan, dehydrogenaza pirogronianowaacetylo – S – CoA, karboksylaza pirogronianowa szczawiooctan, aminotransferaza – alaninę).

Klasyfikacja enzymów ( system nazewnictwa i podział na klasy wprowadzony przez Enzyme Comission)

  1. Oksydoreduktazy – reakcje utleniania i redukcji (np. dehydrogenaza aldehydu 3 – fosfoglicerynowego)
  2. Transferazy – przenoszenie grup funkcyjnych (np. aminotransferaza asparginianowa, heksokinaza)
  3. Hydrolazy – hydroliza – rozszczepienie wiązań przy udziale cząsteczek wody (np. fosfataza kwaśna, trypsyna, beta - amylaza)
  4. Liazy (syntetazy) – rozpad/synteza bez udziału cząsteczek wody ODWRACALNE (np. funaraza)
  5. Izomerazy – przenoszenie grup funkcyjnych (np. mutaza fosfoglicerynianowa)
  6. Ligazy (syntetazy) – tworzenie wiązań sprzężone z hydrolizą ATP (np. syntetaza glutaminowa)

Miejsce aktywne (M.A.)

·         region enzymu wiążący substrat, zazwyczaj niewielki,  stanowi określoną trójwymiarową przestrzeń utworzoną przez reszty aminokwasów.

·         Tworzy enzym kompleks enzym – substrat i przekształca do w produkt.

·         Jest często szczeliną/zagłębieniem na powierzchni cząsteczki enzymu.

·         Tworzy środowisko w znacznym stopni niepolarne, co ułatwia wiązanie substratu.

·         Po stworzeniu kompleksu enzym  - substrat, katalitycznie czynne reszty w obrębie M.A. działają na cząstkę substratu – przekształcają go początkowo w stan przejściowy – potem zostaje uwolniony do roztworu

Specyficzność substratowa

·         Właściwości i ułożenie przestrzenne reszt aminokwasowych tworzących M.A. determinują rodzaj cząsteczki, która może zostać związana i stać się substratem dla danego enzymu.

 

Prędkość /szybkość reakcji enzymatycznej:

- Ilość substratu, przekształconego przez enzym w jednostce czasu – nie mylić z aktywnością enzymu!

- Zależy od wielu czynników:

Temperatura – prędkość reakcji enzymatycznej wzrasta w pewnym przedziale temperatur (0           – 40 st.). Wzrost temperatury o 10o podwaja prędkość reakcji, jednakże wzrost powyżej określonego przedziału obniża prędkość reakcji – następuje denaturacja termiczna białek enzymatycznych. Są od tej reguły wyjątki (gł. Enzymy bakteryjne).

Stężenie jonów wodorowych (pH) – każdy enzym wykazuje swoje optymalne pH, w którym szybkość reakcji enzymatycznej jest największa. Niewielkie odchylenia od optymalnej wartości powodują zmniejszenie szybkości reakcji, duże odchylenia prowadzą do denaturacji enzymu wywołanej przez zmiany stanu jonizacji reszt aminokwasów i zerwaniem niekowalencyjnych oddziaływań.

Stężenie substratu wzrost stężenia substratu w określonym zakresie powoduje liniowy przyrost prędkości reakcji. Na ogół jedna cząsteczka enzymu przekształca około tysiąc cząsteczek w ciągu sekundy. Czyli przy małych stężeniach substratu podwojenie go prowadzi do podwojenia prędkości reakcji, natomiast przy większych stężeniach enzym ulega wysyceniu, a szybkość dalej nie wzrasta. Stężenie substratu, przy którym V reakcji osiąga połowę wartości maksymalnej, nosi nazwę stałej Michaelisa. Jest ona miarą powinowactwa enzymu do określonego substratu.

Efektory allosteryczne (drobnocząsteczkowe metabolity łączące się z białkiem enzymatycznym i modyfikujące jego strukturę IV rz., niekiedy III rz.) – dzielą się na dodatnie, czyli aktywatory allosteryczne i ujemne, inhibitory allosteryczne. Aktywator sprawia, iż prędkość maksymalna reakcji zostaje osiągnięta przy niższym stężeniu substratu, inhibitor działa w sposób odwrotny.

 

Inhibicja enzymów:

·         Inhibicja nieodwracalna

§         Wiąże się ściśle, często kowalencyjnie z resztami aminokwasów M.A. enzymu.

§         Trwale inaktywuje enzym (np.penicylina, diizopropylofluorofosforan – DIPF, amid kwasu jodooctowego)

·         Inhibicja odwracalna:

§         Inhibitory kompetycyjne

- podobne pod względem strukturalnym do substratu

- wiąże się z enzymem w jego M.A.

- wzrasta stała Michaelisa

- odwracalna poprzez zwiększenie stężenia substratu w reagującym układzie

- prędkość maksymalna nie zmienia się, ale jest osiągana przy wyższym stężeniu substratu (przykład inhibitora: kwas malonowy względem kwasu bursztynowego, malonian jest analogiem bursztynianu – ale ma krótszy łańcuch)

§         Inhibitory niekompetycyjne

- nie jest podobny do substratu

- wiąże się z enzymem poza jego M.A.

- zniekształca cząsteczkę enzymu w sposób, który skutkuje zmniejszeniem jego aktywności katalitycznej

- nie zmienia powinowactwa enzymu do substratu – stała Michaelisa nie ulega zmianie, ale obniża prędkość maksymalną reakcji

- inhibicji nie można odwrócić przez zwiększenie stężenia substratu

- może wiązać się z kompleksem substrat – enzym, ponieważ nie konkuruje z substratem o M.A. – substrat jest związany, ale jego przekształcenie przebiega wolniej

 

Regulacja aktywności enzymatycznej:

- Aktywność białek enzymatycznych podlega ścisłej regulacji.

·         Aktywacja proteolityczna

§         Zymogeny/proenzymy ( w tym proteazy) – enzymy wytwarzane w postaci nieaktywnej, nie wykazującej zdolności katalitycznych.

§         Przejście zymogenu w postać aktywną wymaga odłączenia fragmentu (odcinka prekursorowego) cząsteczki, który hamuje M.A.

§         W niektórych przypadkach zymogen staje się substratem dla powstałego z niego enzymu.

§         Przykłady : główne proteinazy przewodu pokarmowego, kaskada krzepnięcia krwi, apoptoza komórki.

·         Wiązanie i odłączanie białek regulacyjnych

§         Niektóre enzymy o strukturze IV rz. mają podjednostki katalityczne i regulacyjne

§         Białka regulacyjne kontrolują aktywność tych enzymów.

§         Wywierają hamujący wpływ na aktywność podjednostek katalitycznych.

§         Aktywacja enzymu polega na dysocjacji kompleksu podjednostek i uwolnieniu jednostek katalitycznych.

§         Przykład: aktywacja kinazy białkowej A.

·         Fosforylacja i defosforylacja białka enzymatycznego

§         Procesem kierują kinazy (przenoszą reszty fosforanowe z ATP) i fosfatazy białkowe (odłączają reszty fosforanowe od białek w postaci fosforanu nieorganicznego).

§         Efekty reakcji są różnokierunkowe.

·         Regulacja allosteryczna

·         Naturalne inhibitory ( na przykładzie trypsyny)

§         Hamują aktywność niektórych proteinaz.

§         Działanie trypsyny hamuje trzustkowy inhibitor trypsyny.

§         Trzustkowy inhibitor jest polipeptydem o małej masie cząsteczkowej (6 kDa).

§         Wiąże się trwale z M.A. trypsyny.

·         Sprzężenie zwrotne

§         Ciągi reakcji enzymatycznych prowadzących do biosyntezy lub rozpadu metabolitów.

§         Enzym a przekształca substrat A w produkt B, który jest substratem enzymu b, który przekształca go w produkt C itd.

§         Enzym katalizujący wcześniejszy etap biosyntezy jest hamowany przez produkt końcowy danego ciągu reakcji.

§         Przykład : biosynteza cholesterolu, biosynteza nukleotydów pirymidynowych.

·         Tworzenie kompleksów wieloenzymatycznych

§         Stworzone z enzymów wiążących się ze sobą

§         Przyspiesza przebieg procesów metabolicznych.

§         Przykłady:

- Dehydrogenaza pirogronianowa – trzy enzymy uczestniczące w oksydacyjnej karboksylacji pirogronianu do acetylo – S – CoA.

- Dehydrogenaza alfa – ketoglutaranowa – trzy enzymy uczestniczące w oksydacyjnej dekarboksylacji alfa – ketoglutaranu do bursztynylo ~ S – CoA.

- enzymy oddechowe – zlokalizowane w mitochondriach i tworzące pięć kompleksów.

 

 

 

 

 

 

 

Zgłoś jeśli naruszono regulamin