Enzymy. aneb. Není umění dělat co tě baví, ale najít zalíbení v tom, co udělati musíš. Luboš Paznocht

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Enzymy. aneb. Není umění dělat co tě baví, ale najít zalíbení v tom, co udělati musíš. Luboš Paznocht"

Lubomír Šimek
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 Enzymy aneb Není umění dělat co tě baví, ale najít zalíbení v tom, co udělati musíš. Luboš Paznocht

2 Umožňují rychlý a koordinovaný průběh chemických přeměn v organismu

3 Kinetika biochemických reakcí řád reakce Rychlost chemických reakcí (v) změna koncentrace reagujících látek za jednotku času A B úbytek koncentrace vých.l. A (Δ[A]) -> molární koncentrace l. nebo též přírůstek koncentrace produktu B (Δ[B]) za určitý čas (Δt) v = Δ[A] Δ[t] = Δ[B] Δ[t]

4 Reakce prvního řádu (monomolekulární r.) reaguje pouze jedna látka, jeden druh molekul rychlost reakce v = k. [A] k.. rychlostní konstanta reakční rychlost je úměrná prvé mocnině [A] A 0 A 0 2 A 0.počáteční koncentrace látky A t 0.počáteční čas, začátek reakce t 1/2.poločas látky A (tj. doba potřebná ke zreagování poloviny původně přítomného množství) t 0

5 Reakce druhého řádu (bimolekulární r.) Reakce dvou látek (2 druhy molekul) A+B C+D Rychlost reakce je přímo úměrná součinu koncentrací reagujících l. v = k. [A]. [B] Reakce dvou molekul téže látky v = k. [A] 2

6 bimolekulární reakce probíhající dle kinetiky prvého řádu: koncentrace jedné z látek je konstantní (v průběhu reakce se prakticky nemění) hydrolytické reakce ve zředěném vodném roztoku A + H 2 O C-H + D-OH jeden z reaktantů je voda vysoký nadbytek vody jeden z reaktantů jsou ionty H + nebo OH - a reakce probíhá v prostředí pufru dostatečná kapacita pufru pro udržení konst. hodnoty ph

7 Reakce nultého řádu (enzymové r.) vysoká konc. reagující l. a malé mn. katalyzátoru rychlost reakce je katalyzátorem limitována a tedy na konc. reagující l. nezávislá pozn.: v případě, že zvyšujeme koncentraci substrátu nad hodnoty, kdy je enzym daným substrátem již zcela saturován mn. l. přeměněné za jednotku času je konstantní, reakční rychlost se s časem nemění v = k resp. v = k. [A] 0

8 Kinetika biochemických reakcí - rovnovážný stav reakce Všechny chemické reakce jsou reversibilní (alespoň teoreticky Šantavý a kol. 1975) Rychlost ER tam zleva doprava index +1 / zpět zprava doleva -1 v +1 A B ale A B resp. A+B C+D v -1 v -1 v +1 Rychlost reakce zleva doprava: zpětné: v +1 = k +1. [A]. [B] V -1 = k -1. [C]. [D]

9 Kinetika biochemických reakcí - rovnovážný stav reakce koncentrace [A] a [B] je maximální rychlost v +1 je maximální koncentrace [A] a [B] klesá rychlost v +1 klesá (> v -1 ) koncentrace [A] a [B] stálá rychlost v +1 stálá (= v -1 ) k +1. [A]. [B] = k -1. [C]. [D] k +1 k 1 = [C]. [D] [A]. [B] = K koncentrace [C] a [D] stálá rychlost v -1 stálá (= v +1 ) koncentrace [C] a [D] roste rychlost v -1 roste (< v +1 ) koncentrace [C] a [D] je nulová rychlost v -1 je nulová

10 k +1 k 1 = [C]. [D] [A]. [B] = K A+B C+D K rovnovážná konstanta Udává poměr reagujících složek v okamžiku ustavení rovnováhy K > 1 ([C]. [D] > [A]. [B]).posun doprava K < 1 ([C]. [D] < [A]. [B]).posun doleva Změna koncentrace jedné ze složek rovnovážné směsi ustavení nové rovnováhy Reakce nevratné (ireversibilní) Extrémní posun rovnováhy doprava, rychlost zpětné reakce prakticky neměřitelná

11 Rovnovážný stav - příklady Toxikologie: K ow rozdělovací koeficient n-oktanol : voda (PCB, PAH,..) Disociace slabých kyselin a zásad, disociační konst. -> ph Difuse látek přes semipermeabilní membrány Rozpouštění málo rozpustných látek

12 Energetika biochemických reakcí Chemické přeměny doprovázeny energetickými změnami zánik původních ch. vazeb, vznik nových

13 Podstata působení katalyzátorů Předpoklad reakce dvou l. a) srážka (vliv koncentrace reaktantů) b) dostatečná energie (ovl. mj. teplotou) Aktivační energie: E kterou je nutno dodat pro zahájení reakce E + S E-S E-P E + P Δ G nekatalyzovaná r. katalyzovaná r. Zákon zachování energie Rozdíl volné energie před a po reakci je u katalyzované i nekatalyzované reakce stejný

14 Enzymy snižují energetickou hladinu potřebnou pro reakci Přibližují aktivační energii reakce k energetickému stavu molekul za fyziologických podmínek tím zvyšují reaktivitu molekul Katalyzátor neovlivňuje rovnovážnou konstantu reakce, a tím složení reakční směsi v rovnovážném stavu Katalyzátor pouze urychluje ustavení rovnováhy

15 ENZYMY faktory ovlivňující aktivitu enzymů Luboš Paznocht

Enzymy Proteiny - pouze protein = apoenzym (->

16 Enzymy Proteiny - pouze protein = apoenzym (-> jednoduché bílkoviny) - protein + nízkomolekulární nebílkovinná složka (kofaktor) (-> složené bílkoviny) Kofaktor koenzym (labilně snadno oddisociován, na jiný apoenzym; př. NAD + ) (dle pevnosti vazby na apoenzym) prostetická složka (pevná kovalentní vazba, skladebná součást; FAD)

17 Aktivní centra apoenzymu (bílkovinné části enzymu) - pro vazba substrátu -> specifita substrátová (částečně i specifita účinu) - pro vazbu kofaktoru specifita účinu > apoenzym + kofaktor (kofaktor dokončení vlastní přeměny substrátu v produkt)

18 zámek a klíč x indukované přizpůsobení X

19 Mechanismus enzymové katalysy zákl. podmínka pro průběh reakce: srážka s dostatečnou energií -> koncentrace reaktantů, teplota, tlak Aktivační energie nekatalyzované reakce, katalyzované reakce E + S E-S E-P E + P

20 ENZYMY vs. katalyzátory obecné chemie + Katalytická účinnost: urychlení reakce až o 12 řádů (1s vs let) + Regulace aktivity enzymu dle fysiologických potřeb organismu + Specifita účinu -> přísně specifický produkt reakce (př. D,L amk) + Specifita substrátová ale labilní vůči změnám prostředí => teplota, ph, ionizující záření opotřebování neustálá syntéza nových

21 Denaturace cvičení stanovení aktivity askorbátoxidasy v bramboru I. povaření -> blank inaktivace enzymu aby reakce neproběhla II. povaření -> pokusná zkumavka inaktivace enzymu -> ukončení reakce

22 Hlavní faktory ovlivňující rychlost enzymové reakce vnější: teplota, ph vnitřní: koncentrace - substrátu, enzymu, produktu přítomnost modifikátorů (aktivátory, inhibitory)

23 Vnější faktory: teplota S rostoucí teplotou roste rychlost enzymové reakce (vyšší kinetická energie molekul reaktantů)! bílkovinná podstata enzymů -> apoenzym Většina savčích enzymů do 60 C -> C denaturace x Thermus aquaticus (DNA polymeráza, PCR) při jakých teplotách pracují enzymy savců? proč?

24 Vnější faktory: ph Většina enzymů: opt. ph 6,5-7 Pepsin 1-2; trypsin, chymotrypsin okolo 8 -> disociace funkčních sk. aktivního centra -> extrémy - denaturace Různé hodnoty optima, různé šíře maxim

25 Vnitřní faktory: koncentrace enzymu s rostoucí koncentrací enzymu roste rychlost reakce tedy: v = k. E kde: v..rychlost reakce k..reakční konstanta E..koncentrace enzymu

Vnitřní faktory: koncentrace substrátu V lim = limitní rychlost - veškerý přítomný enzym je ve formě ES V/2 => ½ enzymu ES; ½ volný enzym Michaelisova konstanta (K m ): koncentrace

26 Vnitřní faktory: koncentrace substrátu V lim = limitní rychlost - veškerý přítomný enzym je ve formě ES V/2 => ½ enzymu ES; ½ volný enzym Michaelisova konstanta (K m ): koncentrace substrátu odpovídající polovině max. reakční rychlosti [mol.l -1 ] = koncentrace substrátu, kdy je enzym tímto substrátem právě z poloviny nasycen -> afinita enzymu k danému substrátu

27 Vnitřní faktory: koncentrace produktu biochemické reakce: kontinuální odčerpávání produktu (=> substrát reakce následné) Inhibice produktem (inhibice zpětnou vazbou) E + S E-S E-P E + P

28 Modifikátory rychlosti enzymové reakce AKTIVÁTORY Pozitivní ovlivnění aktivity enzymu nízkomolekulární látkou anorganické ionty: Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+, K +, Na +, Cl - INHIBITORY těžké kovy (Cd 2+, ), léčiva, pesticidy, produkty enzymových reakcí

29 Princip funkce inhibitorů Inhibice kompetitivní inhibitor soutěží se substrátem o navázání na aktivní centrum enzymu nekompetitivní inhibitor se váže mimo AC enzymu, změna struktury AC akompetitivní vazba substrátu na AC-> vytvoření vazebného místa pro inhibitor -> vazba inhibitoru -> změna struktury AC -> -> vypadnutí substrátu

31 Praktická úloha: Stanovení vlivu ph na aktivitu amylasy. Stanovení vlivu koncentrace amylasy na rychlost enzymové reakce.

32 průběh štěpné reakce Amyláza α, β, γ α -> štěpení 1,4 - O - glykosidické vazby škrob + jód -> modré zbarvení dextriny + jód -> červené zbarvení oligosacharidy disacharidy (vazba 1,6), glukosa nebarví se jódem

Podobné dokumenty

ENZYMY. Klasifikace enzymů

ENZYMY. Klasifikace enzymů ENZYMY Enzymy jsou bílkoviny, které katalyzují chemické reakce probíhající v živých organismech. Byly identifikovány tisíce enzymů, mnohé z nich byly izolovány čisté. Klasifikace enzymů Vzhledem k tomu,